摘要：厚板奥氏体不锈钢的生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%，是最重要的不锈钢钢种。奥氏体不锈钢中一般都含有较多的Cr 和Ni 这两种元素。与其他不锈钢相比， 奥氏体不锈钢除了具有极好的抗腐蚀性之外，还具有生物相容性，良好的成型性和可焊性, 好的塑性、韧性，而且具有无磁性的特点，是一种性能十分优良的材料。因而在石油化工、生物医学、食品、海洋等许多领域中都得到广泛应用。本文分析了厚板奥氏体不锈钢焊接技术研究现状。
关键词：厚板奥氏体；不锈钢；焊接技术；
厚板奥氏体不锈钢有很多优点，但在焊接过程中往往会出现一些影响材料性能的缺陷，比如产生严重的焊接接头晶间腐蚀、应力腐蚀、出现热裂纹现象等。这些缺陷一旦发生，在使用过程中必将影响设备的使用寿命，造成安全隐患。
一、影响因素
1.冶金因素。材料的合金化程度越高，焊接时越容易产生热裂纹。材料中含有较多的合金元素时，焊接时易产生方向性很强的粗大柱状晶组织，同时增大了液固相线的间距，加剧了偏析。奥氏体不锈钢焊缝结晶时，液、固相线的区间较大，结晶时间较长，且奥氏体结晶的枝晶方向性强，所以杂质偏析现象比较严重，并在晶界积聚。奥氏体不锈钢中的成分会在熔池中形成低熔点共晶。在凝固结晶后期以液态薄膜形式存在于奥氏体柱状晶粒之间，割裂了晶粒之间的联系。在冷却收缩所引起的拉应力的作用下，这些远比晶粒脆弱的液态薄膜承受不了这种拉应力，就在晶粒边界处分离形成结晶裂纹。
2.力学因素。焊接结晶裂纹具有高温沿晶断裂的性质。发生高温沿晶断裂的条件是金属在高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生的塑性应变量。应力主要是由于焊接的不均匀加热和冷却过程而引起，如热应力、组织应力和拘束应力等。与有关的因素有：①分布。若焊接接头上温度分布很不均匀，即温度梯度很大，同时冷却速度很快，则引起的就很大，极易产生结晶裂纹。②金属的热物理性能。金属的热膨胀系数越大，则引起的也越大，极易开裂。奥氏体不锈钢的导热系数大约只有低碳钢的一半，而线膨胀系数却大得多，比低碳钢大50%左右，延长了焊缝金属在高温区的停留时间，提高了焊缝金属在高温时经受的拉伸应变，所以焊后在接头中会产生较大的焊接内应力。③焊接接头的刚性或拘束度。当焊件越厚或接头受到拘束越强时，引起的ε也越大，结晶裂纹也越易产生。
3.焊接接头热裂。奥氏体钢焊接时在焊缝及近缝区均可能见到热裂纹，但最常见的主要是焊缝凝固裂纹，有时也出现近缝区液化裂纹。Ni含量越高，产生裂纹的倾向越大，而且越不易控制。奥氏体钢焊接接头易于热裂主要与以下几个因素有关：焊缝金属结晶期间存在较大拉应力，奥氏体钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力；奥氏体钢易形成方向性强的柱状晶焊缝组织，有利于S、P、Sn、Sb之类有害杂质的偏析，而促使形成晶间液态夹层，显然易于促使产生焊缝凝固裂纹及增大焊缝热裂倾向。工程焊接施工过程中，为防止产生热裂，在焊接工艺上一方面尽量选择杂质较低的焊接材料，尽量减小熔池过热，避免形成粗大柱状晶，采用小线能量及小截面焊道是尽量减少焊接接头热裂的有效措施。
二、奥氏体不锈钢焊接技术研究现状
1.常规电弧焊。这里所说的常规电弧焊主要指焊条电弧焊、钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊。焊条电弧焊是国内用于奥氏体不锈钢焊接的主要方法，其焊接时应根据母材的化学成分选择焊条，所选择奥氏体不锈钢焊条的化学成分类型应与母材相同，焊条中的铬镍含量不低于母材，含碳量不高于母材。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆焊条电弧焊属于手工焊接，焊接效率低、劳动强度大，且受干扰因素较多，焊接质量难以保证。钨极氩弧焊用于焊接奥氏体不锈钢时，适用于8mm厚度以下的板结构，特别适用于厚度为3mm以下的薄板，焊接厚件时，一般用作打底焊，对于管子的焊接直径一般要求为60mm以下。熔化极气体保护焊可以用于厚板的焊接，但用其焊接奥氏体不锈钢板时，焊缝窄而高，焊缝成形差，因此应用少。氩弧焊打底需焊接三层，为了保证焊接质量，进行第一层焊条电弧焊时需要充氩气保护。焊接时需严格控制层间和道问温度，使之低于80℃。焊后采用无损检验及力学性能测试，得出所制定的焊接工艺合理、可行。
2.手工焊条电弧焊，是焊接厚度在2mm以上的奥氏体不锈钢板最常用的焊接方法。因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小；能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求，所用设备简单。施工过程中，为控制焊接线能量，防止晶间腐蚀，焊接速度必须控制，在保证焊透的前提下快速焊接。同时，为了减少焊接熔池热量，提高焊缝金属的耐腐蚀性能，焊接时不允许焊条横向摆动，而采用窄焊道技术，以加快冷却速度，焊缝宽度一般不超过焊条直径的2倍，多层焊每层焊道厚度不超过3mm，以减少热输入并有利于气体析出，层间温度不高于150℃。实际施焊过程中，为提高生产效率，采取加快焊接接头冷却速度的办法，即每焊完一层焊缝后浇水，加快冷却。如果条件允许，可以在焊缝背面边浇水边施焊，但必须注意到焊接熔池及其附近区域不允许有水。
3.钨极氩气保护焊，是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。因氩气保护效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，焊接时线能量很小，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，焊缝强度和塑韧性都优良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和机械化焊接。实际施焊过程中，应在保证电弧不短路的情况下，尽量减少弧长，电弧电压一般控制在9～20V范围内。为了不破坏气流对熔池的保护作业，焊接速度一般不宜过快，同时为了提高生产效率，尽可能使焊接接头在450～850℃危险温度停留时间相对减少，有利于提高不锈钢焊接接头耐腐蚀性能。
三、发展展望
奥氏体不锈钢导热性差，焊接时接头中会产生很大的应力，导致极易产生变形，尤其是大厚板的焊接，因此焊接时选择合适焊接方法和焊接工艺的同时，合适的坡口形式可以有效防止其焊接变形，如x形或双U形坡口的双面交替焊接。窄间隙焊接是提高厚板奥氏体不锈钢焊接效率和焊接质量的有效方法，但窄间隙焊接时易存在侧壁熔合不良的问题，如果采用旋转电弧窄间隙焊接或磁控窄间隙焊接技术，则可以有效解决侧壁熔合问题。目前针对奥氏体不锈钢焊接方法和焊接工艺的研究较多，但对其焊接材料的研究相对较少。通过调整焊接材料成分，可以有效调整焊缝组织和焊缝金属合金元素成分，从而减少热裂纹敏感性。因此，对奥氏体不锈钢焊接材料的研究也具有重要意义。
奥氏体不锈钢在焊接过程中的主要焊接质量问题有脆化、晶间腐蚀、热裂和应力腐蚀等。影响奥氏体不锈钢焊接质量的因素是多方面的，主要有材料、工艺和环境奥氏体不锈钢的热裂主要受合金成分、金相组织及焊接应力的影响，因此可以通过调节焊材的合金成分，控制存在的金相组织和采用合适的焊接工艺来加以控制。对不锈钢脆化的情况，可以通过调整合金成分加以避免和改善。从材料、工艺等方面采取适当的措施，将大大提高奥氏体不锈钢的使用寿命，具有重要的经济意义。
参考文献
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论文作者:王海风
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/5/30
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