李许亮
中国核工业二三建设有限公司 广东省汕尾市 516545
摘要：分析奥氏体不锈钢的性能特点和焊接性，选用与之相匹配的焊接工艺，结合焊接工艺评定试验分析，确定了影响奥氏体不锈钢焊接的各种重要变素，验证焊接工艺的合理性。本文通过对焊接工艺评定实施过程阐述，为后续奥氏体不锈钢焊接提供参考。
关键词：不锈钢 焊接工艺 试验分析
1．引言
不锈钢材料目前在施工种广泛应用，奥氏体不锈钢作为其种一类材料，通过对其焊接工艺特点进行研究，分析奥氏体不锈钢焊接的难点和注意要点，为工程施工质量提供技术支持。
2．不锈钢的特性
不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其它腐蚀介质腐蚀的，具有高度化学稳定性的钢种，这类钢具有优良的耐蚀性、力学性能、工艺性能及很大的工作温度范围（-269℃至1050℃），适用于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备，广泛应用于石油、化工、电力、仪表、食品、航空及核能等领域。
不锈钢常按组织状态分为:马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体(双相)不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。
奥氏体型不锈钢在不锈钢中应用最广（约占70%），它是在18%铬铁素体型不锈钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，根据加入元素铬、镍含量，可以分为以下几种类型：18-8型钢、18-12型钢、25-20型钢、铬锰低镍型。
3．不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢的抗拉强度高、塑性、韧性也好，但屈服点较低，相对于碳素钢高温强度高、耐氧化性好，适用于高温使用，可作为耐热钢用，同时具有相当好的冲击韧度。
奥氏体不锈钢比其它不锈钢容易焊接，在任何温度下都不会发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下接头具有较好塑性和韧性。具备良好可焊性，热裂倾向小。一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与碳钢等进行异种钢焊接。
焊接的主要问题是：焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀等。同时因导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形较大。
4．焊接工艺
4.1 坡口型式、坡口准备
奥氏体不锈钢坡口型式应考虑焊接层数和填充金属量，在保证工作效率的同时满足焊缝的力学性能要求，对于全焊透对接接头采用V型坡口，坡口角度为35±5℃。焊口组对前采用机械方法对坡口两侧15mm范围内的氧化皮、油脂、杂质等进行清理。坡口的定位采用与正式焊接用的材料相同，组对完成后检查组对间隙，符合技术规程要求的范围。
4.2 焊接方法选择
奥氏体不锈钢因受其自身的冶金特性的制约，在选择焊接方法时应遵循如下原则：
避免使用过低或过高的焊接热输入。过低的线能量会使奥氏体相析出大量减少，甚至形成纯铁素体组织，工艺和使用性能大幅度降低。过高的热输入会使焊缝金属晶粒粗大，韧性下降。
适宜使用多层焊。
避免使用热处理。
经济性。在选用焊接方法时，应考虑其经济合理，维修方便。
奥氏体不锈钢采用中性气体保护焊时，会有部分N从熔池上部溢出，这会导致表面层富含铁素体，降低了抗腐蚀性。根据奥氏体不锈钢接头形式、母材厚度、焊缝长度等不同，从工作效率高，焊接性能好，经济性高考虑，可采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊等多种方式。
4.3 层间温度
为防止焊缝金属中的合金元素在高温下的烧损，严格控制层间温度不能超过150℃。
4.4 焊接填充材料选择
奥氏体不锈钢焊接用材料一般选用如表1。
表1 部分奥氏体不锈钢焊接材料举例
4.5 焊接工艺控制要点
奥氏体不锈钢焊接工艺控制要点如下：
焊接时尽量选用较小的焊接热输入，即在保证焊接质量的前提下采用小的焊接电流和较快的焊接速度；
控制焊接弧长，弧长应较短；
层间温度控制在要求的范围内，避免焊接过程中的合金元素烧损；
不允许在潮湿的试件上进行焊接，试件的温度至少应为10℃，层间温度不应高于150℃；
4.6 焊接工艺参数
奥氏体不锈钢的焊接性能良好，热裂纹和脆化倾向较小，为使焊缝和焊接热影响区具有合适的奥氏体和铁素体组织，保证焊接接头具有良好的力学性能和耐腐蚀等性能，必须根据焊接工艺控制要点的要求控制焊接热输入、层间温度，焊接过程中尽量降低弧长，切不可拉的太长，从而有效的防止合金元素的烧损以及有效的控制N元素过多的进入熔敷金属而是使铁素体含量降低，同时也避免了焊接过程中的高温导致晶间腐蚀能力的降低。
5．焊接试验分析
通过制备焊接试件：母材材质316L、直径168mm，厚度12.7mm，坡口采用V型，焊接方法采用手工氩弧焊和手工焊条电弧焊联合，焊丝采用H00Cr19Ni12Mo2（Φ2.0：电流80A-130A），焊条采用 A022（Φ3.2：电流100A-120A），焊接为水平固定平焊。
5.1 焊后检验
焊接完成后按照AWSD1.6-1999相关章节要求进行外观检查和射线检验，结果符合要求，未出现裂纹、夹渣、未融合、未焊透、咬边等缺陷。
5.2 理化试验
对焊接试件按照标准要求取样，进行拉伸、弯曲、冲击、宏观腐蚀试验、晶间腐蚀试验及铁素体含量测定，各项试验结果满足要求。
6．结束语
严格按照焊接工艺规程中焊接参数焊接，控制层间温度和焊接热输入，选用合适焊接填充材料，控制焊接弧长采用短弧，焊接接头将具有良好的性能，满足文件要求。
通过对奥氏体不锈钢焊接工艺分析研究，了解奥氏体不锈钢的性能特点和焊接特性，对工程施工具有积极的指导作用。
参考文献：
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[2] 张丽红. 金属材料焊接工艺，北京：北京理工大学出版社，2014.3，129-129
[3] 尹士科，李凤辉.双相不锈钢的焊接特性和焊接材料.机械制造文摘-焊接分册，2012，2012（3）:22-22
论文作者:李许亮
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：奥氏体论文; 不锈钢论文; 焊接工艺论文; 性能论文; 温度论文; 材料论文; 元素论文; 《防护工程》2018年第18期论文;