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摘 要：本文主要阐述了奥氏体不锈钢的化学成分和性能，总结出奥氏体不锈钢焊接中存在的问题，并提出了预防措施，在此基础上，针对奥氏体不锈钢焊接方法及材料选择进行了分析与研究，最后结合应用实践加以论述，旨在为生产过程中对于此类型的不锈钢件焊接提供参考。
关键词：奥氏体 不锈钢 焊接工艺 焊接材料 应用
一、奥氏体不锈钢的化学成分和性能
奥氏体不锈钢基本成分为 18%Cr、8%Ni，简称18-8型不锈钢。为了调整耐腐蚀性、力学性能、工艺 性能和降低成本，在奥氏体不锈钢中还常加入 Mn、Cu、N、Mo、Ti、Nb 等合金元素，以此在 18-8型不锈钢 基础上发展了许多新钢种。 奥氏体不锈钢具有良好的焊接性、低温韧性和 无磁性等性能，其特点是含碳量低于 0.1%，利用 Cr、Ni 配合获得单相奥氏体组织，具有良好的冷变形能力、较高的耐蚀性和塑性，可以冷拔成很细的钢丝、冷拔成很薄的钢带或钢管。
二、奥氏体不锈钢焊接中存在的问题及预防
1.焊接接头的热裂纹
奥氏体不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及热影响区都有产生热裂纹的可能性。首先，正是上面所提到的奥氏体不锈钢的物理属性决定了它在焊接接头区域不能停留较长时间，否则焊缝及热影响区就会承受较大的拉伸应力与应变；其次，是焊缝凝固结晶过程的温度范围很大，一些低熔点杂质元素会严重偏析并在晶界聚集，在一定的拉应力作用下起裂、扩展形成晶间裂纹。由此可见，焊接区较大的焊接应力是形成焊接热裂纹的必要条件之一。
防止措施：1）选用低氢型焊条或者焊丝可使焊缝晶粒细化，减少杂质偏析，提高熔敷金属的抗热裂纹能力，而且焊缝金属中氢氧含量低使得非金属夹杂物较少，从而具有较高的塑韧性。2）调整焊缝金属的化学成分。综合考虑各种合金元素对奥氏体不锈钢焊缝热裂倾向的影响，通过提高Cr、Si、Mo等元素含量、降低C、S、Ni等的含量来减少热裂纹的产生。3）采用合理的焊接参数，以避免因熔池过热而形成粗大组织。
2.焊接接头的腐蚀缺陷
Cr18Ni8型奥氏体不锈钢在多层焊缝的前层焊缝热影响区达到敏化温度区域（600～1000℃）时，晶界上容易析出碳化铬，形成贫铬晶界，从而导致焊缝的晶间腐蚀和热影响区的敏化区腐蚀。奥氏体不锈钢形成贫“Cr”晶界造成晶粒表层含铬量下降，是发生晶间腐蚀的主要原因。应力腐蚀开裂是另一种比较严重的失效形式，大多发生在焊缝表面，然后深入焊缝金属内部，危害严重。主要原因是焊接区的残余拉应力、焊缝结晶组织以及在焊接区的碳化物析出等。
防止措施：1）选用超低碳或者添加Ti、Nb等稳定元素的不锈钢焊接材料。2）采用小热输入焊接，减小危险温度区域停留时间。3）合理设计焊接接头来降低或者消除接头的应力集中。4）为减少或者消除焊接残余应力，应合理布置焊道顺序。
三、奥氏体不锈钢焊接方法及材料选择
1.不锈钢焊接方法
本文以石油化工行业管道安装施工中最常用的手工电弧焊及钨极氩气保护焊为例，简单描述其焊接施工中的注意事项。
1.1手工焊条电弧焊，是焊接厚度在 2mm 以上的奥氏体不锈钢板最常用的焊接方法。施工过程中，为控制焊接线能量，防止晶间腐蚀，焊接速度必须控制，在保证焊透的前提下快速焊接。
1.2实际施焊过程中，为提高生产效率，采取加快焊接接头冷却速度的办法，即每焊完一层焊缝后浇水，加快冷却。如果条件允许，可以在焊缝背面边浇水边施焊，但必须注意到焊接熔池及其附近区域不允许有水。
1.3钨极氩气保护焊，是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。因氩气保护效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，焊接时线能量很小，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，焊缝强度和塑韧性都优良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和机械化焊接。
2.不锈钢焊接材料选择
奥氏体不锈钢焊接材料的选择要遵循“等成分”的大原则，即焊接材料的化学成分要与母材相似，以满足焊接接头的抗裂性、耐蚀性等使用性能。本文简单介绍一下最常用的奥氏体不锈钢焊条及焊丝的选择要求。
2.1不锈钢焊接用焊条选择。一般情况下，选择不锈钢焊条时熔敷金属含碳量不高于母材的含碳量，建议采用低碳或超低碳的焊芯，使用低碳或无碳的铁合金和金属元素作为药皮的原材料，降低奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的倾向，同时严格控制不锈钢焊芯和药皮中的硫、磷含量，以减少产生焊缝热裂纹的危险性。
2.2不锈钢焊接用焊丝的选择。不锈钢焊丝种类有很多，按其适用的焊接工艺方法可分为埋弧焊用焊丝气体保护焊用焊丝电渣焊用焊丝堆焊用焊丝和气焊用焊丝不锈钢焊丝选择时，采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致，尤其是含碳量不能高于母材含碳量，以尽量避免焊缝产生晶间腐蚀。
四、奥氏体不锈钢焊接工艺的应用
本文结合我厂不锈钢底门焊接工艺，所选用的母材是0Cr19Ni10NbN，属于18-8系列奥氏体不锈钢。我们选用CO2气体保护焊，并逐步完善了不锈钢底门焊接工艺。
1.焊前准备。①不锈钢焊接对于油污、杂质等非常敏感，因此焊前要对焊缝周围30mm范围彻底清理，可以采取钢丝刷抛光等措施使其光滑洁净。②不锈钢底门的材料以16mm和12mm厚度钢板为主，属于中等厚度，采用机加工的方法制作单边V形坡口，并在坡口30mm范围内涂上石灰粉防止飞溅损坏钢材表面。③对接焊缝要求20%超声波抽探、角焊缝要求100%磁粉探伤，为了满足探伤要求和提高效率，采用在坡口背面加衬垫（材料与母材相同）以保证焊缝背面的良好成形和防止焊件烧穿。
2.焊接气体选用。采用Ar80%+CO220%混合气体。
3.焊材选用。依据“等成分”原则，选用E309L焊丝，该焊材是超低碳Cr23Ni13型不锈钢焊丝，在不含Nb、Ti等稳定化元素时也能抵抗因碳化物析出而产生的晶间腐蚀，再者可以使焊缝金属中Cr、Ni含量高于母材以提高接头的抗应力腐蚀。母材和焊材化学成分如表1所示。
表1 母材与焊材化学成分（质量分数） （%）
4.焊接稳定分析。不锈钢底门不需要焊前预热和焊后热处理，但是为了防止焊接热裂纹、热影响区晶粒粗大及碳化物析出，保证焊接接头的塑性与耐蚀性，应控制较低的层间温度。
5.焊接参数的选择 采用小热输入焊接，即小电流、快速焊、短弧焊且严禁摆动焊，因为摆动焊使焊接热影响区增大、应力变形增大，从而导致热裂纹、晶间腐蚀等缺陷。采用多层多道焊，一般4～5层恰好合适，为防止较大的焊接变形，我们采用分段退焊法和刚性固定来预防。具体焊接参数如表2所示。
表2 焊接参数
五、结语
綜上所术，本文通过不断总结生产中出现的实际问题，深入分析研究奥氏体不锈钢的焊接特点，逐步完善它的焊接工艺，反过来再用这个相对固定的工艺路线去指导不锈钢件的焊接，这样才能取得了良好的实用效果和经济效益。
参考文献
[1]顾纪清.不锈钢应用手册[M].化学工业出版社.2007.
[2] 刘政军. 不锈钢焊接及质量控制[J]. 化学工业出版社.2008.
关键词：奥氏体 不锈钢 焊接工艺 焊接材料 应用
一、奥氏体不锈钢的化学成分和性能
奥氏体不锈钢基本成分为 18%Cr、8%Ni，简称18-8型不锈钢。为了调整耐腐蚀性、力学性能、工艺 性能和降低成本，在奥氏体不锈钢中还常加入 Mn、Cu、N、Mo、Ti、Nb 等合金元素，以此在 18-8型不锈钢 基础上发展了许多新钢种。 奥氏体不锈钢具有良好的焊接性、低温韧性和 无磁性等性能，其特点是含碳量低于 0.1%，利用 Cr、Ni 配合获得单相奥氏体组织，具有良好的冷变形能力、较高的耐蚀性和塑性，可以冷拔成很细的钢丝、冷拔成很薄的钢带或钢管。
二、奥氏体不锈钢焊接中存在的问题及预防
1.焊接接头的热裂纹
奥氏体不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及热影响区都有产生热裂纹的可能性。首先，正是上面所提到的奥氏体不锈钢的物理属性决定了它在焊接接头区域不能停留较长时间，否则焊缝及热影响区就会承受较大的拉伸应力与应变；其次，是焊缝凝固结晶过程的温度范围很大，一些低熔点杂质元素会严重偏析并在晶界聚集，在一定的拉应力作用下起裂、扩展形成晶间裂纹。由此可见，焊接区较大的焊接应力是形成焊接热裂纹的必要条件之一。
防止措施：1）选用低氢型焊条或者焊丝可使焊缝晶粒细化，减少杂质偏析，提高熔敷金属的抗热裂纹能力，而且焊缝金属中氢氧含量低使得非金属夹杂物较少，从而具有较高的塑韧性。2）调整焊缝金属的化学成分。综合考虑各种合金元素对奥氏体不锈钢焊缝热裂倾向的影响，通过提高Cr、Si、Mo等元素含量、降低C、S、Ni等的含量来减少热裂纹的产生。3）采用合理的焊接参数，以避免因熔池过热而形成粗大组织。
2.焊接接头的腐蚀缺陷
Cr18Ni8型奥氏体不锈钢在多层焊缝的前层焊缝热影响区达到敏化温度区域（600～1000℃）时，晶界上容易析出碳化铬，形成贫铬晶界，从而导致焊缝的晶间腐蚀和热影响区的敏化区腐蚀。奥氏体不锈钢形成贫“Cr”晶界造成晶粒表层含铬量下降，是发生晶间腐蚀的主要原因。应力腐蚀开裂是另一种比较严重的失效形式，大多发生在焊缝表面，然后深入焊缝金属内部，危害严重。主要原因是焊接区的残余拉应力、焊缝结晶组织以及在焊接区的碳化物析出等。
防止措施：1）选用超低碳或者添加Ti、Nb等稳定元素的不锈钢焊接材料。2）采用小热输入焊接，减小危险温度区域停留时间。3）合理设计焊接接头来降低或者消除接头的应力集中。4）为减少或者消除焊接残余应力，应合理布置焊道顺序。
三、奥氏体不锈钢焊接方法及材料选择
1.不锈钢焊接方法
本文以石油化工行业管道安装施工中最常用的手工电弧焊及钨极氩气保护焊为例，简单描述其焊接施工中的注意事项。
1.1手工焊条电弧焊，是焊接厚度在 2mm 以上的奥氏体不锈钢板最常用的焊接方法。施工过程中，为控制焊接线能量，防止晶间腐蚀，焊接速度必须控制，在保证焊透的前提下快速焊接。
1.2实际施焊过程中，为提高生产效率，采取加快焊接接头冷却速度的办法，即每焊完一层焊缝后浇水，加快冷却。如果条件允许，可以在焊缝背面边浇水边施焊，但必须注意到焊接熔池及其附近区域不允许有水。
1.3钨极氩气保护焊，是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。因氩气保护效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，焊接时线能量很小，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，焊缝强度和塑韧性都优良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和机械化焊接。
2.不锈钢焊接材料选择
奥氏体不锈钢焊接材料的选择要遵循“等成分”的大原则，即焊接材料的化学成分要与母材相似，以满足焊接接头的抗裂性、耐蚀性等使用性能。本文简单介绍一下最常用的奥氏体不锈钢焊条及焊丝的选择要求。
2.1不锈钢焊接用焊条选择。一般情况下，选择不锈钢焊条时熔敷金属含碳量不高于母材的含碳量，建议采用低碳或超低碳的焊芯，使用低碳或无碳的铁合金和金属元素作为药皮的原材料，降低奥氏体不锈钢焊缝产生晶间腐蚀的倾向，同时严格控制不锈钢焊芯和药皮中的硫、磷含量，以减少产生焊缝热裂纹的危险性。
2.2不锈钢焊接用焊丝的选择。不锈钢焊丝种类有很多，按其适用的焊接工艺方法可分为埋弧焊用焊丝气体保护焊用焊丝电渣焊用焊丝堆焊用焊丝和气焊用焊丝不锈钢焊丝选择时，采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致，尤其是含碳量不能高于母材含碳量，以尽量避免焊缝产生晶间腐蚀。
四、奥氏体不锈钢焊接工艺的应用
本文结合我厂不锈钢底门焊接工艺，所选用的母材是0Cr19Ni10NbN，属于18-8系列奥氏体不锈钢。我们选用CO2气体保护焊，并逐步完善了不锈钢底门焊接工艺。
1.焊前准备。①不锈钢焊接对于油污、杂质等非常敏感，因此焊前要对焊缝周围30mm范围彻底清理，可以采取钢丝刷抛光等措施使其光滑洁净。②不锈钢底门的材料以16mm和12mm厚度钢板为主，属于中等厚度，采用机加工的方法制作单边V形坡口，并在坡口30mm范围内涂上石灰粉防止飞溅损坏钢材表面。③对接焊缝要求20%超声波抽探、角焊缝要求100%磁粉探伤，为了满足探伤要求和提高效率，采用在坡口背面加衬垫（材料与母材相同）以保证焊缝背面的良好成形和防止焊件烧穿。
2.焊接气体选用。采用Ar80%+CO220%混合气体。
3.焊材选用。依据“等成分”原则，选用E309L焊丝，该焊材是超低碳Cr23Ni13型不锈钢焊丝，在不含Nb、Ti等稳定化元素时也能抵抗因碳化物析出而产生的晶间腐蚀，再者可以使焊缝金属中Cr、Ni含量高于母材以提高接头的抗应力腐蚀。母材和焊材化学成分如表1所示。
表1 母材与焊材化学成分（质量分数） （%）
4.焊接稳定分析。不锈钢底门不需要焊前预热和焊后热处理，但是为了防止焊接热裂纹、热影响区晶粒粗大及碳化物析出，保证焊接接头的塑性与耐蚀性，应控制较低的层间温度。
5.焊接参数的选择 采用小热输入焊接，即小电流、快速焊、短弧焊且严禁摆动焊，因为摆动焊使焊接热影响区增大、应力变形增大，从而导致热裂纹、晶间腐蚀等缺陷。采用多层多道焊，一般4～5层恰好合适，为防止较大的焊接变形，我们采用分段退焊法和刚性固定来预防。具体焊接参数如表2所示。
表2 焊接参数
五、结语
綜上所术，本文通过不断总结生产中出现的实际问题，深入分析研究奥氏体不锈钢的焊接特点，逐步完善它的焊接工艺，反过来再用这个相对固定的工艺路线去指导不锈钢件的焊接，这样才能取得了良好的实用效果和经济效益。
参考文献
[1]顾纪清.不锈钢应用手册[M].化学工业出版社.2007.
[2] 刘政军. 不锈钢焊接及质量控制[J]. 化学工业出版社.2008.