奥氏体不锈钢焊接技术（不锈钢焊接应力腐蚀处理）

奥氏体不锈钢因其优异的耐腐蚀性和高温强度在许多工业应用中被广泛使用。焊接是制造过程中的关键步骤，但同时也引入了焊接应力和腐蚀的风险。为了解决这些问题，提出了一种针对奥氏体不锈钢的焊接后处理技术，即“应力腐蚀处理”。这种方法包括对焊接区域进行热处理和表面处理，以减少焊接应力和提高抗腐蚀性能。通过这种方式，可以显著改善奥氏体不锈钢的焊接接头性能，延长其使用寿命，并确保其在恶劣环境中的稳定性和可靠性。

一、奥氏体不锈钢的焊接特点

可焊性良好但易出现缺陷
- 奥氏体不锈钢具有良好的可焊性，但焊接材料或焊接工艺不正确时，会出现多种缺陷，如晶间腐蚀、热裂纹、应力腐蚀开裂、焊缝成形不良等。
晶间腐蚀
- 产生原因：奥氏体不锈钢在450 - 850温度区间范围内停留一定时间后，在晶界处会析出Cr23C6，内部铬来不及补充，晶界晶粒表层含铬量下降形成贫铬区，在强腐蚀介质作用下形成晶间腐蚀。受到晶间腐蚀的不锈钢表面无明显变化，但受力时沿晶界断裂，几乎完全丧失强度。
- 防止措施：选用超低碳（C≤0.03%）、添加钛或铌等稳定元素的不锈钢焊条；焊缝采用强制冷却（如铜垫板、水冷）方法加快焊接接头冷却速度，减少热影响区；多层焊时控制层间温度，前一道焊缝冷却至60以下再焊；接触介质的那面焊缝最后焊接；焊后固溶处理。
热裂纹
- 产生原因：液相线和固相线距离大，凝固过程温度范围大，低熔点杂质偏析严重且集中在晶界处，膨胀系数大，冷却收缩时应力大。
- 控制措施：控制焊缝金属组织，使焊缝金属呈双相组织，铁素体含量控制在3% - 5%以下；控制化学成分，减少焊缝金属中的镍、碳、硫、磷含量，增加铬、钼、硅及锰等元素；选用适当的焊条药皮类型，如低氢型药皮焊条；采用小规范（小电流、快焊速）焊接，减少焊接熔池过热、快速冷却以减少偏析；多层焊时，控制层间温度，前一焊道冷却至60后再焊。
应力腐蚀开裂
- 产生原因：焊接接头在特定腐蚀环境下，受拉伸应力作用时产生的延迟开裂现象，表现为无塑性变形的脆性破坏。
- 防止措施：合理制定成形加工和组装工艺，减小冷却变形度，避免强制组装；合理选择焊材，保证焊缝与母材良好匹配；采取合适的焊接工艺；进行消除应力处理，如焊后完全退火或退火，难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。
焊缝成形不良
- 产生原因：焊缝中合金元素含量高，熔池流动性差，易造成焊缝表面成形不良，主要表现在根部焊道背面成形恶化及盖面焊道表面粗糙。在低温工况下，成形不良造成的应力集中对焊缝低温性能影响不亚于内部质量影响。
- 防止措施：通过焊接工艺解决，如焊接薄板和拘束度较小的不锈钢焊件，可选用氧化钛型药皮焊条；立焊和仰焊位置采用氧化钙型药皮焊条；气体保护焊和埋弧自动焊时，选用铬锰含量比母材高的焊丝；保持较低的层间温度，最好不超过150；手工电弧焊时在焊条说明书规定电流范围内选择焊接电流等。

二、奥氏体不锈钢焊接方法

手工焊条电弧焊
- 是焊接厚度在2mm以上奥氏体不锈钢板最常用的焊接方法。其热量比较集中，热影响区小，焊接变形小，能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求，所用设备简单。
- 焊接时不允许焊条横向摇摆，采用窄焊道技术，加快冷却速度，焊缝宽度一般不超过焊条直径的2倍，多层焊每层焊道厚度不超过3mm，以减少热输入并有利于气体析出，层间温度不高于150。
钨极氩气保护焊
- 是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。氩气保护效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；热源较集中，焊接时线能量很小，又有氩气冷却作用，焊接热影响区较窄，焊缝强度和塑韧性都优良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和机械化焊接。
- 实际施焊过程中，应在保证电弧不短路的情况下，尽量减少弧长，电弧电压一般控制在9 - 20V范围内；为不破坏气流对熔池的保护作业，焊接速度不宜过快，同时为提高生产效率，尽可能使焊接接头在450 - 850危险温度停留时间相对减少，有利于提高不锈钢焊接接头耐腐蚀性能。

三、焊接时的注意事项

焊前准备
- 必须清除可能使焊缝金属增碳的各种污染。焊接坡口和焊接区焊前应用丙酮或酒精除油和去水，不得用碳钢钢丝刷清理坡口和焊缝表面，清渣和除锈应用砂轮、不锈钢钢丝刷等。
焊条存放与使用
- 焊条必须存放在干净的库房内，使用时应将焊条放在焊条筒内，不要用手直接接触焊条药皮。
不同焊接位置焊条选择
- 焊接薄板和拘束度较小的不锈钢焊件，可选用氧化钛型药皮焊条；立焊和仰焊位置，应采用氧化钙型药皮焊条。
气体保护焊和埋弧自动焊焊丝选择
- 应选用铬锰含量比母材高的焊丝，以补偿焊接过程中合金元素的烧损。
层间温度控制
- 在焊接过程中，必须将焊件保持较低的层间温度，最好不超过150。不锈钢厚板焊接时，为加快冷却，可从焊缝背面喷水或用压缩空气吹焊缝表面，但层间必须注意清理，防止压缩空气污染焊接区。
焊接电流选择
- 手工电弧焊时，应在焊条说明书规定的电流范围内选择焊接电流。由于不锈钢电阻值较大，靠近夹持端的一段焊条容易受电阻热的作用而发红，在焊至后半段焊条时应加快熔化速度，但熔化速度太快又会造成未熔合和熔渣等缺陷。
操作技术
- 采用窄焊道技术，焊接时尽量不摆动焊条，在保持良好熔合的前提下，尽可能提高焊接速度。
焊后处理
- 不锈钢焊件焊后一般不作消除应力处理。虽然焊接中存在较高残余应力，但接头各区焊后具有良好的塑性和韧性，使残余应力的有害影响显著减小。