1 、奧氏體不銹鋼的焊接特點

(1) 容易出現(xiàn)熱裂紋

    防止措施：（a）盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在3-5% 以下。因為鐵素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。（b）盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C 等的含量。

(2) 晶間腐蝕

    根據(jù)貧鉻理論，焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450～850℃敏化溫度區(qū)時在晶界上析出碳化鉻，造成貧鉻的晶界，不足以抵抗腐蝕的程度。

    防止措施：（a）采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A137、A132等。（b）由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+ 鐵素體的雙相組織（鐵素體一般控制在4～12%）。（c）減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度。（d）對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進(jìn)行焊后穩(wěn)定化退火處理。

(3) 應(yīng)力腐蝕開裂

    應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。

    防止措施：（a）合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷作變形度，避免強制組裝，防止組裝過程中造成各種傷痕（各種組裝傷痕及電弧灼痕都會成為SCC的裂源，易造成腐蝕坑）。（b）合理選擇焊材：焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等。（c）采取合適的焊接工藝：保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力水平。（d）消除應(yīng)力處理：焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。（e）生產(chǎn)管理措施：介質(zhì)中雜質(zhì)的控制，如液氨介質(zhì)中的O₂、N₂、H₂O等；液化石油氣中的H₂S；氯化物溶液中的O₂、Fe³⁺、Cr⁶⁺等；防蝕處理：如涂層、襯里或陰極保護(hù)等；添加緩蝕劑。

(4) 焊縫金屬的低溫脆化

    對于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時，焊縫金屬的塑韌性是關(guān)鍵問題。此時，焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。

    防止措施：通過選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。

(5) 焊接接頭的σ相脆化

    焊件在經(jīng)受一定時間的高溫加熱后會在焊縫中析出一種脆性的σ相，導(dǎo)致整個接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。σ相的析出溫度范圍650～850℃。在高溫加熱過程中，σ相主要由鐵素體轉(zhuǎn)變而成。加熱時間越長，σ相析出越多。

    防止措施：（a）限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%）；采用超合金化焊接材料，即高鎳焊材。（b）采用小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時間。（c）對已析出的σ相在條件允許時進(jìn)行固溶處理，使σ相溶入奧氏體。

2 、奧氏體不銹鋼的焊條選用要點

    不銹鋼主要用于耐腐蝕鋼，但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此，在焊接不銹鋼時，焊條的性能必須與不銹鋼的用途相符。不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來選用。

    （1）一般來說，焊條的選用可參照母材的材質(zhì)，選用與母材成分相同或相近的焊條。如：A102對應(yīng)0Cr19Ni9；A137對應(yīng)1Cr18Ni9Ti。

    （2）由于含碳量對不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影響，因此，一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。

    （3）奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，可通過焊接工藝評定進(jìn)行驗證。

    （4）對于在高溫工作的耐熱不銹鋼（奧氏體耐熱鋼），所選用的焊條主要應(yīng)能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。

      a）對Cr/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼，如1Cr18Ni9Ti等，一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，以焊縫金屬中含2%～5% 鐵素體為宜。鐵素體含量過低時，焊縫金屬抗裂性差；若過高，則在高溫長期使用或熱處理時易形成σ脆化相，造成裂紋。如A002、A102、A137。在某些特殊的應(yīng)用場合，可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時，可采用如A402、A407焊條等。

      b）對Cr/Ni＜1的穩(wěn)定型奧氏體耐熱鋼，如Cr16Ni25Mo6等，一般應(yīng)在保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相近的同時，增加焊縫金屬中Mo、W、Mn 等元素的含量，使得在保證焊縫金屬熱強性的同時，提高焊縫的抗裂性。如采用A502、A507。

    （5）對于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼，則應(yīng)按介質(zhì)和工作溫度來選擇焊條，并保證其耐腐蝕性能（做焊接接頭的腐蝕性能試驗）。

      a）對于工作溫度在300℃以上、有較強腐蝕性的介質(zhì)，須采用含有Ti 或Nb 穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等。

      b）對于含有稀硫酸或鹽酸的介質(zhì)，常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條。如A032、A052等。

       c）工作腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，方可采用不含Ti或Nb 的不銹鋼焊條。為保證焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕能力，采用超合金化的焊材，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。

  （6）對于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼，應(yīng)保證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性，故采用純奧氏體焊條。如A402、A407。

  （7）也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo 達(dá)9% 的鎳基焊材焊接Mo6 型超級奧氏體不銹鋼。

  （8）焊條藥皮類型的選擇

       a）由于雙相奧氏體鋼焊縫金屬本身含有一定量的鐵素體，具有良好的塑性和韌性，從焊縫金屬抗裂性角度進(jìn)行比較，堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實際應(yīng)用中，從焊接工藝性能方面著眼較多，大都采用藥皮類型代號為17或16的焊條（如A102A、A102、A132等）。

       b）只有在結(jié)構(gòu)剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差（如某些馬氏體鉻不銹鋼、純奧氏體組織的鉻鎳不銹鋼等）時，才考慮選用藥皮代號為15 的堿性藥皮不銹鋼焊條（如A107、A407等）。

3、 奧氏體不銹鋼的焊接要點

    總的來說，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性。幾乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的熱物理性能和組織特點決定了其焊接工藝要點。

    ① 由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大，焊接時易于產(chǎn)生較大的變形和焊接應(yīng)力，因此應(yīng)盡可能選用焊接能量集中的焊接方法。

    ② 由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，在同樣的電流下，可比低合金鋼得到較大的熔深。同時又由于其電阻率大，在焊條電弧焊時，為了避免焊條發(fā)紅，與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比，焊接電流較小。

    ③焊接規(guī)范。一般不采用大線能量進(jìn)行焊接。焊條電弧焊時，宜采用小直徑焊條，快速多道焊，對于要求高的焊縫，甚至采用澆冷水的方法以加速冷卻，對于純奧氏體不銹鋼及超級奧氏體不銹鋼，由于熱裂紋敏感性大，更應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線能量，防止焊縫晶粒嚴(yán)重長大與焊接熱裂紋的發(fā)生。

    ④ 為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，焊接時，要特別注意焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。

    ⑤ 奧氏體不銹鋼焊接時一般不需要預(yù)熱。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長大及碳化物的析出，保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕性，應(yīng)控制較低的層間溫度，一般不超過150℃。

4、奧氏體不銹鋼的焊接工藝與焊材選擇

    奧氏體不銹鋼的焊接性良好，焊接時一般不需要采取特殊的工藝措施，但如果焊接材料選用不當(dāng)，或焊接工藝不正確時，將會出現(xiàn)晶界腐蝕和熱裂紋等缺陷。此外，奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)大，焊接時容易引起較大的翹曲變形。

焊接工藝

    手弧焊是焊接奧氏體不銹鋼最常用的焊接方法。但這種方法合金元素的過渡系數(shù)小，更換焊條時，焊縫交接處的重復(fù)加熱對接頭質(zhì)量會帶來不利影響。

    (a)焊條選擇  奧氏體不銹鋼焊條有酸性敏鈣型和堿性低氫鈉型兩大類。低氫鈉型不銹鋼焊條的抗熱裂性較高，但成形不如欽鈣型焊接，抗腐蝕性也較差。錢鈣型焊條具有良好的工藝性能，生產(chǎn)中用得較普遍。一般根據(jù)被焊不銹鋼的牌號選擇焊條，見表1和表2。

表1常用不銹鋼焊接材料推薦表

表2 18-8型不銹鋼焊接選用焊條舉例

表3為焊接規(guī)范。

    工藝措施焊接規(guī)范應(yīng)選用小線能量，焊接電流要小，一般比低碳鋼要小20%。也可按焊條直徑的25-35倍估算，具體電流大小可根據(jù)焊條直徑按下表選取。

表3 焊接規(guī)范

      (b)焊接工藝參數(shù)選擇  選擇較小的電流，比焊接碳鋼的電流小10％～45％，使焊條藥皮不發(fā)紅。

      (c)操作技術(shù)  焊接時，焊條不應(yīng)作橫向擺動，快速焊，一次焊成的焊縫不宜過寬，最好不超過焊條直徑的3倍。多層焊時，每焊完一層要徹底消除熔渣，層間溫度應(yīng)低于60℃與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫，為防止由于過熱而產(chǎn)生晶間腐蝕，應(yīng)最后焊接。焊后可采取強制冷卻措施，加速接頭冷卻。焊接開始時，不要在工件上隨便引弧，以免損傷焊件表面，影響耐腐蝕性。

    另外為保證接頭的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)采用以下焊接工藝：

      1.焊前準(zhǔn)備。必須清除可能使焊縫金屬增碳的各種污染。焊接坡口和焊接區(qū)焊前應(yīng)用丙酮或酒精除油和去水。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。清渣和除銹應(yīng)用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。

      2.焊條必須存放在干凈的庫房內(nèi)。使用時應(yīng)將焊條放在焊條筒內(nèi),不要用手直接接觸焊條藥皮。

      3.焊接薄板和拘束度較小的不銹鋼焊件,可選用氧化鈦型藥皮焊條。因為這種焊條的電弧穩(wěn)定,焊縫成型美觀。

      4.對于立焊和仰焊位置,應(yīng)采用氧化鈣型藥皮焊條。其熔渣凝固較快,對熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。

      5.氣體保護(hù)焊和埋弧自動焊時,應(yīng)選用鉻錳含量比母材高的焊絲,以補償焊接過程中合金元素的燒損。

      6.在焊接過程中,必須將焊件保持較低的層間溫度,最好不超過150 ℃。不銹鋼厚板焊接時,為加快冷卻,可從焊縫背面噴水或用壓縮空氣吹焊縫表面,但層間必須注意清理,防止壓縮空氣污染焊接區(qū)。

      7.手工電弧焊時,應(yīng)在焊條說明書規(guī)定的電流范圍內(nèi)選擇焊接電流。由于不銹鋼電阻值較大,靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅,在焊至后半段焊條時應(yīng)加快熔化速度,使焊縫熔深減少,但熔化速度太快又會造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮,也要求選用較小的焊接電流,減少焊接熱輸入量,防止焊接熱影響區(qū)的過熱。

      8.在操作技術(shù)上應(yīng)采用窄焊道技術(shù),焊接時盡量不擺動焊條,在保持良好熔合的前提下,盡可能提高焊接速度。

      9.不銹鋼焊件焊后一般不作消除應(yīng)力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應(yīng)力,但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性,使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū),消除應(yīng)力處理反而導(dǎo)致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應(yīng)是消除接頭的殘余應(yīng)力,而應(yīng)是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理。

5 、奧氏體不銹鋼的焊接措施

    鉻鎳奧氏體不銹鋼一般焊后不進(jìn)行熱處理，但為了提高材料的抗晶間腐蝕能力，可采用穩(wěn)定化退火和固溶處理。

    18-8鋼焊接時, 焊縫的晶間腐蝕問題, 可以從以下幾個方面采取措施。

      1）.焊縫中加人一定量的鐵素體形成元素， 如加入鈦、鈮、鉬、鋇、硅等, 促使焊縫形成奧氏體加鐵素體雙相組織。實踐證明，在奧氏體中有少量鐵素體存在，就會大大改善材料的抗晶間腐蝕能力。這是因為奧氏體中碳的濃度比鐵素體中碳的濃度大，所以碳原子有向奧氏體中擴(kuò)散的趨勢。奧氏體中的碳和鐵素體中的鉻都向兩相交界處擴(kuò)散，由于碳的擴(kuò)散速度很大，有可能碳原子首先從奧氏體越過邊界與鉻形成碳化鉻，又由于鉻在鐵素體里的擴(kuò)散速度要比在奧氏體中快得多,一旦在晶界處形成貧鉻區(qū)，能夠較快地從鐵素體內(nèi)部得到補充，從而使貧鉻層消失。但是18-8鋼中的鐵素體量不宜過多，否則會促使σ相形成，反而降低抗晶間腐蝕的能力。

      2）.焊縫中加人穩(wěn)定碳化物元素，即在焊縫中加入鈦、鈮，使之形成TiC或NbC，減少形成碳化鉻的可能性，也可避免晶間腐蝕。如奧132焊條、137奧焊條即是作為穩(wěn)定劑的不銹鋼焊條。

      3）.減少焊縫中的含碳量，即可減少和避免形成碳化物，從而降低形成晶間腐蝕的傾向。如果把含碳量降低到0.04%以下，就可避免碳化物析出。這種含碳量低于0.04%的不銹鋼或焊條，一般稱為“超低碳” 不銹鋼，能有效地克服晶間腐蝕。

      4）.對于焊接接頭，一般可控制焊接規(guī)范或采取焊后熱處理的方法來改善抗晶間腐蝕能力。

    控制焊接熱規(guī)范的措施主要是縮短加熱時間，減少焊縫截面，用小線能量規(guī)范進(jìn)行焊接，強制快速冷卻等，避免在危險溫度停留時間過長。

    焊后熱處理，可采用穩(wěn)定化退火，既加熱到580℃，保溫4h，然后空冷，也可采用固溶處理既一般采取加熱到1050-1150℃，保溫后水冷，即可避免晶間腐蝕。