奥氏体不锈钢焊接论文

奥氏体不锈钢焊接论文（精选7篇）

奥氏体不锈钢焊接论文 篇1

一、γ-SS的焊接 接头耐蚀性 1.晶间腐蚀

18-8钢焊接接头有三个部位能出现晶间腐蚀，如图4-3所示。在同一个接头并不能同时看到这三种晶间腐蚀的出现，这取决于钢和焊缝的成分。出现敏化区腐蚀就不会有熔合区腐蚀。焊缝区的腐蚀主要决定于焊接材料。正常情况下，现代技术水平可保证焊缝区不会产生晶间腐蚀。

⑴晶间腐蚀——接头不同位置晶间腐蚀——“贫Cr”现象

焊缝区: 通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或者含有足够的稳定化元素Nb（因Ti不易过渡到焊缝中而不采用Ti），一般希望wNb≥8wC或wNb≈1％。

调整焊缝成分以获得一定数量的铁素体δ相。

HAZ敏化区: HAZ敏化区晶间腐蚀是指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位（故称敏化区）所发生的晶间腐蚀。

只有18-8钢才会有敏化区存在，含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳18-8钢不易有敏化区出现。

对于wC=0.05%和0Cr18Ni9不锈钢来说，Cr23C6的析出温度为600～850℃，TiC的则高达1100℃，快冷可避免。

熔合区（刀状）: 在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称为“刀状腐蚀”，简称刀蚀。腐蚀区宽度初期不超过3～5个晶粒，逐步扩展到1.0～1.5mm。

只有含Nb或Ti的钢的熔合区才会产生晶间腐蚀。

原因：“贫Cr”现象

2.应力腐蚀SCC（1）腐蚀介质的影响：

应力腐蚀的最大特点之一是腐蚀介质与材料组合上的选择性，在此特定组合之外不会产生应力腐蚀。如在Cl－的环境中，18-8不锈钢的应力腐蚀不仅与溶液中Cl－离子有关，而且还与其溶液中氧含量有关。Cl－离子浓度很高、氧含量较少或Cl－离子浓度较低、氧含量较高时，均不会引起应力腐蚀。

（2）焊接应力的作用：

应力腐蚀开裂的拉应力，来源于焊接残余应力的超过30%。焊接拉应力越大，越易发生应力腐蚀开裂。在含氯化物介质中，引起奥氏体钢SCC的临界拉应力σth≈σs。在高温高压水中，引起奥氏体钢SCC的σth＜ ＜ σs；而在H2SχO6介质中，由于晶间腐蚀领先，应力则起到了加速作用，此时可认为σth≈0。（防SCC根本上是退火消应力，T，t）

（3)合金元素的作用

应力腐蚀开裂大多发生在合金中，在晶界上的合金元素偏析引起合金晶间开裂是应力腐蚀的主要因素之一。对于焊缝金属，选择焊接材料具有重要意义。

综上所述，引起应力腐蚀开裂须具备三个条件：首先是金属在该环境中具有应力腐蚀开裂的倾向；其次是由这种材质组成的结构接触或处于选择性的腐蚀介质中；最后是有高于一定水平的拉应力。

3.点蚀

奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，其实即使耐点蚀性优异的双相钢有时也会有点蚀产生。点蚀指数PI（PI=WCr+3.3WMo+(13～16)WN）越小，点蚀倾向越大。

最容易产生点蚀的部位是焊缝中的不完全混合区，其化学成分与母材相同，但却经历了熔化与凝固过程，应属焊缝的一部分。焊接材料选择不当时，焊缝中心部位也会有点蚀产生，其主要原因应归结为耐点蚀成分Cr与Mo的偏析。

例如，奥氏体钢Cr22Ni25Mo中Mo的质量分数为3%～12%，在钨极氩弧焊（TIG）时，枝晶晶界Mo量与其晶轴Mo量之比（即偏析度）达1.6，Cr偏析度达1.25。因而晶轴负偏析部位易于产生点蚀。总之，TIG自熔焊接所形成的焊缝均易形成点蚀，甚至填送同质焊丝时也是如此，仍不如母材。为提高耐点蚀性能，一方面须减少Cr、Mo的偏析；一方面采用较母材更高Cr、Mo含量的所谓“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo的负偏析显著减少，因此采用高Ni焊丝应该有利。

由此可以得出结论：

1.为提高耐点蚀性能而不能进行自熔焊接； 2.焊接材料与母材必须“超合金化”匹配；

3.必须考虑母材的稀释作用，以保证足够的合金含量；

4.提高Ni量有利于减少微观偏析，必要时可考虑采用Ni基合金焊丝

二． 热裂

1.奥氏体钢焊接时，在焊缝及近缝区都有产生裂纹的可能性，主要是热裂纹。最常见的是焊缝结晶裂纹。HAZ近缝区的热裂纹大多是所谓液化裂纹。在大厚度焊件中也有时见到焊道下裂纹

奥氏体钢焊接热裂纹的原因：

（1）奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大，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）奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜，显然易于促使产生凝固裂纹。

（3）奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类杂质可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、铌化物共晶。这样，焊缝及近缝区都可能产生热裂纹。

2.凝固模式对热裂纹的影响

凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（γ）组织的焊缝中，如果为γ＋δ双相组织，则不易于产生凝固裂纹。通常用室温下焊缝中δ相数量来判断热裂倾向。如图4-13所示，室温δ铁素体数量由0%增至100%，热裂倾向与脆性温度区间（BTR）大小完全对应。这说明用室温δ相数量做判据是可以说明问题的。

凝固裂纹产生于真实固相线之上的凝固过程后期，必须联系凝固模式来进行考虑。图4-14为Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的伪二元相图。图中标出的虚线①合金，其室温平衡组织为单相γ，实际冷却得到的室温组织可能含5%～10%δ相。但凝固开始到结束都是单相δ相组织，只是在继续冷却时，由于发生δ→γ相变，δ数量越来越少，在平衡条件下直至为零。

晶粒润湿理论指出，偏析液膜能够润湿γ-γ、δ-δ界面，不能润湿γ-δ异相界面。以FA模式形成的δ铁素体呈蠕虫状，防碍γ枝晶支脉发展，构成理想的γ-δ界面，因而不会有热裂倾向。凝固裂纹与凝固模式有直接关系。单纯F或A模式凝固时，只有γ-γ或δ-δ界面，所以会有热裂倾向。以AF模式凝固时，由于是通过包晶/共晶反应面形成γ+δ，这种共晶δ不足以构成理想的γ-δ界面，所以仍然可以呈现液膜润湿现象，以至还会有一定的热裂倾向。

3.化学成分对热裂纹的影响

任何钢种都是一个复杂的合金系统，某一元素单独作用和其他元素共存时发生的作用，往往不尽相同，甚至可能相反。

1）Mn：

在单相奥氏体钢中Mn的作用有利，但若同时存在Cu时，Mn与Cu可以相互促进偏析，晶界易于出现偏析液膜而增大热裂倾向。

2）S、P： S、P在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物，增加焊接接头的热裂倾向。在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫形成MnS，熔点比Ni3P2高，且离散地分布在焊缝中。在HAZ中，硫比磷对裂纹敏感性更强，这是因为硫比磷的扩散速度快，更容易在晶界偏析。焊缝中硫、磷的最高质量分数应限制在0.015%以内。

3）Si：Si是铁素体形成元素，焊缝中wSi>4%之后，碳的活动能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，为防晶间腐蚀，应使焊缝中C%≤0.02%。

Si在18-8钢中有利于促使产生δ相，可提高抗裂性，可不必过分限制；但在25-20钢中，Si的偏析强烈，易引起热裂。

4）Nb：

铌可与磷、铬及锰一起形成低熔点磷化物，而与硅、铬和锰则可形成低熔点硫化物－氧化物杂质。铌在晶粒边界富集，可形成富铌、镍的低熔点相，其结晶温度甚至低于1160℃。含铌的低熔点相在铁素体和奥氏体中的溶解度不同，从而对热裂影响不同。

5）Ti

钛也可以形成低熔点相，如在1340℃时，焊缝中就可以形成钛碳氮化物的低熔点相。含钛低熔点相的形成对抗裂性的影响不如铌的明显，因为钛与氧有强的结和力，因此钛通常不用于焊缝金属的稳定化，而是用于钢的稳定化。钛主要是对母材及热影响区的液化裂纹的形成有影响。

6）C

碳对于热裂敏感性的影响仅在一次结晶为奥氏体的单相奥氏体化的焊缝金属中，碳对热裂敏感性的影响很复杂，还取决于合金成分。

7）B：

硼是对抗热裂性影响最坏的元素。高温时硼在在奥氏体中的溶解度非常低，只有0.005%，硼与铁、镍都能形成低熔点共晶。因此，要限制焊缝中的硼含量。

总之，凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起热裂纹的产生。凡可无限固溶的成分（如Cu在Ni中）或溶解度大的成分（如Mo、W、V），都不会引起热裂。奥氏体钢焊缝，提高Ni含量时，热裂倾向会增大；而提高Cr含量，对热裂不发生明显影响。在含Ni量低的奥氏体钢加Cu时，焊缝热裂倾向也会增大。凡促使出现A或AF凝固模式的元素，该元素必会增大焊缝的热裂倾向。

4.焊接工艺的影响

在合金成分一定的条件下，焊接工艺对是否会产生热裂纹也有一定影响。

为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化，以致增大偏析程度，应尽量采用小焊接热输入快速焊工艺，而且不应预热，并降低层间温度。不过，为了减小焊接热输入，不应过分增大焊接速度，而应适当降低焊接电流。增大焊接电流，焊接热裂纹的产生倾向也随之增大。过分提高焊接速度，焊接时反而更易产生热裂纹。这是因为随着焊接速度增大，冷却速度也要增大，于是增大了凝固过程的不平衡性，凝固模式将逐次变化为FA→AF→A，相当于图4-14 中A点向右移动，因此热裂倾向增大。

三、析出现象

在SS中，σ相通常只有在铬的质量分数大于16%时才会析出，由于铬有很高的扩散性，σ相在铁素体中的析出比奥氏体中的快。δ→σ的转变速度与δ相的合金化程度有关，而不单是δ相的数量。凡铁素体化元素均加强δ→σ转变，即被Cr、Mo等浓化了的δ相易于转变析出σ相。

σ相是指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。σ相的析出使材料的韧性降低，硬度增加。有时还增加了材料的腐蚀敏感性。σ相的产生，是δ→σ或是γ→σ。

四、低温脆化

为了满足低温韧性要求，有时采用18-8钢，焊缝组织希望是单一γ相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现δ相。δ相的存在，总是恶化低温韧性。虽然单相γ焊缝低温韧性比较好，但仍不如固溶处理后的1Cr18Ni9Ti钢母材，例如aku(－196℃)≈230J/cm2，aku(20℃)≈280 J/cm2。“铸态”焊缝中的δ相因形貌不同，可以具有相异的韧性水平。

奥氏体不锈钢的焊接工艺特点

焊接材料选择

不锈钢及耐热钢用焊接材料主要有：药皮焊条、埋弧焊丝和焊剂、TIG和MIG实芯焊丝以及药芯焊丝。焊接材料的选择首先决定于具体焊接方法的选择。在选择具体焊接材料时，至少应注意以下几个问题: 1)应坚持“适用性原则”。根据不锈钢材质、具体用途和使用条件（工作温度、接触介质），以及对焊缝金属的技术要求选用焊接材料，原则是使焊缝金属的成分与母材相同或相近。

2)根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用，并应通过工艺评定试验加以验收，绝不能只根据商品牌号或标准的名义成分就决定取舍。

3)考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小，即应考虑母材的稀释作用，否则将难以保证焊缝金属的合金化程度。

4)根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度，即是采用同质焊接材料，还是超合金化焊接材料。

5)不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；综合考虑使用性能和工艺焊接性要求。

焊接工艺要点

(1)合理选择焊接方法 ： 不锈钢多采用药芯焊丝电弧焊：效率高，成分可调，热输入小。

(2)控制焊接参数：避免接头产生过热现象，奥氏钢热导率小，热量不易散失，一般焊接所需的热输入比碳钢低20%～30%。

(3)接头设计的合理性：仅以坡口角度为例，采用奥氏体钢同质焊接材料时，坡口角度取60°是可行的；但如采用Ni基合金作为焊接材料，由于熔融金属流动更为粘滞，坡口角度取60°很容易发生熔合不良现象。Ni基合金的坡口角度一般均要增大到80°左右。(4)控制焊接工艺稳定：保证焊缝金属成分稳定，必须保证熔合比稳定。(5)控制焊缝成形： 表面成形是否光整，是否有易产生应力集中。

(6)防止焊件工作表面的污染 ： 奥氏体不锈钢焊缝受到污染，其耐蚀性会变差。焊前除油去污，洁净干燥。

奥氏体不锈钢焊接论文 篇2

不锈钢按主要化学成分分类可分为三种, 铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢。按组织分类有:奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体-奥氏体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢。奥氏体不锈钢一般分为:18-8型奥氏体不锈钢、18-12Mo型奥氏体不锈钢、25-20型奥氏体不锈钢。

一般来说, 合金元素含量越多, 热导率λ越小, 而线膨胀系数α和电阻率μ越大, 奥氏体不锈钢的λ约为低碳钢的1/3, 其α比低碳钢大50%, 并随温度的升高, α的系数也相应提高。所以奥氏体不锈钢在焊接中常会引起较大的变形。

奥氏体不锈钢具有优良的焊接性, 而且同时有良好的耐腐蚀性并且低温下有很好的低温韧性。常用的焊接方法有焊条电弧焊, 埋弧焊, 氩弧焊。在压力容器制造中, 使用18-8型奥氏体不锈钢总是希望焊缝组织是单一的奥氏体组织, 但是为了确保焊缝金属有足够的抗结晶裂纹能力, 却希望焊缝组织含有少量δ铁素体。近年来随着全球液化天然气 (LNG) 消耗量大持续增长, 对于LNG设备的需求也在不断增长, 奥氏体不锈钢304L在用于设计温度-196℃低温环境中还有良好的低温冲击韧性。

奥氏体不锈钢焊接工艺要点:其焊接一定要合理控制焊接参数, 奥氏体钢热导率小, 热量不容易散失, 一般焊接所需的热输入比碳钢要低20%~30%。过高会造成焊缝开裂, 变形严重。一般采用较小的线能力和较快的焊速。焊接要有引弧板 (纵缝) , 不得在材料表面引弧, 运条要稳定, 短弧焊接, 不摆动, 直线运行, 快速焊接。为防止在450~850℃之间停留时间长而出现晶间腐蚀, 应严格控制层间温度, 必要时采取强制冷却措施。多层焊时, 每层要清渣, 严格控制层间温度, 等前道焊缝冷却后, 再焊接下层。

二、不锈钢压力容器的焊接方法

(一) 手弧焊。应选用碱性药皮焊条, 采用低碳焊条, 减少焊缝含碳量, 使焊缝成为γ+δ相奥氏体+铁素体组织。焊条电弧焊, 焊接电弧长度, 焊接普通钢时, 以2~4mm为佳, 而焊接不锈钢时, 以1~3mm为佳, 过长则保护效果不好。为防止焊接气孔之出现, 焊接部位如有铁锈、油污等务必清理干净。不锈钢手工电弧打底时, 由于焊条直径较粗, 熔池体积大, 焊工不易掌握, 易造成焊缝背部产生焊瘤、烧穿、末焊透及气孔等缺陷, 无法保证焊接质量。为避免上述缺陷, 不锈钢压力容器打底焊接宜采用小直径焊条Ф2.5、Ф3.2。填充盖面可以采用Ф3.2, Ф4.0焊条。Ф2.5mm焊接电流I=75~85A;Ф3.2mm焊接电流I=90~110A;Ф4.0mm焊接电流I=120~140A, 电弧电压为:U=21~23V, 直流反接。不锈钢填充前应仔细检查清理焊层, 彻底清理熔渣跟污物, 清理熔渣时不允许使用碳钢刷, 要用不锈钢刷或砂轮防止铁离子污染。电弧弧长应适宜, 密切注视熔池冷却, 防止气孔涌出。防止电流偏小否则容易造成电弧穿透力不够形成未焊透。电流偏大则容易造成烧穿, 熔池下坠形成焊瘤。合理控制焊接电流, 焊接电压, 焊接速度平稳。盖面焊点关键在于焊接成型美观, 均匀, 不咬边, 焊缝余高不得超标, 其中低温不锈钢容器不得有任何咬边。焊道宽度比坡口宽2~3mm, 焊缝超高部位可以打磨但是不应伤及母材并要求圆滑过渡。

(二) 氩弧焊。保护气体为氩气, 纯度为99.99%。当焊接电流为50~150A时, 氩气流量为8~10L/min, 当电流为150~250A时, 氩气流量为12~15L/min。钨极从气体喷嘴突出的长度, 以4~5mm为佳, 在角焊等遮蔽性差的地方是2~3mm, 在开槽深的地方是5~6mm, 喷嘴至工作的距离一般不超过15mm。对接打底时, 为防止底层焊道的背面被氧化, 背面也需要实施气体保护。为使氩气很好地保护焊接熔池, 和便于施焊操作, 钨极中心线与焊接处工件一般应保持80~85°, 填充焊丝与工件表面夹角应尽可能地小, 一般为10°左右。氩弧焊 (TIG) : (直流正接) 焊丝Ф=2.4mm, I=90~100A, U=12~14V, 焊速约150mm/min.。氩弧焊在不锈钢压力容器制造中用于打底焊或薄壁小直径容器的焊接。氩弧焊打底时, 施焊时氩气要始终充于焊缝, 施焊过程中要严格控制融孔直径在2.5~3mm, 并保证钨极在不同角度均匀调整, 并垂直容器轴心。收弧时, 填充焊丝不应使焊缝过高, 以利接头, 也不应该太薄防止弧坑裂纹。中断时应将焊缝末端重新溶化并重复5~10mm, 且形成圆滑过渡。

(三) 埋弧焊。奥氏体不锈钢压力容器生产中, 埋弧焊是效率远远高于手弧焊跟氩弧焊的方法。但是奥氏体不锈钢埋弧焊时, 由于焊接电流密度大, 热量集中, 因此形成的弧坑也较大, 并且熔池厚度也增大, 在局部间隙的较大处很容易烧穿, 因此在施焊过程中需要在焊件背面采取一定的工艺措施, 以防烧漏。常用方法是采用手弧焊封底, 并用纯铜板垫、永久垫和焊剂垫等。通过焊接工艺评定确定相关工艺参数, 经过评定试验发现各项参数均达到合格。

奥氏体不锈钢焊接中容易出现热裂纹, 为了防止奥氏体铬镍钢焊接接头的热裂纹, 可从冶金和工艺两方面采取措施。

三、防止不锈钢焊接产生热裂纹的措施

(一) 冶金措施。一是奥氏体铬镍钢焊接接头中的热裂纹, 无论是结晶裂纹、液化裂纹, 还是高温低塑性裂纹都与材料本身所含的低熔点共晶体的偏聚及晶界物理和化学不均一性有关, 因此防止热裂纹产生的根本措施是严格控制不锈钢母材和焊接材料中的C、S、P、Si等杂质元素, 提高材料本身的纯净度。二是调整焊缝金属的合金成分, 使其形成含δ-铁素体3%~8%的奥氏体+铁素体双相组织。焊缝金属中铁素体体积分数控制在6%~10%, 可获得无裂纹的焊缝。但铁素体体积分数不宜大于10%, 否则会在焊后的加热过程中转变成δ-相而使焊缝金属变脆。不过在LND低温容器中, 为了获得更高的冲击韧性, 把焊缝中铁素体含量控制在2%以下。可以同时满足-196℃低温时候, 奥氏体不锈钢的冲击功大于31J, 又要侧向膨胀量大于0.38mm。

(二) 工艺措施。第一, 合理设计坡口形状和几何尺寸, 规定合适的接头装配间隙, 降低母材在焊缝金属中的比率;第二, 正确调整焊接规范参数适当地提高电弧电压和焊接速度, 降低焊接电流, 以增大焊缝的成型系数, 形成向上共生结晶的焊缝形状;第三, 减小焊接线能量, 控制层间温度外加冷却措施, 以提高焊缝金属初次结晶的速度, 减弱焊缝金属晶间偏析的程度。

通过以上措施, 奥氏体不锈钢焊接的热裂纹问题大大降低, 就是偶尔出现的热裂纹也是基本由焊工操作不当所致。

摘要：通过对奥氏体不锈钢的焊接性进行分析, 根据压力容器的制作特点, 制定了埋弧焊, 氩弧焊, 手弧焊三种焊接方法。完善了不锈钢压力容器焊接工艺并应用于产品制造, 取得了良好的效果。

关键词：奥氏体不锈钢,焊接性,手弧焊,氩弧焊,埋弧焊

参考文献

[1]李亚江主编.焊接冶金学[M].北京:机械出版社, 2006

[2] (美) 利波尔德.不锈钢焊接冶金学及焊接性[M].北京:机械工业出版社, 2008

关于奥氏体不锈钢的焊接工艺 篇3

一、不锈钢概述

1、概述

不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。

由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐蚀，因为铬、镍、氯是同位原素，同位原素会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。

二、奥氏体不锈钢的焊接性

奥氏体不锈钢的焊接性能较好，焊接时不需要采用特殊的工艺措施。但若焊接工艺选择不当，容易引起晶间腐蚀和热裂纹等缺陷。

（一）晶间腐蚀

1、产生晶间腐蚀的原因

不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于10～12%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%～0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C6等。数据表明，铬沿晶界扩散的活化能力162～252KJ/mol，而铬由晶粒内扩散活化能约540KJ/mol，即：铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界扩散速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。

2、防止晶间腐蚀的措施

①调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等。

②减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在0.04%以下，称为“超低碳”不锈钢，就可以避免铬的碳化物生成。

③工艺措施，控制在危险温度区（425-815℃）之间的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区（HAZ）、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀（KLA），晶间腐蚀。

（二）应力腐蚀开裂

1、应力腐蚀开裂产生原因

应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。

2、应力腐蚀开裂防治措施

从电化学防护通过水的净化处理降低冷却水与蒸汽水中的氯离子含量，对预防奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂是十分有效的，因此，改进金属构件的设计，防止腐蚀介质的富集，是一项重要的抑制SCC措施来说也可以用阴极保护来防止应力腐蚀的发生，因为阴极极化可降低裂纹扩展速度。

（三）热裂纹

热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化，产生裂纹，叫液化裂纹。

1、热裂纹产生原因

①晶间存在液态间层

焊缝：存在低熔点杂质偏析形成液态间层。

热影响区：过热区晶界存在低熔点杂质。

②存在焊接拉应力。

2、热裂纹的防止措施

①限制钢材和焊材的低熔点杂质，如S、P含量。

②控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计算厚度之比）枣焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹。

③调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。

④减少焊接拉应力。

⑤操作上填满弧坑。

（四）焊缝成型不良

1、焊缝成型不良原因

焊缝成型不良与很多因素有关，如工艺参数选择不对，人员操作手法不对，也有环境的影响因素。

当焊缝表面出现凹坑、塌陷等，很可能会造成焊缝应力集中，影响接头的疲劳使用寿命。当焊缝内部出现孔洞时，影响接头的拉伸性能。焊缝表面出现焊瘤、飞溅等影响美观，又增加焊后的修复的成本。

2、防止措施

对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶腐蚀问题，可以通过焊接工艺来解决。采用乌极轻弧焊打底，较小的焊接线数量，来控制热影响处与敏化温度区间。

3、采用手工钨极氩弧焊打底，电焊盖面的焊接方法，焊接材料采用日本产TGS-9Cb焊丝，电焊条采用英国曼切特生产9MV-N。焊丝需经表面除油、锈、水处理。焊条需经350-400℃烘干处理，值放于80-100℃保温内随用随取。

4、焊接时采用小规范进行焊接，焊接线能量要严格控制。P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性较差，且焊接规范又较小，因而，容易出现夹渣，层间未熔等缺陷。这就要求焊接时的操作必须到位。比如水平固定位置焊接，当焊条摆动到坡口边缘时，电弧停时间要稍长一些，尽量充分熔敷过度，不留夹沟。为避免产生大的缺陷，焊肉厚度要尽量薄，一般是焊条直径加1毫米为宜，摆动焊接时，因受线能量的限制和焊肉厚度的限制，所以，焊条摆动幅度不宜超过焊条直径的千倍。而每层焊道必须用锯条和角磨机清理干净，不得任意捶击，根层及近根层焊接，管内必须进行充氩保护。

三、结语

总之，焊接时必须认真按照工艺评定要求进行，坡口打磨，对口间隙、钝边、固定焊的支撑块等一系列工作，热处理工要认真作好预热、恒温、保温、热处理等项准备工作。焊前预热，焊接层间温度，除以热电偶进行自动测控外，在现场辅以远红外线自动测温仪进行监控，以保证管壁达到真正的温度要求。

奥氏体不锈钢焊接论文 篇4

有没有那个高人给我讲解下无损检测的各种方法比较和检测设备发展历史，最后是如何做我这种产品的无损检测。

谢谢！

奥氏体不锈钢焊接论文 篇5

沿海区域的某压水堆核电站, 需要使用海水对反应堆第二回路进行冷却, 其海水冷却系统中的管道材质采用了超级奥氏体不锈钢UNS08367, 该种不锈钢具有良好的奥氏体稳定性和耐腐蚀性, 尤其是具有优异的抗CL-点蚀和缝隙腐蚀的能力。本文通过点蚀和缝隙腐蚀试验验证了该种不锈钢焊缝的耐局部腐蚀性能。

2 UNS08367钢种的特性

2.1 化学成分及力学性能

UNS08367的化学成分见表一, 相对于304L与316L等普通的奥氏体不锈钢, UNS08367的Ni含量与Mo含量都有显著的提高, 并且具有更高的抗拉强度和更优良的塑性。

2.2 耐蚀性

不锈钢的耐腐蚀性能基于其钝化作用, 不同的条件下产生不同的腐蚀形态, 常见的有点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。

点腐蚀和缝隙腐蚀是两种紧密相关的腐蚀类型, 均属于局部腐蚀。其主要生产条件为含有CL-的环境。当不锈钢处于含CL-环境中时, 在一定温度下就会发生点腐蚀。Cr和Mo含量的提高有助于增强不锈钢抗局部腐蚀的能力。Cr、Mo和N对抵抗局部腐蚀能力的综合影响, 可以使用点蚀指数PI来衡量:

超级奥氏体不锈钢的PI指数约为43~46, 是普通奥氏体不锈钢的近两倍, 因此, 超级奥氏体不锈钢被广泛的应用于海水或高CL-的环境当中。

2.3 焊接性分析

UNS08367不锈钢是单相奥氏体组织, 其焊接接头容易出现热裂纹[1]主要是弧坑裂纹, 原因主要有: (1) UNS08367不锈钢为高Ni合金材料, Ni易于S和P形成低熔点共晶; (2) 焊缝金属为单项奥氏体柱状晶体组织, 容易产生杂质偏析及晶间液态薄膜; (3) 由于焊接过程的不均匀受热过程使焊缝金属在凝固期间产生拉应力, 而被拉开的缝隙没有足

够的液态金属来填充, 进而产生弧坑裂纹。

3 焊接及试验方法

3.1 焊接

3.1.1 焊接材料

UNS08367具有热裂纹敏感性, 因此需选用低S、P含量的焊材, 为了获得与母材最为接近的腐蚀性能, 需要选用高Mo合金的焊材, 综合考虑, 焊接材料选用ERNi Cr Mo-3镍基合金焊丝与ENi Cr Mo-3镍基合金焊条。

3.1.2 焊接工艺及参数

此次试验分别使用GTAW和SMAW两种焊接工艺焊接两块试板。为控制热输入, 焊接时采用小电流快速焊, SMAW除打底焊道外不允许摆动, 层间温度小于100℃。

3.1.3 固熔处理

为更好的获得焊接对超级奥氏体不锈耐腐蚀性的影响, 在两块试板中各截取一部分进行固熔处理, 采用水冷的方式进行冷却。

3.2 点蚀试验

根据ASTM G48标准方法C中的临界点蚀温度 (CPT) 计算公式:

UNS08367的临界点蚀温度约为55℃~62℃, 因此点蚀试验温度选用55℃;点蚀试验试样尺寸为40*40mm, 试样包含母材、焊缝和热影响区;试验分为焊态和固熔处理态两批进行, 各取三个试样, 将试样浸入55℃的6%浓度的三氯化铁+1%的盐酸溶液中进行72小时的腐蚀试验, 观察表面是否出现点蚀。

3.3 缝隙腐蚀试验

根据ASTM G48标准方法F中的临界缝隙温度 (CCT) 计算公式:

UNS08367的临界缝隙温度约为30℃, 因此缝隙腐蚀试验温度选用30℃;缝隙腐蚀试验试样尺寸为40*40mm, 试样包含母材、焊缝和热影响区, 采用带槽口的聚四氟乙烯垫圈在试样表面制造多缝隙腐蚀条件;试验分为焊态和固熔处理态两批进行, 各取三个试样, 将试样浸入30℃的6%浓度的三氯化铁+1%的盐酸溶液中进行72小时的腐蚀试验, 试验后观察试样表面是否出现缝隙腐蚀, 并测量最大缝隙腐蚀深度。

4 试验结果及分析

耐腐蚀性试验的结果如表二所示, 两种焊接方法无论焊态还是固溶处理状态下, 均

表表22耐耐腐腐蚀蚀性性试试验验结结果果未出现点蚀的现象, 但都出现了不同程度的缝隙腐蚀, 且产生缝隙腐蚀的位置均在热影响区部位, 固溶处理后, 缝隙腐蚀的腐蚀深度明显降低, 而且SMAW的焊态缝隙腐蚀深度要大于GTAW的焊态缝隙腐蚀深度。

众所周知, 焊接是一个复杂的热处理过程, 焊接过后, 超级奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的下降主要有两方面的原因: (1) 焊接过程中, 焊缝热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位, 会沿晶界析出Cr的碳化物, 造成晶间贫铬, 因为焊接是一个快速加热和冷却的过程, 而Cr的碳化物的形成是一个扩散过程, 因此, 敏化加热需要一个过热度, 敏化加热区间也就在焊缝热影响区的近焊缝部位, 快速焊接有助于降低敏化加热区间的范围。 (2) Mo元素与Cr元素的偏析是超级奥氏体不锈钢耐缝隙腐蚀性能降低的主要原因, 有研究表明[2]当采用GTAW焊接时, 枝晶晶界含Mo量与其晶轴含Mo量比值 (即偏析度) 可达1.6, Cr元素的偏析度达到1.4。此次试验选用的高Mo镍基合金焊材, 有效的降低了焊缝处的Mo元素偏析度, 而热影响区的Mo元素偏析无法得到有效控制, 因此, 所有的缝隙腐蚀均发生在了热影响区部位, 而且SMAW焊接因为热输入更大, 造成成分偏析更加严重, 最大缝隙腐蚀深度明显高于GTAW焊接。

降低合金元素成分偏析和晶间贫铬最有效的方法就是在焊接后对焊缝进行固熔处理, 使合金元素在高温状态下重新进行扩散, 并均匀的分布于单一的奥氏体组织当中, 试验证明, 进行固熔处理后, 焊缝抗缝隙腐蚀的能力明显增强。

结语

采用合理的焊接结构, 通过小电流、快速焊, 控制层间温度等方法, 可以有效的避免UNS08367焊缝出现热裂纹, 获得良好的焊接接头。

UNS08367不锈钢焊缝仍具有优良的抗点蚀能力, 但抗缝隙腐蚀能力出现明显降低, 如果产品焊缝无法满足固熔处理的条件, 并且需要在海水等高CL-环境中服役时, 应尽量将焊缝余高打磨光滑, 并防止在焊缝处出现与其他介质接触产生的缝隙

摘要：超级奥氏体不锈钢凭借其优异的耐CL-腐蚀性能近年来被广泛应用。通过对UNS08367焊缝及热影响区焊态以及固熔处理态耐点蚀和耐缝隙腐蚀试验, 分析焊接对UNS08367耐腐蚀性能的影响。

关键词：UNS08367,焊接,耐腐蚀性

参考文献

[1]吴明傲.超级奥氏体不锈钢S31254钢的焊接[J].焊接技术, 2008, 36 (8) :40-42.

奥氏体不锈钢焊接论文 篇6

关键词：晶间腐蚀；换热管；质量控制

1、引言

XX公司不锈钢管分厂，产品已逐渐转向无缝奥氏体不锈钢换热管的生产之中， 换热管作为特种设备的主要受压元件，使用条件相当恶劣，高温、高压、低温、腐蚀等，不锈钢管分厂依据“TSG Z0004 特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求”及其相关法律法规、技术规范等特种设备行业的要求，建立了压力管道元件质量保证体系，旨在保证换热管在生产全过程的质量控制目标。

2、换热管质量数据统计分析

笔者在该公司分厂跟踪了2013年1-6月无缝奥氏体不锈钢换热管的整体质量检验情况，搜集了相关质量检验数据，并作了全面统计，不锈钢换热管一共包括9种规格，主要生产的牌号为022Cr19Ni10，从统计中发现：许多月份的质量合格率均超过90%，有的甚至高达97%以上，但是，也发现了不少问题，一些是质量突然出现异常，一些是整体质量偏低，现将所发现的问题总结如下：

⑴ 不同规格的产品，质量合格率存在明显差异。

⑵ 某些规格的产品在1月份出现合格率下降。

⑶ 某一相同规格的产品在不同时间的合格率出现较大波动。

将以上9种规格的质量统计数据转化为曲线图显示，如下图2.1所示：

由上图可看出φ10.2×2，φ26.7×2.11，φ33.7×1.6三种规格的质量合格率明显低于其余规格，尤其是φ10.2×2的换热管， 4月、6月的质量合格率低至45%以下，2月份φ26.7×2.11的换热管也低至45%以下，这三种规格的质量合格率远远低于公司质量控制目标，质量合格率的波动性都非常之大，质量极为不稳定，不可能提供给用户得以信赖的产品。

3、 晶间腐蚀—换热管的主要缺陷

将上述9种规格的换热管在上半年所发生的不符合项按照缺陷类别进行了调查统计，产生的缺陷类别如下图3.1所示：

从上图就可清晰地看出在所有类别的缺陷之中，占据比例最大的就是换热管的晶间腐蚀不合格，达到51%，占据了整个缺陷比例的一半以上。以上分析可以看出，若是解决了晶腐不合格的问题，才有可能达到批量生产的目的，才有可能保证质量的相对稳定。

4、晶间腐蚀质量问题原因分析

4.1晶间腐蚀的原理

晶间腐蚀是18 - 8型奥氏体不锈钢常发生的一种局部腐蚀。不锈钢发生晶间腐蚀时，金属外形几乎不发生任何变化，但是晶粒间的结合力却有所下降，使钢的强度、塑性和韧性急剧降低；如果遇有内外应力的作用，轻者稍经弯曲便可产生裂纹，重者敲击即可碎成粉末。晶间腐蚀在设备运行过程中不易检测，常造成设备的突然破坏，危害性极大。据统计，这类腐蚀约占总腐蚀类型的10.2% 。

晶间腐蚀的机理， 主要有“贫Cr 理论”和“晶间区偏析杂质或第二相选择性溶解理论”等，对于制管过程，在原料成分控制合理，尤其是S、P杂质严格控制其含量的基础上，晶间附近“贫铬”是导致不锈钢管晶间腐蚀的主要原因。

4.2 晶间腐蚀质量问题影响因素

考虑到影响换热管耐晶间腐蚀性能的重要工序是热处理及酸性去油，因此整个分析重点是针对电炉热处理、辊道炉热处理和保护气氛光亮热处理三个方向，找到并选取其“重要因素”，分别研究“机”--热处理设备、“法”--热处理工艺、去油条件、酸洗时间等对产品耐晶间腐蚀性能的影响。

1、热处理设备的影响

通过一系列的试验发现，换热管对表面提出了更高要求，一般以光亮管的形式交货，因此，几乎所有的换热管都是在保护气氛光亮热处理炉中进行固溶处理，所做的调查分析也验证了在该炉中热处理发生晶间腐蚀不合格的几率的确升高了许多。从2013年上半年换热管的质量统计数据来看，问题也的确于此，说明保护气氛光亮热处理设备是影响晶腐不合格很重要的原因之一，且深层次的原理是因为光亮热处理的保护气氛存有残余氨，分解出氢气与氮气，氮气是造成晶腐不合格的直接原因。

2、去油的影响

去油的方式对晶腐没有直接影响，主要原因在于去油的时间，去油时间的延长对钢管的腐蚀进一步加剧。

3、冷却速度的影响

从调查中发现出冷却速度的快慢对晶间腐蚀也有直接的影响，当冷却速度过慢，尤其是当进入晶腐敏感区时，内外壁很容易发生沿晶腐蚀，当冷却速度达到一个临界值时，则可避免该现象的发生。

5、晶间腐蚀质量问题的建议性纠正措施

1. 增加对“料”（荒管金相组织）的检查

提高钢管的抗腐蚀性能，关键在于控制含铬化合物的析出，在实际生产中，有必要增加对荒管的检查，若发现荒管中有含铬化合物析出，需增加对荒管的固溶处理，这样做可为后续道次中含铬化合物的析出控制提供有力保障，否则寄希望于成品管道次或成品管前一道次的弥补措施，将会遇到由于晶粒的异常长大带来的更大实际困难，甚至会影响到最终成品管的力学性能。

2. 对“法”进行改进，即严格控制去油的时间

为彻底去油，在实际生产过程中通过增加酸洗去油后的中和和温水浸泡环节，可有效增加去油效果。另外，如果在中和后、溫水浸泡后每支钢管都采用倾斜式高压水冲洗，会更有效地将吸附在管内壁的残余油脂清除出来，这样就可不用长时间将钢管浸泡在去油液中，可有效控制去油时间。

3.加强对“机”（制造设备、设施）的定期检查、检测

对关键设备热处理要定期检查控温的精确性，因为一旦热处理温度出现大的波动，对产品质量的稳定性有很大的影响，另外还可能产生新的问题。

对热处理冷却水要定期检测，及时更换新水。从以前的测试结果来看，长时间使用后循环冷却水中，水质呈酸性，主要是酸洗去油环节的残酸导致；另外，水中各种杂质离子超标，尤其是Cl离子严重超标，是正常自来水中的几十倍。经过热处理的钢管，其加工应力虽基本消除，但仍有一部分的残余应力存在，酸性冷却水中Cl离子对有残余应力存在的钢管及钢管某些部位产生应力腐蚀，从而会导致和加剧晶间腐蚀。

4.光亮热处理炉气氛的提纯

光亮热处理的不足，就是气氛的纯度要求较高，因为残余氨的超标，会引起渗氮，从而影响钢管的耐晶间腐蚀性能。因此，要经常对设备进行维护和检测，以避免残余氨超标对钢管质量的影响。

6、 结论

本文系统介绍了该公司不锈钢管分厂无缝奥氏体不锈钢换热管批量化生产过程中所发生的质量问题，通过调查与分析，得到如下结论：

（1）通过搜集换热管的相关质量数据，确认导致换热管批量化生产质量合格率较低的主要原因是晶间腐蚀质量问题。

（2）研究不锈钢管晶间腐蚀原理，结合换热管实际生产状况，寻找出晶间腐蚀所产生的深层次原因，即：热处理保护气氛、热处理冷却速度、酸洗去油工艺的影响。

（3）通过加强对换热管原材料的金相检查，加强酸洗去油的质量控制，加强制造设备的定期检查，加强光亮热处理炉气氛的提纯，验证换热管的质量合格率是能够得到明显提升的。

参考文献：

[1] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京：化学工业出版社，1984，156

[2] 王荣滨，18-8型奥氏体不锈钢的晶间腐蚀[J].上海钢研2003，（2）：19

奥氏体不锈钢焊接论文 篇7

关键词： 焊接材料； 异种钢焊接； 珠光体钢与奥氏体钢

中图分类号： TG147.44

0前言

珠光体钢和奥氏体钢异种钢焊接在电力、石油、化工等工业部门已经大量应用，它能降低材料成本，提高高温使用性能。然而，这类异种钢焊接中会出现大量复杂的冶金和工程问题。虽然说这类异种钢焊接的机理已被热烈探讨，现有的焊接材料及其匹配焊接工艺，基本能满足结构制造要求；但是，随着新型工业化的推进，在一些重大工程或特殊项目应用中，该钢焊接接头的使用性能方面仍然暴露出一些问题。这些问题依然涉及到焊接材料和配套工艺。有关珠光体钢和奥氏体钢异种钢焊接方面的研究文献不少，但深入探讨焊接材料应用的研究不多。为此，本文特意将这类钢焊接材料的选择与该类钢的焊接性、焊接材料种类及工艺方法相联系，综述焊接材料在不同工程中的应用。该项工作对推动这类钢焊接材料的创新开发，以及配套工艺的锐意改进，具有积极意义和参考价值。1异种钢焊接性分析

这类异种钢焊接时的难度较大、问题较多，从以下3种焊接裂纹倾向进行焊接性分析：

（1）焊缝中裂纹。由于珠光体钢和奥氏体钢2种母材成分差异太大，熔化焊形成的焊缝成分势必受到母材熔入的稀释影响，致使焊缝的成分既不同于珠光体母材，也不同于奥氏体母材，与填充金属也不同。母材对焊缝过度的稀释可能导致马氏体组织出现，在应力和氢的共同作用下，就有产生焊缝冷裂纹可能。焊缝所受稀释程度不同，产生马氏体组织和裂纹的倾向各异。

（2）熔合区裂纹。在熔化焊接过程中，熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，液态停留时间较短，机械搅拌作用较弱，导致熔化的母材不能与填充金属充分混合，这部分焊缝中母材熔化金属所占比例较大，因此在毗邻珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属中就会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层（图1）。在该过渡层分布着数量和宽度不均匀或不连续的马氏体组织[1-2]，通常不易看到这种马氏体组织，只有用特殊

在应力和氢的共同作用下，可能产生所谓熔合区裂纹。

（3）熔合区蠕变裂纹。珠光体钢和奥氏体钢焊接接头，在焊后热处理或高温下使用时，由于熔合线两侧含铬量不等，在高温条件下铬作为强碳化物形成元素，促使低铬钢中碳向高铬焊缝金属中扩散迁移，结果在熔合区低铬钢（珠光体钢）侧产生脱碳层，而在相邻的高铬钢（奥氏体钢）一侧产生增碳层。脱碳层由于组织变为铁素体而软化，增碳层由于碳的熔入和碳化物析出而硬化，致使接头高温下长期运行时，在残余应力及热应力（HAZ和熔敷金属间线胀系数不同引起的）共同作用下，极可能在脱碳层形成蠕变裂纹或蠕变破坏[2]。还必须强调这种接头的焊接残余应力较大，且难以消除，始终是影响接头使用性能的不利因素。

总体上看，奥氏体钢和珠光体钢异种钢焊接性的主要问题是，焊缝中马氏体组织和裂纹倾向，珠光体钢一侧焊缝熔合区裂纹倾向，以及在熔合区珠光体钢一侧脱碳层蠕变裂纹或蠕变破坏。

2焊接材料的选择原则

为了获得良好的焊接性和接头使用性能，尽量选用高合金成分，也就是尽量选用接近或高于奥氏体钢的高合金成分，而不是接近珠光体钢的成分。还必须考虑避免焊缝中马氏体组织形成。诚然，对于工作温度高于425 ℃的接头，应当选用镍基焊接材料[3]。为此，可以借助于Schaeffler状态图对焊缝的成分和组织作出粗略的估算或预测，当然须涉及到熔合比参数问题。所谓熔合比是指熔化焊接头中，被熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例。熔合比越小，母材成分的影响就越弱，填充焊材的主导作用就越强，就可有效防止焊接裂纹的产生，并获得满意的焊接性和使用性能。

表1是根据Schaeffler状态图推演的、预测或估计焊缝的组织及焊接裂纹倾向结果（在珠光体母材上堆焊奥氏体焊接材料）。可以看出，采用1号方案，焊缝的组织为A+M，容易产生焊缝裂纹，表明这3种焊接材料不适宜焊接珠光体钢。采用2号方案，可能是2种结果：当熔敷金属铁素体含量为5%时，焊缝的组织为单相奥氏体，容易产生热裂纹；当铁素体含量为10%时，焊缝组织为A+F，可以避免出现马氏体，焊接材料的抗裂性能良好。也就是说，采用A302、A307、A202这3种焊条焊接时，只要控制熔合比为20%～40%、铁素体含量为10%时，即可获得满意的异种钢焊接接头。采用3号方案，在熔合比范围很宽（20%～50%）、铁素体含量为0、焊缝组织为单相奥氏体情况下，不会产生热裂纹。这是一个焊接材料起主导作用的典型案例。A507是低氢型纯奥氏体Cr16Ni25Mo6不锈钢焊条，熔敷金属不仅具有很高的强度，而且具有很好的塑性和延伸率。尽管焊缝为纯奥氏体，仍然具有很好的抗热裂性能。

表1Schaeffler图应用实例[4]方案焊缝熔合比（%）电 焊 条 型 号熔敷金属中铁素体

含量（质量分数，%）焊缝微观组织焊接裂纹倾向120～40A107，A137，A2322.5～5A+M存在220～40A302，A307，A2025A热裂纹10A+F无320～50A5070A无

图2是珠光体钢20CrMnSi与奥氏体钢0Cr18Ni9焊接时Schaeffler状态图应用实例。图2中，铁素体形成元素当量[F]和奥氏体形成元素当量[A]的经验公式：

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[F]=Cr%+1.5Si%+0.5Nb%+Mo%+V%+3.5Ti%，[A]=Ni%+30C%+0.5Mn%）[4]。

可以看出，对于板厚8 mm，对接焊，60°的V形坡口打底层，熔化的基体金属约占45%，其中低合金钢20CrMnSi约占40%，奥氏体钢0Cr18Ni9约占60%。如果选用A107焊条，打底层的铁素体和奥氏体形成元素当量[F]、[A]分别为16.60%和11.3%，在Schaeffler状态图上，[F]、[A]两值的交点1正处在马氏体+奥氏体区中，极易产生裂纹，因此A107焊条不适用于这两种钢的焊接。如果选用A307焊条，打底层的铁素体和奥氏体形成元素当量[F]、[A]分别为19.35%和13.15%时，在Schaeffler状态图上，该成分为所标2点，该点处于纯奥氏体组织区，不存在裂纹倾向。

对于第2、第3层焊缝，熔合比是逐渐减小的，当第3层熔合比为30%时，铁素体和奥氏体形成元素当量[F]、[A]分别为21.27%和14.13%时，在Schaeffler状态图上，该点成分为点3，是奥氏体和铁素体双相组织，铁素体含量约为3%。可见，A307焊条可以用来焊接这对异种钢。

3焊接材料的种类及工艺方法

从合金系统特点来分，可供选用的异种钢焊接材料种类较多，表2列出了9种电焊条的化学成分。

A146是在Cr20Ni10合金系基础上添加6%Mn，改善焊缝金属的抗裂性，使用效果比较好。A302或A307是Cr24Ni13合金系，只要控制熔合比在20%～40%范围内，熔敷金属铁素体含量10%时，可以获得A+F双相组织，防止焊接裂纹出现，常作为珠光体钢一侧堆焊层焊接材料。A312/A317是在Cr24Ni13合金系基础上添加2%Mo，以改善抗裂性和耐腐蚀性能。A402/A407是Cr25Ni20型合金系，熔敷金属是纯奥氏体组织，焊接异种钢时有热裂纹产生倾向。A412是对前者的改进，在Cr25Ni20型合金系基础上添加2%Mo，以改善抗裂性和耐腐蚀性能。A422/A427也可以是Cr25Ni20型的改进型，加了8%Mn，为的是提高焊缝的抗裂性能。

E31216是Cr29Ni9合金系双相不锈钢焊条，熔敷金属中含有40%以上的铁素体相，焊缝金属的抗裂性和耐腐蚀性能都很好。A502/A507是Cr16Ni25Mo6合金系，Ni含量高，Mo含量6%，以其高强度、高塑性而获得高抗裂性的纯奥氏体焊接材料。Ni357是Ni70Cr15合金系Ni基焊接材料，对抑制熔合区中碳迁移和改变接头应力分布十分有利。

由于加入了一定量的Mn、Mo和Nb，焊缝金属抗裂性得以改善。该焊条适用于工作温度大于500 ℃或工作温度波动频繁的焊接结构。

表2异种钢焊接材料（电焊条）熔敷金属的合金成分（质量分数，%）焊条型号合金系统CMnSiCrNiMoSPCuNb+TaA146Cr20Ni10Mn6≤0.124.0～7.019.0～22.08.0～

11.0≤0.035≤0.04A302/A307Cr24Ni13≤0.150.5～2.5≤0.9022.0～25.012.0～

14.0≤0.75≤0.03≤0.04≤0.75A312/A317Cr24Ni13Mo2≤0.120.5～2.5≤0.9022.0～25.012.0～

14.02.0～

3.0≤0.03≤0.04≤0.75A402/A407Cr25Ni200.08～

0.201.0～2.5≤0.7525.0～28.020.0～

22.5≤0.75≤0.03≤0.03≤0.75A412Cr25Ni20Mo2≤0.121.0～2.5≤0.7525.0～28.020.0～

22.02.0～

3.0≤0.03≤0.03≤0.75A422/A427Cr25Ni18Mn8≤0.205.0～10.0≤1.2023.0～27.016.0～

20.0—≤0.03≤0.03E31216Cr29Ni9≤0.150.5～2.5≤0.9028.0～32.08.0～

10.5≤0.75≤0.03≤0.04≤0.75A502/A507Cr16Ni25Mo6≤0.120.5～2.5≤0.9014.0～18.022.0～

27.05.0～

7.0≤0.03≤0.04N≥0.1Ni357Ni70Cr15≤0.101.0～3.5≤0.7513.0～17.0≥620.5～

2.5≤0.02≤0.03≤0.500.5～

3.0

焊接材料的种类取决于焊接方法。有多种焊接方法可以焊接这类异种钢，但最重要的是需要考虑熔合比对焊接性的影响。希望获得小的熔合比，以降低焊缝金属的稀释程度，避免焊接裂纹的产生。

宁夏石化分公司30万吨/年合成装置中的20号钢与1Cr18Ni9Ti异种钢管线接头（ 89 mm×6 mm），采用GTAW打底+SMAW填充工艺方法，合理选用焊接材料，按表4实例中①焊接工艺施工，强调控制焊接熔合比和热输入，并采用短弧、直焊道、不摆动等操作技术。

依据JB4708—2000标准进行焊接工艺评定，并经施工实施证实，异种钢接头焊接质量良好，保证了管道安全运行。

东风汽车厂与ALSTON公司合作生产的900 MW核电汽轮机组中的高压外缸，上半尺寸为4 800 mm×3 200 mm×1 700 mm，重42 t，下半为4 800 mm×3 200 mm×2 400 mm，重45 t。在缸体中分面的某些部位及各级隔板槽的位置，均需堆焊不锈钢耐冲蚀层。被堆焊的母材为PS30/514，相当于东风汽车厂牌号ZG15Cr2Mo1（该钢系贝氏体型热强钢，但在焊接材料选择以及堆焊工艺特点等方面与珠光体型热强钢非常接近，故选作应用案例）。采用FCAW堆焊工艺方法，执行表4实例中②焊接工艺施工（此前，单位特别选派专业人员去英国GEC公司学习有关操作技术，进行了工艺研究和试验，并制定了专门的工艺规程），强调堆焊时预热温度、层间温度的控制及焊后缓冷等技术要点。该厂采用英国METRODE公司生产的ER309LT04不锈钢药芯焊丝，成功地在900 MW核电高压外缸上堆焊了奥氏体不锈钢材料。新型、高效、自动化焊接材料及新技术的应用，为核电产品中的高压阀、低压阀、隔板套、高压汽封及低压汽封的奥氏体不锈钢堆焊积累了经验，并对这类核电产品的质量稳定性提供了必要的技术保证。

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加氢裂化装置中的高压换热器材质为12Cr2Mo1R（贝氏体型热强钢）的接管需与材质为0Cr18Ni10Ti的外部管线完成异种钢的现场焊接。采用12Cr2Mo1R坡口SMAW堆焊+GTAW打底+SMAW填充工艺方法，按表4实例③中焊接工艺施工，强调12Cr2Mo1R坡口面堆焊时预热温度、层间温度及后热温度的控制，在填充焊缝严格执行工艺要求，并采用窄焊道、短弧焊等操作技术，依据JB4708—2000标准进行焊接工艺评定，接头的各项性能满意。该工艺已经应用于西北铅锌冶炼厂生产的多台装置上，现场安装和使用效果理想。

5结语

（1）奥氏体钢和珠光体钢异种钢焊接性的主要问题是：焊缝中马氏体组织和裂纹倾向，珠光体钢焊缝一侧焊缝熔合区裂纹倾向以及在熔合区珠光体钢一侧脱碳层蠕变裂纹或蠕变破坏。

（2）珠光体钢与奥氏体钢异种钢焊接材料的选择原则是：尽量选用接近或高于奥氏体钢的高合金成分，而不是接近珠光体钢的成分；尽量避免焊缝中马氏体组织形成，保证接头获得良好的使用性能和焊接性。

（3）可供选用的珠光体钢与奥氏体钢异种钢焊接材料种类较多，工艺方法各具特色，无论是焊接方法，还是规范参数，都必须以最小熔合比为目标。

（4）3个典型应用案例表明，这类异种钢焊接的冶金和工程问题的有效控制，取决于焊接材料的合理选用及正确的工艺方法。新型、高效、自动化焊接材料是颇具推广应用前景的焊接新材料。参考文献[1]孙咸.异种钢焊缝中的熔合区裂纹[J].焊接， 1989（9）： 11-15

[2]Lippold J C，Kotecki D J不锈钢焊接冶金学及焊接性[M].陈剑虹译北京：机械工业出版社，2008： 266-271

[3]国家能源局.电力发电厂异种钢焊接技术规程DL/T752—2010中华人民共和国电力行业标准 [S].北京：中国电力出版社，2010

[4]何康生，曹雄夫.异种金属焊接[M].北京：机械工业出版社，1986： 266-273

[5]韩炜.低碳钢与不锈钢异种钢焊接性分析及应用[J].宁夏机械，2005（3）： 10-13

[6]郭伟.在900 MW核电高压外缸上堆焊奥氏体不锈钢耐冲蚀层[J].机械工人（热加工），2005（7）： 48-50

[7]靳红梅，任世宏，李永红，等.镍基合金在异种钢焊接中的应用[J].电焊机，2009，39（4）： 148-150