【摘要】屬于Cr-Ni型奧氏體不銹鋼，組織為奧氏體（A）+3-5%鐵素體（F），

具有良好的耐腐蝕、耐高溫、抗氧化和優(yōu)良的機(jī)械性能； 廣泛應(yīng)用于石油、化工、

醫(yī)療、航空、核能等工業(yè)部門，通過(guò)對(duì)鋼材焊接性能的分析研究，特提出合同

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【關(guān)鍵詞】可焊性； 焊接熱裂紋； 焊接工藝； 熱輸入和層間溫度

1、鋼的可焊性分析

奧氏體不銹鋼具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，在任何溫度下都不發(fā)生相變，對(duì)氫脆不敏感，其焊接接頭在焊接狀態(tài)下也具有良好的塑性和韌性。 焊接的主要問(wèn)題是焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。 另外，由于其導(dǎo)熱性能差，線膨脹系數(shù)大，焊接應(yīng)力和變形都比較大。

1.1 焊接熱裂紋

奧氏體不銹鋼比一般結(jié)構(gòu)鋼更容易產(chǎn)生焊接熱裂紋，其中以焊縫結(jié)晶裂紋為主，有時(shí)在近焊縫區(qū)或多層焊縫層間也會(huì)出現(xiàn)液化裂紋。

焊縫的金相組織、化學(xué)成分和焊接應(yīng)力是造成焊接接頭熱裂紋的主要因素。

分析如下：

1.1.1 焊縫金相組織的影響鋼材對(duì)熱裂紋的敏感性主要取決于焊縫的金相組織。 實(shí)踐表明，單相奧氏體焊縫比奧氏體中含有少量鐵素體的焊縫更容易產(chǎn)生熱裂紋。

A。 單相奧氏體焊縫組織 單相奧氏體中鎳的含量相對(duì)較高。 隨著鎳含量的增加，奧氏體的穩(wěn)定化程度增加，對(duì)硫、磷、鉛等雜質(zhì)的抵抗力增強(qiáng)。 敏感，與一些極限溶解度低的元素，如鋁、硅、鈦、鈮等，容易形成低熔點(diǎn)共晶，使焊縫金屬的實(shí)際凝固溫度降低，從而增加結(jié)晶溫度范圍; 鋼的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接過(guò)程中容易形成較大的焊接拉應(yīng)力； 單相奧氏體焊縫易形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，有利于上述有害元素和雜質(zhì)的偏析，從而形成連續(xù)的晶間液態(tài)夾層； 在熔池凝固過(guò)程中，鋼中開始產(chǎn)生拉應(yīng)變的溫度高于一般結(jié)構(gòu)鋼，且該溫度隨焊件厚度和焊縫能量的增加而升高，因此累積應(yīng)變?yōu)榇嘈詼囟葏^(qū)金屬增加； 在以上因素的綜合影響下，單相奧氏體不銹鋼焊接接頭對(duì)熱裂紋表現(xiàn)出更大的敏感性。

b. 奧氏體加少量鎳含量[w(Ni)]的異質(zhì)焊縫組織 對(duì)于鎳含量[w(Ni)>15%]的奧氏體不銹鋼，不宜采用雙相焊縫，以防止結(jié)晶裂紋。 因?yàn)檫@類鋼含有較高的鎳含量，并且具有穩(wěn)定的奧氏體組織。 要獲得鐵素體相，必須加入較多的鐵素體元素或降低鎳含量，這會(huì)造成焊縫與母材之間的化學(xué)差異。 成分差異很大，導(dǎo)致與母材性能不一致，焊縫塑性和韌性低； 另外，這類鋼多為耐熱鋼，可長(zhǎng)期在高溫條件下工作。 如果鋼中有足夠的鐵來(lái)防止結(jié)晶裂紋，元素相不能阻止長(zhǎng)期在高溫下工作的σ相的析出和脆化。 因此，對(duì)于高鎳奧氏體不銹鋼，需要通過(guò)其他方式獲得雙相組織，以提高抗裂性。

研究表明，使高鎳奧氏體不銹鋼成為γ+C1或γ+B1雙相組織，可以在不降低焊縫高溫性能的情況下提高耐鎳性。 這里 C1 是初級(jí)碳化物，B1 是初級(jí)硼化物。 為獲得γ+C1雙相組織，可適當(dāng)提高焊縫含碳量并加入適量碳化物形成元素鈮形成NbC，W(Nb)/W比值可保持(C)=10，同時(shí)限制硅含量，使Nb/Si=4～8，可有效降低熱裂傾向。 在焊縫中加入適量的硼形成硼化物也有同樣的效果。

1.1.2 焊縫化學(xué)成分的影響不銹鋼中可能遇到的合金元素對(duì)單相奧氏體焊縫和雙相奧氏體焊縫的結(jié)晶裂紋傾向有不同的影響。 實(shí)踐表明，對(duì)于低鎳奧氏體鋼焊縫，加入適量的鐵素體化元素可顯著提高其抗裂性能； 增加奧氏體化元素的含量會(huì)增加熱裂紋的傾向。 對(duì)于高鎳單相奧氏體不銹鋼焊縫，加入適量的Mn、Mo、W、N、V元素可以提高焊縫的抗裂性能。

1.1.3 焊接應(yīng)力的影響焊接應(yīng)力是引起裂紋的機(jī)械因素。 奧氏體鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，但線膨脹系數(shù)大。 在焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫在凝固過(guò)程中會(huì)形成較大的焊接內(nèi)應(yīng)力，為熱裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造力學(xué)條件。

1.2焊接工藝

1.2.1 焊接方法

由于鋼材具有優(yōu)良的可焊性，幾乎所有的熔焊方法和部分壓焊方法都可以焊接。 但從經(jīng)濟(jì)技術(shù)和實(shí)用性角度考慮，最好采用焊條電弧焊、惰性氣體保護(hù)焊、埋弧焊和等離子弧焊。

(1) 3mm以上鋼的電弧焊仍以電弧焊為主，因?yàn)殡娀『笩嵩醇?，熱影響區(qū)小，焊接變形小，可適應(yīng)不同板厚的各種位置和工藝要求； 使用的焊接設(shè)備簡(jiǎn)單，使用的焊條牌號(hào)和規(guī)格多，配套設(shè)施齊全。 但焊條電弧焊對(duì)根部焊縫的清潔要求較高，容易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷； 合金元素的過(guò)渡系數(shù)小，與氧親和力強(qiáng)的元素，如鈦、硼、鋁等，易燃燒。

(2)惰性氣體保護(hù)焊分為非熔化惰性氣體保護(hù)焊(TIG)和熔融極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)兩種，是焊接鋼材的理想焊接方法。 由于相對(duì)集中的熱源和氬氣的冷卻作用，焊接熱影響區(qū)窄，晶粒長(zhǎng)大傾向小，焊縫致密，焊接缺陷少，無(wú)需清理根部焊接后； 可實(shí)現(xiàn)全位置、機(jī)械化焊接。 缺點(diǎn)是焊接設(shè)備較復(fù)雜，一般必須使用直流弧焊電源，成本較高。

氬弧焊（GTAW）焊分為手工焊和機(jī)動(dòng)焊兩種。 TIG焊常用于焊接厚度小于3mm的薄板。 這種焊接方法通常用于接頭的打底焊。

MIG 焊有兩種類型，自動(dòng)和半自動(dòng)。 對(duì)于厚度大于6mm的鋼滴轉(zhuǎn)移，應(yīng)采用噴射轉(zhuǎn)移。 該焊接位置只適用于平焊和橫焊。 薄板焊接宜采用短路轉(zhuǎn)移，可實(shí)現(xiàn)全位置焊接。

(3)埋弧焊適用于中厚板的焊接。 由于該焊接方法工藝參數(shù)穩(wěn)定，焊縫外觀成型好，焊縫組織均勻，因此接頭的耐蝕性高。 但埋弧焊熱輸入（線能）大，熔池體積大，冷卻速度小，高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，均能促進(jìn)奧氏體鋼合金的偏析元素和組織的過(guò)熱傾向，容易導(dǎo)致焊接熱裂紋的產(chǎn)生。 此外，焊縫表面也容易氧化。 因此一般不推薦埋弧焊。

(4)等離子弧焊是焊接厚度小于12mm的鋼材最理想的方法。 由于等離子弧加熱能量集中，利用小孔效應(yīng)技術(shù)可以不開坡口，無(wú)需添加填充金屬即可實(shí)現(xiàn)單面焊一次成型，非常適用于縱縫的焊接軋管。

1.3 熱輸入和層間溫度 鋼不能使用過(guò)多的焊接熱輸入（線能）。 一般焊接所需的熱輸入比碳鋼低20%～30%。 焊接熱輸入過(guò)大會(huì)引起焊縫開裂高頻焊接不銹鋼換熱管標(biāo)準(zhǔn)，降低接頭的腐蝕性能和力學(xué)性能，并引起嚴(yán)重的焊接變形。 為此，鋼材普遍采用小電流、快焊、短弧操作、多道焊； 焊后一般不進(jìn)行熱處理，通常要求層間溫度控制在150℃，以防止焊接熱裂紋和以下鉻碳化合物析出。

結(jié)論

為保證焊接質(zhì)量，通過(guò)對(duì)上述鋼材的可焊性分析，在焊接過(guò)程中進(jìn)行預(yù)防性和有效控制高頻焊接不銹鋼換熱管標(biāo)準(zhǔn)，將獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

參考：

[1] 焊接技師手冊(cè)

[2] 注/-2011