奥氏体不锈钢砝码焊接问题汇总及解决办法

一、焊接热过程和接头腐蚀性熔化焊的冶金特点二焊接不锈钢， 多采用手工焊， 埋弧自动焊等气体保护焊等工艺图是熔化焊 不 锈钢焊缝结 晶和焊接 热循环示意图。 焊接熔池尽管很小， 但同样要进行复杂的物理化学反应。 以手工焊、 埋弧焊为例， 在电弧加热，熔渣和气体保护下填充金

不锈钢砝码属熔化并与弧柱、熔池中的氧发生强烈的氧化还原反应，而熔渣中的金属，非金属氧化物被还原的元素进入焊缝金属。另外为了使焊缝的增碳倾向尽可能小井有良好的焊接工艺，多采用酸性(钛钙型)渣系的药皮和焊剂。增加了不锈钢填充金属的氧化。手工焊，埋弧自动焊有增碳现象[3]。是降低焊缝耐腐蚀的主要原因之一。超低碳不锈钢含碳量越低，焊缝金属的增碳量越严重。减少药皮或焊剂的碳酸盐组分或增加氧化性组分、可以降低增碳倾向。考虑到焊接过程中增碳现象的必然性，为了保证焊缝的耐蚀性能，要求焊材的含碳量必须比母材低。最好含碳量≤0.02 %。在TIG、MIG等气体保护焊中，由于氩气的保护作用和对熔池的搅拌作用，降低了熔池气氛中的CO的分压，在一定程度上使焊缝有降碳作用。熔池的氧化还原反应引起的合金元素的氧化和增碳作用，对焊缝的耐蚀性能和力学性能有明显的影响，因此需要在填充金属的药皮或焊剂中预先添加必要的合金元素，以保证焊缝的必要化学成分和性能。此过程，是调正焊缝成分，改善性能的重要手段。焊接过程是在移动的点热源加热下形成熔池并连续熔化，连续结晶的过程。焊接区的温度梯度很陡，加热熔化和冷却结晶速度都很快，为合金元素的偏析和聚集创造了热力学条件，元素在枝晶、柱晶之间，尤其是最后结晶的焊缝中间靠上部分，最容易偏析。S.P、Si、Nb、Cu等合金元素的偏析往往形成低熔点共晶并弓|起焊缝凝固裂纹,Cr、Mo、Nb、Si等元素的偏析，则可能形成某些金属间化合物，如σ、X、G相等,降低焊缝的耐蚀性能和力学性能。熔池在冷却过程中，由于结晶速度快,柱状晶粗大，方向性鲜明[5,6]，又不能通过焊后热处理加以细化，因此焊缝金属的塑韧性较低。另一方面快速结晶的结果，熔池中某些非金属氧化物和硅酸盐类熔流微粒来不及上浮进入熔渣，在枝晶之间形成夹杂，不仅降低焊缝的力学性能，也能成为孔蚀和应力腐蚀破裂的源点。

二、不锈钢砝码焊缝金属的组织稳定性

不平衡和不*的冶金反应和快速结晶过程，使焊缝存在着成分和组织的不均匀性，所以组织是不稳定的。在多层焊缝，或者虽是单层焊缝，但焊后经过热处理或在某一温度下长期使用，可能发生组织转变，析出金属间化合物和碳化[(1,3,7]。以常用的18Cr- -8Ni (包括304、321、347、316)型不锈钢焊缝为例，通常焊缝中有少量(4~10%)δ铁素体,在550~900°C的温度范围发生8→P'+σ的转变使焊缝脆化，耐蚀性降低。研究表明，焊缝中不稳定的8铁素体.的转变在约750 C时只需30 min就开始，其中30 %转变为r'，而70 %转变为σ相。试验表明，321厚壁焊管用347焊丝和MIG焊接,焊后经750 °C保温2 h处理后,焊缝的V型缺口夏比冲击值从70.8 J降至39.3 J[8]。 焊缝重新在450~ 850 C的温度范围加热和长期使用，焊缝中游离的碳将在奥氏体晶界或奥氏体-铁素体晶界析出并生成Cr2sC6，导致焊缝晶间腐蚀。为了提高焊缝的耐品间腐蚀的性能，可在焊缝中添加稳定元素Nb或Ti,防止Cr23C。 的析出，但最好是降低钢.及焊材的碳含量，使焊缝C≤0.03 %。是提高焊缝耐蚀性的有效方法。

三、不锈钢砝码焊接热影响区的组织变化

在1300C以上的热影响区,称过热区。晶粒急剧长大，在紧邻熔合线的晶粒发生局部熔化;添加Nb、Ti等稳定元素的不锈钢，则发生NbC、TiC的溶解;在冷却时沿奥氏体晶界生成少量铁素体。随后再经敏化温度的作用，在奥氏体晶界或奥氏体~铁索体品.界析出Cr23Cs，如果在腐蚀介质中使用，就产生如图2所示那样的刀口腐蚀[3,9,10]。在450~ 850°C的热影响区，特别是在

四、奥氏体钢不锈钢砝码的焊接热裂纹倾向

焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹两大类,热裂纹是奥氏体钢的主要问题。热裂纹又可分为凝固裂纹、液化裂纹、高温低塑性裂纹、多边化和再热裂纹等。现仅就常见的前面三种作-一概述。

1 )凝固裂纹

熔池在结晶的后期，即在固液共存温度下产生的裂纹称作凝固裂纹(或结晶裂纹)。在550~900C的范围的热影响区,通常没有明显的σ相的转变和析出，这与轧制钢材的化学成分均匀,晶粒细小,无铁素体相，组织稳定以及焊后冷却速度快，来不及析出有关。在热影响区不存在σ相引起的耐蚀性和力学性能降低的问题。

2)焊接接头的应力状态

焊接接头由于加热过程发生塑性变形,随后冷却时又因收缩变形受阻而产生残余拉，应力。奥氏体钢的膨胀系数又大，焊后残余拉应力有时可达到屈服极限。18Cr-8Ni 奥氏体钢焊接接头常常先于母材发生应力腐蚀破裂，与焊接残余应力有密切关系。图3a是薄板对接焊缝残余应力分布与应力腐蚀破裂现象，图3b为18Cr-8Ni钢焊缝应力 腐蚀破裂形貌[(11)。在结晶后期，奥氏体柱状晶,树枝状晶之间残存着某种低熔点的液态共晶或化合物，在冷却收缩变形形成的拉应力作用下，引起晶间开裂[3、5、6]。用IW推荐的可变拘束热裂纹试验机进行裂纹敏感性试验，测出表示凝固裂纹敏感程度的BTR (脆性温度区间)和E mia (临界最小应变)(12,13]。, BTR越大,E min越小,凝固裂纹敏感性越大。表2中以304、321、 347、316、310为序,凝固裂纹的敏感性加强。

奥氏体钢不锈钢砝码的凝固裂纹倾向大的原因，除与前述导热系数小，膨胀系数大，焊接时变形和应力比其他钢种大有关之外，还因大多数在P相中溶解度小的元素Nb、Si、S、P等容易偏析，在柱状晶，树枝状晶之间生成低熔点化合物及共晶薄膜，降低BTR下限温度和扩大BTR,这是奥氏体钢凝固裂纹敏感的主要原因。图4和5是00Cr25Ni20Nb奥氏体钢焊缝凝固裂纹及其断口.上胞状柱晶间富铌，富磷低熔点共晶结晶形貌[14,15]。为了防止凝固裂纹，通常要求焊缝中尽可能降低Nb、Si、S、P等有害元素的含量。Mn、Mo、W、V、Ti等合金元素在奥氏体焊缝中对防止凝固裂纹是有利的。Mn的有利作用是它可以形成MnS，防止NiS-Ni等低熔点共晶，并且MnS是高熔点化合物，在熔池中成为结晶中心，提高熔池的结晶速度，缩短BTR,对防止凝固裂纹有良好的作用。锰在焊缝中要求大于1 %，例如尿素级不锈钢00Cr25Ni22Mo2N，如采用同成分的焊条焊接，容易产生凝固裂纹。而用高Mn的00Cr25Ni22Mn4Mo2N焊条，就可以避免裂纹。Mo和W的有利作用是提高熔池的结晶温度，缩小BTR。例如00Cr18Ni14Mo3钢的焊缝需要4%铁素体,才能防止裂纹,而含4.5Mo00Cr20Ni25Mo4.5Cu钢的焊缝(无铁素体)，因Mo较高，不发生开裂(16,17)。V. Ti可缩小BTR，起到减小凝固裂纹开裂的作用。