不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措施修订稿

不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措

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304L不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措施

摘要：304L不锈钢（ASTM标准）为奥氏体不锈钢，属于超低碳级不锈钢，具有良好的综合性能，是目前工业上应用最广泛的不锈钢；文章通过现场实践操作，研究总结了不锈钢焊接中的工艺特点，针对晶间腐蚀、层间未熔合、引弧夹钨、收缩缩孔等问题提出了具体的解决办法和注意事项，有效地解决了焊接质量问题。

关键词：奥氏体不锈钢; 晶间腐蚀; 危险温度区; 焊接线能量

0 引言

西气东输管道增输工程压缩机（组）中的润滑油系统、干气密封系统和前置加热系统工艺管道均为不锈钢管，材质为304L不锈钢（美国ASTM标准），主要管道规格为D60×6mm；本文主要以D60×6mm管道为例，分析奥氏体不锈钢管道焊接中易发生的缺陷，并介绍采取的预防措施。

1 304L不锈钢的特性和焊接工艺参数

奥氏体不锈钢304L对应我国的标准上是00Cr19Ni10，其主要化学成分和机械性能见表1：

表1 304L不锈钢的化学成分和机械性能

304L不锈钢的导热率较低，约为碳钢的1/3，电阻率约为碳钢的5倍，线膨胀系数比碳钢约大50%，密度大于碳钢；由于不锈钢存在众多与碳钢不同的特性，其焊接工艺规范也与碳钢有所不同，

对于不锈钢304L钢管（60×6mm）我们采用的焊丝为ER308L，焊接工艺参数见表2：

表2 304L不锈钢的焊接工艺参数

注：焊接坡口角度为75±5°

2 304L不锈钢焊接工艺特点

晶间腐蚀及应对措施

晶间腐蚀是在腐蚀介质作用下，起源于金属表面的晶界并且沿晶粒边界深入金属内部产生在晶粒之间的一种腐蚀。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的焊接缺陷。

Cr是奥氏体不锈钢中具用耐腐蚀性的基本元素，当Cr含量低于12%时，就不再具用耐腐蚀性了。304L不锈钢在焊接过程中存在焊接危险温度区间（为450~850℃），见图1。当温度达到这一范围时，奥氏体中过饱和的碳向晶界处迅速扩散并在晶粒边界析出，析出的碳和铬形成碳化铬（Cr23C6）。同时因为铬在奥氏体中的扩散速度很慢，来不及向晶界扩散，这样就大量消耗了晶界处的铬，使晶界处含铬量降低到小于12%，这时晶界就失去了耐腐蚀能力；相应的如果温度低于450℃，则奥氏体中的碳扩散速度不快，不能在晶界处扩散析出而形成碳化铬，所以没有晶间腐蚀现象；如果温度高于850℃，这时不仅碳在奥氏体中的扩散速度极快，而且铬在奥氏体中的扩散速度也很快，故不能造成晶粒边界处贫铬，因而也不会

发生晶间腐蚀。

图1 加热温度和保温时间对18-8钢抗晶间腐蚀能

为防止304L不锈钢在焊接过程中耐腐蚀性能下降，可以采取以下几点措施：

（1）焊接时在管道内部进行充氩施工，同时确保根焊时充氩浓度达到92%以上；在填充、盖帽时，也要进行充氩，防止焊缝金属在高温时进行氧化反应，造成晶间腐蚀。

（2）焊接时采用小电流，快速焊，降低焊接线能量，缩短奥氏体不锈钢在危险温度区间（450~850℃）的停留时间，防止晶间腐蚀。（3）对有条件进行热处理的焊缝，在焊接后可以进行快速冷却，使得焊缝温度低于450℃，防止晶间腐蚀。

层间未熔合的解决方法

相对于碳钢，不锈钢在熔化后黏度大，流动性差，容易形成层间未熔合等缺陷。为此在焊接时相应的增大焊缝坡口角度，便于熔敷金属流动，通常坡口角度为75±5°；另外在根焊中尽量采用小直径焊丝，小电流，降低焊接线能量，提高熔敷金属流动性。

采用专用氩弧焊机，克服引弧夹钨和收弧缩孔

不锈钢焊接易产生引弧夹钨和收弧缩孔，需要配备具有高频引弧和电流衰减特性的专用氩弧焊机，高频引弧可以减少焊接夹钨；电流衰减可以减少收弧缩孔。

2.4采用单侧连续送丝方式

不锈钢焊接中，对于焊口组对间隙较大的焊缝采用单侧连续送丝方式（见图2），焊枪连续摆动，焊丝只在一侧徐徐送入，靠液态金属流动性与另一侧熔化母材结合，这样可以防止根焊内部的单侧咬边问题，改善内部成型。

采用多层焊接方式

由于不锈钢焊接存在危险温度区间，在焊接过程中尽量采用多层焊接，每层熔敷金属尽量薄，在前一层焊缝冷却后再进行下一层焊接（层间温度应低于60℃），焊缝尽可能一次焊完，少中断，少接头，收弧要衰减。盖面以焊缝外观黄、红为宜，若出现金属黑则表示焊接线能量过大。

采用小热量输入、小电流快速焊

不锈钢焊接中采用小热量输入、小电流快速焊。焊丝不做横向摆动，焊道宜窄不宜宽，最好不超过焊丝直径的3倍，这样焊缝冷图2 单侧连续送丝方

却速度快，在危险温度区间停留时间短，有利于防止晶间腐蚀。小热量输入时，焊接应力小，有利于防止应力腐蚀和热裂纹，而且焊接变形小。

3 注意事项

（1）焊接前要检查氩气浓度；不锈钢氩弧焊的氩气浓度需达到%以上，这样可以起到保护作用，防止出现焊接缺陷。

（2）在焊接前要确定管道内充氩的浓度，不锈钢焊接前管道内需要进行充氩，且充氩浓度需达到92%以上，充氩浓度可以通过仪器或者在管道焊口引弧确定。

（3）焊接后要对焊缝表面和内部进行酸洗钝化处理。经过钝化处理的焊缝表面呈银白色，具有较高的耐腐蚀性。

4 小结

通过现场实践和多次改进，很好地解决了304L不锈钢焊接中的常见缺陷。焊接一次合格率可以达到98%以上，

参考文献：

[1]中国石油天然气集团公司人事服务中心，电焊工，山东，中国石油大学出版社，2007

[2]高忠民，电焊工基本技术，北京，金盾出版社，2000

[3]中国机械工程学会焊接学会，焊接手册，机械工业出版社，2003