1cr18ni9ti不锈钢TIG焊的焊接工艺评定

内容提要1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，具有较好的力学性能和焊接性，但其焊缝及热影响区也存在很多问题，1Cr18Ni9Ti钢焊缝及热影响区热裂纹敏感性较大，在腐蚀介质作用下容易发生晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。

1Cr18Ni9Ti钢几乎适合所有的熔焊方法，其中焊条电弧焊、氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊、埋弧焊是较为经济的焊接方法。

论文中阐述了1Cr18Ni9Ti钢TIG焊接工艺评定的规程和具体实施过程，并给出了焊接工艺评定所需的工艺文件的格式。

关键词：1Cr18Ni9Ti钢 TIG焊焊接工艺评定奥氏体不锈钢目录一、1Cr18Ni9Ti不锈钢的介绍 (4)（一）简介 (4)（二）化学成分 (4)（三）行业规范 (5)（四）性能 (5)（五）应用 (5)二、 1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接性分析 (5)（一）焊接热裂纹 (5)1.焊接接头产生热裂纹的原因 (6)2.防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施 (6)（二）焊接接头的晶间腐蚀 (7)1.晶间腐蚀 (7)2.刀状腐蚀 (8)（三）应力腐蚀开裂 (9)1.应力腐蚀开裂的原因 (9)2.防止应力腐蚀开裂的措施 (10)三、1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接方法 (10)（一）焊条电弧焊 (11)（二）埋弧焊 (11)（三）氩弧焊 (11)（四）等离子弧焊接 (11)（五）激光焊接 (12)四、1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接工艺评定的目的及方法 (12)(一)1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接工艺评定的目的 (12)（二）焊接工艺评定的方法 (12)五、1Cr18Ni9Ti不锈钢TIG焊焊接工艺评定的规程 (12)六、1Cr18Ni9Ti不锈钢TIG焊焊接工艺评定的具体的实施过程 (13)（一）评定焊缝 (13)（二）编写“焊接工艺指导书”或“焊接工艺评定任务书” (14)（三）焊接试件准备 (14)1.试件的厚度和焊件的厚度 (14)2.试件坡口形状尺寸及试件尺寸 (14)3.焊接试件的加工 (16)（四）焊接设备及工艺装备的准备 (16)（五）焊工准备 (16)（六）试件的焊接 (16)1.焊前准备 (17)2.焊接工艺参 (17)（七）焊接工艺评定试件的性能检测 (17)1.外观检查，金相检验（宏观、微观） (17)2.力学性能验 (18)3.耐腐蚀性检测 (22)（八）编写“焊接工艺评定报告” (23)七、焊接工艺评定工艺文件 (23)参考文献 (27)致谢 (28)1cr18ni9ti不锈钢TIG焊的焊接工艺评定一、1Cr18Ni9Ti不锈钢的介绍（一）简介不锈钢1Cr18Ni9Ti就是普通的不锈钢（SUS321）,其组织类别为奥氏体型。

1Cr18Ni9Ti是1 铬18 镍9 钛，1、18、9分别代表碳（%）、铬（%）、镍（%）的含量。

是中国的不锈钢材料牌号。

我国的1Cr18Ni9Ti相当于美国AISI321=中国台湾321=国际标准X7CrNiTi18-10=俄罗斯12X18H10T=日本SUS321=德国 X6CrNi18-10。

该钢种属于耐蚀钢,具有较好的力学性能便于进行机械加工,冲压和焊接.在氧化性环境中具有优良的耐蚀性和良好的耐热性,但对溶液中含有Cl离子的介质特别敏感容易发生晶间腐蚀。

如果用于700℃的高温，1Cr18Ni9Ti 应该是可以胜任的，因为它既是奥氏体不锈钢，又是应用很广泛的奥氏体热强钢，不过最好不要超过750℃，其热处理为固溶处理，即加热至1000℃以上，保温一定时间后水淬，再采用高于使用温度60~100℃做时效。

（二）化学成分碳 C ：≤0.12%硅 Si：≤1.00%锰 Mn：≤2.00%硫 S ：≤0.030%磷 P ：≤0.035%铬 Cr：17.00～19.00%镍 Ni：8.00～11.00%钛 Ti：5(C-0.02)～0.80%（三）性能抗拉强度σb(MN/m2) ≥550屈服强度σs(MN/m2) ≥200伸长率δ5（%）〉=40收缩率ψ（%）〉=55硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV（四）行业规范1．热处理规范及金相组织：热处理规范：固溶920～1150℃快冷;根据需方要求可进行稳定化处理, 热处理温度为850～930℃,但必须在合同中注明。

2.金相组织：组织特征为奥氏体型。

3.交货状态：一般以热处理状态交货，其热处理种类在合同中注明；未注明者，按不热处理状态交货。

（五）应用常用于制作耐酸容器及设备衬里，抗磁仪表、医疗器械，具有较好耐晶间腐蚀性。

二、 1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接性分析1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢焊接时存在的问题：焊缝及其热影响区热裂纹敏感性大;接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降;接头中铁素体含量较高时，可能出现475℃脆化或σ相脆化。

（一）焊接热裂纹奥氏体不锈钢焊接时，具有较高的热裂纹的敏感性。

在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，这是最常见的焊缝凝固裂纹，也可能在HAZ或多层焊层间金属出现液化裂纹。

从裂纹本质上讲，有凝固裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹等。

1.焊接接头产生热裂纹的原因奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取决于钢的化学成分、组织和性能的特点。

（1）奥氏体不锈钢中的合金元素较多，尤其是还有一定数量的镍，它易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶，如Ni-P共晶熔点为880℃，Fe-S的共晶熔点更低，危害性更大。

其它一些元素，如硅、硼、铌等，也能形成有害的易熔晶间层，将促使热裂纹产生。

（2）奥氏体不锈钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了热裂纹的敏感性。

(3)从奥氏体不锈钢的物理性能看，它具有热导率小、线胀系数大的特点，因而在焊接局部加热和冷却的条件下，易产生较大的焊接残余应力，进一步促使焊接热裂纹的产生。

综上分析，奥氏体不锈钢的热裂纹倾向比低碳钢大的多，尤其是高镍奥氏体不锈钢。

2.防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施(1)冶金措施①严格控制焊接金属中有害杂质元素的含量。

钢种镍含量越高，越应该控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。

对于单项奥氏体焊缝，可以加入适量的锰，少许碳、氮，同时减少硅的含量，可以提高焊缝的抗裂性能。

②调整焊缝化学成分。

使焊缝金属出现奥氏体—铁素体双相组织，能够有效地防止热裂纹的产生。

铁素体相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性，细化了晶粒，低熔点杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹的扩散和延伸；铁素体相溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的数量大大减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。

常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。

控制焊缝金属中铬镍比，对于18-8型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于16.1时，就易产生热裂纹；而当铬镍比达到2.3~3.2时，就可以防止热裂纹的产生。

这一措施的实质是保证有一定量的铁素体存在。

在焊缝金属中加入少量的铈、锆等微量元素，可以细化晶粒，也可以减少焊缝热裂纹的敏感性。

（2）工艺措施焊接时应尽量减小熔池过热，以防止形成粗大的柱状晶。

因此焊接时应采用小热输入及截面的焊道，多层焊时，层间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的焊接技术。

防止液化裂纹产生，除了严格限制母材中的杂质含量，控制母材的晶粒度外，在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小的热输入和提高接头的冷却速度等措施，以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。

（二）焊接接头的晶间腐蚀有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中，工作一段时间后可能局部发生沿着晶粒边界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀。

根据木材类型和所采用的焊材与工艺的不同，焊接接头可能发生焊缝晶间腐蚀、HAZ敏化区晶间腐蚀、熔合区附近的刀状腐蚀。

1.晶间腐蚀(1)产生晶间腐蚀的原因奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀，都与敏化处理使晶界形成贫铬层有关。

焊缝产生晶间腐蚀可能有两种情况：一种是焊态下已有Cr23C6析出，如多层焊重复加热的区域；另一中为接头在焊态下无贫铬层，焊后经历了敏化处理，因而具有晶间腐蚀倾向。

(2)防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施①冶金措施a．使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，铁素体的体积分数应超过4%~12%。

在此范围内，不仅能提高焊缝金属抗晶间腐蚀的能力和抗应力腐蚀的能力，同时还能提高焊缝金属抗热裂纹的能力。

b．在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如铌、钛等c.超低碳有利于防止晶间腐蚀，最大限度的降低碳在焊缝金属的中的含量，达到低于碳在不锈钢中室温溶解极限值以下，使碳不可能与铬生成Cr23C6，从根本上消除晶界的贫铬区。

碳的质量分数在焊缝金属中小于0.03%时，就能提高焊缝金属的抗晶间腐蚀的能力。

综上所述，只有从焊接材料入手，选择满足上述冶金条件的焊丝、焊条和焊剂，才能使焊缝金属达到抗晶间腐蚀的能力。

②工艺措施a.首先要选用一种合适的焊接方法，即热输入最小，让焊接接头尽可能的缩短在敏化温度区间段的停留时间。

b.焊接参数的制定。

在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流、最快的焊接速度。

c.操作方面应尽量采用窄焊缝、多层多道焊，每一道焊缝或每一层焊缝焊后，要等焊接处冷却至室温在进行下一道或下一层的焊接操作；在焊接过程中，不允许焊接材料在熔池中摆动。

对于接触腐蚀介质的焊缝，在有条件的情况下一定要最后焊，以减少接触介质焊缝的受热次数。

d.强制焊接区的快速冷却。

在加热温度低于400℃或加热时间短时，不利于扩散而难以形成铬的碳化物，不致产生贫铬现象。

e.进行固溶处理或稳定化处理。

固溶处理后，奥氏体不锈钢具有最低的强度和硬度、最好的韧性，是防止晶间腐蚀的重要手段。

稳定化处理时针对奥氏体不锈钢而设计的热处理工艺。

奥氏体不锈钢中加稳定剂的目的是让钢中的碳与Ti 或Nb形成稳定的TiC或NbC，而不能形成Cr23C6，从而防止晶间腐蚀，稳定化处理加热温度高于Cr23C6的溶解温度，低于TiC或NbC的溶解温度，保温2~4小时。

2.刀状腐蚀（1）刀状腐蚀产生的原因刀状腐蚀是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体不锈钢焊接接头中。

高温过热和中温敏化是导致焊接接头过热区产生刀状腐蚀的重要条件。

刀状腐蚀产生的原因也与Cr23C6沉淀造成贫铬层有关。

（2）防止刀状腐蚀的措施①降低母材的含碳量。

这是防止刀状腐蚀的有效措施，超低碳奥氏体不锈钢焊接接头不会产生刀状腐蚀。

②采用合理的焊接工艺。

在保证焊缝焊接质量的前提下，尽量选择较小的热输入，避免在焊接过程中产生中文敏化效果；与腐蚀介质接触的焊缝应尽量放在最后施焊，焊接过程中或焊后采取强制冷却的方法；焊后矫正，采用冷矫正的方法进行；对腐蚀性能要求较高的焊件，必要时进行焊后稳定化处理或固溶处理。