王涛

（南京扬子检维修有限责任公司，江苏 南京 210048）

不锈钢是指具有抗腐蚀性能的一类钢种，是石油、化工等工业部门中广泛使用的金属材料。根据其组织特点，不锈钢分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢等。其中马氏体不锈钢、铁素体不锈钢为铬钢，其它为铬镍钢。

奥氏体不锈钢是各类型不锈钢中应用最广泛的不锈钢，品种也最多，产量约占不锈钢总产量的2/3以上。常用奥氏体不锈钢有 301、302、303、304、316、321、347等，其中304不锈钢是目前最常用型号，牌号为0Cr18Ni9；316不锈钢是继304不锈钢之后，第二个得到最广泛应用的钢种，牌号为0Cr17Ni12Mo2。

本文从以下几个方面探讨常用奥氏体不锈钢的焊接技术。

1 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。

2 奥氏体不锈钢焊接时常见问题

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。

2.1 焊接接头晶间腐蚀

典型的奥氏体不锈钢一般是在固溶处理状态下使用，在常温下于腐蚀介质中工作通常看不到晶间腐蚀现象，但如果在450～850℃保温或缓慢冷却时，往往就会出现晶间腐蚀。这是由于固溶处理后奥氏体为碳过饱和而呈不稳定状态，若再次加热（450～850℃），超过溶解度的碳将向晶界扩散，从而与铬结合并在晶界上析出富铬的Cr23C6，使其周围基体产生贫铬区，继而形成腐蚀原电池造成晶间腐蚀，含碳量越高，晶间腐蚀倾向性越大。

对于工程施工而言，在焊接件的热影响区（550～800℃）会出现晶间腐蚀，这就需要用到去应力处理工艺，即消除钢在焊接后的残余应力的热处理工艺（一般加热到300～350℃回火）。

2.2 焊接接头应力腐蚀开裂

应力腐蚀是指在静拉伸应力与电化学介质共同作用下，因阳极溶解过程阴极氢脆引起的断裂。拉应力的存在是应力腐蚀开裂的必要条件，由于奥氏体钢导热性差，线膨胀系数大，在约束焊接变形时就可残留较大的焊接应力，而消除残余应力是防止应力腐蚀的有效措施之一。

2.3 焊接接头热裂

奥氏体钢焊接时在焊缝及近缝区均可能见到热裂纹，但最常见的主要是焊缝凝固裂纹，有时也出现近缝区液化裂纹。Ni含量越高，产生裂纹的倾向越大，而且越不易控制。奥氏体钢焊接接头易于热裂主要与以下几个因素有关：焊缝金属结晶期间存在较大拉应力，奥氏体钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力；奥氏体钢易形成方向性强的柱状晶焊缝组织，有利于S、P、Sn、Sb之类有害杂质的偏析，而促使形成晶间液态夹层，显然易于促使产生焊缝凝固裂纹及增大焊缝热裂倾向。

工程焊接施工过程中，为防止产生热裂，在焊接工艺上一方面尽量选择杂质较低的焊接材料，尽量减小熔池过热，避免形成粗大柱状晶，采用小线能量及小截面焊道是尽量减少焊接接头热裂的有效措施。

3 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2 mm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℃。

实际施焊过程中，为提高生产效率，采取加快焊接接头冷却速度的办法，即每焊完一层焊缝后浇水，加快冷却。如果条件允许，可以在焊缝背面边浇水边施焊，但必须注意到焊接熔池及其附近区域不允许有水。

（3）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。

4 奥氏体不锈钢焊接材料

焊接材料通常是指焊条、焊剂、焊丝、保护气体等，本文简单介绍一下最常用的奥氏体不锈钢焊条及焊丝的选择要求。

4.1 奥氏体不锈钢焊接用焊条

不锈钢焊条首先要具有良好的外观质量，继而通过焊芯或药皮过渡各种合金元素，使焊缝金属化学成分和组织形态满足要求，除了要满足焊接工艺性能和焊接接头良好的力学性能外，还要确保焊接接头具有一定的耐腐蚀性。

一般情况下，选择不锈钢焊条时熔敷金属含碳量不高于母材的含碳量，建议采用低碳或超低碳的焊芯，使用低碳或无碳的铁合金和金属元素作为药皮的原材料，降低奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的倾向，同时严格控制不锈钢焊芯和药皮中的硫、磷含量，以减少产生焊缝热裂纹的危险性。

例如：304不锈钢（0Cr18Ni9）焊接选用焊条A102(E308-16)；304L不锈钢（00Cr19Ni10）选用 A002(E308L-16)；316不锈钢（0Cr17Ni12Mo2）选用A202(E316-16)；316L 不锈钢（00Cr17Ni14Mo2）选用 A022(E316L-16)；321不锈钢 （0Cr18Ni10Ti）选用 A132(E347-16)。

4.2 奥氏体不锈钢焊接用焊丝

不锈钢焊丝种类有很多，按其适用的焊接工艺方法可分为埋弧焊用焊丝、气体保护焊用焊丝、电渣焊用焊丝、堆焊用焊丝和气焊用焊丝。不锈钢焊丝选择时，采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致，尤其是含碳量不能高于母材含碳量，以尽量避免焊缝产生晶间腐蚀。

以常用氩弧焊丝选用为例：304不锈钢（0Cr18Ni9）焊接选用氩弧焊丝H0Cr20Ni10(ER308)；304L不 锈 钢 （00Cr19Ni10） 选 用 H00Cr20Ni10(ER308L)；316 不锈钢（0Cr17Ni12Mo2）选用 H0Cr18Ni 12Mo2(ER316)；316L 不锈钢（00Cr17Ni14Mo2）选用H00Cr18Ni12Mo2(ER316L)；321 不锈钢（0Cr18Ni10Ti）选用H0Cr20Ni10Nb(ER347)。

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