肇庆东洋新岛不锈钢工程有限公司
摘要：不锈钢（Stainless Steel）是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质（酸、碱、盐等化学浸蚀）腐蚀的钢种称为耐酸钢。
关键词：不锈钢；焊接工艺；分析
由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。
不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。还有用于压力容器用的专用不锈钢《GB24511_2009_承压设备用不锈钢钢板及钢带》。
不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，因此，大多数不锈钢的含碳量均较低，最大不超过1.2%，有些钢的ωc（含碳量）甚至低于0.03%（如00Cr12）。不锈钢中的主要合金元素是Cr（铬），只有当Cr含量达到一定值时，钢材有耐蚀性。因此，不锈钢一般Cr（铬）含量至少为10.5%。不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等元素。
1、常见不锈钢焊接方法及工艺
不锈钢主要包括当离子焊接、氩弧焊接、手工电弧焊和埋弧焊技术等。
1.1手工电弧焊
为了避免焊接接头在危险温度范围停留较长时间而出现贫铬区，避免接头温度过高而出现热裂纹缺陷，应使用小电流快速焊方式应用在手工焊接不锈钢当中，加强熔池保护，并防止基本金属过热，在具体焊接期间需要采用短弧焊接方式，不能形成横向摆动，最佳方式为窄焊道。如果要实施多层焊接方式，则每焊完一层需要对熔渣进行彻底清除，对焊接缺陷处进行全面检查，并采取有效处理措施。等到前道焊缝温度降低到140℃左右时，再进行下一道焊接工序。在焊接期间需要全面按照“先焊接非工作面，后焊接与腐蚀介质直接接触的工作面”的原则进行。
1.2氩弧焊
对于厚度较小的不锈钢焊件而言，需要优先使用氩弧焊方式，该种焊接方式的优势表现在良好的焊接熔池保护作用，焊接质量高、电弧稳定性强、热量集中、无熔渣、焊接变形幅度小。在焊接之前需要使用夹具夹紧接头或者进行固焊处理，彻底清理接头25 mm范围内的焊丝和工作面，还需要处理油污等杂质。在实际焊接期间，首先需要确保焊接质量，在此基础之上加快焊接速度，避免焊缝当中存在气孔，降低焊件变形幅度，避免焊接接头热量过高。
1.3埋弧自动焊
对于较厚焊件的平直焊缝而言，需要优先使用埋弧自动焊接方式，该种焊接方式能够加强生产效率，在较大程度上提升焊接质量。然而，在焊接不锈钢时如果采用埋弧自动焊方式，则需要严格按照构件的工作环境和化学成分合理选择焊剂和焊丝。因为钢电阻系数较大、导热系数小，在焊接期间不能过度伸出焊丝，将其伸出长度控制在35 mm左右，在确保焊透前提下，需要尽量使用小电流快速焊接方式。
2、不锈钢的特性
不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其它腐蚀介质腐蚀的，具有高度化学稳定性的钢种，这类钢具有优良的耐蚀性、力学性能、工艺性能及很大的工作温度范围（-269℃至1050℃），适用于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备，广泛应用于石油、化工、电力、仪表、食品、航空及核能等领域。不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。奥氏体型不锈钢在不锈钢中应用最广（约占70%），它是在18%铬铁素体型不锈钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，根据加入元素铬、镍含量，可以分为以下几种类型：18-8型钢、18-12型钢、25-20型钢、铬锰低镍型。
3、不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢的抗拉强度高、塑性、韧性也好，但屈服点较低，相对于碳素钢高温强度高、耐氧化性好，适用于高温使用，可作为耐热钢用，同时具有相当好的冲击韧度。奥氏体不锈钢比其它不锈钢容易焊接，在任何温度下都不会发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下接头具有较好塑性和韧性。具备良好可焊性，热裂倾向小。一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与碳钢等进行异种钢焊接。焊接的主要问题是：焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀等。同时因导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形较大。
4、焊接工艺
4.1 坡口型式、坡口准备
奥氏体不锈钢坡口型式应考虑焊接层数和填充金属量，在保证工作效率的同时满足焊缝的力学性能要求，对于全焊透对接接头采用V型坡口，坡口角度为35±5℃。焊口组对前采用机械方法对坡口两侧15mm范围内的氧化皮、油脂、杂质等进行清理。坡口的定位采用与正式焊接用的材料相同，组对完成后检查组对间隙，符合技术规程要求的范围。
4.2 焊接方法选择
奥氏体不锈钢因受其自身的冶金特性的制约，在选择焊接方法时应遵循如下原则：
①避免使用过低或过高的焊接热输入。过低的线能量会使奥氏体相析出大量减少，甚至形成纯铁素体组织，工艺和使用性能大幅度降低。过高的热输入会使焊缝金属晶粒粗大，韧性下降。适宜使用多层焊。②避免使用热处理。③经济性。在选用焊接方法时，应考虑其经济合理，维修方便。④奥氏体不锈钢采用中性气体保护焊时，会有部分N从熔池上部溢出，这会导致表面层富含铁素体，降低了抗腐蚀性。根据奥氏体不锈钢接头形式、母材厚度、焊缝长度等不同，从工作效率高，焊接性能好，经济性高考虑，可采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊等多种方式。
4.3 层间温度
为防止焊缝金属中的合金元素在高温下的烧损，严格控制层间温度不能超过150℃。
4.4 焊接工艺控制要点
奥氏体不锈钢焊接工艺控制要点如下：①焊接时尽量选用较小的焊接热输入，即在保证焊接质量的前提下采用小的焊接电流和较快的焊接速度；②控制焊接弧长，弧长应较短；③层间温度控制在要求的范围内，避免焊接过程中的合金元素烧损；④不允许在潮湿的试件上进行焊接，试件的温度至少应为10℃，层间温度不应高于150℃。
4.5 焊接工艺参数
奥氏体不锈钢的焊接性能良好，热裂纹和脆化倾向较小，为使焊缝和焊接热影响区具有合适的奥氏体和铁素体组织，保证焊接接头具有良好的力学性能和耐腐蚀等性能，必须根据焊接工艺控制要点的要求控制焊接热输入、层间温度，焊接过程中尽量降低弧长，切不可拉的太长，从而有效的防止合金元素的烧损以及有效的控制N元素过多的进入熔敷金属而是使铁素体含量降低，同时也避免了焊接过程中的高温导致晶间腐蚀能力的降低。
5、焊接试验分析
通过制备焊接试件：母材材质316L、直径168mm，厚度12.7mm，坡口采用V型，焊接方法采用手工氩弧焊和手工焊条电弧焊联合，焊丝采用H00Cr19Ni12Mo2（Φ2.0：电流80A-130A），焊条采用 A022（Φ3.2：电流100A-120A），焊接为水平固定平焊。
5.1 焊后检验
焊接完成后按照AWSD1.6-1999相关章节要求进行外观检查和射线检验，结果符合要求，未出现裂纹、夹渣、未融合、未焊透、咬边等缺陷。
5.2 理化试验
对焊接试件按照标准要求取样，进行拉伸、弯曲、冲击、宏观腐蚀试验、晶间腐蚀试验及铁素体含量测定，各项试验结果满足要求。
结语：
严格按照焊接工艺规程中焊接参数焊接，控制层间温度和焊接热输入，选用合适焊接填充材料，控制焊接弧长采用短弧，焊接接头将具有良好的性能，满足文件要求。
参考文献：
[1]刘刚光.刍议不锈钢焊接工艺分析[J].山东工业技术，2018（14）：28.
[2]聂新庭.不锈钢焊接过程的研究[J].冶金丛刊，2018（04）：83-84.