奥氏体不锈钢双面电弧焊技术

　　[摘 要]近年来，奥氏体不锈钢双面电弧焊技术得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了奥氏体不锈钢的焊接性，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就奥氏体不锈钢双面电弧焊控制重点展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
　　[关键词]奥氏体；不锈钢；双面电弧焊；技术
　　中图分类号：S163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0060-01
　　1 前言
　　作为一项实际要求较高的实践性工作，奥氏体不锈钢双面电弧焊的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对奥氏体不锈钢双面电弧焊技术的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
　　2 不锈钢的物理性能
　　奥氏体型不锈钢的线膨胀系数比碳钢大50%。只有马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢的线膨胀系数与碳钢大体相当：不锈钢的电阻率高，奥氏体型不锈钢的电阻率是碳钢的5倍；不锈钢的热导率低于碳钢，马氏体型不锈钢的热导率约为碳钢的1.3；奥氏体型不锈钢的密度大于碳钢，马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢的密度比碳钢稍小；奥氏体型不锈钢没有磁性，马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢有磁性；奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢比热容与碳钢相差不大，只有铁素体型不锈钢的比热容比碳钢要小一些。
　　不锈钢的物理性能主要用以下几方面来表示：①比热：单位质量的物质温度改变1度所需要的热量：②弹性模量：当施加力于单位长度棱柱的两端能引起物体在长度上的单位变化时，单位面积上所需的力；③热膨胀系数：因温度变化而引起物质量度的变化。膨胀系数是膨胀一温度曲线的斜率，两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。通常是用长度表示。
　　3 奥氏体不锈钢的焊接性
　　3.1 晶间腐蚀
　　3.1.1 产生晶间腐蚀的原因
　　不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于10～12%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%～0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C6等。数据表明，铬沿晶界扩散的活化能力162～252KJ/mol，而铬由晶粒内扩散活化能约540KJ/mol，即：铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界扩散速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。
　　3.1.2 防止晶间腐蚀的措施
　　①调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等。
　　②减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在0.04%以下，称为“超低碳”不锈钢，就可以避免铬的碳化物生成。
　　③工艺措施，控制在危险温度区（425-815℃）之间的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区（HAZ）、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀（KLA），晶间腐蚀。
　　3.2 应力腐蚀开裂
　　3.2.1 应力腐蚀开裂产生原因
　　应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蝕开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力和特定的腐蚀介质存在。
　　3.2.2 应力腐蚀开裂防治措施
　　从电化学防护通过水的净化处理降低冷却水与蒸汽水中的氯离子含量，对预防奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂是十分有效的，因此，改进金属构件的设计，防止腐蚀介质的富集，是一项重要的抑制SCC措施来说也可以用阴极保护来防止应力腐蚀的发生，因为阴极极化可降低裂纹扩展速度。
　　4 奥氏体不锈钢双面电弧焊控制重点
　　4.1 焊接变形与残余应力控制
　　焊接是一种局部加热的工艺过程，这种过程会造成母材局部受热膨胀和冷却收缩现象，因此所有焊接均会产生不同程度的变形，这些变形有可能导致容器棱角度、直径、椭圆度、垂直度、平面度等参数不符合设计图样的要求，也可能导致焊接残余应力引起的焊接裂纹等缺陷。为减少焊接应力与变形引起的不利影响，在焊接结构设计时，应对焊缝的配置、形状尺寸、数量等因素加以考虑。因设计时，焊缝已经确定，只能采取焊接工艺措施来控制减少变形和残余应力的影响。在实际监督检验时，对压力容器制造厂的焊接工艺以及合理施焊顺序进行加以控制，尽量减少焊接接头的拘束度是焊接工艺控制变形的基础，也可采用反变形法和刚性固定法对设备焊接过程进行控制，使焊接变形和残余应力降为最低。
　　4.2 焊接热裂纹控制
　　奥氏体不锈钢焊接时，焊缝和近缝区均可产生裂纹，而且主要是热裂纹，裂纹特征是典型的晶间断裂，其原因是源于奥氏体不锈钢受热膨胀较大，散热较慢，焊缝在凝固过程中，造成焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化，增大偏析，形成较大的焊接内应力，因此，焊接过程应尽量采用较小的焊接热输入，不进行预热并降低层间施焊温度，控制焊接速度，减少高温冷却速度或适当降低焊接电流来减少焊缝熔深。
　　4.3 晶间腐蚀控制
　　奥氏体不锈钢焊接接头易产生晶间腐蚀，造成晶间腐蚀的机理是在焊接过程中，敏化区域温度范围（450℃-850℃）内，在晶界析出铬的碳化物形成了贫铬的晶粒边界。在焊接工艺控制上应采用较低的焊接热输入，快速冷却以减少处于敏化加热的时间；焊接材料控制上应尽量降低含碳量，增加铌、钼、钛等元素到焊接接头中，减少或阻止晶粒边界生成铬的碳化物，以减少焊缝产生晶间腐蚀的可能性。
　　5 结束语
　　综上所述，加强对奥氏体不锈钢双面电弧焊技术的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的奥氏体不锈钢双面电弧焊工作过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
　　参考文献
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