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引言：奥氏体不锈钢比其他不锈钢具有更优良的耐腐蚀性、耐热性和塑性。奥氏体不锈钢焊接性能比较好。但如果焊接方法和工艺参数选择不当，仍可产生晶间腐蚀、裂纹等一些缺陷。为防止这些缺陷的产生，有必要了解产生的原因和防止方法，在生产中加以预防，便可获得优良的焊接接头。
一、不锈钢概述
1、概述
不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。
由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐蚀，因为铬、镍、氯是同位原素，同位原素会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。
二、奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢的焊接性能较好，焊接时不需要采用特殊的工艺措施。但若焊接工艺选择不当，容易引起晶间腐蚀和热裂纹等缺陷。
（一）晶间腐蚀
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。
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。
（二）应力腐蚀开裂
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。应力腐蚀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（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
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。
（三）热裂纹
热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化，产生裂纹，叫液化裂纹。
1、热裂纹产生原因
①晶间存在液态间层
焊缝：存在低熔点杂质偏析形成液态间层。
热影响区：过热区晶界存在低熔点杂质。
②存在焊接拉应力。
2、热裂纹的防止措施
①限制钢材和焊材的低熔点杂质，如S、P含量。
②控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计算厚度之比）枣焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹。
③调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。
④减少焊接拉应力。
⑤操作上填满弧坑。
（四）焊缝成型不良
1、焊缝成型不良原因
焊缝成型不良与很多因素有关，如工艺参数选择不对，人员操作手法不对，也有环境的影响因素。
当焊缝表面出现凹坑、塌陷等，很可能会造成焊缝应力集中，影响接头的疲劳使用寿命。当焊缝内部出现孔洞时，影响接头的拉伸性能。焊缝表面出现焊瘤、飞溅等影响美观，又增加焊后的修复的成本。
2、防止措施
对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶腐蚀问题，可以通过焊接工艺来解决。采用乌极轻弧焊打底，较小的焊接线数量，来控制热影响处与敏化温度区间。
3、采用手工钨极氩弧焊打底，电焊盖面的焊接方法，焊接材料采用日本产TGS-9Cb焊丝，电焊条采用英国曼切特生产9MV-N。焊丝需经表面除油、锈、水处理。焊条需经350-400℃烘干处理，值放于80-100℃保温内随用随取。
4、焊接时采用小规范进行焊接，焊接线能量要严格控制。P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性较差，且焊接规范又较小，因而，容易出现夹渣，层间未熔等缺陷。这就要求焊接时的操作必须到位。比如水平固定位置焊接，当焊条摆动到坡口边缘时，电弧停时间要稍长一些，尽量充分熔敷过度，不留夹沟。为避免产生大的缺陷，焊肉厚度要尽量薄，一般是焊条直径加1毫米为宜，摆动焊接时，因受线能量的限制和焊肉厚度的限制，所以，焊条摆动幅度不宜超过焊条直径的千倍。而每层焊道必须用锯条和角磨机清理干净，不得任意捶击，根层及近根层焊接，管内必须进行充氩保护。
三、结语
总之，焊接时必须认真按照工艺评定要求进行，坡口打磨，对口间隙、钝边、固定焊的支撑块等一系列工作，热处理工要认真作好预热、恒温、保温、热处理等项准备工作。焊前预热，焊接层间温度，除以热电偶进行自动测控外，在现场辅以远红外线自动测温仪进行监控，以保证管壁达到真正的温度要求。
（作者单位：辽河石油职业技术学院13级焊接1班）
一、不锈钢概述
1、概述
不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。
由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐蚀，因为铬、镍、氯是同位原素，同位原素会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。
二、奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢的焊接性能较好，焊接时不需要采用特殊的工艺措施。但若焊接工艺选择不当，容易引起晶间腐蚀和热裂纹等缺陷。
（一）晶间腐蚀
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。
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。
（二）应力腐蚀开裂
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。应力腐蚀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（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。
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。
（三）热裂纹
热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化，产生裂纹，叫液化裂纹。
1、热裂纹产生原因
①晶间存在液态间层
焊缝：存在低熔点杂质偏析形成液态间层。
热影响区：过热区晶界存在低熔点杂质。
②存在焊接拉应力。
2、热裂纹的防止措施
①限制钢材和焊材的低熔点杂质，如S、P含量。
②控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计算厚度之比）枣焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹。
③调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。
④减少焊接拉应力。
⑤操作上填满弧坑。
（四）焊缝成型不良
1、焊缝成型不良原因
焊缝成型不良与很多因素有关，如工艺参数选择不对，人员操作手法不对，也有环境的影响因素。
当焊缝表面出现凹坑、塌陷等，很可能会造成焊缝应力集中，影响接头的疲劳使用寿命。当焊缝内部出现孔洞时，影响接头的拉伸性能。焊缝表面出现焊瘤、飞溅等影响美观，又增加焊后的修复的成本。
2、防止措施
对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶腐蚀问题，可以通过焊接工艺来解决。采用乌极轻弧焊打底，较小的焊接线数量，来控制热影响处与敏化温度区间。
3、采用手工钨极氩弧焊打底，电焊盖面的焊接方法，焊接材料采用日本产TGS-9Cb焊丝，电焊条采用英国曼切特生产9MV-N。焊丝需经表面除油、锈、水处理。焊条需经350-400℃烘干处理，值放于80-100℃保温内随用随取。
4、焊接时采用小规范进行焊接，焊接线能量要严格控制。P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性较差，且焊接规范又较小，因而，容易出现夹渣，层间未熔等缺陷。这就要求焊接时的操作必须到位。比如水平固定位置焊接，当焊条摆动到坡口边缘时，电弧停时间要稍长一些，尽量充分熔敷过度，不留夹沟。为避免产生大的缺陷，焊肉厚度要尽量薄，一般是焊条直径加1毫米为宜，摆动焊接时，因受线能量的限制和焊肉厚度的限制，所以，焊条摆动幅度不宜超过焊条直径的千倍。而每层焊道必须用锯条和角磨机清理干净，不得任意捶击，根层及近根层焊接，管内必须进行充氩保护。
三、结语
总之，焊接时必须认真按照工艺评定要求进行，坡口打磨，对口间隙、钝边、固定焊的支撑块等一系列工作，热处理工要认真作好预热、恒温、保温、热处理等项准备工作。焊前预热，焊接层间温度，除以热电偶进行自动测控外，在现场辅以远红外线自动测温仪进行监控，以保证管壁达到真正的温度要求。
（作者单位：辽河石油职业技术学院13级焊接1班）