奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢304焊接性评定实验报告
奥氏体不锈钢304焊接性评定试验报告奥氏体不锈钢304具有非常好的塑性和韧性,这决定了它具有良好的弯折、卷曲和冲压成型性，因而便于制成各种形状的构件、容器或管道；奥氏体型不锈钢304的耐腐蚀性能特别优良，是它获得最为广泛应用的根本原因。
也正是这样，在评价焊接质量时必然特别强调焊接接头的开裂倾向、焊接缺陷敏感性和耐晶间腐蚀等的能力。
本报告结合奥氏体不锈钢304的焊接特点，进行了手工钨极氩弧焊评定性试验，现就试验结果作一介绍一、奥氏体不锈钢的焊接特点：奥氏体不锈钢韧性、塑性好，焊接时不会发生淬火硬化，尽管其线膨胀系数比碳钢大得多，焊接过程中的弹塑性应力应变量很大，却极少出现冷裂纹；尽管有很强的加工硬化能力，由于焊接接头不存在淬火硬化区，所以，即使受焊接热影响而软化的区域，其抗拉强度仍然不低。
304钢的热胀冷缩特别大所带来的焊接性的问题，主要有两个：一是焊接热裂纹，这与奥氏体不锈钢的晶界特性和对某些微量杂质如硫、磷等敏感有关；二是焊接变形大。
1、焊接接头的热裂纹及其对策1.1焊接接头产生热裂纹的原因单相奥氏体组织的奥氏体型不锈钢焊接接头易发生焊接热裂纹，这种裂纹是在高温状态下形成的。
常见的裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、焊缝横向和纵向裂纹。
就裂纹的物理本质上讲，有凝固裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹等多种。
奥氏体型不锈钢易产生焊接接头热裂纹的主要原因有以下几点：1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。
由于奥氏体型不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接区降温（收缩）期焊接接头必然要承受较大的拉应力，这也促成各种类型热裂纹的产生。
2）方向性强的焊缝柱状晶组织的存在，有利于有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成。
3）奥氏体不锈钢的品种多，母材及焊缝的合金组成比较复杂。
含镍量高的合金对硫和磷形成易熔共晶更为敏感，在某些钢中硅和铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层。
1.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径。
奥氏体不锈钢焊接
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。
奥氏体不锈钢具有优良的焊接性能，但由于其特殊的成分和组织，相对于普碳钢，其焊接又有很多不同之处，本文就奥氏体不锈钢的焊接进行分析。
一、奥氏体不锈钢的焊接特点奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，其焊接性能良好，但在焊接过程中也容易产生不少问题，主要表现为以下几种：晶间腐蚀奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铬理论，其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450～850℃温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。
这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。
为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，一般采取的防止措施有：（1）采用低碳或超低碳的焊材，如A002等，或采用含钛、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4-12％）；（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稳定化退火处理。
焊接热裂纹热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。
另外，此类钢的导热系数小（约为低碳钢的1/3），线胀系数大（比低碳钢大50％），所以焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。
其防止的办法是：（1）选用含碳量低的焊接材料，采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料，使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织，减少偏析；（2）尽量选用碱性药皮的优质焊条，以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。
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。
奥氏体不锈钢的焊接工艺
奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体不锈钢的焊接工艺一、焊接方法由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。
但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。
1. 焊条电弧焊厚度在2mm以上的不锈钢板仍以焊条电弧焊为主，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[wiki]设备[/wiki]简单。
但是，焊条电弧焊对清渣要求高，易产生气孔、夹渣等缺陷。
合金元素过度系数较小，与氧亲和力强的元素，如钛、硼、铝等易烧损。
2. 氩弧焊有钨极弧焊和熔化极氩弧焊两种，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，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，晶粒长大倾向小，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和[wiki]机械[/wiki]化焊接。
缺点是设备较复杂，一般须使用直流弧焊电源，成本较高。
TIG有手工和自动两种，前者较后者熔敷率低些。
TIG最适于3mm以下薄板不锈钢焊接，在奥氏体不锈钢[wiki]压力容器[/wiki]和管道的对接和封底焊等广为应用。
对于厚度小于0.5mm的超薄板，要求用10~15A电流焊接，此时电弧不稳，宜用脉冲TIG焊。
厚度大于3mm有时须开坡口和采用多层多道焊，通常厚度大于13mm，考虑制造成本，不宜再用TIG焊。
3. 等离子弧焊是焊接厚度在10~12mm以下的奥氏体不锈钢的理想方法。
对于0.5mm以下的薄板，采用微束等离子弧焊尤为合适。
因为等离子弧热量集中，利用小孔效应技术可以不开坡口，不加填充金属单面焊一次成形，很适合于不锈钢管的纵缝焊接。
焊接工艺参数的选择焊接时，为保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊接工艺参数总称为焊接工艺规范。
例如，手工电弧焊的焊接工艺规范包括：焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长度（电压）和多层焊焊接层数等，其中电弧长度和焊接速度一般由操作者在操作中视实际情况自行掌握，其他参数均在焊接前确定。
奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
１１２ 焊 接 奥 氏体 不 锈 钢 时 ， ．． 防止 和 减少 焊 件 产 生 晶间 腐
蚀 的 措施
（ ）奥 氏 体 不锈 钢 的 导 热 系数 大 约 只 有 低碳 钢 的 一 １
半， 而线 膨 胀 系 数 比低 碳 钢 约 大 ５ ％， 后 在 接 头 中 会 产 ０ 焊 生 较 大 的焊 接 应 力 。
粒 ， 防止 杂质 的 聚集 。由于铁 素 体 可 比奥 氏体 溶 解 更多 可
缝质 量 。焊 接奥 氏体不 锈 钢 时 ， 同焊 接位 置 焊接 电流 的 不
选择 如表 ２： 接 奥 氏体 不 锈 钢 时 ， 同 焊接 位 置 焊 接 电 焊 不
流 的选 择 。
表２
焊 件 厚 度 焊 条 直 径 ／ｍ ｍ
２ ２ —３ ３ ３ —４ ４ ４～ ５
的 杂 质 ，减 少 了低 熔 点 共 晶体 在 奥 氏体 晶格 边界 上 的偏
析。
（ ） 焊 接 工 艺 上 一 般 采 用 碱 性 焊 条 、 电流 、 焊 ２在 小 快
速 以 及 焊缝 结 束 或 中断 时 收弧 慢 且 填 满 弧 坑 或 采用 亚 弧 焊 打底 等 措施 来 防止 热 烈纹 。 ２ 奥 氏体 不 锈钢 的 焊接 工 艺—— 焊 条 电弧 焊
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接工艺
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接工艺【摘要】奥氏不锈钢的焊接技术在我国得到了广泛的使用，其虽然有很多的优点，但仍还存在许多的缺点，本文将从奥氏体不锈钢的化学成分、组织和性能，奥氏体不锈钢焊接方法，奥氏体不锈钢焊接问题及解决措施等方面去了解在这方面内容。
【关键词】奥氏体，不锈钢，焊接工艺，焊接特点一、前言不锈钢是一种广泛使用的金属材料，而且不锈钢使用的前景也是十分广阔的，我们应该深入的了解不锈钢焊接的本质和实在意义，为下一步发展打下坚实的基础。
本文的简单介绍和深入理解将会给读者带来全新的和全方位的视角去看待奥氏不锈钢的优缺点。
二、奥氏体不锈钢的化学成分、组织和性能奥氏体不锈钢基本成分为18%Cr、8%Ni，简称18- 8 型不锈钢。
为了调整耐腐蚀性、力学性能、工艺性能和降低成本，在奥氏体不锈钢中还常加入Mn、Cu、N、Mo、Ti、Nb 等合金元素，以此在18- 8 型不锈钢基础上发展了许多新钢种。
奥氏体不锈钢具有良好的焊接性、低温韧性和无磁性等性能，其特点是含碳量低于0.1%，利用Cr、Ni 配合获得单相奥氏体组织，具有良好的冷变形能力、较高的耐蚀性和塑性，可以冷拔成很细的钢丝、冷拔成很薄的钢带或钢管。
与此同时，经过大量变形后，钢的强度大为提高，这是因为除了冷作硬化效果外，还叠加了形变诱发马氏体转变。
奥氏体不锈钢具有良好的抗均匀腐蚀能力，但在抗局部腐蚀方面仍存在一些问题。
奥氏体不锈钢焊接的主要问题是：焊接接头晶间腐蚀、焊接接头应力腐蚀开裂、焊接接头热裂等。
三、奥氏体不锈钢焊接方法奥氏体不锈钢的焊接方法有很多，例如手工焊、气体保护焊，埋弧焊、等离子焊等等。
最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金属极气体保护焊（MIG/MAG）和钨极惰性气体保护焊（TIG）。
本文以石油化工行业管道安装施工中最常用的手工电弧焊及钨极氩气保护焊为例，简单描述其焊接施工中的注意事项。
1.手工焊条电弧焊，是焊接厚度在2 mm 以上的奥氏体不锈钢板最常用的焊接方法。
316L不锈钢的焊接工艺
316L不锈钢的焊接工艺1．奥氏体不锈钢的性能和焊接性分析316L奥氏体不锈钢热导率低、线膨胀系数大，无磁性；抗拉强度≥550N/mm2，屈服强度≥480N/mm21.焊接裂纹1)316L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，所以焊后在接头中会产生较大的焊接内应力。
2)316L奥氏体不锈钢的液、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。
综上所述，316L奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生焊接热裂纹,包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等。
2.316L奥氏体不锈钢焊接工艺2.1焊接方法316L不锈钢的焊接，根据不锈钢的特点，尽可能减少热输入量，故采用手工电弧焊，氩弧焊两种方法。
2.2焊材选择316L奥氏体不锈钢时特殊性能用钢，为满足焊接接头具有相同的性能，应遵循“等成分”原则选择焊接材料，同时为增强接头抗焊接热裂纹和晶间腐蚀能力，使接头中出现少量铁素体，应选用H00Cr19Ni2Mo2氩弧焊用焊丝。
其成化学分见表1.2.3焊接工艺过程2.3.1焊前准备为了避免焊接时碳和杂质混入焊缝，在焊前应将焊缝两侧20 mm～30 mm范围内的油污等清理干净。
2.3.2焊接工艺1）奥氏体不锈钢的突出特点是对过热敏感，故采用小电流、快速焊，焊接电流应比焊接低碳钢时低20 %左右，防止晶间腐蚀、热裂纹及焊接变形的产生。
2)为了保证电弧稳定燃烧,手工电弧焊焊焊机采用直流反接法；氩弧焊采用直流正接。
3)氩弧焊打底时，焊缝厚度尽量薄，与根部熔合良好，收弧时要成缓坡型，如有收弧缩孔，应用磨光机磨掉，管道内部必须充满氩气保护，保证底部成形；手弧焊采用短弧焊,收弧要慢,填满弧坑，防止弧坑裂纹。
4)焊后可采取强制冷却。
2.3.3焊后处理不锈钢焊件外表若有刻痕、凹痕、粗拙点和污点等,会加快腐蚀。
如将不锈钢外表抛光，就可以提高其抗腐蚀的本领。
奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用
选用 Ａ ２ ０ ２焊条 。 ３ 、奥 氏 体 不 锈钢 的焊 缝 金 属 应 保 证 力学 性能 。可 通 过焊 接
工艺评定进行验证 。 ． ４ 、对 于 在 高 温工 作 的耐 热 不 锈钢 （ 氏体 耐热 钢 ） 选 用 奥 ，所 的焊 条主 要 应 能满 足 焊缝 金 属 的抗 热 裂 性能 和 焊 接接 头 的 高温性
要 表 现 为 以下 几 种 ： １、晶 间腐 蚀
根据 贫铬 理 论 ，焊 缝 和热 影 响 区在加 热 到 ４ ０—８ ０ ５ ５ ℃时在 晶 界处 析 出高铬 碳 化物 （ ｒ３ ６） 成贫 铬 的晶界 ，不 足 以抵抗 腐 Ｃ ２ Ｃ ，形 蚀 的程 度
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 问 ；
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 。此 时 ，焊 缝组 织 中的铁 索 体 的存 在 总是 恶 化低
温韧性。
体 型 、奥 氏 体 型 、奥 氏 体 ＋铁 素体 型和 沉淀 硬 化 型不 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 ＋
二 、 奥 氏体 不 锈 钢 的焊 条 选 用原 则 首先 ，不锈 钢 焊 条必 须根 据母 材 和 工 作条 件 （ 括 工作 温 度 包
焊缝 金 属 成 为 奥 氏体 ＋铁 素体 的双 相 组织
１％ ） ２ ；
（ 素体一般控制 ４ 铁 —
（ 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 稳 定 化 退 火
不锈钢焊接特点
不锈钢焊接特点
1.可焊性综述
奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性，很好的塑性和韧性，可焊性良好，不会发生任何淬火硬化，很少出现冷裂纹，由于热胀冷缩特别大带来两个问题：一是出现热裂纹，二是焊接变形大，焊缝冷却时收缩应力大，可能出现应力腐蚀破坏现象、475℃脆化、σ相析出脆化、晶间腐蚀等缺陷。
马氏体型不锈钢，具有强烈的淬硬倾向，易出现冷裂纹，焊接接头受热超过1150℃区域，晶粒显著长大，过快过慢的冷却速度可能引起接头脆化，晶间腐蚀倾向较小，也具有475℃脆化。
铁素体型不锈钢不会发生淬火硬化现象，加热大于950℃，焊缝及热影响区晶粒严重长大，无法用焊后热处理细化晶粒，会产生冷裂纹。
容易出现475℃脆化及σ相析出脆化。
600℃以上短时加热后空冷可消除475℃脆化，加热到930～980℃急冷可消除σ相析出脆化。
2.焊缝腐蚀、脆化及防止措施（见表9）。
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☺ 采用低碳焊条 ☺ 降低焊接电流 ☺ 加快焊接速度
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2.2 焊接热裂纹
2.2.1 焊接热裂纹
焊接热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷 却到固相线附近的高温区时所产生的裂纹。
最常见的是焊缝凝固裂纹，又称结晶裂纹。
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当奥氏体不锈钢加热至450～850℃的敏化温度区时， 钢中的碳向奥氏体组织扩散沿晶界沉淀析出Cr23C6，致使晶 界边界层含Cr量低于12％，大大降低了不锈钢的耐腐蚀性和 焊缝强度。
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2.1 焊接接头晶间腐蚀
2.1.3 晶间腐蚀的危害
受腐蚀部位无尺寸上的变化，甚至仍旧保持金属泽， 不易察觉 受到应力作用时会沿晶界断裂，强度几乎完全消失 是一种最危险的破坏形式
奥氏体不锈钢的焊接性
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报告主要内容
• 奥氏体不锈钢 一．奥氏体不锈钢的焊接性
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一.奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢：在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。 包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量 并加入Mo、Cu、Si、N、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。；
焊缝脆化产生原因和防止方法
焊缝脆化：焊缝接头在工作时，其韧性和塑性没有达 到要求，导致发生脆断的现象。低温状态下尤为明显。
焊接时过大残余应力，使得奥氏体 焊缝产生“自生硬化”现象，降低了焊缝 的塑性和韧性 焊缝中铁素体的存在 采用限制热输入的办法，可以有效 防止焊缝脆化 采用纯奥氏体焊条
奥氏体不锈钢于1913年在德国问世，在各行各业中应 用非常广泛，占不锈钢总使用量的70%；
纯奥氏体不锈钢无磁性，而且具有高韧性和塑性，常 用于要求耐腐蚀及低温容器的制造；
奥泰采用19Cr-9Ni型不锈钢，弱磁性，耐腐蚀耐低温 。
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二.奥氏体不锈钢的焊接性
焊接性
金属材料在采用一定的焊接工艺条件下，获得优良焊 接接头的难易程度。
2.2 焊接热裂纹
2.2.2 裂纹产生的原因
奥氏体不锈钢导热系数小，而线膨胀系数大，焊接过 程中易于产生拉应力 奥氏体不锈钢在结晶时晶粒间存在 很薄的液相层，塑性很低。
2.2.3 裂纹产生的防治措施
采用含S,P量少的焊丝 焊缝冷却速度不可过快 采用小电流快速焊 收弧时填满弧坑
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奥氏体不锈钢的焊接性
1. 焊接接头晶间腐蚀 2. 焊接接头热裂纹 3. 应力腐蚀开裂 4. 奥氏体焊缝的脆化 5. 较大的焊接变形
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2.1 焊接接头晶间腐蚀
2.1.1 焊接接头的晶间腐蚀
晶间腐蚀在焊缝区，熔合区，热影响区均有可能出 现；通常用贫铬理论来解释。
2.1.2 贫铬理论
2.3 应力腐蚀开裂
2.3.1 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序，避免产生较大的焊接拉应力 避免焊缝与腐蚀介质接触 避免焊缝产生咬边等点蚀缺陷
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2.4 焊缝脆化