不锈钢焊接范文

关键词：铁素体不锈钢；焊接工艺；接头性能；模拟计算

中图分类号：TG406

Abstract：Thesituationanddevelopmentofweldingofferritestainlesssteelisdiscussedindetail，generallyspeaking，theferritestainlesssteelsarealwayssubjectedtoexcessivegraingrowthinthefusionzoneandheataffectedzone，whichwouldcauseadeleteriouseffectonthemechanicalandcorrosionresistancepropertiesofthesteels.Laserbeamwelding，hybridwelding，pulsedarcweldingandfrictionstirweldingareusedtoobtainjointswithbetterproperties.Andcontrolofheatinput，raisingcoolingrate，addingstabilizationelements，electromagneticstirringandultrasonicvibrationareusedtogetfinegrain.Inrecentyear，simulationandcalculationarealsousedtostudytheweldingofferritestainlesssteels.

Keywords：ferritestainlesssteel；weldingprocess；propertiesofjoints；simulationandcalculation

0前言

随着工业技术的日益发展，不锈钢的使用量不断增大。近年来，由于稀有金属镍、钼、钒等价格大幅上

涨[1]，奥氏体不锈钢的应用和发展面临成本问题，并且奥氏体不锈钢焊接接头易出现晶间腐蚀、缝隙腐蚀和点蚀等问题。铁素体不锈钢（FerriteStainlessSteel，简称FSS）是一种不含Ni的不锈钢，具有优良的耐高温氧化和氯化物腐蚀的性能[2，3]，与奥氏体不锈钢相比，其成本低，线膨胀系数小，热疲劳性能好[4]，可在多种腐蚀介质环境下替代304不锈钢，广泛应用在石油设备、汽车，采矿、铁路及化工行业[5-7]。近些年来，铁素体不锈钢的使用量已占到不锈钢的30%[8]。而我国作为世界上最大的不锈钢消费国，如果能够更好地应用和发展成本低廉、性能优良的铁素体不锈钢，必然会产生明显的经济和社会效益。

最基本的低Cr铁素体不锈钢为00Cr12，但其抗高温氧化性能较差，容易产生晶间腐蚀。可以通过增加Cr的含量，来提高不锈钢的腐蚀电位，但是必须控制C和N的含量，同时添加稳定元素Nb和Ti来稳定铁素体和防止晶间贫Cr，在铁素体不锈钢中添加Mo可以提高抗高温氧化性能。国内外已经发展出多种牌号的FSS，典型牌号有AISI410、433、444[4，6]，中国生产的TCS345，Sandvik生产的5Cr12Ti和JFR生产的410RW等[9]。

随着FSS应用的增多，其焊接问题日益突出，主要是由于焊接热循环导致焊缝和热影响区塑性、韧性、疲劳和耐热耐蚀性能下降[10]，因此，对焊接工艺及其对接头组织影响进行研究，进而提高接头性能，具有重要意义。

1铁素体不锈钢的焊接性分析

FSS在室温下为纯铁素体组织，AISI410S钢的原始组织如图1所示[5]。铁素体热膨胀系数小，且S、P在铁素体中溶解度较大[11]，不易在晶间形成低熔点共晶，所以焊接过程中接头一般不会出现热裂纹和冷裂纹。但是通常来说，铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢的焊接性要差，接头一般会出现以下几个问题。

1.1塑性和韧性下降

焊缝冷却过程不发生固态相变，极容易产生粗大的柱状晶。热影响区受到单纯的热过程，晶粒尺寸有明显长大的倾向。特别是加热到950℃以上，晶粒甚至可以长大0级[12]。晶粒粗化后，接头塑性和韧性显著下降，耐蚀性能也随之降低。HAZ出现晶粒粗大以后，不能通过热处理消除。

1.2晶间腐蚀

当焊接温度高于950℃后冷却过程中，晶界容易沉淀出Cr的碳化物和氮化物，由于Cr的扩散速度慢，造成晶界上出现贫Cr区，在腐蚀环境中易出现晶间腐蚀。为了消除晶间腐蚀，需要在650～800℃进行短时间保温，或者缓慢冷却，使Cr充分扩散[13]。其次，要控制C和N的含量，并且加入优先与C和N化合的Ti和Nb元素，避免贫Cr区的形成。

1.3接头脆化

FSS接头会出现多种脆化现象。首先是σ相脆化，σ相是FeCr金属间化合物[14]，一般当Cr含量大于20%时，会产生σ相，一些铁素体不锈钢中存在Mo，会促使在较低Cr含量下形成σ相，σ相大多分布在晶界，显著降低接头韧性。其次是475℃脆性，Cr含量大于15%的铁素体不锈钢在400～500℃长期加热，会因为铁素体调幅分解产生富Cr的α'相，造成接头脆化。此外，Mo能促进脆硬χ相的析出，其组成为Fe36Cr12Mo10，还可能析出脆硬的Laves[15]相，Mo、Ti、Nb都容易形成Laves相，成分为（Fe，Ni，Cr）2Nb。

2铁素体不锈钢焊接工艺的进展

2.1焊接材料的选择

在焊接FSS时，填充材料主要有两种，一是同质的铁素体，如0Cr13。Mukherjee[7]认为，使用铁素体型焊丝焊接FSS，由于焊缝和热影响区晶粒粗大，接头塑韧性和耐蚀性差，所以用同质铁素体焊丝一般难以得到满意的接头。

现在普遍采用奥氏体型焊丝焊接FSS，焊缝中可以生成部分低碳马氏体，阻碍晶粒长大，并且低碳马氏体具有良好的韧性，使接头韧性和强度提高。Mukherjee[7]使用308L和316L奥氏体不锈钢焊丝焊接FSS，发现由于308L有更高的Creq/Nieq，马氏体形成温度较低，焊缝马氏体含量高，在热输入为0.6kJ/mm时，接头的冲击韧性超过母材。[16]用ER308L焊接超低碳、氮的12%Cr铁素体不锈钢，在HAZ粗晶区形成板条状的低碳马氏体，抑制了晶粒的长大。但是使用奥氏体型焊接材料，由于母材和焊缝热膨胀系数不同，会导致接头抗氧化和热疲劳性能差[4]。

2.2焊接工艺的进展

对于铁素体不锈钢，基本上所有的焊接方法均可用。但是需要控制热输入，采用合适的冷却方式，以避免热过程造成晶粒粗大。一些新型的焊接方法被越来越多地用在铁素体不锈钢的焊接上，如激光焊，脉冲电弧焊，复合热源焊接，搅拌摩擦焊等。

手工电弧焊接热输入较大，一般不推荐用来焊接铁素体不锈钢，Silva[5]使用手工电弧焊焊接410铁素体不锈钢，焊缝和HAZ区晶粒严重长大，塑性和耐蚀性下降。Amuda[8]发现对430FSS薄板，虽然保证了较低的热输入，但是晶粒还是长大5～8倍，损失近58%的塑性。Mohandas[10]对比了GTAW和SMAW焊接430铁素体不锈钢组织和性能的差异，发现由于焊缝区生成了等轴晶，GTAW接头的强度和塑性更好。

激光焊接能量密度高，热输入小，接头焊缝和热影响区窄，同时，焊后冷却速度高，适合用来焊接铁素体不锈钢，张红霞[17]采用钨极氩弧焊、脉冲钨极氩弧焊和脉冲激光焊三种焊接方法进行焊接433铁素体不锈钢，发现大的热输入会导致焊接接头的粗晶组织与性能脆化等问题，采用脉冲激光焊接方法可以细化组织，有效提高接头的综合性能。Kaul等人[18]研究了激光焊和TIG焊工艺对17%Cr铁素体不锈钢焊接接头组织及性能的影响，发现与激光焊相比，TIG焊使焊缝和热影响区的晶粒粗化严重，降低了接头的塑性。Lakshminarayanan[19]也使用激光焊接409M铁素体不锈钢，发现由于冷却速度快，粗大的铁素体转变为细小等轴晶，接头强度提高31%，冲击韧性也比母材提高3%。

将多个热源复合在一起，可以提高焊接效率并减小热输入。Taban[20]使用PAW+GTA复合热源焊接了12%Cr，使用奥氏体309L和316L焊丝，获得了性能良好的接头。王旭友[21]用激光+MAG复合热源焊接了T4003和TCS铁素体不锈钢，焊接效率与常规电弧焊相比可以提高1倍以上，接头热影响区粗晶区变窄，接头的低温冲击韧性可以提高50%以上。

搅拌摩擦焊是一种高效固相连接技术，由于焊接过程中母材处于固态，避免了不利的冶金反应，同时焊核区发生动态再结晶，使晶粒细化，热影响区晶粒也不发生明显长大，因此搅拌摩擦焊适宜用来焊接FSS。Lakshminarayanan[22]使用搅拌摩擦焊的方法焊接

409FSS，由于搅拌摩擦焊使母材发生剧烈塑性变形，母材晶粒转变为细小铁素体+马氏体双相组织，力学性能提高。Cho[23]使用立方氮化硼搅拌头焊接409FSS，得到了高质量、无缺陷的的接头，焊核区晶粒细化。Ahn[24]用Si3N4搅拌头搅拌摩擦焊接409LFSS，转速

700rpm，焊接速度60mm/min，焊核区为等轴铁素体，接头的力学性能、耐晶间腐蚀、耐点蚀性能与母材相同。可见，FSW焊接FSS可以得到高质量的接头，但由于FSS与轻质合金相比，强度和硬度均比较高，焊接时均采用脆硬的陶瓷作为搅拌头，所以焊接过程中搅拌头的损耗率可能会比较高。

3焊接接头的性能研究进展

由于焊接过程对FSS的影响以及考虑FSS的服役条件，FSS焊接接头的塑韧性、耐热疲劳性能及耐蚀性能最受关注，通过各种途径可以提高接头的这些性能。

3.1塑性和韧性

焊接热过程使焊缝和HAZ区晶粒长大，接头的塑韧性严重下降，提高塑性和韧性的关键是限制晶粒的长大，可采用以下方法。

3.1.1提高冷却速度

由于HAZ经历的是单纯的热过程，所以提高冷却速度可以防止晶粒严重长大。杨文平[3]用ER309L作为填充材料，焊接FSS，采用随焊水冷强制冷却，缩短了接头的高温停留时间，提高了冷却速度，遏制了晶粒的长大，接头冲击韧性较自然冷却的接头提高约55%。Amuda[8]使用液氮强制冷却接头，焊缝尺寸减小35%，产生细小等轴晶，晶粒尺寸受液氮流速的影响，当流速为0.0013L/min时，晶粒尺寸比母材减小45%。

3.1.2添加沉淀相形成元素

Villafuerte[25]使用GTAW方法焊接FSS，发现铁素体会在TiN上异质形核，形成等轴晶，单独加Ti并不能起到这样的作用。Gurram[6]发现添加Al元素后，析出的Al4C3和Al2O3可以使焊缝晶粒细化。Villaret[2]发现焊丝中Ti含量提高时，焊缝柱状晶变为细小等轴晶，塑性提高。同时加入较高含量的Ti、Nb，经过合适的热处理，能够获得较高的强度和塑性。

3.1.3电磁搅拌

Gurram[6]提到有学者采用交流GTAW焊接FSS时，交变电流产生的电磁场对熔池的搅拌作用，可以起到细化焊缝晶粒的作用。Mridha[26]使用交变电流GTAW焊接FSS，产生的电磁搅拌作用能够打碎枝晶，细化晶粒，焊缝中产生较多的细小等轴晶，接头力学性能为母材的65%。

3.1.4超声振动

超声振动也能起到与电磁搅拌类似的作用，Watanabe[27]通过焊丝向熔池导入超声，超声振动使焊缝中部产生部分等轴晶，随着焊速增加，等轴晶比例提高，接头强度和伸长率提高，伸长率可提高40%，焊接示意图如图2所示。

3.2热疲劳性能

由于FSS的应用环境，经常要关注其热疲劳和高温力学性能，Oh[28]研究了Nb、W、V合金元素对铁素体不锈钢HAZ热疲劳性质的影响，发现接头在200～900℃的热疲劳寿命不仅与粗大碳化物相和Laves相有关，同时也与固溶体中Nb的含量和晶粒大小有关。Han[29]关注了HAZ组织对18Cr热疲劳性能的影响，发现由于Nb的溶解，粗大MC和Laves相的析出以及晶粒的长大，都会造成接头热疲劳性能的下降。

3.3耐腐蚀性能

田劲松[30]研究了409L和410L接头的耐晶间腐蚀的性能，发现409L由于C、N含量较低且含稳定化元素Ti，接头无晶间腐蚀倾向，而410L接头由于析出了富Cr的碳化物和氮化物而形成局部贫铬区。张勇[31]用ER309焊丝，气体保护焊接四种不同的FSS，在1mol/L的NaCl溶液中，四种接头与母材耐电化学腐蚀性能无明显差异，而在1mol/L的Na2SO4溶液中，TCS345和JFE410RW不锈钢接头的腐蚀性能优于T4003和Nirosta4003。

4模拟计算在FSS焊接中的应用

使用模拟计算可以节省试验成本，模拟一些试验中无法观察的演变过程，并能够通过合理的模拟计算来优化工艺参数。莫春立[32]提出了一种用Monte-Carlo模拟铁素体不锈钢接头HAZ晶粒长大行为的方法，应用有限元方法计算出焊接热循环，并且结合晶粒长大的Arrhenius公式，结果显示，M-C模拟可以很好地反映HAZ晶粒生长的动力学过程。成功预测了HAZ中晶粒的分布，并提出，当HAZ中存在很陡的温度梯度时，可以一定程度抑制晶粒长大。Zhang[33]用Monte-Carlo的方法模拟了激光+脉冲GMAW焊接铁素体不锈钢HAZ晶粒的长大行为，模拟结果与实验测量吻合，发现熔合线附近的晶粒与母材相比长大了10～18倍，焊趾附近的晶粒尺寸更大。

5结论

（1）铁素体不锈钢由于成本低廉，性能优良，有广阔的应用前景，其焊接面临的最大问题是焊接热循环导致焊缝和HAZ区晶粒严重长大，造成接头性能下降。

（2）奥氏体型焊接材料适宜用来焊接FSS，几乎所有的方法都可以用来焊接FSS，但必须严格控制热输入，激光焊、复合热源焊接、脉冲电弧焊及搅拌摩擦焊等方法热输入低、焊接效率高，能够获得优质的接头。

（3）通过提高冷却速度、添加稳定元素、电磁搅拌或超声振动能够细化晶粒，提高接头性能。接头韧性、热疲劳性能和耐腐蚀性能是其应用的关键。

（4）近些年来，模拟计算也被用到铁素体不锈钢焊接的研究当中，模拟结果能够很好地吻合试验结果。

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不锈钢焊接范文

关键词：不锈钢钢管焊接缺陷方法

一、焊接施工方案准备

本焊接施工方案对于焊前准备、焊接施工工艺、焊接检验及安全防护四个方面提出了要求。

1.1焊前检查

（1）焊缝检查①严格清处焊口附近20mm范围内的油、漆、锈、垢等杂物；②焊接部位处母材无裂纹、损伤等缺陷。

（2）、环境条件①施焊处风速大于10m/s时必须搭设防风设施；②焊接现场应有完备的防雨、雾、雪、霜措施，冬季施工时应做好防冻保温措施。

1.2焊前材料准备

①母材：本次工程所采用的钢材材质为0Cr18Ni9Ti，使用前对材料必须进过材料复验，确保所用材料化学成分符合标准要求，以保证其抗腐蚀性。不锈钢材料、半成品及外协、外购件应存放在橡胶皮或木板上，并防止其表面被划伤和铁离子污染。所有不锈钢材料在采购、运输、制作、安装过程中采用支撑，木板隔离、专业操作平台，专用夹具等方式，全程杜绝和碳钢材料接触。

1.3定位焊

（1）、定位焊工艺要求

①、定位点焊必须由持证焊工施焊，点焊用的焊接材料与正式施焊的要求相同，点焊应填满弧坑。定位焊工艺要求：定位焊道短，冷却快，焊接电流应比正常焊接电流大15～20％。②焊接时从两侧由下向上施焊，为防止底部内凹，氩弧焊打底时送丝采用内填丝法，在上部平焊位置时，焊丝不要紧贴坡口底部，以免在焊缝背面形成焊瘤。

（2）、焊缝不得有气孔

焊缝不得有气孔、夹渣、咬边、裂纹等缺陷；雨雪天气时，构件焊区表面潮湿或有冰雪时，必须清除干净方可施焊。施焊时，要注意接头和收弧的质量，收弧时应将弧坑填满。焊缝接头应相互错开，要注意防止缺陷的产生，在焊接完毕后，应将焊缝表面清理干净后再继续施焊。如发现焊点有气孔或裂纹，必须清除后重新点焊。使用氩弧焊点固，点固前即需用预热至预热温度，分另在3、9、12点钟位置点固三点，点固长度15～20mm。

（3）、管口组对

管口组对：管口间隙2-2.5mm，钝边0～0.5mm，管口错边量不大于1.6mm（见图一）。管口禁止强行组对，以防焊缝产生裂缝。

图一管对接坡口示意图

（4）、焊接

①焊接层数两层（见图一）。②焊接时从两侧由下向上施焊，为防止底部内凹，氩弧焊打底时送丝采用内填丝法，在上部平焊位置时，焊丝不要紧贴坡口底部，以免在焊缝背面形成焊瘤。③焊接过程中要将各层间熔渣清理干净，以免在焊缝中形成夹杂，影响焊缝质量。④应控制较低的层间温度（不超过100℃），必要是采用水冷降温。

（5）、焊接工艺参数（见表1）

二、焊接操作要点

（1）、合理安排焊接顺序

加强焊接施工工艺，严格要求每一位焊工在施焊中按照焊接施工方案和技术交底的内容进行操作，并且技术人员和质量人员加强在现场施工中的监督。

（2)、焊接过程中必须控制以下几点：

①施焊前坡口处必须清理干净，禁止油脂污染防止焊接时引起气孔和渗碳，必要时可用丙酮擦拭清理；②避免飞溅和在坡口以外的部位引弧；③焊缝表面要求光洁，彻底清除残渣；④焊缝根部接触腐蚀介质时不宜余留垫板或锁边，要保证焊透；⑤避免层间温度过高，必要时可采用水冷。环境温度小于0℃时采取取暖措施防止产生焊后裂纹。雨雪或风速大于10m/s天气室外焊接，应有遮风挡雨雪的措施，否则不得施焊。

三、不锈钢管焊接时常发生的缺陷及防止方法

焊缝金属的缺陷主要有以下几方面

焊缝金属产生的气孔可分为：内部气孔，表面气孔，接头气孔。①内部气孔：有两种形状。一种是球状气孔多半是产生在焊缝的中部。产生的原因：（a）焊接电流过大；（b）电弧过长；（c）运棒速度太快；（d）熔接部位不洁净；（e）焊条受潮等。②表面气孔：产生表面气孔的原因和解决方法：（a）母材含C、S、Si量高容易出现气孔。更换母材，或是采用低氢渣系的焊条。（b）焊接部位不洁净也容易产生气孔。因此焊接部位要求在焊接前清除脏物。（c）焊接电流过大。使焊条后半部药皮变红，也容易产生气孔。因此焊接电流最大限度以焊条尾部不红为宜。（d）低氢焊条容易吸潮，因此在使用前均需在350℃的温度下烘烤1小时左右。否则也容易出现气孔。

③焊波接头气孔：使用低氢焊条往往容易在焊缝接头处出现表面和内部气孔，解决办法：焊波接头时，应在焊缝的前进方向距弧坑9～10mm处开始引弧，电弧燃烧后，先作反向运棒返向弧坑位置，作充分熔化再前进，或是在焊缝处引弧就可以避免这种类型的气孔产生。

（2）不锈钢管焊接裂纹

①刚性裂缝：往往在焊接当中发现焊缝通身的纵裂缝，主要是在焊接时产生的应力造成的，很容易产生纵向的长裂缝。解决办法：采用合理的焊接次序或者在可能的情况下工件预热，减低结构的刚性。特厚板和刚性很大的结构应采用低氢焊条使用合适的电流和焊速。②碳、硫元素造成的裂缝：被焊母材的碳和硫高或偏析大时容易产生裂缝。解决办法：将焊件预热，或用低氢焊条。③毛隙裂缝：毛隙裂缝是在焊敷金属内部发生，不发展到外部的毛状微细裂缝。

（3）焊缝未填满、宽窄差超标

焊缝未填满和宽窄差超标的主要原因是工件坡口形式不当而引起的。可以选择合适的工件坡口。缺陷的地方用角向磨光机或焊工凿子对缺陷进行打磨清理使之焊缝达到标准要求。必要时应进行补焊。补焊前应进行必要的清理，补焊时必须考虑到引弧和熄弧的位置；补焊完成后应重新打磨清理焊缝，使之过渡圆滑。

（4）焊缝余高超标

焊缝余高超标缺陷的原因一般为操作方法不当或层间焊道布置不当而引起的。对此缺陷用角向磨光机或焊工凿子对缺陷进行打磨清理使之过渡圆滑。

（5）咬边

咬边缺陷的原因是焊工操作不当或电流过大，或施焊时焊条、焊枪角度不当，使熔化的母材未被焊缝金属所填满。通过选择正确选择电流、焊条（枪）角度和焊速，焊缝两侧适当延长停留时间。用角向磨光机或锉刀对咬边缺陷进行锉、磨，对轻微咬边，如缺陷清除后，并且达到圆滑过渡和符合标准要求时则认为合格，对较深咬边，则应在修磨后进行补焊。补焊时应注意引弧和灭弧、电流略增大，填满咬边凹坑。补焊后的焊缝仍需按规定进行打磨，并圆滑过渡至母材。

四、焊后检查

（1）焊工本人应对所焊接头进行外观检查。焊接质量检查人员应按表2对焊接接头进行规定比例的检验，必要时应使用焊缝检验尺或5倍放大镜，对可经打磨修复的外观超标缺陷应该作记录。

（2）焊接质量检查人员应根据图纸要求对焊接部件进行宏观的尺寸检验。对重要部件应该在焊接过程中监视焊接变形，并在焊接完成之后进行最终尺寸检查。

焊缝焊应在焊完后立即清理干净焊缝表面，然后经焊缝外观检查。焊缝的表面不得有裂纹、气孔、夹渣和熔合性飞溅。焊缝高度应符合设计规定，其外形应平滑过渡，表面不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，咬肉深度不得大于0.5mm。焊缝形状、尺寸、外观质量应符合国家现行规范《现场设备、工业管道焊接工程规范》的规定。

五、焊接安全和防护

焊工应是经过安全教育和安全技术培训，考核合格后取得安全操作证的。了解工程安全特点及防护措施。施工现场配备灭火器，防止爆炸、火灾、触电等突发性安全事故。工人使用完好的焊接工具，使用有防护玻璃的面罩，穿长袖工作服，戴手套。引弧时，焊工应注意周围工人避免强烈弧光伤害他人。清渣时注意防止热渣壳烫伤面部、身上。上身衣服不得扎进腰带。焊接场所保持通风，防止焊接时放出的有害气体身体影响工人的健康。所有焊接设备机壳必须接地。电焊钳、焊接电缆应有可靠的绝缘，焊工宜穿干燥的工作服和绝缘鞋。风雨天气应停止露天作业，必要时搭帐篷。焊工不得不在焊件上工作的情况下应保证焊工与工件的绝缘。

六、结束语

不锈钢焊接范文篇3

[关键词]不锈钢焊接工艺现状及发展

中图分类号：TG44文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）13-0307-01

1.不锈钢的类型及其特点和焊接性

1.1奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢是应用最广的一种，高铬镍钢及高铬锰氮钢均属此类，其中，铬镍奥氏体不锈钢是最通用的钢种。18-8钢主要用于耐蚀环境下，25-20钢主要用作热稳定钢，提高含碳量则可用做热强钢。奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种，由于其在高温、极低温度（-196℃）下均具有优良的塑韧性、冷热加工性能和耐腐蚀性能，因此大量用于石油、化工、宇航及核工程等重要焊接结构。目前的主要问题是接头的刀状腐蚀和应力腐蚀开裂，以及含镍较高的单相奥氏体钢接头热裂问题，有时也会有接头热强性和再热裂纹问题。

1.2铁素体不锈钢

铁素体不锈钢由于热膨胀系数与碳钢接近而比奥氏体小，并且S、P等杂质元素在铁素体中溶解度大，Si、Nb等又是铁素体形成元素，因此，焊缝结晶时不易形成低熔点共晶，热裂纹的倾向比奥氏体不锈钢小得多，同时焊接热影响区超过临界温度的区域形成的马氏体量也少，比马氏体不锈钢的延迟裂纹的敏感性小。铁素体不锈钢在焊接中的主要问题是晶粒易于长大形成粗大铁素体而脆化和475℃脆化问题。

1.3马氏体不锈钢

马氏体不锈钢的主要问题是接头的冷裂和脆化。马氏体型不锈钢与铁素体型不锈钢相比，其铁素体形成元素铬的含量较少，含有较高的奥氏体形成元素碳。这类钢中高温下存在的奥氏体在通常不太慢的冷却条件下会发生奥氏体到马氏体的转变，属于淬硬组织的钢种。在焊接时，由于焊接热循环的作用，焊缝和热影响区焊后状态的组织为硬脆的马氏体组织，易形成冷裂纹。并随着碳含量的提高，形成冷裂纹的倾向会越来越大。另外，马氏体钢也有较大的晶粒粗化倾向。在冷却速度小时，近缝区就会出现粗大的铁素体和碳化物组织，因而塑性和韧性显著下降；若冷却速度大，由于产生粗大的马氏体组织，塑性的韧性也要下降。

2.不锈钢的焊接工艺特点及存在问题

2.1奥氏体不锈钢

由于奥氏体不锈钢（主要是指铬镍奥氏体不锈钢）应用最广，所以焊接技术也最为成熟，研究也最为深入，许多问题已得到了很好的解决。且由于奥氏体组织本身的性能特点，只要选择适当的焊接工艺，奥氏体不锈钢就易于得到合格的焊缝。

2.1.1奥氏体不锈钢焊接工艺要点

奥氏体不锈钢可采用各种熔焊方法，其中使用最多的是焊条电弧焊和气体保护焊，以机械化快速焊为好。焊接奥氏体不锈钢时必须考虑产生较大变形的倾向，因此焊接时应遵循以卜原则：

（1）焊接接头的坡口形式应尽可能选择U形、X形、双U形等，以减少焊缝金属的填充量，降低焊缝的收缩应力，防止热裂纹的产生。即使焊薄板的时候也要开坡口。

（2）尽可能地采用固定夹具，尤其是焊薄板时，避免角焊缝。

（3）先从中间开始焊而后向两边焊或采用分段退焊技术。

（4）由于焊丝的电阻率大、导热系数小，所以熔化系数大，焊丝伸出长度要短一些。

（5）尽量采用短弧焊并不做摆动，以防止合金元素不必要的烧损。

（6）为了防止焊缝中产生气孔，应尽量限制气体来源并改善气体逸出条件。

2.1.2奥氏体不锈钢焊接工艺参数

奥氏体不锈钢导热系数小、电阻率大，焊接时母材和焊材都容易被加热、熔化，故选择焊接电流应较小，短弧快速焊，采用窄焊道、窄焊缝，减少高温停留时间。

一般情况卜，奥氏体不锈钢焊接时不需要预热，但对焊缝铁素体很少或根木没有铁素体时，奥氏体焊缝可能会产生热裂纹。这种情况卜，预热是必要的。

为了防止和消除焊接接头的应力腐蚀开裂，有必要进行焊后热处理。常规碳含量不锈钢结构需要进行固溶处理；含稳定化元素的和超低碳的不锈钢结构需进行稳定化和消除应力热处理。

2.2铁素体不锈钢

铁素体不锈钢焊接时，由于加热时没有相转变发生，热影响区的晶粒易于长大而形成粗大铁素体，且不可能通过热处理来改善，因而会造成明显的脆化的后果。无论采用何种焊接方法，都应采用小的热输入、少层次的焊接，层间温度控制在200℃以卜，以减少焊缝和HAZ晶粒过分长大和碳化物和氮化物析出，引起接头脆化和晶间腐蚀倾向。

铁素体钢焊接工艺要点可总结如下：

（1）如果要求焊缝和母材的性能相同，特别是要求焊缝颜色、拉伸强度、疲劳强度和母材一致时，则要用含v（Cr）12%的填充材料进行焊接。

（2）当构件承受交变载荷时，焊缝的拉伸强度和疲劳强度更重要。

（3）当焊后不能进行热处理时，最好采用奥氏体填充材料。焊条或焊剂在焊前应烘干。严格控制焊接热输入。多层多道焊时，层间温度应根据板厚确定上限。

2.3马氏体不锈钢

马氏体不锈钢在焊接过程中焊接性较差。因为在焊接冷却过程中出现奥氏体向马氏体转变，由于体积发生变化，促使硬度增加和塑性降低，致使有强烈的淬硬倾向。母材含碳量越高，淬硬倾向就越大。在焊缝扩散氢和焊接应力作用下，焊接残余应力较大，易产生裂纹，因此，根据焊件厚度和刚性大小，焊接时应采取焊前预热、焊后缓冷等工艺措施。马氏体钢一般是在调质状态下焊接，焊接工艺要点可总结如下：

（1）控制焊缝金属的化学成分。焊缝金属的化学成分主要取决于焊接材料，最好是用与母材金属成分相同或相接近的焊接材料。但焊缝与热影响区将会硬化变脆，有很高的冷裂纹倾向，需限制S、P、Si的含量，并添加少量Ti，、A、1，、N以细化晶粒和降低淬硬性。使用与母材金属化学成分不相同的奥氏体不锈钢焊接材料时，可防止冷裂，但强度不与母材匹配，且由于焊缝与母材在物理、化学、冶金的性能上都存在很大差异，所以可能反而容易出现破坏事故。

（2）焊前预热和焊后热处理。对于用同质焊接材料焊接马氏体不锈钢时，预热是防止冷裂纹的重要措施。预热温度与钢淬硬倾向有关，淬硬倾向越大，预热温度也应选择越高。焊后热处理可降低焊缝金属与热影响区的硬度，改善焊接接头的韧性，降低焊接结构的残余应力。采用奥氏体焊接材料时焊接构件可不进行焊前预热和焊后热处理。

参考文献

[1]张先龙.L360QNS钢含硫天然气管道焊接工艺应用研究[J].金属加工（热加工）.2016（04）.