不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕性能的控制研究

摘要：隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步，不銹鋼焊接在人們的生產(chǎn)、生活中應(yīng)用越來越多，而不銹鋼焊接接頭晶間易腐蝕，這已經(jīng)嚴(yán)重影響到不銹鋼焊接接頭的牢固性。為提高不銹鋼焊接接頭晶間的抗腐蝕性能，文章介紹了檢驗(yàn)不銹鋼焊接接頭抗晶間腐蝕能力的方法，分析了晶間腐蝕裂紋判別，研究了提高不銹鋼焊件抗晶間腐蝕能力的策略。

關(guān)鍵詞：不銹鋼焊接接頭；晶間腐蝕；檢驗(yàn)方法；抗晶間腐蝕能力；腐蝕裂紋 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TF764 文章編號：1009-2374（2016）33-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.024

不銹鋼材料是當(dāng)前我們生產(chǎn)、生活中經(jīng)常見到的一種材料，它具有很多優(yōu)點(diǎn)，但這種不銹鋼材料用于冷加工成形與進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，時(shí)常會對其實(shí)際抗腐蝕性能造成影響，若其抗腐蝕性能不強(qiáng)，很容易被腐蝕，影響到構(gòu)建的穩(wěn)定性，因此在成形與焊接不銹鋼產(chǎn)品后，在焊后不進(jìn)行熱處理的情況下，要求母材與焊接頭的抗腐蝕性能必須足夠強(qiáng)，特別是抗晶間腐蝕性能。為此必須掌握不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的檢驗(yàn)方法，了解造成焊接接頭晶間腐蝕的原因，并采取相關(guān)策略努力提高不銹鋼焊件抗晶間腐蝕能力。

1 不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕檢驗(yàn)

在氧化與弱氧化環(huán)境中晶間腐蝕經(jīng)常會出現(xiàn)在奧氏體不銹鋼中，一旦不銹鋼件出現(xiàn)這種腐蝕，腐蝕會從不銹鋼表面沿晶界深入內(nèi)部，對不銹鋼材料的實(shí)際機(jī)械強(qiáng)度會造成嚴(yán)重影響，出現(xiàn)晶間腐蝕的材料，稍受外力斷裂現(xiàn)象就有可能沿晶界線發(fā)生，只觀看材料表面很難判斷出晶間腐蝕，晶間腐蝕有高危性的特點(diǎn)。這就要求在用不銹鋼材料制作設(shè)備時(shí)，母料與焊接接頭的實(shí)際抗晶間腐蝕性能必須足夠強(qiáng)。為使焊接構(gòu)件足夠牢固，必須檢查焊接接頭的晶間腐蝕性。

在測定不銹鋼對晶間腐蝕的敏感情況時(shí)，一般采用的是加速法。這種方法主要是采用適當(dāng)腐蝕劑，在一定條件下，加速選擇性腐蝕晶間，找一個(gè)萬能材料試驗(yàn)機(jī)，把試樣放置于上面，彎曲材料然后再評定，我們用與介質(zhì)接觸的面作為檢驗(yàn)面，借助高倍放大鏡對彎曲試樣處的表面進(jìn)行觀察，看有無晶間腐蝕引發(fā)的裂紋。

2 判別晶間腐蝕裂紋

位于試樣彎曲部位棱角處的裂紋以及無裂紋的滑移線、皺紋等以上情況不一定都是由于晶間腐蝕引發(fā)的裂紋，發(fā)生晶間腐蝕的試驗(yàn)，在實(shí)施冷彎曲操作時(shí)，其表面鱗狀裂紋隨處可見，對試樣進(jìn)行敲擊金屬聲響不會出現(xiàn)，在很難評定的情況下，可借助金相法進(jìn)行判斷，在實(shí)施斷面金相檢查時(shí)，若發(fā)現(xiàn)局部腐蝕發(fā)生于晶界或其毗鄰區(qū)域，晶粒脫落，沿晶界腐蝕推進(jìn)，并且推進(jìn)有一定均勻性。這種沿晶界形成的腐蝕通常為晶間腐蝕。

3 焊接接頭抗晶間腐蝕能力控制

奧氏體不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕通常是由于晶界碳化鉻發(fā)生沉淀析出造成的，不銹鋼晶界區(qū)缺乏鉻是晶間腐蝕的主要原因，因此可從控制不銹鋼焊接處碳化鉻的沉淀來防止發(fā)生晶間腐蝕，具體可從沉淀碳化鉻的分量情況、部位以及形成沉淀物的動力方面進(jìn)行考慮。

3.1 焊接方法的選擇

選擇的不銹鋼焊接方法應(yīng)科學(xué)、合理，讓焊件在敏化溫度下停留的時(shí)間盡可能縮短，使焊件受危險(xiǎn)溫度的影響降到最低。

在進(jìn)行薄件與小件的焊接操作時(shí)，可采用真空電子束焊或等離子焊，這兩種焊接方法的能量都較高。在進(jìn)行中等厚度板材的焊接操作時(shí)，可采用熔化極自動焊或半自動保護(hù)焊。在進(jìn)行大厚度板材焊接作業(yè)時(shí)，埋弧焊或焊條電弧焊是我們經(jīng)常選用的焊接方法。

3.2 焊接材料的控制

對于焊接作業(yè)而言，焊接材料的選擇也非常重要，在進(jìn)行焊接材料的選擇時(shí)，必須以不銹鋼件的材質(zhì)為基礎(chǔ)，綜合考慮實(shí)際作業(yè)過程中的實(shí)際條件，如介質(zhì)、溫度等，選擇的焊縫材料最好與母料相近。在實(shí)際操作中，可以采用下列措施來提高不銹鋼焊縫區(qū)抗晶間腐蝕性能：

3.2.1 選用的不銹鋼焊材應(yīng)盡可能的含碳量低。使碳在焊縫金屬中的含量達(dá)到最短，盡快控制在不銹鋼溫室溶解極限下，讓碳化鉻不易形成，這樣后期形成貧鉻區(qū)的可能性便會很小，焊縫金屬實(shí)際抗晶間腐蝕能力將得到提高。

3.2.2 盡量選用有鈦、鈮、鉭等元素的焊材。碳與鈦、鈮、鉭的親和力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉻，這樣碳會和它們優(yōu)先結(jié)合形成碳化物，具體會以彌散顆粒的形式分布于晶內(nèi)，這樣就可有效降低奧氏體內(nèi)碳固溶量，如果降得特別低，低于了0.01%，碳化鉻便不會再形成，這樣不銹鋼件的實(shí)際抗腐蝕能力便會得到大幅提高。

3.2.3 選用的焊材最好具有γ-δ雙向組織。有5%～10%的δ鐵素體存在于熔敷金屬中，這樣δ/γ相界面會比奧氏體晶界γ/γ界面低，碳化物會選擇析出在δ相側(cè)，可使碳化物析出于奧氏體相界面的量大幅減少，而鉻易擴(kuò)散于δ鐵素體，其擴(kuò)散速度要比在奧氏體中快近乎10倍左右，對于危險(xiǎn)敏化溫度導(dǎo)致的貧鉻區(qū)，會從鐵素體邊很快得到補(bǔ)充逐漸消失，這樣可有效降低不銹鋼件的晶間腐蝕。

3.2.4 控制焊材直徑。焊接材料的實(shí)際直徑，會對焊接熱輸入量的大小造成直接影響，在焊接質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，為使焊接時(shí)，輸入的熱量得到有效降低，選用的焊材直徑應(yīng)盡可能的小。

3.3 控制焊接參數(shù)

為有效減少焊接實(shí)際熱輸入量，在確保不銹鋼件完全焊透，實(shí)現(xiàn)全熔合的前提下，焊接選用的電流應(yīng)盡量小，電壓應(yīng)盡量低，這樣可使焊接接頭性能得到改善。

3.4 控制焊接過程

3.4.1 焊前準(zhǔn)備。應(yīng)把焊件清潔干凈，把焊件坡口的油漆、油污去除，對自動焊絲做表面除油、除銹處理，并應(yīng)在干凈、干燥處保存，對于電弧焊焊絲，應(yīng)烘干后在保溫筒中保存。

3.4.2 焊接過程。應(yīng)使用直線運(yùn)條的方式進(jìn)行焊接，最好不要進(jìn)行橫向擺動，若選用的是多層焊，層間不能有過高溫度，若溫度過高熔池溫度與冷卻時(shí)間都會延長，在實(shí)際焊接過程中，應(yīng)先讓焊件冷卻，進(jìn)行必要的清渣，然后再繼續(xù)進(jìn)行焊接，應(yīng)把各層間接頭都錯(cuò)開，并且應(yīng)填滿收弧。

可采用必要的強(qiáng)制手段來快速冷卻焊區(qū)，如可邊施焊邊灑水冷卻焊縫，在灑水時(shí)焊接熔池不能侵入水。

條件允許的情況下，也可把水與惰性氣體同時(shí)通入焊縫背面，這樣不但能使冷卻加速，而且又可對焊縫形成保護(hù)。

總之，應(yīng)使焊接時(shí)輸入的熱量盡可能少，并且焊縫冷卻應(yīng)及時(shí)，讓焊件停留危險(xiǎn)溫度的時(shí)間最短，這樣可使不銹鋼焊件晶間腐蝕達(dá)到最小。

3.5 控制焊接環(huán)境

應(yīng)清潔干凈奧氏體不銹鋼焊接場地，以防焊接環(huán)境中的油、銹、風(fēng)等，對焊接接頭的強(qiáng)度與腐蝕性造成

影響。

3.6 控制好焊接人員

不銹鋼焊接具有一定難度，易形成裂紋，發(fā)生晶間腐蝕，加之不銹鋼本身沒有很好的導(dǎo)熱性，易膨脹，熔池缺乏很好的流動性，這就對焊接人員的焊接技能提出了更高要求，應(yīng)嚴(yán)格培訓(xùn)施焊焊工，培訓(xùn)完成后要進(jìn)行相應(yīng)考試，考試通過獲得操作資格證的人員，才可上崗操作。

4 結(jié)語

450℃～850℃是不銹鋼晶間腐蝕的主要溫度范圍，晶界會沉淀碳化物，以致貧鉻區(qū)出現(xiàn)在晶界及其鄰近區(qū)域，進(jìn)而使晶界的實(shí)際耐腐蝕性大幅降低。總之，在進(jìn)行不銹鋼焊接作業(yè)時(shí)，科學(xué)、合理地控制焊接質(zhì)量，使工件盡量避免或減少碳化物的沉淀析出，可有效防止不銹鋼晶界腐蝕，提高焊接的牢固性。

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作者簡介：胡云（1967-），男，云南曲靖人，云南工業(yè)技師學(xué)院中級教師。

（責(zé)任編輯：蔣建華）