奧氏體不銹鋼砝碼焊接問題匯總及解決辦法 一、焊接熱過程和接頭腐蝕性熔化焊的冶金特點二焊接不銹鋼， 多采用手工焊， 埋弧自動焊等氣體保護焊等工藝圖是熔化焊 不 銹鋼焊縫結 晶和焊接 熱循環示意圖。 焊接熔池盡管很小， 但同樣要進行復雜的物理化學反應。 以手工焊、 埋弧焊為例， 在電弧加熱，熔渣和氣體保護下填充金 不銹鋼砝碼屬熔化并與弧柱、熔池中的氧發生強烈的氧化還原反應，而熔渣中的金屬，非金屬氧化物被還原的元素進入焊縫金屬。另外為了使焊縫的增碳傾向盡可能小井有良好的焊接工藝，多采用酸性(鈦鈣型)渣系的藥皮和焊劑。增加了不銹鋼填充金屬的氧化。手工焊，埋弧自動焊有增碳現象[3]。是降低焊縫耐腐蝕的主要原因之一。超低碳不銹鋼含碳量越低，焊縫金屬的增碳量越嚴重。減少藥皮或焊劑的碳酸鹽組分或增加氧化性組分、可以降低增碳傾向。考慮到焊接過程中增碳現象的必然性，為了保證焊縫的耐蝕性能，要求焊材的含碳量必須比母材低。最好含碳量≤0.02 %。在TIG、MIG等氣體保護焊中，由于氬氣的保護作用和對熔池的攪拌作用，降低了熔池氣氛中的CO的分壓，在一定程度上使焊縫有降碳作用。熔池的氧化還原反應引起的合金元素的氧化和增碳作用，對焊縫的耐蝕性能和力學性能有明顯的影響，因此需要在填充金屬的藥皮或焊劑中預先添加必要的合金元素，以保證焊縫的必要化學成分和性能。此過程，是調正焊縫成分，改善性能的重要手段。焊接過程是在移動的點熱源加熱下形成熔池并連續熔化，連續結晶的過程。焊接區的溫度梯度很陡，加熱熔化和冷卻結晶速度都很快，為合金元素的偏析和聚集創造了熱力學條件，元素在枝晶、柱晶之間，尤其是最后結晶的焊縫中間靠上部分，最容易偏析。S.P、Si、Nb、Cu等合金元素的偏析往往形成低熔點共晶并弓|起焊縫凝固裂紋,Cr、Mo、Nb、Si等元素的偏析，則可能形成某些金屬間化合物，如σ、X、G相等,降低焊縫的耐蝕性能和力學性能。熔池在冷卻過程中，由于結晶速度快,柱狀晶粗大，方向性鮮明[5,6]，又不能通過焊后熱處理加以細化，因此焊縫金屬的塑韌性較低。另一方面快速結晶的結果，熔池中某些非金屬氧化物和硅酸鹽類熔流微粒來不及上浮進入熔渣，在枝晶之間形成夾雜，不僅降低焊縫的力學性能，也能成為孔蝕和應力腐蝕破裂的源點。
二、不銹鋼砝碼焊縫金屬的組織穩定性 不平衡和不*的冶金反應和快速結晶過程，使焊縫存在著成分和組織的不均勻性，所以組織是不穩定的。在多層焊縫，或者雖是單層焊縫，但焊后經過熱處理或在某一溫度下長期使用，可能發生組織轉變，析出金屬間化合物和碳化[(1,3,7]。以常用的18Cr- -8Ni (包括304、321、347、316)型不銹鋼焊縫為例，通常焊縫中有少量(4~10%)δ鐵素體,在550~900°C的溫度范圍發生8→P'+σ的轉變使焊縫脆化，耐蝕性降低。研究表明，焊縫中不穩定的8鐵素體.的轉變在約750 C時只需30 min就開始，其中30 %轉變為r'，而70 %轉變為σ相。試驗表明，321厚壁焊管用347焊絲和MIG焊接,焊后經750 °C保溫2 h處理后,焊縫的V型缺口夏比沖擊值從70.8 J降至39.3 J[8]。 焊縫重新在450~ 850 C的溫度范圍加熱和長期使用，焊縫中游離的碳將在奧氏體晶界或奧氏體-鐵素體晶界析出并生成Cr2sC6，導致焊縫晶間腐蝕。為了提高焊縫的耐品間腐蝕的性能，可在焊縫中添加穩定元素Nb或Ti,防止Cr23C。 的析出，但最好是降低鋼.及焊材的碳含量，使焊縫C≤0.03 %。是提高焊縫耐蝕性的有效方法。
三、不銹鋼砝碼焊接熱影響區的組織變化 在1300C以上的熱影響區,稱過熱區。晶粒急劇長大，在緊鄰熔合線的晶粒發生局部熔化;添加Nb、Ti等穩定元素的不銹鋼，則發生NbC、TiC的溶解;在冷卻時沿奧氏體晶界生成少量鐵素體。隨后再經敏化溫度的作用，在奧氏體晶界或奧氏體~鐵索體品.界析出Cr23Cs，如果在腐蝕介質中使用，就產生如圖2所示那樣的刀口腐蝕[3,9,10]。在450~ 850°C的熱影響區，特別是在
四、奧氏體鋼不銹鋼砝碼的焊接熱裂紋傾向 焊接裂紋分為熱裂紋和冷裂紋兩大類,熱裂紋是奧氏體鋼的主要問題。熱裂紋又可分為凝固裂紋、液化裂紋、高溫低塑性裂紋、多邊化和再熱裂紋等。現僅就常見的前面三種作-一概述。 1 )凝固裂紋 熔池在結晶的后期，即在固液共存溫度下產生的裂紋稱作凝固裂紋(或結晶裂紋)。在550~900C的范圍的熱影響區,通常沒有明顯的σ相的轉變和析出，這與軋制鋼材的化學成分均勻,晶粒細小,無鐵素體相，組織穩定以及焊后冷卻速度快，來不及析出有關。在熱影響區不存在σ相引起的耐蝕性和力學性能降低的問題。 2)焊接接頭的應力狀態 焊接接頭由于加熱過程發生塑性變形,隨后冷卻時又因收縮變形受阻而產生殘余拉，應力。奧氏體鋼的膨脹系數又大，焊后殘余拉應力有時可達到屈服極限。18Cr-8Ni 奧氏體鋼焊接接頭常常先于母材發生應力腐蝕破裂，與焊接殘余應力有密切關系。圖3a是薄板對接焊縫殘余應力分布與應力腐蝕破裂現象，圖3b為18Cr-8Ni鋼焊縫應力 腐蝕破裂形貌[(11)。在結晶后期，奧氏體柱狀晶,樹枝狀晶之間殘存著某種低熔點的液態共晶或化合物，在冷卻收縮變形形成的拉應力作用下，引起晶間開裂[3、5、6]。用IW推薦的可變拘束熱裂紋試驗機進行裂紋敏感性試驗，測出表示凝固裂紋敏感程度的BTR (脆性溫度區間)和E mia (臨界最小應變)(12,13]。, BTR越大,E min越小,凝固裂紋敏感性越大。表2中以304、321、 347、316、310為序,凝固裂紋的敏感性加強。 奧氏體鋼不銹鋼砝碼的凝固裂紋傾向大的原因，除與前述導熱系數小，膨脹系數大，焊接時變形和應力比其他鋼種大有關之外，還因大多數在P相中溶解度小的元素Nb、Si、S、P等容易偏析，在柱狀晶，樹枝狀晶之間生成低熔點化合物及共晶薄膜，降低BTR下限溫度和擴大BTR,這是奧氏體鋼凝固裂紋敏感的主要原因。圖4和5是00Cr25Ni20Nb奧氏體鋼焊縫凝固裂紋及其斷口.上胞狀柱晶間富鈮，富磷低熔點共晶結晶形貌[14,15]。為了防止凝固裂紋，通常要求焊縫中盡可能降低Nb、Si、S、P等有害元素的含量。Mn、Mo、W、V、Ti等合金元素在奧氏體焊縫中對防止凝固裂紋是有利的。Mn的有利作用是它可以形成MnS，防止NiS-Ni等低熔點共晶，并且MnS是高熔點化合物，在熔池中成為結晶中心，提高熔池的結晶速度，縮短BTR,對防止凝固裂紋有良好的作用。錳在焊縫中要求大于1 %，例如尿素級不銹鋼00Cr25Ni22Mo2N，如采用同成分的焊條焊接，容易產生凝固裂紋。而用高Mn的00Cr25Ni22Mn4Mo2N焊條，就可以避免裂紋。Mo和W的有利作用是提高熔池的結晶溫度，縮小BTR。例如00Cr18Ni14Mo3鋼的焊縫需要4%鐵素體,才能防止裂紋,而含4.5Mo00Cr20Ni25Mo4.5Cu鋼的焊縫(無鐵素體)，因Mo較高，不發生開裂(16,17)。V. Ti可縮小BTR，起到減小凝固裂紋開裂的作用。 
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