奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用

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奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用

郝　琦

（兖矿集团工贸学院筹备处　山东　邹城　２７３５００）

摘　要：奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，本文简要地阐述了不锈钢焊接过程中容易出现的一些问题，针对这些问题提出了相应的预防措施，并根据这些措施提出了焊条的选用原则。关键词：奥氏体不锈钢　焊接特点　防止措施　焊条选用不锈钢是指主加元素Ｃｒ高于１２％、能使钢处于钝化状态、又具有不锈特性的钢。不锈钢根据其显微组织分为铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体＋铁素体型和沉淀硬化型不锈钢。奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体，也有一些为奥氏体＋少量铁素体。

一、奥氏体不锈钢的焊接特点

奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，其焊接性能良好，但在焊接过程中也容易产生不少问题，主要表现为以下几种：

１、晶间腐蚀

根据贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到４５０～８５０℃时在晶界处析出高铬碳化物（Ｃｒ２３Ｃ６），形成贫铬的晶界，不足以抵抗腐蚀的程度

防止措施有：

（１）采用低碳或超低碳的焊材，如Ａ００２等，采用含钛、铌等稳定化元素的焊条，如Ａ１３７、Ａ１３２等；

（２）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素，使焊缝金属成为奥氏体＋铁素体的双相组织　（铁素体一般控制４－１２％）；

（３）减少焊接熔池过热，选用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度；

（４）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。

２、容易出现热裂纹

热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于Ｓ、Ｐ等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。另外，此类钢的导热系数小（约为低碳钢的１／３），线胀系数大（比低碳钢大５０％），所以焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。

防止措施：

　（１）　尽量选用碱性药皮的优质焊条，以限制焊缝金属中Ｓ、Ｐ、Ｃ等的含量。

（２）使焊缝金属呈双相组织，尽量控制铁素体的含量。３、应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头表现为无塑性变形的脆性破坏。

防止措施：

（１）　合理选择焊材，使焊缝与母材之间有良好的匹配，不产生任何不良组织，如晶粒粗化及硬脆马氏体等；　合理制定成形加工和组装工艺

（２）　合理制定成形加工和组装工艺，尽可能减小冷座变形度。（３）　消除应力处理：焊后热处理，如焊后完全退火或退火；在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。

４、焊缝金属的低温脆化

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对于奥氏体不锈钢焊接接头，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时，焊缝组织中的铁素体的存在总是恶化低温韧性。

防止措施：通过选用纯奥氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的奥氏体焊缝。

５、焊接接头的σ相脆化。

焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的σ相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。σ相的析出温度范围６５０－８５０℃。在高温加热过程中，σ相主要由铁素体转变而成。加热时间越长，σ相析出越多。

防止措施：

（１）限制焊缝金属中的铁素体含量（小于１５％），采用超合金化焊接材料，即高镍焊材；

（２）采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间；（３）对已析出的σ相在条件允许时进行固溶处理，使σ相溶入奥氏体。

二、奥氏体不锈钢的焊条选用原则

首先，不锈钢焊条必须根据母材和工作条件（包括工作温度和接触介质等）来选用。其次焊条的性能要与不锈钢的用途相符。

１、一般来说，焊条的选用可参照母材的材质，选用与母材成分相同或相近的焊条。如：Ａ１０２对应０Ｃｒ１９Ｎｉ９；Ａ１３７对应１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ。

２、由于碳含量对不锈钢的抗腐蚀性能有很大的影响，因此，一般选用熔敷金属含碳量不高于母材的不锈钢焊条。如３１６Ｌ必须选用Ａ０２２焊条。

３、奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过焊接工艺评定进行验证。

４、对于在高温工作的耐热不锈钢（奥氏体耐热钢），所选用的焊条主要应能满足焊缝金属的抗热裂性能和焊接接头的高温性能。

５、在某些特殊的应用场合，可能要求采用全奥氏体的焊缝金属时，可采用比如Ａ４０２、Ａ４０７焊条等。对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢，则应按介质和工作温度来选择焊条，并保证其耐腐蚀性能（做焊接接头的腐蚀性能试验）。（１）对于工作温度在３００℃以上、有较强腐蚀性的介质，须采用含有Ｔｉ或Ｎｂ稳定化元素或超低碳不锈钢焊条。如Ａ１３７或Ａ００２等。　（２）对于含有稀硫酸或盐酸的介质，常选用含Ｍｏ或含Ｍｏ和Ｃｕ的不锈钢焊条如：Ａ０３２、Ａ０５２等。（３）工作，腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，方可采用不含Ｔｉ或Ｎｂ的不锈钢焊条。

为保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力，采用超合金化的焊材，即焊缝金属中的耐蚀合金元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等）含量高于母材。如采用００Ｃｒ１８Ｎｉ１２Ｍｏ２类型的焊接材料（如Ａ０２２）焊接００Ｃｒ１９Ｎｉ１０焊件。