王濤

（南京揚(yáng)子檢維修有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210048）

不銹鋼是指具有抗腐蝕性能的一類鋼種，是石油、化工等工業(yè)部門中廣泛使用的金屬材料。根據(jù)其組織特點(diǎn)，不銹鋼分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼等。其中馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼為鉻鋼，其它為鉻鎳鋼。

奧氏體不銹鋼是各類型不銹鋼中應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，品種也最多，產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的2/3以上。常用奧氏體不銹鋼有 301、302、303、304、316、321、347等，其中304不銹鋼是目前最常用型號(hào)，牌號(hào)為0Cr18Ni9；316不銹鋼是繼304不銹鋼之后，第二個(gè)得到最廣泛應(yīng)用的鋼種，牌號(hào)為0Cr17Ni12Mo2。

本文從以下幾個(gè)方面探討常用奧氏體不銹鋼的焊接技術(shù)。

1 奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分、組織和性能

奧氏體不銹鋼基本成分為18%Cr、8%Ni，簡(jiǎn)稱18-8型不銹鋼。為了調(diào)整耐腐蝕性、力學(xué)性能、工藝性能和降低成本，在奧氏體不銹鋼中還常加入Mn、Cu、N、Mo、Ti、Nb 等合金元素，以此在 18-8 型不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展了許多新鋼種。

奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性、低溫韌性和無(wú)磁性等性能，其特點(diǎn)是含碳量低于0.1%，利用Cr、Ni配合獲得單相奧氏體組織，具有良好的冷變形能力、較高的耐蝕性和塑性，可以冷拔成很細(xì)的鋼絲、冷拔成很薄的鋼帶或鋼管。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)大量變形后，鋼的強(qiáng)度大為提高，這是因?yàn)槌死渥饔不Ч?，還疊加了形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變。

2 奧氏體不銹鋼焊接時(shí)常見(jiàn)問(wèn)題

奧氏體不銹鋼具有良好的抗均勻腐蝕能力，但在抗局部腐蝕方面仍存在一些問(wèn)題。奧氏體不銹鋼焊接的主要問(wèn)題是：焊接接頭晶間腐蝕、焊接接頭應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、焊接接頭熱裂等。

2.1 焊接接頭晶間腐蝕

典型的奧氏體不銹鋼一般是在固溶處理狀態(tài)下使用，在常溫下于腐蝕介質(zhì)中工作通常看不到晶間腐蝕現(xiàn)象，但如果在450～850℃保溫或緩慢冷卻時(shí)，往往就會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。這是由于固溶處理后奧氏體為碳過(guò)飽和而呈不穩(wěn)定狀態(tài)，若再次加熱（450～850℃），超過(guò)溶解度的碳將向晶界擴(kuò)散，從而與鉻結(jié)合并在晶界上析出富鉻的Cr23C6，使其周圍基體產(chǎn)生貧鉻區(qū)，繼而形成腐蝕原電池造成晶間腐蝕，含碳量越高，晶間腐蝕傾向性越大。

對(duì)于工程施工而言，在焊接件的熱影響區(qū)（550～800℃）會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕，這就需要用到去應(yīng)力處理工藝，即消除鋼在焊接后的殘余應(yīng)力的熱處理工藝（一般加熱到300～350℃回火）。

2.2 焊接接頭應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

應(yīng)力腐蝕是指在靜拉伸應(yīng)力與電化學(xué)介質(zhì)共同作用下，因陽(yáng)極溶解過(guò)程陰極氫脆引起的斷裂。拉應(yīng)力的存在是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的必要條件，由于奧氏體鋼導(dǎo)熱性差，線膨脹系數(shù)大，在約束焊接變形時(shí)就可殘留較大的焊接應(yīng)力，而消除殘余應(yīng)力是防止應(yīng)力腐蝕的有效措施之一。

2.3 焊接接頭熱裂

奧氏體鋼焊接時(shí)在焊縫及近縫區(qū)均可能見(jiàn)到熱裂紋，但最常見(jiàn)的主要是焊縫凝固裂紋，有時(shí)也出現(xiàn)近縫區(qū)液化裂紋。Ni含量越高，產(chǎn)生裂紋的傾向越大，而且越不易控制。奧氏體鋼焊接接頭易于熱裂主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：焊縫金屬結(jié)晶期間存在較大拉應(yīng)力，奧氏體鋼的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過(guò)程中可形成較大的拉應(yīng)力；奧氏體鋼易形成方向性強(qiáng)的柱狀晶焊縫組織，有利于S、P、Sn、Sb之類有害雜質(zhì)的偏析，而促使形成晶間液態(tài)夾層，顯然易于促使產(chǎn)生焊縫凝固裂紋及增大焊縫熱裂傾向。

工程焊接施工過(guò)程中，為防止產(chǎn)生熱裂，在焊接工藝上一方面盡量選擇雜質(zhì)較低的焊接材料，盡量減小熔池過(guò)熱，避免形成粗大柱狀晶，采用小線能量及小截面焊道是盡量減少焊接接頭熱裂的有效措施。

3 奧氏體不銹鋼焊接方法

奧氏體不銹鋼的焊接方法有很多，例如手工焊、氣體保護(hù)焊，埋弧焊、等離子焊等等。最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金屬極氣體保護(hù)焊（MIG/MAG）和鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）。本文以石油化工行業(yè)管道安裝施工中最常用的手工電弧焊及鎢極氬氣保護(hù)焊為例，簡(jiǎn)單描述其焊接施工中的注意事項(xiàng)。

（1）手工焊條電弧焊，是焊接厚度在2 mm以上的奧氏體不銹鋼板最常用的焊接方法。因?yàn)楹笚l電弧焊熱量比較集中，熱影響區(qū)小，焊接變形??；能適應(yīng)各種焊接位置與不同板厚工藝要求，所用設(shè)備簡(jiǎn)單。施工過(guò)程中，為控制焊接線能量，防止晶間腐蝕，焊接速度必須控制，在保證焊透的前提下快速焊接。同時(shí)，為了減少焊接熔池?zé)崃?，提高焊縫金屬的耐腐蝕性能，焊接時(shí)不允許焊條橫向擺動(dòng)，而采用窄焊道技術(shù)，以加快冷卻速度，焊縫寬度一般不超過(guò)焊條直徑的2倍，多層焊每層焊道厚度不超過(guò)3mm，以減少熱輸入并有利于氣體析出，層間溫度不高于150℃。

實(shí)際施焊過(guò)程中，為提高生產(chǎn)效率，采取加快焊接接頭冷卻速度的辦法，即每焊完一層焊縫后澆水，加快冷卻。如果條件允許，可以在焊縫背面邊澆水邊施焊，但必須注意到焊接熔池及其附近區(qū)域不允許有水。

（3）鎢極氬氣保護(hù)焊，是焊接奧氏體不銹鋼較為理想的焊接方法。因氬氣保護(hù)效果好，合金元素過(guò)度系數(shù)高，焊縫成分易于控制；由于熱源較集中，焊接時(shí)線能量很小，又有氬氣冷卻作用，其焊接熱影響區(qū)較窄，焊縫強(qiáng)度和塑韌性都優(yōu)良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和機(jī)械化焊接。

實(shí)際施焊過(guò)程中，應(yīng)在保證電弧不短路的情況下，盡量減少弧長(zhǎng)，電弧電壓一般控制在9～20V范圍內(nèi)。為了不破壞氣流對(duì)熔池的保護(hù)作業(yè)，焊接速度一般不宜過(guò)快，同時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，盡可能使焊接接頭在450～850℃危險(xiǎn)溫度停留時(shí)間相對(duì)減少，有利于提高不銹鋼焊接接頭耐腐蝕性能。

4 奧氏體不銹鋼焊接材料

焊接材料通常是指焊條、焊劑、焊絲、保護(hù)氣體等，本文簡(jiǎn)單介紹一下最常用的奧氏體不銹鋼焊條及焊絲的選擇要求。

4.1 奧氏體不銹鋼焊接用焊條

不銹鋼焊條首先要具有良好的外觀質(zhì)量，繼而通過(guò)焊芯或藥皮過(guò)渡各種合金元素，使焊縫金屬化學(xué)成分和組織形態(tài)滿足要求，除了要滿足焊接工藝性能和焊接接頭良好的力學(xué)性能外，還要確保焊接接頭具有一定的耐腐蝕性。

一般情況下，選擇不銹鋼焊條時(shí)熔敷金屬含碳量不高于母材的含碳量，建議采用低碳或超低碳的焊芯，使用低碳或無(wú)碳的鐵合金和金屬元素作為藥皮的原材料，降低奧氏體不銹鋼焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向，同時(shí)嚴(yán)格控制不銹鋼焊芯和藥皮中的硫、磷含量，以減少產(chǎn)生焊縫熱裂紋的危險(xiǎn)性。

例如：304不銹鋼（0Cr18Ni9）焊接選用焊條A102(E308-16)；304L不銹鋼（00Cr19Ni10）選用 A002(E308L-16)；316不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2）選用A202(E316-16)；316L 不銹鋼（00Cr17Ni14Mo2）選用 A022(E316L-16)；321不銹鋼 （0Cr18Ni10Ti）選用 A132(E347-16)。

4.2 奧氏體不銹鋼焊接用焊絲

不銹鋼焊絲種類有很多，按其適用的焊接工藝方法可分為埋弧焊用焊絲、氣體保護(hù)焊用焊絲、電渣焊用焊絲、堆焊用焊絲和氣焊用焊絲。不銹鋼焊絲選擇時(shí)，采用的焊絲成分要與被焊接的不銹鋼成分基本一致，尤其是含碳量不能高于母材含碳量，以盡量避免焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕。

以常用氬弧焊絲選用為例：304不銹鋼（0Cr18Ni9）焊接選用氬弧焊絲H0Cr20Ni10(ER308)；304L不 銹 鋼 （00Cr19Ni10） 選 用 H00Cr20Ni10(ER308L)；316 不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2）選用 H0Cr18Ni 12Mo2(ER316)；316L 不銹鋼（00Cr17Ni14Mo2）選用H00Cr18Ni12Mo2(ER316L)；321 不銹鋼（0Cr18Ni10Ti）選用H0Cr20Ni10Nb(ER347)。

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