奥氏体不锈钢薄板结构焊接

1、 摘要：当今随着石油、化工、医药及其他工业的不断发展，对耐腐蚀性的设备需求越来越多，更多的不锈钢设备在化工企业得以广泛的应用，在工业的应用上成逐年上升的趋势。然而在工作中，我们常常遇到晶间腐蚀，应力腐蚀，过热裂纹等问题。我们通过分析不锈钢的分类和不锈钢在生活中的应用，再谈及奥氏体不锈钢的的焊接性分析，指出晶间腐蚀、热裂纹、应力腐蚀开裂、焊缝成形不良等是焊接时易出现的问题。可从制定合理的焊接工艺，包括焊条选择、焊接工艺参数、焊后处理等方面确保奥氏体不锈钢的焊接质量。 关键词：奥氏体不锈钢 焊工艺 质量缺陷 质量控制1 西安理工高等技术学院毕业设计目录摘要1一 奥氏体不锈钢4（一）奥氏体不锈钢的定

2、义4（二）奥氏体不锈钢的型号4（三）.不锈钢的种类51. 铁素体不锈钢：6 2·奥氏体-铁素体双相不锈钢：6 3. 马氏体不锈钢：6 4. 奥氏体不锈钢：6（四）不锈钢的成分7 （五）不锈钢的结构组织 7（六）不锈钢的机械性能8（七）.生产工艺9二 焊接性10（一）金属材料焊接性10（二）.奥氏体不锈钢焊接性11三. 奥氏体不锈钢焊接工艺要点11（一） .焊接前准备11（二）焊接方法选择11（三） 焊接材料选择12（四）焊接工艺要点13（五）焊后清理13四. 奥氏体不锈钢焊接常见问题14（一） 焊接热裂纹141.焊接热裂纹形成原因142.防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施15（二）

3、焊接接头的晶间腐蚀161. 晶间腐蚀的原因172.预防晶间腐蚀的措施19（三） 应力腐蚀开裂211.应力腐蚀开裂的原因212.预防应力腐蚀开裂的措施21 （四）焊接变形问题221.焊接变形的原因222. 焊接变形的控制22五不锈钢薄板结构焊接质量问题及原因分析23（一）质量评价术语的含义23（二）影响质量原因分析24六奥氏体不锈钢薄板的焊接质量及控制27（一）不锈钢薄板的焊接质量27（二）.不锈钢薄板对接接头的焊装机28 （三）结论31 七参考文献32八致谢33奥氏体不锈钢薄板结构焊接工艺研究及焊接质量控制 1 奥氏体不锈钢（一）.奥氏体不锈钢的定义 奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的

4、不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。 (二).奥氏体不锈钢的型号1.200 系列：铬-镍-锰 奥氏体不锈钢2.300 系列：铬-镍 奥氏体不锈钢 （1）.型号 301：延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于

5、 304 不锈钢，产品如：弹簧、钢构、车轮盖。 (2).型号 302：耐腐蚀性同 304，由于含碳相对要高因而强度更好。 (3).型号 303：通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。 (4).型号 304：通用型号；即18/8不锈钢。产品如：耐蚀容器、餐具、家俱、栏杆、医疗器材。标准成分是 18 % 铬加 8 % 镍。为无磁性、无法借由热处理方法来改变其金相组织结构的不锈钢。 (5).型号 304 L：与 304 相同特性，但低碳故更耐蚀、易热处理，但机械性较差 适用焊接及不易热处理之产品。 (6).型号 304 N：与 304 相同特性，是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。

6、(7).型号 309：较之 304 有更好的耐温性。型号 309 S：具多量铬、镍，故耐热、抗氧化性佳，产品如：热交换器、锅炉零组件、喷射引擎。 (8).型号 310 S：含最多量铬、镍，故耐热、抗氧化性最佳 热交换器、锅炉零组件、电机设备。 (9).型号 316：继 304 之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。特用于化学、海边等易腐蚀环境、船舶装配、建材。 (10).型号 316

7、 L：低碳故更耐蚀、易热处理，产品如：化学加工设备、核能发电机、冷冻剂储糟。 (11).型号 321：除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304，适于焊接 酿酒设备、蒸气管、航空零件。 (12).型号 347：添加安定化元素铌，适于焊接 航空器具零件及化学设备。严格意义上讲，由于200系列不锈钢中的锰在钢中电极电位起的作用不大，形成的氧化膜的保护作用非常低，不能起到耐腐蚀作用，因此锰合金化的奥氏体不锈钢，不能称之为真正的“不锈钢”。目前国内很多厂家处于成本考虑，在不锈钢中降低了铬、镍，增加了锰的含量。专家认为，不锈钢之所以能不锈，就是因为有铬和镍的存在，降低这两种成分的

8、含量会降低防锈性能。（3） .不锈钢的种类 按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。下面我们主要介绍下马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢的性能。1.铁素体不锈钢：铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、

9、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。2·奥氏体-铁素体双相不锈钢：·奥氏体-铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%28%，Ni含量在3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，

10、无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。3. 马氏体不锈钢：马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体

11、不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。4. 奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。（3） .不锈钢的成分在18-8型不锈钢的成分基础上演变，主要有以下几方面的重要发展：

12、1) 加Mo改善点蚀和耐缝隙腐蚀2) 降C或加Ti、Nb，减少晶间腐蚀倾向3) 加Ni和Cr改善高温抗氧化性和强度4) 加Ni改善抗应力腐蚀性能.5) 加S、Se改善切削性和构件表面精度.(四).结构组织1.铁素体相的形成(1).铁素体相对奥氏体不锈钢性能的影响F相的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响：如使热加工产生裂纹的倾向性增大；钢的耐点蚀性下降，在诸多腐蚀环境（如尿素生产）中耐蚀性劣化；在高温下加长时间加热时，F相会转变为相使钢变脆等等。(2)铁素体相的形成与含量的粗略判定含量的粗略判定Creq=%Cr+1.5×%Si+%Mo，Nieq=%Ni+30×(%C

13、+%N)+0.5×%Mn(3).铁素体相的消除根本的办法是提高钢中奥氏体形成元素的含量。Ni是首选的元素，但是从经济的角度出发，Mn和N也受到人们的重视。特别是N，其抑制铁素体形成的能力为Ni的30倍，同时又有改善耐蚀性和提高强度的作用.(5) .机械性能20温度下高合金奥氏体不锈钢的机械性能合金ASTMEN钢种牌号氮含量屈服强度抗拉强度延伸率GB%Rp0.2MPaRmMPaAs%316L316L1.44040.0622052045904LNO89041.453900Cr20Ni25Mo4.5Cu0.0622052035317LMN317LMN1.44390.152705804025

14、4SMOS312541.454700Cr20Ni18Mo6CuN0.2030065040654SMOS326541.46520.5043075040高温下高合金奥氏体不锈钢的强度(Rp0.2MPa)合金ASTMENGB氮含量%100200400316L316L1.44040.06166137108904LN089041.453900Cr20Ni25Mo4.5Cu0.06225175125317LMN317LMN1.44390.15225185150254SMOS312541.454700Cr20Ni18Mo6CuN0.20230190160654SMOS326541.46520.5035031

15、5295（6） .生产工艺奥氏体不锈钢生产工艺性能良好，采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。由于合金元素(特别是铬)含量高而碳含量又低，多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产这类不锈钢材，对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼，必要时加电渣重熔。奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，钢锭加热温度为11501260，变形温度范围一般为9001150，含铜、氮以及用钛、铌稳定化的钢种偏靠低温，而高铬、钼钢种偏靠高温。由于导热差，保温时间应较长。热加工后工件空冷即可。铬

16、锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强，钢锭开坯时要小变形、多道次，锻件宜堆冷。可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作。铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱，一次退火后冷变形量可以达到70%90%，但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大，加工硬化倾向强，应增加中间软化退火次数。一般中间软化退火处理为10501100水冷。奥氏体不锈钢也可生产铸件。为了提高钢液的流动性，改善铸造性能，铸造钢种合金成分应有所调整：提高硅含量，放宽铬、镍含量的区间，并提高杂质元素硫的含量上限。奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理，以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中，同时也使组织

17、均匀化及消除应力，从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固溶处理制度为10501150加热后水冷(细薄件也可空冷)。固溶处理温度视钢的合金化程度而定：无钼或低钼钢种应较低(1100)，而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高(10801150)。生产中广泛采用先进技术，如炉外精炼率达到95%以上，连铸比超过80%，高速轧机和精、快锻机等普遍推广。特别是在冶炼和加工过程中实现电子计算机控制，保证了产品质量和性能的可靠和稳定。2. 奥氏体不锈钢焊接性(一) 金属材料的焊接性金属材料的焊接性，是指金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条

18、件下，获得优质焊接接头的难易程度。它与金属铸造性、机械加工性一样，同属于金属材料的工艺性能。金属材料的焊接性不仅取决于金属本身的成分与组织，同时与焊接的热作用直接相关。焊接性并不是金属材料的固有性能，而是随焊接技术的发展而变化的。金属材料的焊接性可分为工艺焊接性和使用焊接性：1. 工艺焊接性 是指金属材料对各种焊接方法的适应能力。它不仅取决于金属本身的成分与性能，而且与焊接热源的性质、保护方式、预热及后热等工艺措施有关。2. 使用焊接性 是指焊接接头或整体结构，满足技术条件中所规定的使用性能的能力。显然，使用焊接性与产品的工作条件有密切关系。(二) 奥氏体不锈钢的焊接性工艺焊接性方面，很容易获

19、得无缺陷的焊接接头，也不需要采用特殊的工艺措施即结合性能良好。使用焊接性方面，如果处在腐蚀的介质中，焊接接头常常沿晶界被腐蚀，即使用性能不好。奥氏体不锈钢由于具有较高的变形能力并不可淬硬，所以总的来说焊接性能良好。三.奥氏体不锈钢焊接工艺要点(一) 焊前准备1. 下料方法的选择奥氏体不锈钢中有较多的铬，用一般的氧乙炔切割有困难，可用机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。2. 坡口的制备在设计奥氏体不锈钢焊件坡口形状和尺寸时，应充分考虑奥氏体不锈钢的线膨胀系数会加剧接头的变形，应适当减少V形坡口角度。当板厚大于10mm时，应尽量选用焊缝截面较小的U形坡口。3. 焊前清理为了保

20、证焊接质量，焊前应将坡口两侧2030mm范围内的焊件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂上用白粉调制的糊桨，以防飞溅金属损伤表面。4. 表面防护在搬运、坡口制备、装配及定位焊过程中，应注意避免损伤钢材表面，以免使产品的耐蚀性降低。如不允许用利器划伤钢材表面，不允许随意到处引弧等。(二) 焊接方法选择奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊等进行焊接。1. 焊条电弧焊焊条电弧焊是最常用的焊接方法，具有操作灵活、方便等优点。为提高焊缝金属抗裂纹能力，宜选择碱性药皮的焊条；对于耐蚀

21、性要求高、表面成形要求好的焊缝，宜选用工艺性良好的钛钙型药皮的焊条。2. 氩弧焊氩弧焊是焊接奥氏体不锈钢的理想方法，焊接过程中合金元素烧损很小，焊缝表面洁净无渣，焊缝成形好。此外，由于焊接热输入较低，特别适宜对过热敏感的奥氏体不锈钢的焊接。3. 埋弧焊埋弧焊是一种高效的焊接方法，特别是热输入大，熔池尺寸较大，冷却速度和凝固速度慢，因此焊接热裂纹敏感性增大。埋弧焊对母材稀释率变化范围大（10%75%），这就会对焊缝金属成分产生重大影响，关系到焊缝组织中铁素体含量的控制。4. 等离子弧焊等离子弧焊属于惰性气体保护的熔化焊方法，由于等离子弧能量集中、焊件加热范围小、焊接速度快、热能利用率高及热影响区

22、窄等特点，对提高接头的耐蚀性，改善接头组织非常有利。(三) 焊接材料选择奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则，应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并尽量降低焊缝金属中碳含量和S、P等杂质的含量。对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择的原则是无裂纹的前提下保证焊缝金属的热强性与母材基本相同，这就要求其选材料成分大致与母材成分相匹配，同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制。对于长期在高温条件下运行的奥氏体不锈钢焊接接头，铁素体含量不应超过5%，以免出现脆化。在铬镍的质量分数均大于20%的奥氏体不锈钢中，为获得抗裂性高的纯奥氏体组织，选用WMn=6%8%的焊接材料是一种行之有效且经济的解决

23、方法。对在腐蚀介质中工作的奥氏体不锈钢，主要按腐蚀介质和腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相近或相同的焊接材料。由于含碳量对抗腐蚀性有很大影响，因此熔敷金属中碳的质量分数不能高于母材。腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含Ti或Nb等稳定化元素或超低碳焊接材料；对于要求耐酸腐蚀性能较高的工件，常选用含Mo的焊接材料。(四) 焊接工艺要点根据奥氏体不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊接时要注意以下几点:1. 焊前不预热由于奥氏体不锈钢具有较好的塑性，冷裂纹倾向较小，因此焊前不必预热。多层焊时要避免道间温度过高，一般应冷却到100以下再焊下一层；否则接头冷却速度慢，将促使产生碳化铬而造成

24、耐晶间腐蚀性下降。在工件钢性极大的情况下，有时为了避免裂纹的产生，不得已进行焊前预热。2. 防止接头过热具体措施有：焊接电流比焊低碳钢时小10%20%，短弧快速焊，直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避免重复加热，强制冷却焊缝（加铜垫板，喷水冷却等）。3. 要保证焊件表面完好无损焊件表面损伤是产生腐蚀的根源，避免碰撞损伤，尤其避免在焊件表面进行引弧造成局部烧伤等。4. 焊后热处理奥氏体不锈钢焊接后，原则上不进行热处理。只有焊接接头产生了脆化或要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理。(五) .焊后清理不锈钢焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理。酸洗的目的是去除焊缝及

25、热影响区表面的氧化皮；钝化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，起到耐蚀作用。常用的酸洗方法有两种：酸液酸洗。分为浸洗法和刷洗法。浸洗法是将焊件在酸洗槽中浸泡2545min，取出后用清水冲净，适用于较小焊件。刷洗法是用刷子或抹布反复刷洗，直到呈白亮色后用清水冲净，适用于大型焊件。酸膏酸洗。适用于大型结构，是将配制好的酸膏敷于结构表面，停留几分钟后，再用清水冲净。酸洗前必须进行表面清理及修补，包括修补表面损伤、彻底清除焊缝表面残渣及焊缝附近表面的飞溅物。钝化在酸洗后进行，用钝化液在部件表面揩一遍，然后用冷水冲洗，再用抹布仔细擦洗，最后用温水冲洗干净并干燥，经钝化处理后的不锈钢制品表面

26、呈白色，具有较好的耐蚀性。四.奥氏体不锈钢焊接常见问题(一) 焊接热裂纹单相奥氏体不锈钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在热影响区（HAZ）或多层焊道间金属出现液化裂纹。1. 焊接接头产生热裂纹的原因奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取决于其化学成分、组织与性能特点：（1）化学成分。奥氏体不锈钢中合金元素较多，尤其是含有一定数量的镍，它易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶，如Ni-S共晶熔点为645 ，Ni-P共晶元素为880 ，比Fe-S、Fe-P共晶的熔点更低，危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、铌等元素，也能形成有害的易熔晶

27、间层，这些低熔点共晶会促使热裂纹的产生。（2）组织。奥氏体不锈钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，增加了热裂纹的敏感性。（3）性能。从奥氏体不锈钢的物理性能看，它具有热导率小、线胀系数大的特点，因而在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。从上述三个方面看，热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，特别是含铬较高的奥氏体不锈钢更容易产生。因此，奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多。2. 防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施（1） 冶金措施严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。钢中镍

28、含量越高，越应该严格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。调整焊缝化学成分。加入铁素体元素，使焊缝金属出现奥氏体-铁素体双相组织，能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。如18-8钢焊缝组织中有少量铁素体（）相存在，则抗裂性能大大提高，如图1所示。这是因为相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性（见图2）、细化了晶粒，低熔点的杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹扩展和延伸；相能溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的数量大为减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。图1相对含量对焊缝热裂倾向的影响图2相在奥氏体基体上的分布控制焊缝金属中的铬镍比

29、。对于18-8型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到2.33.2时，就可以防止热裂纹的产生。这一措施的实质也是为保证有一定量的铁素体存在。在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微量元素。这些元素可以细化晶粒，也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。上述冶金因素主要是通过选择焊接材料来达到调整焊缝化学成分的目的。目前我国生产的18-8型不锈钢焊条的熔敷金属，都能获得奥氏体-铁素体双相组织。（2）工艺措施 焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的柱状晶。为此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道；多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采用

30、窄焊缝的操作技术。此外，液化裂纹主要出现在25-20型奥氏体不锈钢的焊接接头中。为防止液化裂纹的产生，除了严格限制母材中的杂质含量、控制母材的晶粒度以外，在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度等措施，以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。(二) 焊接接头的晶间腐蚀有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀，0Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀如图3所示。根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生在焊缝区、HAZ敏化去（6001000）和熔合区，如图4所示。图3 0Cr18Ni

31、9不锈钢晶间腐蚀图4 奥氏体不锈钢焊接接头a焊缝区 bHAZ敏化区 c熔合区1. 晶间腐蚀（1） 产生晶间腐蚀的原因 奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀，都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况：一种是焊态下已有Cr23C6析出，如多层焊缝的重复加热区域；另一种为接头在焊态下无贫铬层，但焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。奥氏体不锈钢在加热到450850 时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称敏化温度区。这是因为当温度低于450时，碳原子活动能力很弱，Cr23C6析出困难不会形成贫铬层；而当温度高于850时,晶粒内部的铬获得了的动能，扩展到晶界，从而使已形成的贫

32、铬层消失；而在450850温度区间内，既有利于Cr23C6的析出，晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫铬层，对晶间腐蚀最敏感。当然，如果在450850温度区间加热足够长的时间，晶内的铬原子也可以扩散到晶界使贫铬层消失。（2）防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施冶金措施使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，其铁素体的体积分数应在4%12%范围内，不仅能提高焊缝金属抗晶间腐蚀的能力和抗应力腐蚀的能力，同时还能提高焊缝金属抗热裂纹的能力。在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、铌、钽和锆等。一般认为认为钛碳比大于5时，能提高抗晶间腐蚀的能力。试验结果证明，钛碳比大于或等于6.7时才

33、有明显的效果；大于7.8时，才能彻底地改善晶间腐蚀的倾向。这是由于钛优先地与全部的碳结合，消除了晶间的贫铬地带，从而改善了抗蚀性。超低碳有利于防止晶间腐蚀。最大限度地降低碳在焊缝金属中的含量，达到低于碳在不锈钢中室温溶解极限值以下，使碳不可能与铬生成Cr23C6，从根本上消除晶界的贫铬区。碳的质量分数在焊缝金属中小于0.03%时，就能提高焊缝金属的抗晶间腐蚀能力。如上所述，为了使焊缝金属中含有恰当的合金元素种类和数量，只有从焊接材料着手，选择满足上述冶金因素条件的焊条、焊剂及焊丝，才能使焊缝金属达到不产生晶间腐蚀的目的。工艺措施选择合适的焊接方法，即选择热输入最小的焊接方法，让焊接接头尽可能地

34、缩短在敏化温度区间停留的时间。对于薄件、小型规则的焊接接头，应选用能量集中的真空电子束焊、等离子弧焊、钨极氩弧焊；对于中等厚度的板材的焊缝，可采用熔化极气体保护焊；而大厚度的板材的焊接，选用埋弧焊、焊条电弧焊为常用的焊接方法，气焊不宜采用。焊接参数应在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流，最快的焊接速度。在操作上尽量采用窄焊缝，多道多层焊，并注意每焊完一道焊缝后要等焊接处冷却至室温再进行下一道焊缝的焊接。在施焊过程中，不允许焊条或焊丝摆动；焊接管子采用氩弧焊打底时，可以不加填充材料进行熔焊，在可能的条件下，管内通氩气保护。其作用是保护熔池不易氧化，加快焊缝的冷却速度，有利于背面焊缝的成形。对

35、于接触腐蚀介质的焊缝，在有条件的情况下一定要最后施焊，以减少接触介质焊缝的受热次数。强制焊接区的快速冷却。对于有的规则的焊缝，在可能的条件下焊缝背面可用纯铜垫，在铜垫上通水或通保护气体等方式进行强迫冷却，有利于防止焊接接头的晶间腐蚀，因为快速冷却可以防止贫铬层的形成。进行固溶处理或稳定化处理。奥氏体不锈钢的热处理方法有固溶处理和稳定化处理。固溶处理是把钢加热到10501150，得到成分均匀的单相奥氏体组织，然后快冷，使高温过饱和固溶体组织状态保持到室温。固溶处理后，奥氏体不锈钢具有最低的强度和硬度，最好的耐蚀性，是防止晶间腐蚀的重要手段。出现敏化现象的奥氏体不锈钢可再次用固溶处理来消除。稳定化

36、处理是针对含稳定剂的奥氏体不锈钢而设计的一种热处理工艺。奥氏体不锈钢中加稳定剂（Ti或Nb)的目的是让钢中的碳与Ti或Nb形成稳定的TiC或NbC，而不形成Cr23C6,从而防止晶间腐蚀。稳定化处理加热温度高于Cr23C6的溶解温度，低于TiC或NbC的溶解温度，一般在850900，并保温24h。稳定化处理也可用于消除因敏化加热而产生的晶间腐蚀倾向。2. 刀状腐蚀（1） 刀状腐蚀产生的原因 刀状腐蚀简称刀蚀，它是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体不锈钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区，由于区域很窄（电弧焊一般为1.01.5mm），形状有

37、如刀削切口，故称为刀状腐蚀。高温过热和中温敏化是导致焊接接头过热区产生刀蚀的重要条件。刀蚀产生的原因也与Cr23C6析出沉淀造成贫铬层有关。含有稳定剂的奥氏体不锈钢，钢中的大部分碳与Ti、Nb形成TiC、NbC。焊接时在温度超过1200的过热区，钛和铌的碳化物溶入固溶体中。在高温的作用下，由于碳的扩散能力强，故溶解的碳能迅速向晶界处迁移，冷却后偏聚在晶界附近呈过饱和状态，而钛和铌则因扩散能力低而留于晶内。如果焊接接头在敏化温度区间再次加热时，过饱和的碳将在奥氏体晶界以Cr23C6形式析出，而Ti、Nb由于在奥氏体相里的扩散速度非常慢，很难迁移到晶界与碳再次结合，这样Ti、Nb就失去了稳定化元素

38、的作用，使晶界形成贫铬层，在腐蚀介质的作用下就会产生刀蚀。（2）防止刀蚀的措施降低母材的含碳量。这是防止刀蚀的有效措施，如超低碳奥氏体不锈钢的焊接接头就不会产生刀蚀。采用合理的焊接工艺。在保证焊缝质量的前提下，尽量选择较小的热输入，以减小过热区在高温停留时间，并注意避免在焊接过程中产生“中温敏化”的效果；双面焊时，与腐蚀介质接触的焊缝应尽量最后施焊，如不能实施，则应调整焊接参数及焊缝形状，尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热，如图5所示；焊接过程中或焊后采用强制冷却的方法，使焊缝快速冷却；焊后矫正时应采用冷矫正方法进行；对腐蚀性能要求较高的焊件，必要时要进行焊后的稳定化处理或固溶处理

39、。图5第二面焊缝的敏化区对刀蚀的影响a图敏化区与腐蚀介质不接触 b图敏化区与腐蚀介质接触(三) 应力腐蚀开裂（SCC）1. 应力腐蚀开裂产生原因应力腐蚀开裂是在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下而发生的一种破坏形式。随着拉应力的不断加大，发生破坏的时间缩短；当拉应力减小时，腐蚀量也随之减小，甚至不发生破坏。应力腐蚀开裂是奥氏体不锈钢非常敏感且经常发生的腐蚀破坏形式。据有关统计资料表明：应力腐蚀开裂引起的事故占整个腐蚀破坏事故的60%以上。奥氏体不锈钢由于导热性差、线胀系数大、屈服点低，焊接时很容易变形，当焊接变形受到限制时，焊接接头中必然会残留较大的焊接残余拉应力，加速腐蚀介质的作用。因此，奥氏体

40、不锈钢焊接接头容易出现应力腐蚀开裂，这是焊接奥氏体不锈钢时最不易解决的问题之一，特别是在化工设备中，应力腐蚀开裂现象经常出现。应力腐蚀开裂的表面特征是：裂纹均发生在焊缝表面上；裂纹多平行且近似垂直焊接方向；裂纹细长并曲折，常常贯穿有黑色点蚀的部位。从表面开始向内部扩展，点蚀往往是裂纹的根源，裂纹通常表现为穿晶扩展，裂纹尖端常出现分枝，裂纹整体为树枝状。严重的裂纹可穿过熔合区进入热影响区。2. 防止应力腐蚀开裂的措施（1）合理地设计焊接接头。避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。（2） 消除或降低焊接接头的残余应力。焊后进行消除应力处理是常用工艺措施，加热温度在850900

41、之间才可得到比较理想的消除应力效果；采用机械方法，如表面抛光、喷丸和锤击来造成表面压应力；结构设计时要尽量采用对接接头，避免十字交叉焊缝，单V形坡口改用Y形坡口等。（3） 正确选用材料。选用母材和焊接材料时，应根据介质的特性选用对应力腐蚀开裂敏感性低的材料。(四)薄板焊接的变形问题1.薄板焊接发生变形的原因 焊接工程中的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象。两者之间的联系是有机的，它们同时存在于同一焊件，相辅相成而又相互制约。大面积薄板焊接焊缝形式主要为对接和搭接。但这两种焊缝形式产生的变形基本一样，出产生横向收缩和纵向收缩外，还会产生失稳翘曲变形，即常见的薄板焊接后产生的鼓包。2. 薄

42、板焊接中对变形的控制（1）技术难点薄板焊接中的技术难点：面积大，板比较薄，内外板厚度不一致， 这就要求在施工时根据理论与施工经验来制定严格的施工工艺，稍不注意就会使产生较大的凸起，给后续施工带来很大的麻烦。重新修理难度较大，同时会使生产成本大大地增加。而此问题的产生原因归根到底就是由于焊接工程中由于对焊接应力和变形产生的机理不了解，不能合理地安排施工工艺而导致的结果。因此，合理的施工工艺安排，是在掌握其产生机理原理分析的基础上产生的，也就是要理论与实践要相结合。（2）、焊接工艺及剖析分析焊接应力和变形产生的机理、影响因素及其内在联系 焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热

43、输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。从图可以看出，材料因素主要为材料特性、热物理常数及力学性能（热膨胀系数=f（t），弹性模量E=f（T），屈服强度s= f（T），s（T）=0的温度，Tk或称“力学熔化温度”以及相变等），在焊接温度场中，这些特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性等）则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程二变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与变化。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊

44、接残余变形。由于焊接应力和变形问题的复杂性，在工程实践中往往采用试验测试与理论分析和数值计算相结合的方法来掌握其规律，以期能达到预测控制和调整焊接应力与变形的目的。 （3） 工艺措施 先焊短焊缝后焊长焊缝 所有焊缝均采用分段退焊法、由内向外施焊 底层边板与外环板的角焊缝焊完后再焊内外环板之间的对接焊缝 由多名焊工均布对称施焊 五.不锈钢薄板结构焊接质量问题及原因分析不锈钢焊接由于焊接方法、设备、材料、工艺手段、操作方法不同，所得到的焊接质量千差万别。现就直流钨极氩弧机，采用直流正接法，在焊接304不锈钢薄板中影响其焊接质量的一些主要原因分析及解决办法供大家参考。 （一）.焊接质量评价术语的含义

45、 1 焊接缝牢固度： 主要看工件正反二面材料是否完全熔接，抗拉抗折能力。 2 焊缝平面度： 指的是焊缝及热影响区实际平面与基准平面间隙值，间隙越大工件变形量就越大，平面度就越差，反之就平面度就好。 3 焊缝直线度： 指的是工件拼缝中心线与实际焊缝中心线偏差值。偏差越大直线度越差。 4 焊缝高度： 指的是焊接后最高厚度减材料厚度。 5 焊缝宽度： 指的是焊缝截面中基材被熔化最长的长度。 6 焊缝均匀性： 指的是一定焊接长度中焊缝高度、焊缝直线度、焊缝宽度最大值和最小值的差值，差值越小均匀性越好。 7 焊缝色泽： 银白色、金黄色好，蓝色良好，红灰较好，灰色不好、黑色最不好。 8 起弧和收弧点质量：

46、 起弧和收弧点的面表质量，以不咬边不熔蚀材料边部为最好。以少咬边不熔蚀材料边部为次之。咬边又熔蚀材料边部为差。 9 焊接裂纹：热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹的统称。 10焊接尺寸精度： 指的是工件设计尺寸、角度，与实际尺寸和角度的偏差，偏差越大精度越低。反之则高。 (二). 影响质量原因分析 1 焊缝的焊接牢度 与焊接电流、焊接速度、钨棒与工件位置高度及角度、工件拼缝间隙等因素有关。厚度为0.8，电流一般控制在75110A，焊接速度一般为7001000mm/min，钨棒针尖与工件距离为2.73.0mm，焊枪角度一般与工件垂直向焊接方向后倾1520度。焊丝的送丝角度与工件平面成1015度，并与焊接

47、方向线重合。焊丝直径选用0.55mm，焊接后效果较好。 2 .焊缝平面度质量控制 （1） .尽可能减少工件发热量、发热面积。（控制好焊接电流和电压、焊接速度、焊缝宽度） （2）.较合适夹具压紧压平。 （3）.尽可能快速冷却装置。 （4）.焊缝长度大于120,拼接时考虑焊缝的收缩率。0.8厚材料收缩率为0.08%0.15% 用小电流焊接使工件变形相应减小调平压板增加了与工件传导面积；加大夹紧力使工件变形量减到最小；压板用紫铜制作下支梁镶紫铜并通冷却水增加热传导速度。焊缝直线度的控制与工件焊接质量有直接关系，自动焊上控制容易，手工氩弧焊完全取决于操作者熟练程度，与焊接牢固性等有关。为较好控制焊缝直

48、线度，仅可能采用自动焊接。对于焊缝的收缩率,在工件拼接时起始点不能留间隙，结束处按焊缝长度结合材料厚度收缩率留出一定间隙。材料厚度不同收缩率不同，一般是材料越厚收缩率越大。 3 .焊缝直线度的控制 在实际中焊缝直线度对外观影响很大，手工操作时主要取决于工人的熟练程度，采用自动焊接能很好控制焊缝直线度。 (1).对加丝焊接来说与送丝速度、焊丝直径、电流大小、工件之间的间隙大小、焊接速度有关，在相对不变的前提下主要有以下特性：焊缝高度与送丝速度成正比、与焊丝直径成正比、与焊接电流成反比、与工件间隙成反比、与焊接速度成反比。 (2).对不加丝焊接来说与电流大小、工件之间的间隙大小、焊接速度有关，在相

49、对不变的前提下主要有以下特性：与焊接电流成反比、与工件间隙成反比、与焊接速度成反比。 焊缝宽度与焊接电流成正比、与焊接速度成反比。合理控制上述过程能得到理想的焊缝高度和宽度。 4. 焊缝均匀性的控制与工件焊接质量有直接关系，自动焊上控制容易，手工氩弧焊完全取决于操作者熟练程度，与焊接牢固、美观、平面度等有关。为较好控制焊缝均匀性，仅可能采用自动焊接。 5.焊缝颜色可直接反影出焊接过程中的气体保护状态、冷却状况、焊接电流、焊接速度等调节的合理性。为达到较好的焊缝颜色，一般采用下列办法： (1).好气体保护。 一般内嘴直径在520之间，气体流量为525L/min。气体流量过小，气流挺度差、排开空气

50、能力差，影响保护效果。流量过大，则造成紊流、卷入空气使保护效果显著下降。喷嘴直径过大，不但影响观察焊缝，而且使气流流速过低，造成挺度不足保护效果下降。施工时应注意环境风速对保护作用的影响，当风速超过规定值时，会造成保护气体紊乱，这时应适当增加气体流量克服风速对其影响。 (2) 使工件有较好的热传导，提高冷却速度，增加冷却效果.。 比如用紫铜做夹紧工装夹在焊缝相近处、在工装上通冷却水等等。(3) 在保证焊接牢固度前提下，仅可能采用小电流减小热量产生。(4) 合适的焊接速度，速度过快工件温度还很高时已移出气体保护范围这样颜色会不好，速度过慢时在单位时间内对工件的热量会增多工件变色会严重。(5)保护

51、气体延时关闭。 6. 起弧与收弧的控制，由于设备和操作技能方面的局限性，往往起弧与收弧处缺陷较多。 我们采用下列手段加以解决：(1).减小起弧和收弧电流，减慢电流提升速度，这样能有效防止咬边、熔蚀等缺陷。(2)在工件上增加一定长度的引弧板和收弧板，完成焊接后去除。 (3)起弧时提高送丝速度等。 7.裂纹。 在304不锈钢焊接中大多产生的是热裂纹，最直接的原因为材料中有害元素S、P、C、Si、Mn影响较为突出，解决办法有限制有害元素含量，焊缝中加入细化晶粒元素。工艺上可采用引弧板和收弧板将弧坑移出工件外，可以避免弧坑裂纹在工件上产生。 8. 焊件的尺寸包括长度尺寸和角度。 从我们多次工艺试验中得

52、到如下规律：焊缝在冷却后都具有收缩性，焊缝距离越长收缩越大，板料越厚收缩越大，当然还有电流大小对它的影响，焊接速度、冷却速度等诸多因素。为保证工件焊接后达到设计尺寸要求，我们采用给焊接拼缝一定的间隙（间隙形状如等腰三角形），当然起弧处是不能有间隙的。以0.8厚304不锈钢板（用数控直缝焊机焊接且用夹具压紧）为例，它的收缩值为0.8厚材料收缩率为0.08%0.15%，在没加夹紧装置时收缩更大，对角焊接时的角度误差也如此。六.奥氏体不锈钢薄板的焊接质量及控制（一）.不锈钢薄板的焊接质量 不锈钢薄板在对接焊中最易产生的缺陷是烧穿，一旦烧穿则不能修补。因此，烧穿控制是不锈钢薄板焊接过程中的质量关键。电

53、弧引燃后，熔池处于电弧压力、熔化金属重力和下液面表面张力三者的动平衡状态(图6)。图6中，电弧压力p和熔化金属重力g是使熔池下坠的力，下液面表面张力F是阻止熔池下坠的力。g决定于熔池的厚度和下液面的宽度b，对于薄板而言，由于熔池可视为一层金、属液体薄膜，g不起决定作用。因此，若P大于F，则熔池的动平衡状态受到破坏，金属液体薄膜就会被拉断而产生所谓烧穿。对厚度0.3"O.mm.对接缝一长400 mm的1Cr18Ni9"1'i不锈钢板，采用压紧机构定位和手动操作夹持焊枪机构进行焊接试验的结果表明:如果焊接参数选定合理,装配时起弧端尽可能无间隙且保持焊接过程熔池前方的间隙

54、在。-0. 05mni，将不会产生烧穿缺陷不锈钢薄板产生烧穿的原因是，材料厚度薄，材料导热差，焊接过程甲由热收缩而引起工牛横向位移，装配时对接缝间隙过大或过小等。对接缝的装配间隙过大，焊接过程产生的热收缩使得工件横向位移而达不到保持熔池前方的接缝间隙(0-0. OJn11n)，必然产生连续烧穿。对接缝的装配间隙过小时，焊接过程中的热收缩引起横向位移，使热影响区及其附近区域在高温作用下产生失稳变形，并使熔池前方的薄板挠曲、隆起、产生错边，电弧烧单边而形成烧穿。另外，下料工序造成的对接边缘不平直，也会f对接缝局部位置的横向收缩不能进行，结果因熔池前方的间隙不能达到。-0. OJnrnr而出现局部烧

55、穿。 由此可知，不锈钢薄板对接接缝采用无间隙装配的方式施焊是不能保证沿焊缝全长不产生烧穿的。反之，以有间隙的方式.利用热收缩产生的横向位移，保持熔池前方的接缝间隙在0-0. 05mm，则有可能成功地控制烧穿。因此，恰当控制焊接速度和设计工件装配定位压紧机构将是控制烧穿缺陷的基本前提。图6：薄板对接焊熔池受力的状态p:电弧压力 r:液体金属重力 f：下液面表面张力 b：下液面的宽度（二）.不锈钢薄板对接接头的焊装机 本文所叙的焊装机构包括电弧长度控制机构、焊接速度控制机构、焊接夹具、焊缝背面气体保护结构设置等在内。图7：弧长焊速控制示意1:直流电机 2:滚轮 3：导杆 4：滚轮座 5：螺钉 6：焊枪 7：卡夹 8：钨棒 1.电弧长度控制机构 采用直流钨极氩弧焊方法对不锈钢薄板施焊时，弧长对焊缝质量影响很大。电弧过长时，不利于气体保护，易产生未焊透和氧化现象，因此应尽可能减小电弧长度。理