淺談不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接

楊秀忠

摘 要：奧氏體不銹鋼是最典型的抗氧化，抗腐蝕性材料，它與其它合金鋼相比有不同的物理性能和化學(xué)性能。本文通過對(duì)奧氏體不銹鋼（1cr18Ni9Ti）的焊接性分析，總結(jié)了奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)及焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題，明確了焊接時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼;氧化性;耐蝕性; 焊接性;晶間腐蝕;鈍化

前言：不銹鋼是合金元素含量較高的合金鋼，主要合金元素有Cr、Ni、Ti、Mo。等。鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于12%時(shí)，鉻比鐵優(yōu)先與氧化合并在鋼的表面形成致密的氧化膜，可以提高鋼的抗氧化性能。從而達(dá)到鋼的抗腐蝕的效果。只在空氣中和水蒸氣中具有抗腐蝕能力的不銹鋼為普通不銹鋼;不銹鋼中加入鎳、錳等元素能抵抗某些強(qiáng)介質(zhì)侵蝕的鋼是耐蝕不銹鋼;不銹鋼中加入一定的硅，鋁等合金元素，能夠提高高溫下抗氧化性和高溫強(qiáng)度的鋼是耐熱不銹鋼。 不銹鋼按室溫金相組織分為;奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相組織不銹鋼等。

1焊接性能分析

1.1焊接接頭的熱裂紋

奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，容易形成方向性較強(qiáng)的柱狀晶焊縫組織，有利于有害雜質(zhì)的偏析促使形成晶間液體夾層易產(chǎn)生焊縫凝固裂紋。而奧氏體不銹鋼熱導(dǎo)率小、熱膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱冷卻條件下，焊接接頭在冷卻過程中形成較大的拉應(yīng)力。這種力正是產(chǎn)生焊縫凝固裂紋的必要條件。焊縫的合金較復(fù)雜，不僅S、P、Sn等之類的雜質(zhì)可以形成易熔夾層，有些合金元素由于溶解度有限，也會(huì)形成有害易熔夾層。這些易熔夾層是產(chǎn)熱裂紋的內(nèi)因。

1.2焊接接頭的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼在450℃～850℃溫度區(qū)之間內(nèi)停留一段時(shí)間后在晶界處會(huì)出現(xiàn)碳化鉻（Cr23C6），其中鉻主要來自晶粒表面，當(dāng)鉻質(zhì)是分?jǐn)?shù)小于12%時(shí)，因內(nèi)部鉻來不及補(bǔ)充而使晶界的晶粒表面的鉻含量下降形成貧鉻區(qū)，在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的作用下，晶界的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的材料表面上沒有明顯變化當(dāng)受到外力作用后，會(huì)沿晶界處斷裂。這是不銹鋼最危險(xiǎn)的一種破壞形式。

防止和減小奧氏體不銹鋼晶間腐蝕措施：首先，采用小的焊接熱輸入;q = kIU/v，減小焊縫的高溫停留時(shí)間。另一方面采取強(qiáng)冷措施（如銅墊板、水冷卻）;多層焊接時(shí)，要控制好層間溫度。層間溫度保持60℃以下。其次，選擇超低碳焊條，焊接過程中與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面最后焊接。焊接金屬保證有奧氏體，鐵素體雙相組織（鐵素體占5%左右）。焊后進(jìn)行固溶處理（把焊件加熱1050℃～1150℃后進(jìn)行淬火）使晶界上Cr23C6融入晶粒內(nèi)部形成均勻奧氏體組織。

1.3焊接接頭應(yīng)力腐蝕

奧氏體不銹鋼由于熱導(dǎo)率差，線膨脹系數(shù)大，焊接過程中在約束焊接變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。拉應(yīng)力的存在是應(yīng)力腐蝕開裂不可缺少的重要條件。而焊接應(yīng)力所引起的應(yīng)力腐蝕開裂事例約占全部應(yīng)力腐蝕開裂事例的60%以上。應(yīng)力腐蝕對(duì)應(yīng)力又選擇性，通常壓應(yīng)力是不會(huì)引起腐蝕開裂。只有在拉應(yīng)力作用下才會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋開裂。純金屬不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕大多數(shù)發(fā)生在合金中，在晶界處的合金元素的偏析是引起晶間開裂型應(yīng)力腐蝕的重要因素之一。鉻、鎳奧氏體不銹鋼由于所處介質(zhì)不同，其應(yīng)力腐蝕開裂的形式也不同，可以呈晶間開裂形式，也可以呈穿晶開裂形式或穿晶與沿晶混合開裂形式。

1.4焊接接頭的脆化

奧氏體不銹鋼在高溫下持續(xù)加熱過程中，會(huì)形成一種Fe-Cr為主成分不定的金屬間化合物，即δ相，δ相硬脆無磁性，并且分布在晶界處，使奧氏體不銹鋼因沖擊韌度大大下降而脆化。實(shí)踐表明δ相析出溫度為650℃～850℃常用的1Cr18Ni9Ti鋼。在700℃～800℃以下，δ相析出的敏感性最大。低于δ相的析出溫度時(shí)，δ相析出速度要緩慢的多;在高于δ相析出溫度時(shí)，δ相將不在析出。在加熱過程中如有塑性變形或施加應(yīng)力，就將大大加速δ相的析出。δ相對(duì)奧氏體不銹鋼性能最明顯的影響就是促使缺口沖擊韌度急距下降，此外δ相對(duì)奧氏體不銹鋼抗高溫氧化性、蠕變強(qiáng)度也產(chǎn)生一定有害影響。

2奧氏體不銹鋼焊接工藝特點(diǎn)

由上述焊接性分析的結(jié)果。總結(jié)出奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn)如下：

①奧氏體不銹鋼焊接焊接材料必須選擇正確，主要根據(jù)母材的化學(xué)成分及力學(xué)性能選擇。也就是說焊后的焊縫金屬化學(xué)成分與母材相同或相近。

②選用小的焊接熱輸入。奧氏體不銹鋼焊接過程中。為了縮短高溫停留時(shí)間采用小的焊接規(guī)范，細(xì)焊條直徑、小的焊接電流。快速焊接短弧操作，能夠減少有益元素的燒損，不僅能夠防止晶間腐蝕，還能減小焊接變形。

③焊接操作要正確。在奧氏體不銹鋼焊接過程中，焊條不作橫向擺動(dòng)，直線運(yùn)條，每道焊道不易過寬，焊道寬度應(yīng)小焊條 直徑3倍。

④要快速冷卻。為了防止晶間腐蝕及焊道產(chǎn)生脆硬現(xiàn)象，奧氏體不銹鋼焊后要采取冷卻措施（如采用銅墊板、水冷卻等）。

⑤奧氏體不銹鋼焊前不需預(yù)熱，焊后不采取后熱處理。但在多層多道焊時(shí)保持層間溫度不能高于60℃.

⑥焊后熱處理。奧氏體不銹鋼焊后一般不進(jìn)行熱處理，只是在有應(yīng)力腐蝕開裂傾向時(shí)，才進(jìn)行消應(yīng)力退頭處理。可根據(jù)要求選擇在低于450℃或高于850℃的范圍內(nèi)進(jìn)行退火處理。

⑦焊后表面處理。奧氏體不銹鋼焊后進(jìn)行表面處理，可以提高不銹鋼的耐腐蝕性。主要方法有表面拋光和表面鈍化處理。

3奧氏體不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）是抗氧化耐腐蝕性較強(qiáng)的材料，焊縫的化學(xué)成分復(fù)雜，所以在焊接生產(chǎn)中還要注意以下事項(xiàng)

3.1奧氏體不銹鋼焊縫的性能對(duì)化學(xué)成分的變動(dòng)有很大的敏感性，為保證焊縫成分的穩(wěn)定必須保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性和適當(dāng)?shù)钠驴谛问健?/p>

3.2剛才表面必須避免碰撞和摩擦損傷，劃線下料時(shí)不要打樣沖眼和用劃針劃線。以免損失不銹鋼的耐腐蝕性

3.3焊縫根部接觸腐蝕介質(zhì)時(shí)，要保證背面焊縫焊透，禁止使用金屬墊板。

3.4焊接地線電纜卡頭要夾緊，防止在焊接過程中出現(xiàn)起弧或過燒現(xiàn)象，為避免焊接飛濺損傷不銹鋼表面，在坡口及兩側(cè)刷涂石灰水或者防飛濺劑。

3.5盡量用機(jī)械加工或等離子弧切割下料，避免用碳弧切割。不銹鋼焊后不能用火焰矯正變形，只能采用機(jī)械矯正，矯正過程中不能傷到不銹鋼的表面。

3.6焊接后需加熱處理時(shí)，加熱前必須把碳鋼表面油脂洗凈，以免加熱產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象。

3結(jié)論

由于奧氏體不銹鋼的含碳量低，碳當(dāng)量值為0.2～0.3%，焊接性良好。它主要用于腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境中，所以奧氏體不銹鋼的焊接不僅要保證焊縫的力學(xué)性能，更重要的是要保證焊接接頭的抗氧化腐蝕的能力。這要求焊縫金屬的化學(xué)成分與母材相同或相近。焊接操作要正確，能夠有利提高焊接接頭抗晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕開裂的能力。焊后要對(duì)焊縫及母材進(jìn)行表面拋光或鈍化處理能夠進(jìn)一步提高奧氏體不銹鋼的抗氧化耐腐蝕能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)編 焊接手冊(cè)第一卷《焊接方法與設(shè)備》北京機(jī)械工業(yè)出版社2001年.

[2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)編 焊接手冊(cè)第二卷《金屬材料的焊接》第二版北京機(jī)械工業(yè)出版社2001年.

[3]英若采主編《熔化焊基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社2000年.

[4]2000年機(jī)械工業(yè)部出版《焊接工藝學(xué)》.

[5]劉云龍主編《焊工技師手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社1998年7月.

（錦西工業(yè)學(xué)校，遼寧 葫蘆島125000）