奥氏体不锈钢焊接工艺要点及常见问题

奥氏体不锈钢焊接工艺要点及常见问题内容摘要：

的特点，因而 5 在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。 从上述三个方面看，热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，特别是含铬较高的奥氏体不锈钢更容易产生。 因此，奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多。 防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施 （ 1） 冶金措施 严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。 钢中镍含量越高，越应该严格控制硫、磷、硼 、硒等有害元素的含量。 调整焊缝化学成分。 加入铁素体元素，使焊缝金属出现奥氏体 铁素体双相组织，能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。 如 188 钢焊缝组织中有少量铁素体（δ）相存在，则抗裂性能大大提高，如图 1 所示。 这是因为δ相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性（见图2）、细化了晶粒，低熔点的杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹扩展和延伸；δ相能溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的数量大为减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。 常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。 图 1δ相对含量对焊缝热裂倾向的影响 6 图 2δ相在奥氏体基体上的分布 控制焊缝金属中的铬镍比。 对于 188 型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于 时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到 ~ 时，就可以防止热裂纹的产生。 这一措施的实质也是为保证有一定量的铁素体存在。 在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微量元素。 这些元素可以细化晶粒，也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。 上述冶金因素主要是通过选择焊接材料来达到调整焊缝化学成分的目的。 目前我国生产的 188 型不锈钢焊条的熔敷金 属，都能获得奥氏体 铁素体双相组织。 （ 2）工艺措施 焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的柱状晶。 为此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道；多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。 此外，液化裂纹主要出现在 2520 型奥氏体不锈钢的焊接接头中。 为防止液化裂纹的产生，除了严格限制母材中的杂质含量、控制母材的晶粒度以外，在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度等措施，以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。 焊接接头的晶间腐蚀 有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀， 0Cr18Ni9 不锈钢晶间腐蚀如图 3 所示。 根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生在焊缝区、 HAZ 敏化去（ 600~1000℃ ）和熔合区，如图 4 所示。 7 图 3 0Cr18Ni9 不锈钢晶间腐蚀 图 4 奥氏体不锈钢焊接接头 a— 焊缝区 b— HAZ 敏 化区 c— 熔合区 晶间腐蚀 （ 1）产生晶间腐蚀的原因。 奥氏体不锈钢焊缝和 HAZ 敏化区的晶间腐蚀，都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。 焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况：一种是焊态下已有 Cr23C6 析出，如多层焊缝的重复加热区域；另一种为接头在焊态下无贫铬层，但焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。 奥氏体不锈钢在加热到 450~850℃ 时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称敏化温度区。 这是因为当温度低于 450℃ 时，碳原子活动能力很弱， Cr23C6 析出困难不会形成贫铬层；而当温度高于 850℃ 时 ,晶粒内部的铬获得了的动能，扩展到晶界，从而使已形成的贫铬层消失；而在 450～ 850℃ 温度区间内，既有利于 Cr23C6 的析出，晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫铬层，对晶间腐蚀最敏感。 当然，如果在 450～ 850℃温度区间加热。