【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、抗氧化和優良的機械性能； 廣泛應用于石油、化工、

醫療、航空、核能等工業部門，通過對鋼材焊接性能的分析研究，特提出合同

適當的焊接工藝。

【關鍵詞】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構，在任何溫度下都不發生相變，對氫脆不敏感，其焊接接頭在焊接狀態下也具有良好的塑性和韌性。 焊接的主要問題是焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應力腐蝕。 另外，由于其導熱性能差，線膨脹系數大，焊接應力和變形都比較大。

1.1 焊接熱裂紋

奧氏體不銹鋼比一般結構鋼更容易產生焊接熱裂紋，其中以焊縫結晶裂紋為主，有時在近焊縫區或多層焊縫層間也會出現液化裂紋。

焊縫的金相組織、化學成分和焊接應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熱裂紋的敏感性主要取決于焊縫的金相組織。 實踐表明，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較高。 隨著鎳含量的增加，奧氏體的穩定化程度增加，對硫、磷、鉛等雜質的抵抗力增強。 敏感，與一些極限溶解度低的元素，如鋁、硅、鈦、鈮等，容易形成低熔點共晶，使焊縫金屬的實際凝固溫度降低，從而增加結晶溫度范圍; 鋼的熱導率小，線膨脹系數大，在焊接過程中容易形成較大的焊接拉應力； 單相奧氏體焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織，有利于上述有害元素和雜質的偏析，從而形成連續的晶間液態夾層； 在熔池凝固過程中，鋼中開始產生拉應變的溫度高于一般結構鋼，且該溫度隨焊件厚度和焊縫能量的增加而升高，因此累積應變為脆性溫度區金屬增加； 在以上因素的綜合影響下，單相奧氏體不銹鋼焊接接頭對熱裂紋表現出更大的敏感性。

b. 奧氏體加少量鎳含量[w(Ni)]的異質焊縫組織 對于鎳含量[w(Ni)>15%]的奧氏體不銹鋼，不宜采用雙相焊縫，以防止結晶裂紋。 因為這類鋼含有較高的鎳含量，并且具有穩定的奧氏體組織。 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，這會造成焊縫與母材之間的化學差異。 成分差異很大，導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，可長期在高溫條件下工作。 如果鋼中有足夠的鐵來防止結晶裂紋，元素相不能阻止長期在高溫下工作的σ相的析出和脆化。 因此，對于高鎳奧氏體不銹鋼，需要通過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 是初級碳化物，B1 是初級硼化物。 為獲得γ+C1雙相組織，可適當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 焊縫化學成分的影響不銹鋼中可能遇到的合金元素對單相奧氏體焊縫和雙相奧氏體焊縫的結晶裂紋傾向有不同的影響。 實踐表明，對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增加熱裂紋的傾向。 對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 焊接應力的影響焊接應力是引起裂紋的機械因素。 奧氏體鋼的導熱系數小，但線膨脹系數大。 在焊接熱循環的作用下，焊縫在凝固過程中會形成較大的焊接內應力，為熱裂紋的產生創造力學條件。

1.2焊接工藝

1.2.1 焊接方法

由于鋼材具有優良的可焊性，幾乎所有的熔焊方法和部分壓焊方法都可以焊接。 但從經濟技術和實用性角度考慮，最好采用焊條電弧焊、惰性氣體保護焊、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，因為電弧焊熱源集中，熱影響區小，焊接變形小，可適應不同板厚的各種位置和工藝要求； 使用的焊接設備簡單，使用的焊條牌號和規格多，配套設施齊全。 但焊條電弧焊對根部焊縫的清潔要求較高，容易產生氣孔、夾渣等缺陷； 合金元素的過渡系數小，與氧親和力強的元素，如鈦、硼、鋁等，易燃燒。

(2)惰性氣體保護焊分為非熔化惰性氣體保護焊(TIG)和熔融極惰性氣體保護焊(MIG)兩種，是焊接鋼材的理想焊接方法。 由于相對集中的熱源和氬氣的冷卻作用，焊接熱影響區窄，晶粒長大傾向小，焊縫致密，焊接缺陷少，無需清理根部焊接后； 可實現全位置、機械化焊接。 缺點是焊接設備較復雜，一般必須使用直流弧焊電源，成本較高。

氬弧焊（GTAW）焊分為手工焊和機動焊兩種。 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，自動和半自動。 對于厚度大于6mm的鋼滴轉移，應采用噴射轉移。 該焊接位置只適用于平焊和橫焊。 薄板焊接宜采用短路轉移，可實現全位置焊接。

(3)埋弧焊適用于中厚板的焊接。 由于該焊接方法工藝參數穩定，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，高溫停留時間長，均能促進奧氏體鋼合金的偏析元素和組織的過熱傾向，容易導致焊接熱裂紋的產生。 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，利用小孔效應技術可以不開坡口，無需添加填充金屬即可實現單面焊一次成型，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%。 焊接熱輸入過大會引起焊縫開裂高頻焊接不銹鋼換熱管標準，降低接頭的腐蝕性能和力學性能，并引起嚴重的焊接變形。 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。

結論

為保證焊接質量，通過對上述鋼材的可焊性分析，在焊接過程中進行預防性和有效控制高頻焊接不銹鋼換熱管標準，將獲得高質量的焊接接頭。

參考：

[1] 焊接技師手冊

[2] 注/-2011