第九章 不锈钢的焊接.ppt

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1、不锈钢及其焊接工艺不锈钢及其焊接工艺第一节第一节 不锈钢的类型和性能不锈钢的类型和性能第第二二节节 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接 第第三三节节 铁素体不锈钢的焊接铁素体不锈钢的焊接第第四四节节 马氏体不锈钢的焊接马氏体不锈钢的焊接 综合训练不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的、具有高度化学稳定性的合金钢的总称。不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性和较好的力学性能，适于制造耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备。不锈钢中主加元素铬的质量分数不锈钢中主加元素铬的质量分数CrCr1212，通，通常还含其他合金元素如常还含其他合金元素如NiNi、MnMn、MoMo等。

2、等。不锈钢之所以具有耐腐蚀性是因为：不锈钢之所以具有耐腐蚀性是因为：l l一是不锈钢中一定量的一是不锈钢中一定量的CrCr元素，能在钢材表面形成一元素，能在钢材表面形成一层不溶于腐蚀介质的坚固的氧化钝化膜，使金属与外层不溶于腐蚀介质的坚固的氧化钝化膜，使金属与外界介质隔离而不发生化学作用；界介质隔离而不发生化学作用；l l二是大部分金属腐蚀属于电化学腐蚀，铬的加入可提二是大部分金属腐蚀属于电化学腐蚀，铬的加入可提高钢基体的电极电位；三是高钢基体的电极电位；三是CrCr、NiNi、MnMn、NN等元素的等元素的加入还会促使形成单相组织，阻止形成微电池，从而加入还会促使形成单相组织，阻止形成微电池

3、，从而提高耐蚀性。提高耐蚀性。按照合金元素对不锈钢组织的影响和作用的程度，将其分为两大类：l l一类是形成或稳定奥氏体的元素：一类是形成或稳定奥氏体的元素：C C、NiNi、MnMn、NN和和CuCu等；等；l l另一类是缩小或封闭奥氏体区即形成铁素体的另一类是缩小或封闭奥氏体区即形成铁素体的元素：元素：CrCr、Si Si、MoMo、TiTi、NbNb、V V、WW和和AlAl等。等。第一节第一节 不锈钢的类型和性能不锈钢的类型和性能能力知识点能力知识点1 1 锈钢的类型锈钢的类型不锈钢实际上是不锈钢和耐（酸）蚀钢的总称。l在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢称为不锈钢；l在某些强腐蚀介质中能抵抗

4、侵蚀的钢称为耐蚀钢。不锈钢不一定能耐（酸）腐蚀，而耐蚀钢一定具有良好的耐蚀性。不锈钢按其金相组织可分为l铁素体型不锈钢l马氏体型不锈钢l奥氏体型不锈钢l双相不锈钢（包括奥氏体铁素体型、奥氏体马氏体型）l沉淀硬化不锈钢等。1 1铁素体不锈钢铁素体不锈钢室温组织为铁素体室温组织为铁素体铬的质量分数铬的质量分数CrCr在在11.511.532.032.0的范围内。随的范围内。随CrCr增加，其耐酸性能提高；加入钼后，则可以增加，其耐酸性能提高；加入钼后，则可以提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。典型牌号有典型牌号有00Cr1200Cr12、1Cr171Cr17、00C

5、r17Mo00Cr17Mo、00Cr30Mo200Cr30Mo2等等主要用于制造硝酸化工设备的吸收塔、热交换器、主要用于制造硝酸化工设备的吸收塔、热交换器、储运和运输硝酸用的槽罐以及制造不承受冲击载储运和运输硝酸用的槽罐以及制造不承受冲击载荷的其它零部件和设备。荷的其它零部件和设备。根据根据C C和和NN的总含量，铁素体不锈钢分为普通纯度的总含量，铁素体不锈钢分为普通纯度和超高纯度两个系列。和超高纯度两个系列。（1 1）普通纯度铁素体不锈钢）普通纯度铁素体不锈钢 其碳的质量分数其碳的质量分数wcwc为为0.10.1左右，并含有少量的氮，其典型的牌号为左右，并含有少量的氮，其典型的牌号为1Cr1

6、71Cr17、1Cr17Mo1Cr17Mo等。与奥氏体不锈钢相比，缺点等。与奥氏体不锈钢相比，缺点是材质较脆，焊接性较差。其主要原因是其中碳是材质较脆，焊接性较差。其主要原因是其中碳和氮的总质量分数较高、在高温加热条件下造成和氮的总质量分数较高、在高温加热条件下造成钢的脆性转变温度升高。钢的脆性转变温度升高。（2 2）超高纯度铁素体不锈钢）超高纯度铁素体不锈钢 通过真空或保护气通过真空或保护气体精炼技术炼出超低碳和超低氮含量（体精炼技术炼出超低碳和超低氮含量（C+NC+N总的总的质量分数质量分数0.0250.0250.0350.035）的超高纯度铁素）的超高纯度铁素体不锈钢，其典型牌号有体不锈

7、钢，其典型牌号有00Cr18Mo200Cr18Mo2和和00Cr27Mo00Cr27Mo等。这类钢不论在韧性、耐蚀性还是等。这类钢不论在韧性、耐蚀性还是焊接性等方面均优于普通纯度的铁素体不锈钢，焊接性等方面均优于普通纯度的铁素体不锈钢，并得到了广泛的应用。并得到了广泛的应用。2 2马氏体不锈钢马氏体不锈钢室温组织为马氏体室温组织为马氏体铬的质量分数铬的质量分数CrCr在在11.511.518.018.0范围内，碳的范围内，碳的质量分数质量分数C C最高可达最高可达1.01.0。马氏体不锈钢具有一定的耐酸腐蚀性和较好的热马氏体不锈钢具有一定的耐酸腐蚀性和较好的热稳定性及热强性。稳定性及热强性。主

8、要用于力学性能要求较高、且在弱腐蚀介质中主要用于力学性能要求较高、且在弱腐蚀介质中工作的零件和工具，也可作为温度在工作的零件和工具，也可作为温度在700700以下以下长期工作的耐热钢使用，如汽轮机的叶片、内燃长期工作的耐热钢使用，如汽轮机的叶片、内燃机排气阀和医疗器械等。这类钢的焊接性较差，机排气阀和医疗器械等。这类钢的焊接性较差，其典型牌号的钢板有其典型牌号的钢板有1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、1Cr17Ni21Cr17Ni2等。等。3 3奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢室温组织为奥氏体室温组织为奥氏体它是在高铬不锈钢中加入适当的镍（镍的质量分它是在高铬不锈钢中加

9、入适当的镍（镍的质量分数数wNiwNi为为8 82525）而形成的。）而形成的。奥氏体不锈钢是以奥氏体不锈钢是以Cr18Ni9Cr18Ni9铁基合金为基础，在此铁基合金为基础，在此基础上随着用途的不同，发展了六大系列奥氏体基础上随着用途的不同，发展了六大系列奥氏体不锈钢：不锈钢：l l1 1）在）在0Cr18Ni90Cr18Ni9的基础上降低碳的质量分数，获得的基础上降低碳的质量分数，获得00 00 Cr19Ni10Cr19Ni10等超低碳不锈钢，耐蚀性提高；在此基础上等超低碳不锈钢，耐蚀性提高；在此基础上加入加入MoMo、CuCu、TiTi，获得，获得00 Cr17Ni14Mo200 Cr1

10、7Ni14Mo2、00 00 Cr18Ni14Mo2Cu2TiCr18Ni14Mo2Cu2Ti等，抗还原性酸的能力提高；等，抗还原性酸的能力提高；l l2 2）在）在0Cr18Ni90Cr18Ni9的基础上增加碳的质量分数，获得的基础上增加碳的质量分数，获得1Cr18Ni91Cr18Ni9等，强度提高；等，强度提高；l l3 3）在）在0Cr18Ni90Cr18Ni9基础上加入基础上加入TiTi、NbNb等稳定碳化物元素，等稳定碳化物元素，获得获得0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb1Cr18Ni11Nb等，抗晶等，抗晶间腐

11、蚀的能力提高；间腐蚀的能力提高；l l4 4）在）在0Cr18Ni90Cr18Ni9的基础上加入的基础上加入MoMo、CuCu、TiTi等元素，获等元素，获得得1Cr18Ni12Mo2Ti1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni12Mo2Cu20Cr18Ni12Mo2Cu2等，抗还原酸腐蚀的能力和抗晶间等，抗还原酸腐蚀的能力和抗晶间腐蚀的能力提高；腐蚀的能力提高；l l5 5）在）在0Cr18Ni90Cr18Ni9基础上加入基础上加入CrCr、NiNi等元素，可获得等元素，可获得1Cr23Ni131Cr23Ni13、1Cr25Ni2

12、01Cr25Ni20等，耐热性提高；等，耐热性提高；l l6 6）在）在0Cr18Ni90Cr18Ni9基础上用基础上用MnMn、NN代代NiNi，节约了，节约了CrCr、NiNi，获得，获得1Cr17Mn6Ni5N1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni5N1Cr18Mn8Ni5N，成本降低。，成本降低。奥氏体不锈钢属于耐蚀钢，在氧化性、中性及弱奥氏体不锈钢属于耐蚀钢，在氧化性、中性及弱还原性介质中有良好的耐蚀性，是应用最广泛的还原性介质中有良好的耐蚀性，是应用最广泛的不锈钢，其中以不锈钢，其中以18-818-8型不锈钢最具有代表性，它型不锈钢最具有代表性，它具有较好的力学性能，便于机

13、加工、冲压和焊接。具有较好的力学性能，便于机加工、冲压和焊接。在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的耐热性能；但对溶液中含有氯离子（耐热性能；但对溶液中含有氯离子（ClCl-）的介质）的介质特别敏感，易于发生应力腐蚀。特别敏感，易于发生应力腐蚀。18-818-8型不锈钢按其化学成分中的碳的含量不同，型不锈钢按其化学成分中的碳的含量不同，可分为三个等级：一般含碳量（可分为三个等级：一般含碳量（wc0.15%wc0.15%）、）、低碳级（低碳级（wc0.08%wc0.08%）和超低碳级）和超低碳级（wc0.03%wc0.03%）。l l如如1Cr18N

14、i91Cr18Ni9、0Cr18Ni90Cr18Ni9、00Cr18Ni900Cr18Ni9三种钢材分别属于三种钢材分别属于上述三个等级。上述三个等级。部分奥氏体不锈钢可作为耐热钢使用部分奥氏体不锈钢可作为耐热钢使用4.4.奥氏体奥氏体-铁素体型双相不锈钢铁素体型双相不锈钢l l室温组织为奥氏体室温组织为奥氏体+铁素体铁素体l l与含碳量相同的奥氏体不锈钢相比，具有较小的晶间与含碳量相同的奥氏体不锈钢相比，具有较小的晶间腐蚀倾向和较高的力学性能，且韧性比铁素体不锈钢腐蚀倾向和较高的力学性能，且韧性比铁素体不锈钢好。同时，由于少量铁素体的存在，还有利于奥氏好。同时，由于少量铁素体的存在，还有利于

15、奥氏体不锈钢在焊接过程中防止热裂纹的形成。体不锈钢在焊接过程中防止热裂纹的形成。l l当铁素体的体积分数在当铁素体的体积分数在30306060时，不锈钢具有特时，不锈钢具有特殊的抗点蚀、抗应力腐蚀的性能，如殊的抗点蚀、抗应力腐蚀的性能，如00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr26Ni5Mo20Cr26Ni5Mo2等牌号，这类钢的等牌号，这类钢的屈服点约为一般奥氏体不锈钢的两倍。屈服点约为一般奥氏体不锈钢的两倍。l l广泛应用于化肥厂和化工厂等设备装置，其机械加工、广泛应用于化肥厂和化工厂等设备装置，其机械加工、冷冲压和焊接性能良好，且具有较好的耐蚀性能。冷冲压和焊

16、接性能良好，且具有较好的耐蚀性能。沉淀硬化不锈钢l l沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理获得高强度、高韧硬化元素，通过适当热处理获得高强度、高韧性并具有良好耐蚀性能的一类不锈钢。性并具有良好耐蚀性能的一类不锈钢。l l通常作为耐磨、耐蚀、高强度结构件，如轴、通常作为耐磨、耐蚀、高强度结构件，如轴、齿轮、弹簧、阀等零件以及高强度压力容器、齿轮、弹簧、阀等零件以及高强度压力容器、化工处理设备和航空航天设备等。化工处理设备和航空航天设备等。能力知识点能力知识点2 2 不锈钢的性能不锈钢的性能1不锈钢的物理性能奥氏体不锈钢的线膨胀系

17、数比低碳钢大将近50，而热导率仅为低碳钢的1/3左右；铁素体不锈钢钢和马氏体不锈钢钢的线膨胀系数与低碳钢相近，而热导率仅为低碳钢的1/2左右。l由于奥氏体不锈钢的特殊物理性能，在焊接过程中会引起较大的焊接变形，特别是在异种钢焊接时，由于两种材料的热导率和线膨胀系数有很大差别，会产生很大的残余应力，成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。奥氏体不锈钢通常是非磁性的，当冷加工硬化产生马氏体相变时，将产生磁性，可用热处理方法来消除马氏体和磁性。2 2不锈钢的力学性能不锈钢的力学性能各类不锈钢的力学性能见表各类不锈钢的力学性能见表2 2（教材（教材205205页）页）奥氏体不锈钢的综合性能最好，既有足够的

18、强度，又有极奥氏体不锈钢的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，同时硬度也不高。好的塑性，同时硬度也不高。奥氏体不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强奥氏体不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服点和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着度、屈服点和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小；并具有较高的冷加工硬化性。温度降低而减小；并具有较高的冷加工硬化性。马氏体不锈钢在退火状态下，硬度最低；可通过淬火硬化；马氏体不锈钢在退火状态下，硬度最低；可通过淬火硬化；正常使用时回火状态的硬度又稍有下降。正常使用时回火状态的硬度又稍有下降。铁素体不锈钢的特点是常温塑

19、性低。当在高温长时间加热铁素体不锈钢的特点是常温塑性低。当在高温长时间加热时，可能导致时，可能导致475475脆化，脆化，脆性相产生或晶粒粗大等，脆性相产生或晶粒粗大等，使力学性能进一步恶化。使力学性能进一步恶化。不锈钢的耐蚀性能不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀（表面腐蚀）、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀破裂等五种。（1）均匀腐蚀l l均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。生腐蚀的现象。l l由于不锈钢中铬的质量分数在由于不锈钢中铬的质量分数在12.512.5以上，在以上，在氧化性介质中容易在表面形成富铬氧化膜，该氧化性介质中容易在表

20、面形成富铬氧化膜，该膜能够阻止金属的离子化而产生钝化作用，同膜能够阻止金属的离子化而产生钝化作用，同时还能提高基体的电极电位，因此提高了不锈时还能提高基体的电极电位，因此提高了不锈钢的耐均匀腐蚀性能。钢的耐均匀腐蚀性能。（2）晶间腐蚀l l晶间腐蚀是起源于金属表面沿金属晶界发生的晶间腐蚀是起源于金属表面沿金属晶界发生的有选择的深入金属内部的腐蚀。有选择的深入金属内部的腐蚀。l l该种腐蚀是一种局部腐蚀，能够导致晶粒间的该种腐蚀是一种局部腐蚀，能够导致晶粒间的结合力丧失，使材料强度几乎消失。所以在所结合力丧失，使材料强度几乎消失。所以在所有的腐蚀形式中，晶间腐蚀的危害性最大，容有的腐蚀形式中，晶

21、间腐蚀的危害性最大，容易造成设备突然破坏，而在金属外形上没有任易造成设备突然破坏，而在金属外形上没有任何变化。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢均会产何变化。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢均会产生晶间腐蚀生晶间腐蚀。（3）点蚀l l点蚀是指在金属表面产生的尺寸约小于点蚀是指在金属表面产生的尺寸约小于1.01.0的的穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。l l主要是由材料表面钝化膜的局部破坏所引起的，主要是由材料表面钝化膜的局部破坏所引起的，经试验研究表明，材料的阳极电位值越高，抗经试验研究表明，材料的阳极电位值越高，抗点蚀能力越好。点蚀能力越好。l l超低碳高铬镍含钼奥氏体不锈钢和超高纯度含

22、超低碳高铬镍含钼奥氏体不锈钢和超高纯度含钼高铬铁素体不锈钢均有较高的耐点蚀性能。钼高铬铁素体不锈钢均有较高的耐点蚀性能。（4 4）缝隙腐蚀）缝隙腐蚀l l缝隙腐蚀是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏缝隙腐蚀是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑，常发生在垫圈、铆接、螺钉连接缝、搭接的观蚀坑，常发生在垫圈、铆接、螺钉连接缝、搭接的焊接接头等部位。焊接接头等部位。l l主要是由介质的电化学不均匀性引起的。主要是由介质的电化学不均匀性引起的。l l0Cr18Ni90Cr18Ni9及及00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo2型奥氏体不锈钢、铁素体型奥氏体不锈钢、铁素体及马氏体不锈钢

23、在海水中均有缝隙腐蚀的倾向。及马氏体不锈钢在海水中均有缝隙腐蚀的倾向。l l适当增加铬、钼含量可以改善抗缝隙腐蚀的能力。实适当增加铬、钼含量可以改善抗缝隙腐蚀的能力。实际上只有采用钛、高钼镍基合金和铜合金等才能有效际上只有采用钛、高钼镍基合金和铜合金等才能有效地防止缝隙腐蚀的发生。因此，改变介质成分和结构地防止缝隙腐蚀的发生。因此，改变介质成分和结构形式是防止缝隙腐蚀的重要措施。形式是防止缝隙腐蚀的重要措施。（5 5）应力腐蚀破裂）应力腐蚀破裂l l应力腐蚀破裂是指在拉伸应力与电化学介质的共同作应力腐蚀破裂是指在拉伸应力与电化学介质的共同作用下，因阳极溶解过程而引起的断裂。其产生的条件用下，因

24、阳极溶解过程而引起的断裂。其产生的条件如下：如下：l l1 1）引起应力腐蚀破裂的介质条件应力腐蚀的最大特）引起应力腐蚀破裂的介质条件应力腐蚀的最大特点之一是在腐蚀介质与材料的组合上有选择性。在此点之一是在腐蚀介质与材料的组合上有选择性。在此特定组合以外的条件下不产生应力腐蚀。特定组合以外的条件下不产生应力腐蚀。l l如奥氏体不锈钢的应力腐蚀发生在在溶液中如奥氏体不锈钢的应力腐蚀发生在在溶液中ClCl-和含氧和含氧量共存并达到一定程度。对此种现象又常称为氯脆。量共存并达到一定程度。对此种现象又常称为氯脆。l l2 2）应力条件应力腐蚀破裂是在拉应力作用下才能产）应力条件应力腐蚀破裂是在拉应力作

25、用下才能产生，在压应力的作用下不会产生。生，在压应力的作用下不会产生。l l3 3）材料条件）材料条件 一般条件下纯金属不产生应力腐蚀，应一般条件下纯金属不产生应力腐蚀，应力腐蚀均发生在合金中。在晶界上的合金元素是引起力腐蚀均发生在合金中。在晶界上的合金元素是引起合金的晶间型开裂的应力腐蚀的重要原因。合金的晶间型开裂的应力腐蚀的重要原因。第二节第二节 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接 能力知识点能力知识点1 1 奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢焊接时存在的主要问题是：奥氏体不锈钢焊接时存在的主要问题是：l l焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；焊

26、缝及热影响区热裂纹敏感性大；焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；l l接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；l l接头中铁素体含量高时，可能出现接头中铁素体含量高时，可能出现接头中铁素体含量高时，可能出现接头中铁素体含量高时，可能出现475475475475脆化脆化脆化脆化或或或或相脆化。相脆化。相脆化。相脆化。一、焊接热裂纹一、焊接热裂纹单相奥氏体不锈钢钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性。在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在HAZ或多层焊道间金属出现液化裂纹。1 1

27、焊接接头产生热裂纹的原因焊接接头产生热裂纹的原因奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取决于其化学成分、组织与性能特点：决于其化学成分、组织与性能特点：l l1 1）化学成分奥氏体不锈钢中的合金元素较多，尤其）化学成分奥氏体不锈钢中的合金元素较多，尤其是含有一定数量的镍，它易与硫、磷等杂质形成低熔是含有一定数量的镍，它易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶，如点共晶，如Ni-SNi-S共晶熔点为共晶熔点为645645，Ni-PNi-P共晶熔点为共晶熔点为880880，比，比Fe-SFe-S、Fe-PFe-P共晶的熔点更低，危害性也更大。共晶的熔点更低，危害性

28、也更大。其他一些元素如硅、硼、铌等元素，也能形成有害的其他一些元素如硅、硼、铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层，这些低熔点共晶会促使热裂纹的产生。易熔晶间层，这些低熔点共晶会促使热裂纹的产生。l l2 2）组织奥氏体不锈钢钢焊缝易形成方向性）组织奥氏体不锈钢钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了热裂纹的敏感性。热裂纹的敏感性。l l3 3）性能从奥氏体不锈钢的物理性能看，它）性能从奥氏体不锈钢的物理性能看，它具有热导率小、线膨胀系数大的特点，因而在具有热导

29、率小、线膨胀系数大的特点，因而在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。接残余拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。综上所述，奥氏体不锈钢的焊接热裂纹倾向比低碳钢大得多，尤其是高镍奥氏体不锈钢。2 2防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施（1 1）冶金措施）冶金措施l l1 1）严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量）严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量l l2 2）调整焊缝化学成分使焊缝金属出现奥氏体铁素）调整焊缝化学成分使焊缝金属出现奥氏体铁素体双相组织，能够有效地防止焊缝热裂纹

30、的产生。体双相组织，能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。l l如如18-818-8钢焊缝组织中有少量铁素体（钢焊缝组织中有少量铁素体（）相存在，则抗）相存在，则抗裂性能大大提高。这是因为裂性能大大提高。这是因为相的存在打乱了奥氏体相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性（如图焊缝柱状晶的方向性（如图2 2所示）、细化了晶粒，低所示）、细化了晶粒，低熔点的杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质熔点的杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹扩展和延伸；呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹扩展和延伸；相相能溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的数能溶解较多的硫、磷等微量元素，

31、使其在晶界上的数量大减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。常用铁素量大减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。体化的元素有铬、钼、钒等。图图1 相含量对焊接热裂倾向的影响相含量对焊接热裂倾向的影响相含量对焊接热裂倾向的影响相含量对焊接热裂倾向的影响图图2 相在奥氏体基体上的分布相在奥氏体基体上的分布 a)单相单相 b)+l l3 3）控制焊缝金属中的铬镍比）控制焊缝金属中的铬镍比 对于对于18-818-8型不锈型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.611.61时，就时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到易产生热裂纹；而铬镍比达到2.32.33.

32、23.2时，就时，就可以防止热裂纹的产生。可以防止热裂纹的产生。l l4 4）在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微）在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微量元素量元素 这些元素可以细化晶粒，也可以减少焊这些元素可以细化晶粒，也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。缝对热裂纹的敏感性。上述冶金因素主要是通过选择焊接材料来达到调整焊缝化学成分的目的。目前我国生产的18-8型不锈钢焊条的熔敷金属，都能获得奥氏体-铁素体双相组织。（2 2）工艺措施）工艺措施l l焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的柱状晶。为此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道，柱状晶。为

33、此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道，多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。此外，液化裂纹主要出现在此外，液化裂纹主要出现在25-2025-20型奥氏体不锈钢型奥氏体不锈钢的焊接接头中。防止液化裂纹的产生，除了严格的焊接接头中。防止液化裂纹的产生，除了严格限制母材中的杂质含量，控制母材的晶粒度以外，限制母材中的杂质含量，控制母材的晶粒度以外，在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度

34、等措施，以减少母热输入和提高接头的冷却速度等措施，以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。二、焊接接头的晶间腐蚀二、焊接接头的晶间腐蚀有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中工有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶粒边界的腐蚀，作一段时间后可能发生局部沿着晶粒边界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀。一般称此种腐蚀为晶间腐蚀。根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生焊缝晶间腐蚀、奥氏体不锈钢焊接接头可能发生焊缝晶间腐蚀、HAZHAZ敏化区（敏化区（60060

35、010001000）晶间腐蚀、熔合区）晶间腐蚀、熔合区附近的刀状腐蚀。附近的刀状腐蚀。图图3 0Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀不锈钢晶间腐蚀图图4 奥氏体不锈钢焊接接头奥氏体不锈钢焊接接头可能发生晶间腐蚀的部位可能发生晶间腐蚀的部位a焊缝区焊缝区 bHAZ敏化区敏化区 c熔合区熔合区1晶间腐蚀（1）产生晶间腐蚀的原因奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀，都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况：l l一种是焊态下已有一种是焊态下已有Cr23C6Cr23C6析出，如多层焊缝的析出，如多层焊缝的重复加热区域；重复加热区域；l l另一种为接头在焊态下无贫铬层，焊后经过敏另一种

36、为接头在焊态下无贫铬层，焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。奥氏体不锈钢焊接接头敏化温度范围为奥氏体不锈钢焊接接头敏化温度范围为60060010001000，高于平衡条件下的敏化温度。，高于平衡条件下的敏化温度。奥氏体不锈钢在加热到奥氏体不锈钢在加热到450450850850时，对晶间腐时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称敏化温度区。蚀最敏感，此温度区间称敏化温度区。l l因为当温度低于因为当温度低于450450时，碳原子活动能力很弱，时，碳原子活动能力很弱，Cr23C6Cr23C6析出困难不会形成贫铬层；析出困难不会形成贫铬层；l l而当温度高于而当温

37、度高于850850时，晶粒内部的铬获得了足够的动时，晶粒内部的铬获得了足够的动能，扩散到晶界，从而使已形成的贫铬层消失；能，扩散到晶界，从而使已形成的贫铬层消失；l l而在而在450450850850温度区间内，既有利于温度区间内，既有利于Cr23C6Cr23C6的析出，的析出，晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫铬层，对晶间腐蚀最敏感。铬层，对晶间腐蚀最敏感。l l如果在如果在450450850850温度区间加热足够长的时间，晶内温度区间加热足够长的时间，晶内的铬原子也可以扩散到晶界使贫铬层消失。的铬原子也可以扩散到晶界使贫铬层消失。（

38、2）防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施1）冶金措施l l使焊缝金属具有奥氏体使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，其铁素体双相组织，其铁素体的体积分数应在铁素体的体积分数应在4 41212范围内。范围内。l l在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、铌、钽和锆等。定化元素，如钛、铌、钽和锆等。l l超低碳有利于防止晶间腐蚀。超低碳有利于防止晶间腐蚀。2）工艺措施l l选择合适的焊接方法即热输入最小，让焊选择合适的焊接方法即热输入最小，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区间停留时间；接接头尽可能地缩短在敏化温度区间停留时间；l l焊接参数应在保证焊缝

39、质量的前提下，采用焊接参数应在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流、最快的焊接速度；小的焊接电流、最快的焊接速度；l l在操作上尽量采用窄焊缝，多道多层焊，焊在操作上尽量采用窄焊缝，多道多层焊，焊条或焊丝不摆动；并注意每焊完一道焊缝后，条或焊丝不摆动；并注意每焊完一道焊缝后，要等焊接处冷却至室温再进行下一道焊缝的焊要等焊接处冷却至室温再进行下一道焊缝的焊接。接。l l强制焊接区的快速冷却；强制焊接区的快速冷却；l l进行固溶处理或稳定化处。进行固溶处理或稳定化处。2.刀状腐蚀（1）刀状腐蚀产生的原因l l刀状腐蚀简称刀蚀，它是焊接接头中特有的一刀状腐蚀简称刀蚀，它是焊接接头中特有的一种晶间腐

40、蚀，只发生在含有种晶间腐蚀，只发生在含有TiTi、NbNb等稳定化元等稳定化元素的奥氏体不锈钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔素的奥氏体不锈钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于合线发展，处于HAZHAZ的过热区，由于区域很窄的过热区，由于区域很窄（电弧焊一般为（电弧焊一般为1.01.01.51.5），形状有如刀削切），形状有如刀削切口，故称为刀状腐蚀。口，故称为刀状腐蚀。l l高温过热和中温敏化是导致焊接接头过热区产高温过热和中温敏化是导致焊接接头过热区产生刀蚀的重要条件。生刀蚀的重要条件。l l刀蚀产生的原因也与刀蚀产生的原因也与Cr23C6Cr23C6沉淀造成贫铬层有沉淀造成贫铬层有关。关。图

41、图5 1Cr18Ni2Mo2Ti不锈钢焊接接头的刀状不锈钢焊接接头的刀状腐蚀形貌腐蚀形貌（2 2）防止刀蚀的措施）防止刀蚀的措施降低母材的含碳量降低母材的含碳量采用合理的焊接工艺采用合理的焊接工艺l l在保证焊缝质量的前题下，尽量选择较小的热输入，在保证焊缝质量的前题下，尽量选择较小的热输入，以减小过热区在高温停留时间，并注意避免在焊接过以减小过热区在高温停留时间，并注意避免在焊接过程中产生程中产生“中温敏化中温敏化”的效果；的效果；l l双面焊时，与腐蚀介质接触的焊缝应尽量最后施焊，双面焊时，与腐蚀介质接触的焊缝应尽量最后施焊，如不能实施，则应调整焊接参数及焊缝形状，尽量避如不能实施，则应调

42、整焊接参数及焊缝形状，尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热，如图免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热，如图6 6所示；所示；l l焊接过程中或焊后采用强制冷却的方法，使焊缝快速焊接过程中或焊后采用强制冷却的方法，使焊缝快速冷却；冷却；l l焊后矫正，采用冷矫方法进行；焊后矫正，采用冷矫方法进行；l l对腐蚀性能要求较高的焊件，必要时进行焊后的稳定对腐蚀性能要求较高的焊件，必要时进行焊后的稳定化处理或固溶处理。化处理或固溶处理。图图6 第二面焊缝的敏化区对刀蚀的影响第二面焊缝的敏化区对刀蚀的影响 a)敏化区与腐蚀介质不接触敏化区与腐蚀介质不接触b)敏化区与腐蚀介质接触敏化区与腐蚀介

43、质接触 三、应力腐蚀开裂(SCC)1.应力腐蚀开裂产生原因l l应力腐蚀开裂是在拉应力和特定腐蚀介质共同应力腐蚀开裂是在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下而发生的一种破坏形式。作用下而发生的一种破坏形式。l l应力腐蚀开裂引起的事故占整个腐蚀破坏事故应力腐蚀开裂引起的事故占整个腐蚀破坏事故的的6060以上。以上。l l奥氏体不锈钢焊接接头容易出现应力腐蚀开裂，奥氏体不锈钢焊接接头容易出现应力腐蚀开裂，这是焊接奥氏体不锈钢最不易解决的问题之一，这是焊接奥氏体不锈钢最不易解决的问题之一，特别是在化工设备中，应力腐蚀开裂现象经常特别是在化工设备中，应力腐蚀开裂现象经常出现。出现。2防止应力腐蚀开裂的措施

44、l l1 1）合理地设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接）合理地设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。l l2 2）消除或降低焊接接头的残余应力。）消除或降低焊接接头的残余应力。l l3 3）正确选用材料）正确选用材料能力知识点能力知识点能力知识点能力知识点2 2 2 2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点焊前准备焊前准备焊前准备焊前准备（1 1 1 1）下料方法）下料方法）下料方法）下料方法l l机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料机械切割

45、、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。或坡口加工。或坡口加工。或坡口加工。（2 2）焊前清理）焊前清理 l l焊前应将坡口及其两侧焊前应将坡口及其两侧20203030范围内的焊件表面清范围内的焊件表面清理干净。理干净。（3 3）表面防护）表面防护 l l在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中，应注意避免在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中，应注意避免损伤不锈钢表面，以免使产品的耐蚀性能降低。损伤不锈钢表面，以免使产品的耐蚀性能降低。（4 4）自冷作硬化现象）自冷作硬化现象焊接方法奥氏体不锈钢可以采

46、用所有的熔焊方法，如焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊等进行焊接。焊接材料焊接材料对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择的原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金料选择的原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的热强性与母材基本相同，这就要求其合金成属的热强性与母材基本相同，这就要求其合金成分大致与母材成分匹配，同时应当考虑焊缝金属分大致与母材成分匹配，同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制。中铁素体含量的控制。对在腐蚀介质下工作的奥氏体不锈钢，主要按腐对在腐蚀介质下工作的奥氏体不锈钢，主要按腐蚀介质和耐腐蚀性要求来选择焊接材

47、料，一般选蚀介质和耐腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相同或相近的焊接材料。用与母材成分相同或相近的焊接材料。l l腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含TiTi或或NbNb等稳定化元素或超低碳焊接材料；等稳定化元素或超低碳焊接材料；l l对于耐酸腐蚀性能较高的工件，常选用含对于耐酸腐蚀性能较高的工件，常选用含MoMo的焊接材的焊接材料。料。焊接工艺要点焊接工艺要点根据奥氏体不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊根据奥氏体不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊接时要注意以下几点：接时要注意以下几点：（1 1）焊前不预热）焊前不预热（2 2）防止接头过

48、热）防止接头过热l l具体措施有：焊接电流比低碳钢时小具体措施有：焊接电流比低碳钢时小10102020，短，短弧快速焊，直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避弧快速焊，直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避免重复加热，强制冷却焊缝（加铜垫板、喷水冷却等）。免重复加热，强制冷却焊缝（加铜垫板、喷水冷却等）。（3 3）要保证工件表面完好无损）要保证工件表面完好无损（4 4）焊后热处理）焊后热处理焊后清理不锈钢焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理。l l常用的酸洗方法有两种：酸液酸洗和酸膏酸洗。常用的酸洗方法有两种：酸液酸洗和酸膏酸洗。l l钝化在酸洗后进行，用钝化液在部件表面揩一钝化在酸洗后进行，用钝化液

49、在部件表面揩一遍，然后用冷水冲洗，再用抹布仔细擦洗，最遍，然后用冷水冲洗，再用抹布仔细擦洗，最后用温水冲洗干净并干燥。经钝化处理后的不后用温水冲洗干净并干燥。经钝化处理后的不锈钢制品表面呈白色，具有较好的耐蚀性。锈钢制品表面呈白色，具有较好的耐蚀性。能力知识点能力知识点3 3 双相不锈钢的焊接性双相不锈钢的焊接性 及焊接工艺要点及焊接工艺要点国家标准中的双相不锈钢牌号有00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2、1Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti和0Cr26NiMo20Cr26NiMo2等三类。其化学成分见表，在石油化工等工业设备中用于取代奥氏体不锈钢。表三类双相不锈钢

50、的化学成分表三类双相不锈钢的化学成分类类型型牌号牌号化学成分（化学成分（质质量分数）量分数）/%/%C CCrCrNiNiMoMoSiSiMnMnN N其它其它Cr18Cr1800Cr18Ni5Mo00Cr18Ni5Mo3Si23Si20.030.0318.018.019.519.54.54.55.55.52.52.53.03.01.31.32.2.0 01.01.02.2.0 00.100.10Cr21Cr211Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti0.090.090.140.1420.020.022.022.04.84.85.85.80.80.80.80.8Ti(C%-Ti(C%-0.02