铬镍奥氏体不锈钢的焊接质量问题及对策

徐强

摘要：在我国工业技术发展水平较高的现代化工业生产中铬镍奥氏体不锈钢的应用范围十分广泛，可以在能源、化工、航空等领域发现这种材料的应用。虽然铬镍奥氏体不锈钢优越的性能就是焊接性，但是在实际的生产制造过程中焊接时会出现一些质量缺陷，这些缺陷会影响铬镍奥氏体不锈钢的应用强度，将通过对焊接质量缺陷问题进行讨论，寻找适当的解决方案。

关键词：铬镍奥氏体；不锈钢；焊接；质量

1铬镍奥氏体不锈钢焊接时容易出现的质量问题

1.1热裂纹的出现

在进行铬镍奥氏体不锈钢焊接时热裂纹是最容易出现的一种质量问题，这种裂纹主要形成横向或纵向裂纹进行扩展，在某些情况下还会以火口裂纹和根部裂纹的形式出现，在多层焊接时表现为层间裂纹也属于热裂纹的范畴，含镍量过高的铬镍奥氏体不锈钢在焊接时容易出现这种热裂纹。这种热裂纹的出现可能是由于下述原因：

（1）在铬镍奥氏体不锈钢制造的时候不同相之间的区间偏大，非常容易导致结晶过程不断延长，然而单相奥氏体结晶方向性强，则必定会造成杂质朝着偏析趋势进行发展。

（2）铬镍奥氏体不锈钢的物性参数中导热系数过小，对应的线膨胀系数过大，那么在焊接过程中，在铬镍奥氏体不锈钢材料焊接界面需要承受较大的内应力。

（3）前文所述在铬镍奥氏体不锈钢中经常加入不同的金属元素，容易在其中形成低熔点共晶。

1.2晶间腐蚀的产生

此类焊接质量问题通常指铬镍奥氏体不锈钢材料内部晶粒之间存在的腐蚀问题，此类状况的产生就会引发铬镍奥氏体不锈钢强度失去作用，无法承担外部的作用力，产生沿着晶界断裂的问题，是对铬镍奥氏体不锈钢应用产生严重影响的质量缺陷。该类晶间腐蚀现象最可能出现的因素是在焊接环节中，焊接问题太过，造成整个焊缝部位和周围地区气温超过危险温度，通常维持在450～850℃区间，铬原子体积偏大，运动速率偏小，小于过饱和的碳的扩散速率，则在不锈钢的晶粒边缘就会产生铬少碳多的问题，它们相整合构成的产物为Cr23C6，在一定程度上降低了该不锈钢制品的耐腐蚀性能。

1.3应力腐蚀开裂的产生

不同的金属在使用过程中都需要面对应力载荷，对于使用环境比较特殊的材料还需要面对腐蚀的作用，尤其是化工生产过程中，很多化工原料都具有腐蚀性，因此对于长期应用于化工设备中的铬镍奥氏体不锈钢就需要面对应力和腐蚀两种破坏。实际上现有的不锈钢材料都存在一定的应力腐蚀，但是实际上应力腐蚀的程度还受到腐蚀介质与材料组分的影响。对于容易导致铬镍奥氏体不锈钢应力腐蚀的腐蚀介质有含有氯离子的介质，以及其他的一些硫酸、硝酸、碱类等。分析这种应力腐蚀开裂的原因应该从应力腐蚀本身入手，考虑这种焊接结构最后应用于具有一定腐蚀介质存在的环境中，受到了拉伸应力的加载，导致焊缝出现裂纹。而且这种裂纹会产生铬镍奥氏体不锈钢结构的永久性失效。

1.4脆化

针对铬镍奥氏体不锈钢产生的脆化是指在焊接时的高温条件下冲击韧度非正常下降的情况，这种质量问题在焊接时出现。分析在铬镍奥氏体不锈钢的脆化原因主要有是材料主体的晶体组织中含有较多铁素体的相，通常会达到会15%~20%以上，如此的双相焊缝组织在焊接的高温加热处理情况下，通常加热温度超过350℃~500℃，其塑韧性数值会迅速降低，该类状况在475℃时是最明显的，所以，将该温度界定成475℃脆化。因为铬镍奥氏体不锈钢的焊接位置其塑韧性是影响应用的主要原因。所含铁元素越大，那么脆化问题就会愈发严重。

2对铬镍奥氏体不锈钢焊接过程中的质量问题预防措施

针对各类焊接缺陷问题，必须使用对应的手段才可以达到优良的的预防成效：

（1）预防热裂纹的有效措施

能够借助下面几种方式避免热裂纹产生：第一种，能够使用双相组织焊缝来完成，在焊接技术中选择铬镍奥氏体和铁素体这两种相组织进行焊接工作，铁元素的含量必须进行有效控制，不可以高于3%~5%，铁素体能够对铬镍奥氏体不锈钢中的晶粒进行不断细化。其在焊接环节中可以溶解大量的杂质，最大化减少了不锈钢在焊接环节中出现的偏析现象。

第二种，利用焊接技术改变热裂纹现象，在实际焊接环节中必须使用碱性焊条，对焊条的质量需要做到严格把控，选择使用小线能量的焊条展开焊接工作。在焊接环节中需要使用小电流完成迅速焊接，确保焊条的稳定性，在焊接完成的时候，应该尽可能把焊坑填满，该种手段能够最大化减少焊接应力或者焊坑断裂问题。

第三种，对焊接裂缝中的化学成分进行有效控制，最大化减少低熔点共晶的问题。

（2）预防晶间腐蚀的有效措施

第一种，控制焊接时的含碳量，利用含碳量较低的焊接材料，可以选择A002等。

第二种，在所使用的焊接材料中添加稳定剂，通常是借助在铬镍奥氏体不锈钢和焊接过程中增加一些稳定剂，可以和钢材中的碳元素整合构成更加稳定性的化合物，避免产生铬少碳多的问题。

第三种，使用双向组织焊接技术，该方式和防热裂纹的预防手段，避免金属铬在铬镍奥氏体不锈钢中出现偏析问题。不过，在对铁素体含量进行控制过程中，必须引起重视，还需要避免出现脆化问题。

第四种，措施是对焊缝进行快速冷却，由于在铬镍奥氏体不锈钢中不存在淬硬情况，因此可以利用这种现象对焊接的焊缝进行快速冷却，主要选择两个方面冷却，一方面是对焊缝位置放置一个铜垫板或者浇水冷却，另一方面可以将焊接的电流调小，增加焊接速度，缩短焊弧或者多道焊缝的工艺。

（3）预防应力腐蚀开裂的有效措施

第一种，拟定科学的工艺，避免进行冷处理的时候出现变形问题，也需要避免产生强制组装现象，防止产生各类结构伤害等，这些因为组装而出现的痕迹会造成应用时腐蚀坑的产生。

第二种，选定适宜的焊接材料，焊缝与各种不锈钢材料之间进行对应，则就需要对于各种铬镍奥氏体不锈钢成分选定合理的焊缝材料，最大化防止产生焊接裂缝问题。

第三种，在选定焊接技术时进行不断对比，为了确保焊接环节中焊缝不会造成结构的应力点不均衡，构成一个优良的外观和内部框架的焊缝。在焊接过程中防止出现焊接的残余应力。

第四种，是进行消除应力的焊接后处理工作，焊接完成后，可以进行热处理，对于不能热处理的部分可以对其进行锤击或者喷丸。

（4）预防脆化的有效措施

为了最大化避免焊接脆化现象，能够对铁素体的含量进行有效控制，针对已然出现脆化的裂缝需要二次进行淬火消除的处理。同样地，还必须对于铬镍奥氏体不锈钢在高温环境下的运用进行充分考量，在沿熔合线外晶粒部位也会出席那脆化问题，该类问题出现能够利用在铬镍奥氏体不锈钢增加钼元素来提升材料的防脆化性能。

3结束语

通过本文的分析可以看出，铬镍奥氏体不锈钢是一种具有较高应用价值的不锈钢材料，具有良好的机械加工性能和抗腐蚀能力，在不同行业领域都有广泛应用，为了避免铬镍奥氏体不锈钢在焊接过程中出现的质量问题影响其工程应用，针对焊接中产生的热裂纹、晶间或应力腐蚀开裂以及焊接部分脆化的质量问题，采取适当的预防措施，避免这种焊接问题的产生，使焊接能够获得最佳效果。

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