通过对焊接特性的理论和实践分析，重点阐述了不同材质、不同工作环境条件下奥氏体不锈钢焊接时选择焊条的原则和方法。 只有工艺措施和焊条选择合理，才能焊接出完美的焊缝。
不锈钢在航空、石油、化工和原子能工业中的应用日益广泛。 不锈钢按化学成分分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。 分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢。
不锈钢中，奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）比其他不锈钢具有更好的耐腐蚀性； 强度较低，但塑性、韧性优良； 其焊接性能良好。 主要用作化工容器、设备及零部件等，是目前工业上应用最广泛的不锈钢。
虽然奥氏体不锈钢有很多优点，但如果焊接工艺不正确或者焊接材料选择不当，就会出现很多缺陷，最终影响性能。
奥氏体不锈钢的焊接特性
(1)容易产生热裂纹
奥氏体不锈钢在焊接时比较容易出现热裂纹，包括焊缝的纵向和横向裂纹、烧嘴裂纹、底部焊缝的根部裂纹和多层焊缝的层间裂纹，尤其是镍含量较高的裂纹。 高奥氏体不锈钢更容易生产。
1. 原因
(1)奥氏体不锈钢的液相线和固相线范围大，结晶时间长，单相奥氏体结晶方向性强，因此杂质偏析比较严重。
(2)导热系数小，线膨胀系数大，焊接时会产生较大的焊接内应力(一般是焊缝和热影响区的拉应力)。
(3)奥氏体不锈钢中的C、S、P、Ni等成分会在熔池中形成低熔点共晶。 例如，S和Ni形成的Ni3S2的熔点为645℃，而Ni-Ni3S2共晶的熔点仅为625℃。
2. 预防措施
(1)对于双相组织的焊缝，尽量使焊缝金属具有奥氏体和铁素体的双相组织。 铁素体含量应控制在3～5%以下，否则会扰乱奥氏体柱状晶的方向。 精炼谷物。 而且铁素体比奥氏体能溶解更多的杂质，从而减少低熔点共晶在奥氏体晶界的偏析。
(2)焊接工艺措施：焊接过程中，尽量采用带碱性药皮的优质焊条，采用小线能、小电流、快速、无摆动焊接，尽量填满末端的电弧坑，采用氩弧焊作为打底等。减少焊接应力和电弧坑裂纹。
(3)控制化学成分，严格限制焊缝中S、P等杂质含量，减少低熔点共晶。
(2)晶间腐蚀
腐蚀发生在晶粒之间，导致晶粒之间结合力丧失，强度几乎完全丧失。 当受到应力时，它会沿着晶界断裂。
1.原因
根据缺铬理论，当焊缝及热影响区加热到敏化温度450～850℃（危险温度区）时，由于Cr原子半径大，扩散速度慢，过饱和碳将移动到奥氏体晶粒中。 晶界与晶界处的铬化合物扩散形成，形成不足以抵抗腐蚀的贫铬晶界。
2. 预防措施
(1)控制碳含量
使用低碳或超低碳（W(C)≤0.03%）不锈钢焊材。 如A002等
(2)添加稳定剂
在钢和焊接材料中添加Ti、Nb等与C的亲和力比Cr更强的元素，可以与C结合形成稳定的碳化物，从而避免奥氏体晶界缺铬。 常用的不锈钢材料和焊接材料均含有Ti和Nb，如1、1钢、E347-15焊条、焊丝等。
（三）采取双向组织方式
一定量的铁素体形成元素，如Cr、Si、AL、MO等，通过焊丝或焊条熔入焊缝中，使焊缝形成奥氏体+铁素体双相组织，因为Cr在铁素体中的扩散速度比在奥氏体中的扩散速度快，因此Cr在铁素体中更快地扩散到晶界，减少了奥氏体晶界处的缺铬现象。 一般焊缝金属中铁素体含量控制在5%～10%。 如果铁素体过多，焊缝就会变脆。
(4)快速冷却
由于奥氏体不锈钢不会产生硬化，因此在焊接过程中，可以尝试提高焊接接头的冷却速度，例如在焊件下方使用铜垫或直接水冷。
焊接过程中可采用小电流、高焊速、短弧、多道焊等措施，缩短焊缝在危险温度区停留的时间，避免形成贫铬区。
(5)进行固溶处理或均匀化热处理，焊后将焊接接头加热至1050~1100℃钢材焊接焊条选择，使碳化物重新溶解为奥氏体钢材焊接焊条选择，然后快速冷却，形成稳定的单相奥氏体组织。
另外，还可以进行850~900℃、2小时的均匀化热处理。 此时，奥氏体晶粒内部的Cr向晶界扩散，晶界处的Cr含量再次达到12%以上，从而不再产生晶粒。 及时腐蚀。
(3)应力腐蚀开裂
金属在应力和腐蚀介质的共同作用下发生腐蚀破坏。 根据应力腐蚀断裂案例和对不锈钢设备及零件的实验研究，可以认为，在一定温度条件下，在一定的静态拉应力和特定电化学介质的共同作用下，现有的不锈钢存在发生应力腐蚀的可能性。 。 。
应力腐蚀的最大特点之一是腐蚀介质和材料组合的选择性。 奥氏体不锈钢的应力腐蚀主要是由盐酸、氯化物等含有氯离子的介质以及硫酸、硝酸、氢氧化物（碱）、海水、水蒸气、H2S水溶液、浓+NH3+NaCl等引起的。水溶液及其他介质。 。
1.原因
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定的腐蚀环境下受到拉应力时发生的延迟开裂现象。 奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂是焊接接头的一种严重失效模式，表现为无塑性变形的脆性失效。
2. 预防措施
(1)合理制定成形加工和装配工艺，尽量减少冷作变形，避免强行装配，防止装配过程中产生的各种伤痕(各种装配伤痕、电弧烧痕会成为SCC裂纹的根源，易引起腐蚀坑。
(2)合理选择焊接材料，应保证焊缝与母材良好的匹配，不产生晶粒粗大、硬脆马氏体等不良组织。
(3)采用合适的焊接工艺，保证焊缝成形良好，不会产生应力集中或咬边等点蚀缺陷。采用合理的焊接顺序，降低焊接残余应力水平。 例如，避免交叉焊缝、将Y形坡口改为X形坡口、适当减小坡口角度、采用短焊道、采用小线能量等。
(4)消除应力的焊后热处理，如完全退火或焊后退火； 当热处理难以实施时，采用焊后锤击或喷丸处理。
（5）生产管理措施介质杂质控制，如液氨介质中O2、N2、H2O等，液化石油气中H2S，氯化物溶液中O2、Fe3+、Cr6+等，防腐处理：如涂层、内衬或阴极保护等，添加缓蚀剂。
奥氏体304不锈钢金相
(4)焊接接头脆化
奥氏体不锈钢焊缝受高温一段时间后，冲击韧性会下降，称为脆化。
1、焊缝金属低温脆化（475℃脆化）
(一)原因
含有较多铁素体相(超过15%～20%)的双相焊缝组织在350～500℃加热后，塑性和韧性会显着下降。 由于475℃时脆化速度最快，故称为475℃脆化。
对于奥氏体不锈钢焊接接头，耐腐蚀性或抗氧化性并不总是最关键的性能。 在低温下使用时，焊缝金属的塑性和韧性成为关键性能。
为了满足低温韧性的要求，焊缝组织通常希望获得单一的奥氏体组织，以避免δ铁素体的存在。 δ铁素体的存在总是使低温韧性变差，且含量越大，脆化越严重。
（二）防控措施
①在保证焊缝金属抗裂、耐蚀的前提下，铁素体相应控制在较低水平，约为
大约5%。
② 475℃时已脆化的焊缝可通过900℃淬火消除。
2、焊接接头σ相脆化
(一)原因
奥氏体不锈钢焊接接头在375～875℃温度范围内长期使用时，会产生FeCr间的化合物，称为σ相。 σ相硬而脆(HRC>68)。
由于σ相的析出，焊缝的冲击韧性急剧下降。 这种现象称为σ相脆化。 σ相一般只出现在双相焊缝中； 当使用温度超过800～850℃时，单相奥氏体焊缝中也会析出σ相。
（二）预防措施
①限制焊缝金属中铁素体含量（小于15%）； 采用超级合金焊接材料，即高镍焊接材料，并严格控制Cr、Mo、Ti、Nb等元素的含量。
②采用小规格，减少焊缝金属在高温下的停留时间。
③条件允许时对析出的σ相进行固溶处理，使σ相溶解到奥氏体中。
④ 将焊接接头加热至1000~1050℃，然后快速冷却。 1钢中一般不产生σ相。
3、熔合线脆断
(一)原因
奥氏体不锈钢在高温下长期使用时，会在熔合线外的少数晶粒处发生脆性断裂。
（二）防控措施
钢中添加Mo可以提高钢的抗高温脆性断裂的能力。
通过以上分析，只有合理选择上述焊接工艺措施或焊接材料，才能避免上述焊接缺陷的发生。 奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的焊接方法都可以用于焊接奥氏体不锈钢。
在各种焊接方法中，焊条电弧焊具有适应各种位置和不同板厚的优点，应用广泛。 下面重点分析不同用途奥氏体不锈钢焊条的选择原则和方法。
奥氏体不锈钢焊条选择要点
不锈钢主要用于耐腐蚀，但也用作耐热钢和低温钢。 因此，焊接不锈钢时，焊条的性能必须与不锈钢的用途相符。 不锈钢焊条必须根据母材和工作条件（包括工作温度和接触介质等）来选择。
不锈钢不同钢种及焊条型号及牌号对照表
钢级
焊条型号
焊条等级
焊条名义成分
评论
E308L-16
A002
E316L-16
A022
良好的耐热性、耐腐蚀性、抗裂性
-16
A032
-16
A042
E385-16
A052
焊缝耐甲酸、醋酸和氯离子腐蚀
E308-16
A102
钙钛型药物皮
E308-15
A107
低氢药物皮肤
--
A122
--
E347-16
A132
具有优异的抗晶间腐蚀能力
E347-15
A137
E316-16
A202
-16
A212
比A202更好的耐晶间腐蚀性能
-16
A222
由于含有Cu，在硫酸介质中具有很强的耐酸性。
E317-16
A242
Mo含量高，耐非氧化性酸和有机酸良好
E309-16
A302
异种钢、高铬钢、高锰钢等
-16
A312
E310-16
A402
用于可淬硬的重铬钢和异种钢
E310-15
A407
低氢药物皮肤
E16-25MoN-16
A502
E16-25MoN-15
A507
(1) 第1点
一般来说，焊条的选择可以参考母材的材质，选择与母材成分相同或相似的焊条。 例如：A102对应A137。
(2) 第2点
由于碳含量对不锈钢的耐腐蚀性能影响较大，因此一般选用熔敷金属碳含量不高于母材金属碳含量的不锈钢焊条。 例如316L必须使用A022焊条。
(3) 第3点
奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。 可以通过焊接工艺评定进行验证。
(4)第4点（奥氏体耐热钢）
对于在高温下工作的耐热不锈钢（奥氏体耐热钢），选用的焊条主要应满足焊缝金属的抗热裂性能和焊接接头的高温性能。
1、对于Cr/Ni≥1的奥氏体耐热钢，如奥氏体-铁素体不锈钢焊条，焊缝金属中宜采用2%～5%的铁素体。 铁素体含量过低时，焊缝金属的抗裂性能差； 如果过高，在高温下长期使用或热处理时易形成σ脆化相，引起裂纹。
如A002、A102、A137。 在一些特殊应用中，可能需要全奥氏体焊缝金属时，可采用A402、A407焊条等。
2. 对于铬/镍
(5)第五点(耐腐蚀不锈钢)
对于在各种腐蚀介质中工作的耐腐蚀不锈钢，应根据介质和工作温度选择焊条，并保证其耐腐蚀性能（焊接接头腐蚀性能试验）。
1、对于工作温度在300℃以上的强腐蚀性介质，必须使用含有Ti或Nb稳定元素或超低碳不锈钢的焊条。 如A137或A002等。
2、对于含有稀硫酸或盐酸的介质，常采用含有Mo或Mo和Cu的不锈钢焊条，如A032、A052等。
3、不含Ti或Nb的不锈钢焊条只能用于弱腐蚀性的设备或只是为了避免腐蚀污染。 为了保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力，采用超合金焊接材料，即焊缝金属中耐腐蚀合金元素（Cr、Ni等）的含量高于焊缝金属的含量。基本金属。 例如，使用类型焊接材料（如A022）来焊接焊件。
(6) 第6点
对于低温条件下工作的奥氏体不锈钢，应保证焊接接头在工作温度下的低温冲击韧性，因此采用纯奥氏体焊条。 如A402、A407。
(7) 第7点
也可提供镍基合金电极。 例如，Mo含量高达9%的镍基焊接材料用于焊接Mo6超级奥氏体不锈钢。
(8)第8点：焊条药皮类型的选择
1、由于双相奥氏体钢焊缝金属本身含有一定量的铁素体，具有良好的塑性和韧性，因此从焊缝金属的抗裂性能来看，碱性药皮焊条和钛钙型药皮焊条的区别并不如与碳钢焊条一样重要。 因此，在实际应用中，更加注重焊接工艺性能，多采用药皮类型代号为17或16（如A102A、A102、A132等）的焊条。
2、只有当结构刚性很大或焊缝金属抗裂性能较差时（如某些马氏体铬不锈钢、纯奥氏体铬镍不锈钢等），涂层代号15才可以考虑为碱性涂层不锈钢电极（如A107、A407等）。
综上所述
综上所述，奥氏体不锈钢的焊接有其独特的特点。 焊接奥氏体不锈钢时焊条的选择尤其值得注意。 通过长期的实践证明，上述措施对于不同的材料可以达到不同的焊接效果。 不同材质的方法和焊条，不锈钢焊条必须根据母材和工作条件（包括工作温度和接触介质等）来选择。 对我们来说有很好的指导意义，这样才有可能达到预期的焊接质量。
