铸铁及堆焊焊条的选用.doc

不锈钢的焊接性

奥氏体不锈钢常用于要求耐腐蚀及低温容器的制造，其焊接性问题主要有以下几个方面。
一、焊接接头晶间腐蚀
18-8奥氏体不锈钢焊接接头在三个部位有可能发生晶间腐蚀现象：焊缝区、热影响区敏化区以及熔合区（如图所示），但在同一个接头中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。

晶间腐蚀通常用贫铬理论来加以解释，即当奥氏体不锈钢加热至450～850℃的敏化温度区是地，沿晶界沉淀析出Cr23C6致使晶界边界层含Cr量低于12％，造成该局部区域电极电位下降。当钢材置于腐蚀介质中则发生电化学反应产生晶间腐蚀。
很显然，焊缝区的晶间腐蚀主要与焊接材料有关。采用超低碳的焊接材料或通过焊接材料向焊缝过渡足够的稳定化元素（如Nb）可有效地避免焊缝晶间腐蚀。此外，通过调整焊缝成分以获得一定数量的铁素体（δ相），也可在一定程度上避免焊缝晶间腐蚀。
热影响区敏化区晶间腐蚀是指焊接热影响区加热峰值温度处于敏化加热区间的部位所发生的晶间腐蚀。不过须注意的是在焊接快速加热冷却条件下，热影响区敏化温度区间并非平衡加热时的450～850℃，而是有一个过热度的600～1000℃温度区间。含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳18-8钢具有较小的敏化区晶间腐蚀倾向。为防止18-8奥氏体不锈钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采取快速过程，以减少处于敏化加热的时间。
刀口腐蚀是在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称“刀口腐蚀”（Knife-linecorrosion）。腐蚀区宽度初期不超过3～5个晶粒，逐步扩展到1.0～1.5mm（一般电弧焊）。刀口腐蚀只发生在含Nb或Ti的18-8Nb和18-8Ti钢的熔合区，一般认为是由于熔合区经历了1200℃以上的高温过热作用，使得奥氏体内形成的TiC固溶，其分离出来的碳原子占据奥氏体占阵节点空缺位置，而随后的激冷过程，活泼的碳原子趋向奥氏体晶粒周边运动，进一步冷至450～850℃中温敏化区则析出Cr23C6造成晶界贫Cr。显然，高温过热和中温敏化相续作用，是刀口腐蚀的必要条件，但不含Ti或Nb的18-8钢不应有刀口腐蚀发生。
二、焊接接头热裂纹
奥氏体不锈钢焊接时在焊缝及近缝区都可能产生热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，有时也可以出现近缝区液化裂纹。奥氏体不锈钢易于产生热裂纹的原因主要有以下几个方面。
①奥氏体不锈钢导热系数小，而线膨胀系数大，在焊接局部加热和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的拉应力是产生热裂纹的必要条件。
②奥氏体不锈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奥氏体不锈钢及焊缝的合金组成较复杂，可形成多种低熔点共晶。
通过调整奥氏体焊缝金属成分，使其形成适量的铁素体组织在一定程度上可改善奥氏体焊缝的热裂倾向。这是因为少量铁素体组织可以有效地消除单项奥氏体组织柱状晶的方向性；同时S、P等这些有害杂质元素在铁素体中的溶解度又比在奥氏体中更大，因而能避免其在奥氏体晶界形成低熔点的共晶物质。这些都是有利于提高奥氏体焊缝抗裂性的。
三、焊接拉头的应力腐蚀开裂
应力腐蚀是在应力与腐蚀介质双重因素作用下产生的一种腐蚀破坏。由于奥氏体不锈钢的导热率小，线膨胀系数大，在约束焊接变形时必然残留较大的焊接应力，而拉应力的存在是应力腐蚀开裂的一重要条件。许多实验已证实焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。
四、奥氏体焊缝的脆化
经常发现有的奥氏体不锈钢焊接接头的强度并不低，然而在工作几个月后就发生沿近缝区的脆断。其原因就是接头的塑性、韧性没有达到要求，尤其当材料在低温下工作时，最重要的要求是保证低温韧性，这样才能防止发生低温脆性破坏。奥氏体不锈焊缝的脆化有以下两种。
（1）低温脆化奥氏体焊缝的低温脆化与组织中的铁素体（δ相）有关，因此为了满足低温韧性的要求，最好控制组织避免形成奥氏体＋铁素体的双相组织。
（2）高温脆化高温下进行短时拉伸试验或进行持久强度试验表明，当奥氏体焊缝中含有较多的铁素体形成元素或较多的δ相时，都会发生显著的脆化现象。为了保证焊缝有必要的塑性和韧性，长期工作在高温的焊缝中所含的δ相数量应当小于5％，否则，多量的δ相将会导致脆化现象的发生，通常认为这是δ相转变为σ相的结果。
五、奥氏体钢的焊接工艺特点
由于奥氏体钢的物理性能特点以及对耐腐蚀性、抗裂性等的具体要求，故奥氏体钢焊接的特点如下。
（1）焊接变形大由于奥氏体钢热导率小、线膨胀系数较大，在自由状态焊接时易于产生较大的变形，因此，应选用能量集中的焊接方法，以机械化快速焊接为好（如采用MiG或TIG焊）。
（2）对焊接材料要求严选择焊接材料时，应当考虑焊缝成分的要求，以保证耐晶间腐蚀和抗热裂性能。例如，含SiO2