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奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接工艺

【摘要】奥氏不锈钢的焊接技术在我国得到了广泛的使用，其虽然有很多的
优点，但仍还存在许多的缺点，本文将从奥氏体不锈钢的化学成分、组织和性能，
奥氏体不锈钢焊接方法，奥氏体不锈钢焊接问题及解决措施等方面去了解在这方
面内容。

【关键词】奥氏体，不锈钢，焊接工艺，焊接特点
一、前言

不锈钢是一种广泛使用的金属材料，而且不锈钢使用的前景也是十分广阔
的，我们应该深入的了解不锈钢焊接的本质和实在意义，为下一步发展打下坚实
的基础。本文的简单介绍和深入理解将会给读者带来全新的和全方位的视角去看
待奥氏不锈钢的优缺点。

二、奥氏体不锈钢的化学成分、组织和性能

奥氏体不锈钢基本成分为18%Cr、8%Ni，简称18-8型不锈钢。为了调整
耐腐蚀性、力学性能、工艺性能和降低成本，在奥氏体不锈钢中还常加入Mn、
Cu、N、Mo、Ti、Nb等合金元素，以此在18-8型不锈钢基础上发展了许多新
钢种。

奥氏体不锈钢具有良好的焊接性、低温韧性和无磁性等性能，其特点是含碳
量低于0.1%，利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体组织，具有良好的冷变形能力、
较高的耐蚀性和塑性，可以冷拔成很细的钢丝、冷拔成很薄的钢带或钢管。与此
同时，经过大量变形后，钢的强度大为提高，这是因为除了冷作硬化效果外，还
叠加了形变诱发马氏体转变。

奥氏体不锈钢具有良好的抗均匀腐蚀能力，但在抗局部腐蚀方面仍存在一些
问题。奥氏体不锈钢焊接的主要问题是：焊接接头晶间腐蚀、焊接接头应力腐蚀
开裂、焊接接头热裂等。

三、奥氏体不锈钢焊接方法

奥氏体不锈钢的焊接方法有很多，例如手工焊、气体保护焊，埋弧焊、等离
子焊等等。最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金属极气体保护焊
（MIG/MAG）和钨极惰性气体保护焊（TIG）。本文以石油化工行业管道安装施
工中最常用的手工电弧焊及钨极氩气保护焊为例，简单描述其焊接施工中的注意
事项。

1.手工焊条电弧焊，是焊接厚度在2mm以上的奥氏体不锈钢板最常用的焊
接方法。因为焊条电弧焊热量比较集中，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。施工过程中，为控制焊接线能量，

防止晶间腐蚀，焊接速度必须控制，在保证焊透的前提下快速焊接。同时，为了
减少焊接熔池热量，提高焊缝金属的耐腐蚀性能，焊接时不允许焊条横向摆动，
而采用窄焊道技术，以加快冷却速度，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℃。

2.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。因氩气保护
效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，焊接时线
能量很小，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，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。为了不破坏气流对熔池的保护作业，焊接速度一般
不宜过快，同时为了提高生产效率，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。

四、奥氏体不锈钢焊接问题及解决措施

1.焊接接头的晶间腐蚀问题

（一）产生原因

奥氏体钢在固溶状态下碳以过饱和的形式溶解于固溶体，加热时过饱和的碳
以碳化铬的形式沿晶界析出。碳化铬的析出消耗了大量的铬，因而使晶界附近铬
的含量降到低于钝化所需要的最低量(12％)，形成贫铬层。贫铬层的电极电位比
晶粒内低得多。当金属与腐蚀介质接触时，就形成了微电池。电极电位低的晶界
成为阳极，被腐蚀溶解形成晶间腐蚀。

（二）防止措施

降低母材和焊缝中的含碳量，将钢中的碳降低到小于或等于其室温时在γ相
中的溶解度，这样在加热时就不会有或很少有碳化铬析出，从而从根本上避免贫
铬层的形成。

在钢中加入稳定的碳化物形成元素，改变碳化物的类型，如向钢中加入与碳
亲和力大于铬的钛、铌、钽等，这些元素将优先与碳结合而避免形成碳化铬，从
而避免了碳化铬的产生。

焊后进行固溶处理。固溶处理可使已经析出的碳化铬重新溶于奥氏体中，但
对大型复杂零部件则有一定的困难。且在加热时会反复形成碳化铬。

2.焊接接头刀口腐蚀

（一）产生原因

刀口腐蚀一般发生在焊后再次在敏化温度区间加热时，即高温过热与中温敏
化连续作用的条件下。产生原因也和碳化铬析出后形成贫铬层有关。

（二）防止措施

降低含碳量，最好采用超低碳不锈钢。对于稳定化不锈钢，要求碳含量小
于等于0.06％。减少近缝区过热，尽量选用较小的线能量，以减少过热区在高温
停留的时间。合理安排焊接顺序，刀口腐蚀不仅产生于焊后在