不锈钢焊接性分析与焊接工艺设计系统分析

不锈钢焊接性分析与焊接工艺设计系统分析

梁华坤

广东樱奥厨具有限公司

不锈钢如今在各个领域的使用都十分广泛，用量日益增多，尤其是工业制造方面占比巨大，是工业制造项目中不可或缺的材料。然而在不锈钢的现实生产过程中，对其焊接工艺的其影响因素较多，包括焊接的技术、规程管理以及工艺设计等等。

一、不锈钢的焊接性

不锈钢的焊接性是指在特定施工条件下，将材料焊接成规定设计的构件，并满足预定使用条件。焊接性主要分为工艺焊接性和使用焊接性，对于焊接的影响因素包括构件类型、选用材料、焊接方法和具体使用要求等。不锈钢的种类有：奥氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢。在此我们列举其中三种不锈钢的焊接性：

（一）奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢在目前不锈钢的应用中最为广泛，焊接性最为良好，在高温、低温环境下都有良好的耐腐蚀性和塑韧性。如若焊接技术不当，会出现晶间腐蚀和热裂纹等现象。

晶间腐蚀是局部腐蚀的一种，破坏晶粒间的结合，从而引起金属的机械强度和耐腐蚀能力。应当减少不合理高温或低温的焊接时间，焊接完毕后的固溶要处理妥当。

许多易氧化烧损的合金元素，例如Cr、Ti等合金，焊接时容易出现热裂纹和气孔，易导致焊缝成型不良、焊接变形等问题，由此采取有效准确的焊接工艺便尤为重要。

（二）马氏体不锈钢

马氏体不锈钢属于淬硬组织，热影响区的淬硬倾向极强，当焊接接头含氢量高，处于高温且快速冷却至120-100度以下时，钢中的奥氏体发生转变，继而变成马氏体，其焊接有冷冽倾向，含碳量越高则冷冽倾向越强。

马氏体不锈钢焊接时易出现淬火裂纹和延迟裂纹的问题，其导热性低，容易钢体过热，从而在热影响区产生粗大组织，影响不锈钢的成型。

（三）铁素体不锈钢

铁素体不锈钢热稳定性和耐腐蚀性很强，同奥氏体不锈钢相比，其热膨胀系数相对偏小，约同碳钢相仿。其中碳量超过16%高铬的铁素体不锈钢，在常温状态下的韧性较低，焊接接头刚度较大时，容易产生焊后裂纹。在进行不锈钢焊接时，热影响区过高的部分，易降低焊接接头的塑性，晶粒细化困难，且若长时间将钢体停留在400°-600°会发生475°脆化。

二、影响焊接性的因素

焊缝不合格和钢体未焊透或烧穿是不锈钢焊接最常见的几个问题，焊接工艺参数的选择出现问题，或是操作技术的缺乏会使焊缝成型不良，强度不够。电流过孝电弧过长及焊接速度过快等因素会导致钢体未焊透，相反电流过大、焊接速度过慢、熔池温度过高会导致钢体被烧穿。

在不锈钢焊接工序完成后，若是出现焊接变形等现象，必须要立刻进行焊接矫正，对变形区域进行高温加热，压缩变形以完成矫正。

焊接方法的好坏与否是影响焊接性的重要因素，可以创新研究新型焊接方法，并建立专家系统，以弥补人工查询焊接工艺的局限性和不便性，完善数据库，在实施焊接工艺时将系统提供的指标同实际焊接指标进行评估和比对，从而开展更有效的焊接工艺。

三、不锈钢的焊接工艺设计

（一）奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢的基本成分为18%Cr、8%Ni，即为18-8型不锈钢。奥氏体不锈钢的焊接性、低温韧性和无磁性等性能良好，耐腐蚀，可塑性强，不易发生冷裂纹现象，多数情况下焊前无需进行预热，只在进行性工件刚性较大的焊接项目时，为了避免产生裂纹，便要进行焊前预热。在进行多层焊接时，要避免持续高温，应当在钢体冷却到100°时再进行下一层的焊接。

在焊接过程中，需要尽可能的减少电弧弧长，但切不可造成电弧短路，电弧的电压一般控制在9-20V适宜。焊接速度不可过快，约维持在15-20cm/min，正面2层SMAW/A1023.2mm，反接90-110/18.5-20/15-18，背面清根1层SMAW/A1023.2mm，反接100-120/20-22/18-20，以免破坏气流对熔池的保护性，焊接接头要减少在450-850℃之间的停留时间，从而提高不锈钢焊接接头的耐腐蚀性和生产效率。

具体焊接方法良多，主要有焊条电弧焊、不锈钢埋弧焊以及CO2不锈钢药芯焊丝电弧焊等。焊接时多采用操作方便灵活的手工电弧焊，属于一种传统焊接方式，投资少，使用方便灵活，经济实用。不锈钢埋弧焊多先焊缝焊内，再焊正面，容易出现损伤母材、影响美观等问题，且埋弧焊丝品种较少，质量参差不齐，使用后容易在焊缝中留有熔渣，焊工且需用砂轮反复打磨才可，因此不锈钢埋弧焊接成本较高，质量却相对低下，不是很实用。

至于CO2不锈钢药芯焊丝电弧焊，则是使用常规的CO2焊机或MIG焊机，保护气体则是采用了100%CO2或80%Ar+20%O2，焊缝美观大方，现阶段来看，CO2保护不锈钢药芯焊丝逐渐占据主要地位，大有取代其余焊接方式的趋势。

（二）马氏体不锈钢

马氏体不锈钢需进行焊前预热和焊后冷却以及焊后热处理。

1.焊前预热，为了防止冷裂纹的产生，需得进行焊前预热，当碳的质量分数为0.1%-0.2%时，预热温度为200-260℃，对高刚性焊件可预热至400-450℃。

2.焊后冷却，为使焊缝和热影响区的奥氏体分解，在回火前需要对钢体进行冷却，立即升温回火容易晶粒粗大，继而影响钢体的韧性、硬度和耐蚀性。

3.焊后热处理，焊后热处理分回火和完全退火，回火温度保持在650-750℃较为适宜，保温1小时，空冷；退火温度应当维持在830-880℃，保温2小时，空冷。继而降低焊缝和热影响区的硬度，提高钢体的塑性和韧性。

（三）铁素体不锈钢

铁素体不锈钢的热稳定性和耐腐蚀性较强，铁素体不锈钢在进行焊接之时，热影响区会使晶粒产生粗大组织，且易引起475°脆化，因而要尤为重视，在焊接时采取必要预防措施。

采用合适正确的焊接材料，降低焊缝和母材的碳含量，减少过热区的高温停留时间。在焊接时要将钢体进行焊前预热，预热温度要根据钢体中的含铬量决定，含铬量越高，则焊前预热的温度便要相应提高，约在100-150度之间。

焊条或焊剂要在焊前进行烘干，对于焊接热输入进行严格的控制，在无法进行焊后热处理的时候，采取适当奥氏体进行材料填充，在进行多层焊接时，要根据板厚来确定焊接温度。

要注重焊缝的拉伸强度和长宽大小，使钢体可以承受钢体焊接的交变载荷。

四、结语

随着我国经济技术和建筑行业的迅猛发展，对于不锈钢的需求量稳步增加，为了使不锈钢的焊机工艺可以紧跟时代步伐，以满足社会需求，继而对于不锈钢的焊接工艺设计也产生了更严格的要求。不锈钢焊接工艺是一项十分重要的项目，国内焊接工艺的大幅提高和进步是市场竞争的重要支撑点，要善于发掘新材料、新工艺。

参考文献：

[1]赵东,周丽华.钢材焊接性与焊接工艺咨询系统[J].焊接，2004，48（8）：31-34.

[2]肖德刚,刘爱国.新一代焊接工艺专家系统[J].焊接，2007，45（9）：11-15.

[3]赵尔冰,张亦良,陈志.焊接工艺对奥氏体不锈钢应力腐蚀行为的影响北京工业大学学报-2011年-11期