奥氏体不锈钢的焊接

1.奥氏体不锈钢的焊接特点

奥氏体不锈钢的焊接性能较好，但对于不同类型的奥氏体不锈钢，在焊接过程中，当奥氏体从高温冷却到室温时，由于C、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的不同，金相组织转变的差异及稳定化元素Ti、Nb+Ta的变化或焊接材料、焊接工艺的不同，其焊接接头可能出现以下一种或多种问题和缺陷。

（1）晶间腐蚀倾向：奥氏体不锈钢在450~850摄氏度的温度范围内停留，或在焊接热循环下，加热到450~850摄氏度的温度区间时，热影响区内奥氏体不锈钢的碳和铬形成碳化铬，使晶粒边界处奥氏体局部贫铬，发生腐蚀而丧失耐蚀对于焊缝金属，根据贫铬理论，在晶界上析出碳化铬，因此造成贫铬的晶界是晶界腐蚀的主要原因。过热区的“刀蚀”仅在由Nb或Ti稳定化的奥氏体不锈钢热影响区的过热区中产生，其原因是焊接时，过热区被加热到1200摄氏度高温，使Nb、Ti的碳化物大量溶解，冷却时，Nb或Ti原子来不及扩散，使活泼的碳原子在奥氏体晶界处于过饱和状态，在经过敏化温度区加热后，使碳化铬优先在晶界沉淀，造成贫铬的晶界，形成晶间腐蚀。热影响区敏化温度区的晶间腐蚀产生于600~1000摄氏度范围的区域，产生原因也是奥氏体晶界析出碳化铬，形成晶间贫铬所致。

（2）应力腐蚀开裂倾向：焊接接头的应力腐蚀开裂特征是：局部性；裂纹从表面开始，整体呈树枝状。消除残余应力的方法有：锤击焊缝法、振动法、或者采用喷丸处理使表面具有压应力状态；也可以对含Nb或Ti的稳定性奥氏体不锈钢进行850~900摄氏度稳定化处理。此外，调整焊缝金属的合金成分，使其具有奥氏体-铁素体双相组织，或者采用奥氏体-铁素体双相不锈钢，也可以有效地防止应力腐蚀开裂的产生。

（3）热裂纹倾向：与其他不锈钢相比，奥氏体不锈钢具有较高的热烈敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。热裂纹通常分为凝固裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹三大类。凝固裂纹主要发生在焊缝区。液化裂纹主要出现在靠近融合线的近缝区或多层多道焊的层道间。高温失塑裂纹通常发生在焊缝金属凝固结晶结束的高温区。

（4）焊接接头的脆化倾向：奥氏体不锈钢焊接接头在低温使用时，为满足低温韧性的要求，焊缝组织通常应用单一的奥氏体组织，避免δ铁素体存在，否则将使低温韧性、塑性大大降低。奥氏体不锈钢在焊接过程中，焊缝中的γ相和δ相均有可能发生σ相转变，σ相是一种淬硬的金属间化合物，主要析集于奥氏体柱状晶的晶界，其成分不定，具有复杂的晶格。由于这种脆性的σ相的析出，使焊接接头的塑性和韧性严重降低，而且抗晶间腐蚀性能也有所下降。

2.奥氏体型不锈钢的焊接工艺要点

奥氏体不锈钢可采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊以及埋弧焊等。奥氏体不锈钢焊接时正确选用焊接材料，尽量选用含碳量较低和含稳定化元素（Nb）的焊接材料，以避免碳与铬形成化合物引起晶界处贫铬，从而提高焊缝抗晶间腐蚀的能力；选用含有适量铁素体促进元素（Cr、Mo、Si等）的奥氏体不锈钢焊接材料，可获得奥氏体加少量铁素体双相组织的焊缝，以提高奥氏体不锈钢焊缝的耐晶间腐蚀能力和抗热裂纹的能力；采用窄焊道焊接技术，尽量采用不摆动或少量摆动焊接，并在保证熔合良好的条件下，尽量采用较小的焊接电流、较低的电弧电压和较快的焊接速度；焊接过程中必须将焊件保持较低的层间温度，必要时可采用强制冷却（如水冷、吹压缩空气等）措施以控制层间温度和焊后温度，尽量减少焊缝在450~850摄氏度范围内停留时间。

马氏体不锈钢的焊接

1.马氏体不锈钢的焊接特点

高碳马氏体不锈钢在空冷条件下淬硬倾向很大。此类焊缝及焊接热影响区的组织通常为硬而脆的高碳马氏体，含碳量越高，这种淬硬倾向越大。当焊接接头的拘束度较大或氢含量较高时，很容易导致冷裂纹的产生。为了避免裂纹，改善焊接接头力学性能，应采取预热、后热、焊后立即高温回火等措施。

低碳马氏体不锈钢具有良好的焊接性。

2.马氏体不锈钢的焊接工艺要点

此类不锈钢当采用同材质焊条进行焊接时，应选用低氢或超低氢型焊条，须经高温烘干处理。

（1）预热和后热：预热温度一般为100~350摄氏度，当w（C）小于0.05%时，预热温度为100~150摄氏度，当w（C）为0.05~0.15%时，预热温度为200~250摄氏度；当w（C）大于0.15%时，预热温度为300~350摄氏度。为进一步防止氢致裂纹，对于含碳量较高或拘束度大的焊接接头，在后热处理前还应采取必要的后热措施。

（2）焊后热处理：Cr13型马氏体不锈钢焊接接头通常需要进行焊后热处理，其目的在于降低焊缝热影响区的硬度，改善接头的塑性和韧性，消除或降低焊接残余应力，焊后处理有回火和完全退火。

铁素体不锈钢的焊接

1.铁素体不锈钢的焊接特点

铁素体不锈钢通常分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢；铁素体不锈钢焊接时应注意的主要问题是焊接接头的脆性问题，即焊接热影响区的脆化，包括熔合区附近热影响区的晶粒长大而引起的韧性下降，475摄氏度脆化，σ相析出脆化。主要包括以下几点：过热区脆化、475摄氏度脆化、σ相脆化以及焊接裂纹。

2.铁素体不锈钢的焊接工艺要点

普通铁素体不锈钢焊接时应该注意以下几点：

（1）焊前将焊件预热到150摄氏度以上，层间温度保持不低于预热温度，注意控制层间温度不可过高，以防止高温脆化和475摄氏度脆化。

（2）采用小的热输入、窄焊道焊接技术，防止在450摄氏度以上停留时间长。

（3）焊后进行750~800摄氏度退火处理，使碳化物球化，铬分布均匀，可恢复耐蚀性和改善接头的塑性。退火后快冷，防止σ相析出和475摄氏度脆化。

（4）采用奥氏体不锈钢焊条焊接，焊前不必预热，焊后不可作热处理。

铁素体不锈钢的焊接材料，原则上应选用合金含量与母材相近的焊条或焊丝，以保证焊接接头的均质性，只有在焊前无法预热，焊后难于热处理的情况下，才选用合金成分较高的奥氏体不锈钢焊接材料。采用奥氏体不锈钢焊接材料有利于提高焊接接头的塑性、韧性，但对于不含稳定化元素的铁素体不锈钢，热影响区的敏化难以消除。Cr25~Cr30铁素体不锈钢，常用的奥氏体不锈钢焊接材料是Cr25~Ni13型。Cr16~Cr18铁素体不锈钢，常用的奥氏体不锈钢焊接材料是Cr19~Ni10型、Cr18~Ni12Mo型。

铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接

1.铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接特点

这类不锈钢的焊接性良好，在一般的拘束条件下，焊缝金属的热裂纹敏感性小，但当拘束度较大和焊缝金属中含氢量较高时，会导致焊接氢致裂纹倾向，因此在选择焊接材料和焊接过程中应控制氢的来源，防止产生氢致裂纹。

2.铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接工艺要点

（1）Cr18型双相不锈钢：这类钢焊接性好，焊接热裂纹和冷裂纹的敏感性小，接头脆化倾向小，因此，焊前无需预热，焊后也无需热处理。

此类钢焊接时，若接头的局速度较大，需严格控制氢的含量，防止产生氢致裂纹。对于薄板、薄壁管的封底焊接，宜采用钨极氩弧焊，并控制焊接热输入；对于中厚板封底焊以外的焊接，可采用焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊。

（2）Cr23无Mo型不锈钢：其与Cr18型双相钢一样焊接性良好，焊接热裂纹和冷裂纹的敏感性小，接头脆化倾向小，因此，焊前无需预热，焊后也无需热处理。焊接时为获得良好的相比例及防治各种脆化相析出，应控制焊接热输入在10~25kJ/cm的范围内，层间温度不超过150摄氏度。

（3）Cr22型不锈钢：焊接性良好，焊接热裂纹和冷裂纹的敏感性小，接头脆化倾向小，因此，焊前无需预热，焊后也无需热处理。当焊接材料选择合适、焊接热输入控制在10~25kJ/cm、层间温度不超过150摄氏度时，焊接接头具有良好的综合性能。对于这类钢的焊接，应严格控制焊材及焊接过程中的氢来源，防止氢致裂纹。

（4）Cr25型不锈钢：具有良好的焊接性。但要控制热输入，一般控制在10~25kJ/cm、层间温度不超过150摄氏度以防止焊接接头塑性、韧性及耐腐蚀性能大幅度降低。此类钢优先选用Cr25-Ni9-Mo4型超低碳双相不锈钢焊接材料。当焊接接头耐蚀性有更高要求时，可选用不含Nb的高Mo型镍基合金焊接材料。另外要控氢，以防止氢致裂纹。

一、修复前准备

清理油污、尘泥、裂碎块、铁锈。

检测主要工作部位及装配部位的形位尺寸，并做好记录。

对辊轴装置通水打压（0.7MPa），保压15min，检查主轴及辊齿各部位的漏水或渗水情况，把掉落的齿的部位进行临时封堵。

二、修复方案

辊齿部位磨损较轻，且水压试验不漏水处可直接实践与探索对辊齿进行堆焊。

磨损严重或水压试验出现渗漏的，可将整个辊齿用碳弧创割除，重新制作后再与主轴焊接。

三、单齿辊堆焊修复

1、焊前准备

为了保证良好的堆焊修复效果，应当进行下列焊前准备工作。

焊前清理

焊前需对零件进行打磨，去除零件表面的油污、铁锈、水分等杂质，直至露出金属光泽为止。如果堆焊部位还存有原有堆焊层，必须用气刨将原有堆焊层打掉，露出齿冠基体，方可在其表面堆焊。

工装准备

为保证焊接质量，便于操作，需制作专用工装，使焊接位置尽量保持在平焊位置施焊。

2、焊机

单齿辊堆焊设备选用气保焊机，焊机应具备以下要求：

焊接电流可输出矩形脉冲波形，达到喷射过渡，易于全位置焊接。

对电网电压波动具有自动补偿功能。

设有过压、欠压、过流、过热等自动保护功能。

根据电缆长度自动补偿，确保不同电缆长度均有良好的焊接性能。

3、焊接材料

（1） 焊接材料注意事项

由于耐磨焊丝在焊接速度、焊后成型、熔敷损耗率等多方面相比传统的耐磨焊条具有绝对优势，目前，绝大多数单齿辊生产和维修企业已全面使用耐磨焊丝。在选择单齿辊堆焊耐磨焊丝时，应注意以下几点。

硬度

耐磨焊丝的硬度大小，代表其耐磨性能的高低。一般来说，硬度值越大，耐磨性能越强。对于单齿辊的堆焊修复，必须保证耐磨焊丝的硬度>55 HRC。

耐高温

单齿辊的特殊工况，决定了堆焊时使用的耐磨焊丝必须具有较强的耐高温性能。普通高铬及高铬铸铁类焊接材料，在500℃以上高温时，其热稳定性和硬度剧烈下降，不建议使用。钴、镍两种合金元素都能提高合金材料的耐高温能力，建议选用含有钴或镍合金元素的焊接材料。

裂纹

当堆焊层的硬度>55时，裂纹很难避免。正常的裂纹是焊后应力释放的结果，属于正常现象，不会影响堆焊层的耐磨效果。但需要注意宽度达到1mm的大裂纹，交叉裂纹以及贯穿堆焊层到达单齿辊基体的裂纹。

（2）焊接材料型号推荐

北京固本kb998耐磨焊丝。该型号的耐磨焊丝在基体中加入镍合金，填充了碳化钨粒子，非常适用高温工作环境，最高可承受900℃工作温度，硬度60-63 HRC。

4、堆焊工艺及参数

除了合理地选择焊机和焊接材料外，正确的堆焊工艺也是单齿辊破碎机堆焊和修复的重要因素。

（1）焊前预热

焊前焊件需进行整体预热，预热温度应≥150℃。预热过程中，可采用数字式红外线测温仪测量温度。为减小焊接应力，防止冷裂纹的产生，在堆焊过程中要保持层间温度不得低于预热温度。

（2） 焊接参数

焊接电流220~280A、焊接电压22~28V、保护气体为纯二氧化碳或纯氩气、保护气体量20L/min、焊丝伸出长度15~20mm、焊接速度35cm/min、焊枪倾角80度、电流类型为直接反流。

（3） 堆焊流程

堆焊前将辊轴两端架设在两个滚轮上，以便于焊接每一排辊齿，每焊完一排，转动辊轴再焊接下一排，直至焊完。

对辊轴辊齿进行焊接，可用2-4台焊机同时进行。堆焊时沿辊齿宽度方向由上而下依次进行，直至达到要求。正反面焊完后，再焊两个侧面，侧面的堆焊厚度为4~6mm。

辊齿焊完之后，可在辊轴表面薄薄地焊一层耐磨层(3~4mm)，以保护主轴，提高其耐磨性。

堆焊时，为防止焊丝中的合金成分烧损，焊接弧长应尽可能短些，焊丝摆动范围应限制在焊丝直径的3~4倍。

（4） 备注说明

此堆焊工艺及参数由北京固本科技有限公司制定和发布，仅适用于北京固本KB998耐磨焊丝。使用其他耐磨焊接材料时，文档内容仅供参考。

5、焊后保温

焊后要及时保温，随时用石棉被盖住整个焊层，使之保温并缓慢冷却至室温。保温时间不得低于48h（冬季施焊须较长时间），要充分做到堆焊部位的缓冷。

四、机加工组装

所有需要焊接或堆焊的部位实施焊接并达到要求后，对主轴轴承及密封部位进行机加工，以保证各部位的装配尺寸，最后按图样技术要求进行组装。