焊接奥氏体不锈钢常见缺陷及防止措施

奥氏体不锈钢焊接常见缺陷及防止措施

产品质量的影响因素，主要是受人的素质、加工设备、材料、工艺、环境五个方面的影响。奥氏体不锈钢的焊接缺陷的形成，有诸多影响因素。本文主要讨论焊接工艺的控制及缺陷形成机理，并提出预防措施。

一、接头碳化物析出敏化

1、产生原因

奥氏体不锈钢经过固溶处理后，组织均匀，没有碳化物相，具有最高的耐腐蚀性能，尤其是耐晶间腐蚀性能。但经过焊接加热后，过饱和的碳从晶内析出向晶界偏聚，并与铬结合形成Cr23C6，即敏化。由于焊接快速加热和冷却，使碳化物析出敏化局限在较窄的温度范围，随敏化温度下停留时间和钢的化学成分不同而变化，一般在600-850℃。此外，并非整个焊件都会敏化，而只有焊接循环峰值温度恰好介于敏化温度之间的接头区域才会发生碳化物析出。当碳化物析出后，将造成析出区晶界贫铬，这使得接头在随后的使用中可能产生晶间腐蚀。

2、防止措施

防止敏化的关键是要避免或消除碳化物的析出。因此主要从焊接材料和焊接工艺的选择两方面来采取措施。

①选用超低碳或添加Ti、Nb等稳定元素的不锈钢焊接材料。

②采用小线能量，减小危险温度范围停留时间。采用小电流、快速焊、短弧焊、焊条不作横向摆动，焊缝可以强制冷却，减小焊接影响区。多层焊，控制层间温度，后焊道要在前焊道冷却到60℃以下再焊。

③接触腐蚀介质焊缝最后焊接。

④焊后进行固溶处理。

二、热裂纹

1、产生原因

①奥氏体不锈钢的导热系数较小和线膨胀系数较大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。

②奥氏体不锈钢易形成方向性强的柱状晶焊缝组织，有利于有害杂质的偏析而促使形成晶间液态夹层。

③奥氏体不锈钢及其焊缝的合金组成较复杂，不仅有S、P、Sn、Sb等杂质可形成易熔夹层，一些合金元素因溶解有限，也能形成有害的易熔夹层，促进热裂纹的形成。

2、防止热裂纹的措施

①控制焊缝金属的组织：焊缝组织为奥氏体+铁素体的双相组织时，不易产生低熔点杂质偏析，可以减少热裂纹的产生。但双相组织中的铁素体含量应＜5%，否则会造成σ相脆化。

②控制焊缝金属的化学成分：减少焊缝金属中Ni、C、S、和P的含量，增加Cr、Mo、Si及Mn等元素的含量，可以减少热裂纹的产生。为了获得双相组织，一般铬镍的比例为Cr/Ni＝2.2-2.3，Ni含量过高，也容易产生热裂纹。

③正确选用焊接材料：用低氢型焊条可以使焊缝晶粒细化，减少杂质偏析，提高抗裂性，但易使焊缝含C量增加，降低耐腐蚀性。用酸性药皮焊条，氧化性强，合金元素烧损严重，抗裂性差，而且晶粒粗大，容易产生热裂纹。

④采用合适的焊接工艺参数：采用小线能量，即小电流、快速焊，减少熔池过热，避免形成粗大柱状晶。采用快速冷却，减少偏析，提高抗裂性。多层焊，要控制层间温度，后道焊缝要在前焊道冷却到60℃以下再焊。

⑤严格限制有害杂质：一般均采用同质填充材料焊接奥氏体钢。

三、焊接接头脆化

1、产生原因

由于焊接过程，可能引起奥氏体不锈钢形成铸态组织、析出碳化物、晶粒粗大或带来少量的δ铁素体等，将造成焊接接头塑性和韧性的降低。奥氏体不锈钢焊缝的脆化主要有以下两种。

①焊缝低温脆化：若铸态焊缝中存在δ相，并且以蠕虫状形态存在时，造成焊缝韧性降低。当构件在低温下使用时，将产生低温脆化。

②焊缝σ相脆化：σ相是通过γ→σ或δ→σ而产生，是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。在焊缝中，σ相主要集中于柱状的晶界，从而造成韧性的降低。

2、防止接头脆化的措施

①采用较小的焊接线能量和较快的冷却速度。

②尽量采用小的熔合比。

③焊条电弧焊时应尽量选择能使焊缝细化的低氢碱性焊条。

四、焊接接头的应力腐蚀开裂

1、产生原因

造成焊接接头应力腐蚀开裂的原因很多，与焊接有关的主要是残余应力和接头组织。一方面，由于奥氏体不锈钢的导热系数较小、线膨胀系数较大，焊接时产生很大的应力。热应力的存在是产生应力腐蚀开裂的必要条件之一。另一方面，焊接接头过热，形成粗大的奥氏体组织，降低抗裂性能。此外，接头碳化物的析出敏化，也促进了应力腐蚀开裂。Cr-Ni奥氏体不锈钢由于所处的介质不同，应力腐蚀开裂既可呈晶间开裂形式，也可呈穿晶开裂形式，或穿晶与沿晶混合开裂形式。

2、防止应力腐蚀开裂的措施

①合理调整焊缝成分：这是提高接头抗应力腐蚀的重要措施之一。

②减少或消除焊接残余应力：通过焊接结构的合理设计，尽量减小接头的拘束度，合理地安排焊接顺序，焊后进行消除应力处理。

③改变焊件的表面状态：对敏化侧表面进行喷丸处理，使该区产生残余压应力，或对敏化表面进行抛光、电镀或喷涂等，提高耐腐蚀性能。

④采用合理的焊接工艺：选用热源集中的焊接方法、小线能量以及快速冷却处理等措施，减少碳化物析出和避免接头组织过热。

从上可以看出，奥氏体不锈钢焊接过程中，需不折不扣的执行焊接工艺，同时创造条件，优化工艺，从而提高产品的可靠性。