摘要：奥氏体不锈钢相对于其它不锈钢来说具有很好的耐腐蚀性、耐热性和塑性，它的焊接性能比较好。但是如果焊接方法和工艺参数选择不当的话,焊接过程中会发生晶间腐蚀和热裂纹等问题。本文首先简要论述了奥氏体不锈钢在焊接过程中存在的主要问题及其防止措施，并进一步探讨了奥氏体不锈钢的焊接工艺，仅供参考。
关键词：奥氏体不锈钢；焊接特点；焊接工艺
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几种不锈钢。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，这种少量铁素体有助于防止热裂纹。不锈钢按主要化学成分分类可分为三种，铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢。按组织分类有：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体-奥氏体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢。奥氏体不锈钢一般分为：18-8型奥氏体不锈钢、18-12Mo型奥氏体不锈钢、25-20型奥氏体不锈钢[1]。
1奥氏体不锈钢焊接过程中存在的问题及其防止措施
1.1容易出现热裂纹
热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，其产生原因是由于奥氏体的液、固相线区间较大，结晶时间较长，而且奥氏体结晶方向性强，使低熔点杂质偏析严重而集中于晶界处。此外奥氏体不锈钢线膨胀系数大，冷却收缩时应力大，所以易产生热裂纹。
热裂纹防止措施：(1)尽量使焊缝金属呈双相组织，铁素体的含量控制在3-5%以下。因为铁素体能大量溶解有害的S、P杂质；(2)严格限制焊缝金属中S、P、等杂质的含量；
(3)合理进行合金化，如加入4%-6%的锰对防止单相奥氏体产生热裂纹相当有效，此外适当增加碳、氮含量对防止热裂纹也是有益的；(4)工艺上的措施：制定焊接工艺时尽可能减少熔池过热和接头残余应力[2]。
1.2晶间腐蚀
根据贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬，造成贫铬的晶界，当与腐蚀介质接触时，就会产生晶间腐蚀。
晶间腐蚀防止措施：(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，(铁素体一般控制在5%左右)；(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固溶处理[3]。
1.3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的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。
应力腐蚀开裂防止措施：(1)合理制定成形加工和组装工艺，尽可能减小冷作变形度，避免强制组装，防止组装过程中造成各种伤痕(各种组装伤痕及电弧灼痕都会成为裂源)；(2)合理选择焊材：焊缝与母材应有良好的匹配，不产生任何不良组织，如晶粒粗化及硬脆马氏体等；(3)采取合适的焊接工艺：保证焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷，如咬边等；采取合理的焊接顺序，降低焊接残余应力水平；(4)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；(5)对奥氏体不锈钢进行涂层、衬里等方法，将其与腐蚀介质隔开[4]。
1.4焊缝金属的低温脆化
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此时，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。
1.5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(5%左右)，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[5]。
2奥氏体不锈钢的焊接工艺分析
2.1焊前的准备工作。首先必须清除可能使焊缝金属增碳的各种污染。在焊前需要对焊接坡口和焊接区应用丙酮或酒精除油和去水。需要注意的是，不得用碳钢钢丝刷清理坡口和焊缝表面。清渣和除锈应用砂轮、不锈钢钢丝刷等。
2.2焊条必须存放在干净的库房内。使用时应将焊条放在焊条筒内，不要用手直接接触焊条药皮。
2.3焊接薄板和拘束度较小的不锈钢焊件，可选用氧化钛型药皮焊条。因为这种焊条的电弧稳定，焊缝成型美观。
2.4立焊和仰焊位置，应采用氧化钙型药皮焊条。其熔渣凝固较快，对熔化的焊缝金属可起到一定的支托作用。
2.5气体保护焊和埋弧自动焊时，应选用铬锰含量比母材高的焊丝，以补偿焊接过程中合金元素的烧损。
2.6在焊接过程中，必须将焊件保持较低的层间温度，最好不超过150℃。不锈钢厚板焊接时，为加快冷却，可从焊缝背面喷水或用压缩空气吹焊缝表面，但层间必须注意清理，防止压缩空气污染焊接区。
2.7手工电弧焊时，应在焊条说明书规定的电流范围内选择焊接电流。由于不锈钢电阻值较大，靠近夹持端的一段焊条容易受电阻热的作用而发红，在焊至后半段焊条时应加快熔化速度，使焊缝熔深减少，但熔化速度太快又会造成未熔合和熔渣等缺陷。从保证接头的耐腐蚀性考虑，也要求选用较小的焊接电流，减少焊接热输入量，防止焊接热影响区的过热[6]。
2.8在操作技术上应采用窄焊道技术，焊接时尽量不摆动焊条，在保持良好熔合的前提下，尽可能提高焊接速度。
2.9不锈钢焊件焊后一般不作消除应力处理。虽然在不锈钢的焊接中也存在较高的残余应力，但由于接头各区在焊后具有良好的塑性和韧性，使残余应力的有害影响显著减小。更重要的是消除应力处理的温度范围正好处于不锈钢的敏化温度区，消除应力处理反而导致耐蚀性的降低。因此不锈钢焊件的焊后热处理的目的不应是消除接头的残余应力，而应是提高接头的耐蚀性。主要有固溶处理和稳定化处理[7]。
参考文献
[1]刘克攀.奥氏体不锈钢的焊接[J].产业与科技论坛，2015（14）.
[2]郑文赢.奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用浅析[J].课程教育研究，2014（15）.
[3]付洪亮，毛雅丽.奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用[J].石油和化工设备，2009（06）.
[4]徐驰奔，叶增伟.奥氏体不锈钢焊接特点及工艺[J].科技风，2009（02）.
[5]王璐，齐爱霞，王琳.奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接工艺[J].农机使用与维修，2008（08）.
[6]汤全胜.奥氏体不锈钢的施工及焊接[J].中国船检，2004（06）.
[7]侯仰博.奥氏体不锈钢复合板制压力容器不同热处理工艺对焊接接头性能的影响[J]焊接技术，2018（03）.
论文作者:罗森
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月51期
论文发表时间:2019/12/6
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