奥氏体不锈钢焊接技巧大揭密

1.奥氏体不锈钢焊接性分析

（1）奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性

图3⁃15 18⁃8不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位

a—焊缝区 b—HAZ敏化区 c—熔合区

1）晶间腐蚀。有代表性的18⁃8钢焊接接头，有三个部位能出现晶间腐蚀现象，如图3⁃15所示。但在同一个接头并不能同时看到这三种晶间腐蚀的出现，这取决于钢和焊缝的成分。出现敏化区腐蚀就不会有熔合区腐蚀。焊缝区的腐蚀主要取决于焊接材料。在正常情况下，现代技术水平已可以完全保证焊缝区不会产生晶间腐蚀。

2）HAZ敏化区晶间腐蚀。所谓HAZ敏化区晶间腐蚀，是指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位（故称敏化区）所发生的晶间腐蚀。不过对于w（C）=0.1%的18⁃8钢的热影响区，发生敏化的区间并非平衡加热时450～850℃，而是有一个过热度，可达600～1000℃。因为焊接是快速加热和冷却的过程，而铬碳化物沉淀是一个扩散过程，为足够扩散需要一定的过热度。

显然只有普通18⁃8钢（0Cr19Ni9）才会有敏化区存在，含Ti或Nb的18⁃8Ti或18⁃8Nb，以及超低碳18⁃8钢，不易有敏化区出现。为防止18⁃8钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采取快速过程，以减少处于敏化加热的时间。

3）刀口腐蚀。在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称“刀口腐蚀”。腐蚀区宽度初期不超过3～5个晶粒，逐步扩展1.0～1.5mm（一般电弧焊）。

刀口腐蚀只发生在含Nb或Ti的18⁃8Nb和18⁃8Ti钢的熔合区，其实质是由于M₂₃C₆沉淀而形成的贫Cr层。高温过热和中温敏化作用，是刀口腐蚀的必要条件，但不含Ti或Nb的18⁃8钢不应有刀口腐蚀现象发生。超低碳不锈钢不但不发生敏化区腐蚀，也不会有刀口腐蚀。

（2）应力腐蚀开裂　焊接接头应力腐蚀开裂（stress corrosion cracking），后简称SCC是焊接性中最不易解决的问题之一。如在化工设备破坏事故中，不锈钢的SCC超过60%，其次是点腐蚀约占20%以上，晶间腐蚀只占5%左右。而应力腐蚀开裂超过30%。焊接拉应力越大，越易发生SCC。一般说来，为防止应力腐蚀开裂，从根本上看，退火消除焊接残留应力最为重要。

另外，材质与介质有一定的匹配性，才会发生SCC。对于焊缝金属，选择焊接材料具有重要意义。从组织上看，焊缝中含有一定数量的δ相有利于提高氯化物介质中的耐SCC性能，但却不利于防止HEC型的SCC，因而在高温水或高压加氢的条件下工作就可能有问题。

（3）点蚀　奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，其实即使耐点蚀性优异的双相钢有时也会有点蚀产生。

但含Mo钢耐点蚀性能比不含Mo的要好，如18⁃8Mo就比18⁃8耐点蚀性能好。现已将点蚀视为首要问题，因为点蚀更难控制，常成为应力腐蚀的裂源。为提高耐点蚀性能，一方面减少Cr、Mo的偏析；另一方面采用比母材Cr、Mo含量更高的所谓“超合金化”焊接材料。

同时，为提高耐点蚀性能，不能进行自熔焊接；焊接材料与母材必须超合金化匹配；必须考虑母材的稀释作用，以保证足够的合金含量；提高Ni量有利于减少微观偏析，必要时可考虑采用Ni基合金焊丝。

2.奥氏体不锈钢焊接接头热裂纹

奥氏体不锈钢焊接时，在焊缝及近缝区都有产生裂纹的可能性，主要是热裂纹。最常见的是焊缝凝固裂纹。HAZ中近焊缝区的热裂纹多半是液化裂纹。实践表明，25⁃20型奥氏体不锈钢比18⁃8型奥氏体不锈钢具有更大的焊接热裂纹倾向。

奥氏体不锈钢焊接热裂的基本原因与一般结构钢相比，Cr⁃Ni奧氏体不锈钢焊接时有较大热裂倾向，主要与下列特点有关：(www.zuozong.com)

1）奥氏体不锈钢的热导率小和线胀系数大，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。焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。

2）奥氏体不锈钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶焊缝组织，利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜，显然易于促使产生凝固裂纹。

3）奥氏体不锈钢及焊缝的合金组成较复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类杂质可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、铌化物共晶。这样，焊缝及近缝区都可能产生热裂纹。在焊接高Ni稳定奥氏体不锈钢时，Si、Nb往往是产生热裂纹的重要原因之一。

3.奥氏体不锈钢焊缝脆化

（1）焊缝低温脆化 Cr⁃Ni奥氏体钢用于不锈耐蚀的条件时，通常都是在常温或不太高的温度（350℃）条件下使用。这时对焊接接头的主要要求是耐蚀性，对力学性能并无特别要求。但如用于低温条件下，如-196℃或-253℃，关键就在于保证韧性。如耐热抗氧化钢，主要是防止氧化，对力学性能也无特殊要求。对于热强钢，如短时工作（不超过几十小时），要求焊接接头与母材等强就十分必要。

为了满足低温韧性要求，有时采用18⁃8钢，焊缝组织希望是单一γ相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现δ相。δ相的存在，总是恶化低温韧性。虽然单相γ相焊缝低温韧性比较好，但仍不如固溶处理后的1Cr18Ni9Ti钢材。

（2）焊缝σ相脆化 σ相是指一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。σ相的产生，是γ→σ或是δ→σ。在奥氏体钢焊缝中，Cr、Mn、Nb、Si、Mo、W、Ni、Cu均可促使γ→σ，其中Nb、Si、Mo、Cr影响显著。25⁃20钢焊缝在800～875℃加热时，γ→σ的转变非常激烈。

4.奥氏体不锈钢焊接工艺焊接材料选择

不锈钢及耐热钢用焊接材料，包括有：药皮焊条、埋弧焊丝焊剂、TIG和MIG焊丝及药芯焊丝，其中药芯焊丝发展最快。在工业发达国家，仅次于药皮焊条，药芯焊丝是不锈钢焊接生产中用量最大的一种焊接材料。目前，除了渣量多的药芯焊丝外，也发展了渣量少的金属粉芯的药芯焊丝。

焊接材料的选择首先决定于具体焊接方法的选择。在选择具体焊接材料时，至少应注意以下几个问题：

1）焊接材料类型繁多，商品牌号复杂，应对照相应技术标准考虑选择。

2）应坚持适用性原则。必须熟悉产品所用钢种类型、具体成分、用途和使用服役条件，以及对焊缝金属的技术要求。

3）必须根据所选各焊接材料的具体成分，来确定是否适用，并应加以验收，绝不能只根据商品牌号或标准的名义成分就决定取舍。

4）必须考虑具体应用的焊接方法和焊接参数可能造成的熔合比大小，即应考虑母材的稀释作用。否则将难以保证焊缝金属的合金化程度。有时还需考虑凝固时的负偏析对局部合金化的影响。熔敷金属不等于焊缝金属。

5）必须根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度，即是采用同质焊接材料，还是超合金化焊接材料。

6）不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用。不仅考虑使用性能要求，也要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性的要求。为此要综合考虑。不能顾此失彼，特别要限制有害杂质，尽可能提高纯度。