概述
不锈钢是指Cr含量高于12%的钢。 Cr在钢中的作用是在钢的表面形成坚固致密的薄膜，使钢本身与大气或腐蚀介质隔离，避免腐蚀。 在此基础上，添加一定量的Ni、Ti、Nb、W等元素，可形成具有特殊耐蚀性、高温抗氧化性或一定高温强度的各种不锈钢类型。 不锈钢按其显微组织不同可分为五类：铁素体、马氏体、奥氏体、奥氏体+铁素体和湖硬化不锈钢。 奥氏体不锈钢的组织在室温下通常为纯奥氏体，也有的为奥氏体+少量铁素体。 少量的铁素体有助于防止热裂纹。 奥氏体不锈钢因其良好的焊接性而广泛应用于化工、石油容器等行业。
二
奥氏体不锈钢的焊接特性
奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，但当焊接材料或焊接工艺不正确时，会出现以下缺陷：
1、晶间腐蚀
(1)晶间腐蚀的原因
晶间腐蚀发生在晶界处，故称为晶间腐蚀。 这是奥氏体不锈钢最危险的损坏形式。 其特点是腐蚀沿晶界深入金属内部，导致金属机械性能和耐腐蚀性能下降。 奥氏体不锈钢在450℃~850℃温度范围内停留一定时间后，会在晶界处析出。 铬主要来自晶粒的表层。 如果内部铬不及时补充，晶界表层的铬含量就会减少，形成贫铬区。 在强腐蚀介质的作用下，晶界处的贫铬区被腐蚀，形成晶间腐蚀。 受到晶间腐蚀的不锈钢表面无明显变化，但受力时会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。
(2)防止晶间腐蚀的措施
选用超低碳（C≤0.03%）并添加钛、铌等稳定元素的不锈钢焊条。
采用小规格的目的是为了减少在危险温度范围内的停留时间，采用小电流，焊接速度快，焊接弧短，无横向摆动。 焊缝可采用强制冷却（如铜垫板、水冷），以加快焊接接头的冷却速度，减少热影响区。 多层焊时，应控制层间温度，焊前应将前焊缝冷却至60℃以下。 最后焊接与介质接触的焊缝一侧。 焊后固溶处理。 将工件加热到1050℃～1150℃后淬火，使晶界上的奥氏体溶解到晶粒内部，形成均匀的奥氏体组织。
2、热裂纹
(1)热裂纹产生的原因
液相线与固相线距离较大，凝固过程的温度范围较大，导致低熔点杂质严重偏析并富集在晶界处。 膨胀系数大，因此冷却收缩时的应力也大。
(2)控制热裂纹发生的措施
控制焊缝金属组织，尽量使焊缝金属为双相组织，铁素体含量控制在3%～5%以下。 因为铁氧体能大量溶解有害的S、P杂质。 控制化学成分，应降低焊缝金属中镍、碳、硫、磷的含量，增加铬、钼、硅、锰等元素，以减少热裂纹的发生。 选择合适的电极涂层类型。 采用低氢药皮焊条可以细化焊缝晶粒，减少杂质偏析，提高抗裂能力。 酸涂焊条氧化性强，导致合金元素烧损过多，抗裂性能下降，晶粒粗大，容易产生热裂纹。 使用适当的焊接方法和冷却速率。 采用小规格，即小电流、快焊接速度，以减少焊接熔池过热，并快速冷却以减少偏析，提高抗裂性能。 多层焊时，应控制层间温度，焊前应将前道焊道冷却至60℃。
3、应力腐蚀开裂
(1)应力腐蚀开裂的原因
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定的腐蚀环境下受到拉应力时发生的延迟开裂现象。 奥氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂是焊接接头的一种严重失效模式，表现为无塑性变形的脆性失效。
(2)防止应力腐蚀开裂的措施
合理制定成形工艺和装配工艺，尽量减少冷却变形，避免强制装配，防止装配过程中出现各种伤痕（各种装配伤痕、电弧烧痕会成为SCC裂纹的根源，容易产生腐蚀坑）。 合理选择焊接材料。 焊缝与母材应有良好的匹配，不应产生晶粒粗化、硬脆马氏体等不良组织。 使用适当的焊接技术。 确保焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀缺陷，如咬边等； 采用合理的焊接顺序，减少焊接残余应力。 缓解压力治疗。 焊后热处理，如完全退火或焊后退火； 当热处理难以实施时，采用焊后锤击或喷丸处理。
4、焊缝成型不良
(1)焊缝成型不良的原因奥氏体不锈钢焊接时，由于焊缝中合金元素含量较高，熔池流动性差，易造成焊缝表面成型不良。 主要表现为根部焊道背面成形恶化和覆盖层焊道表面粗糙。 焊缝表面成形不良对焊缝性能的影响在常温或高温条件下并不明显，但在低温条件下，成形不良引起的应力集中对焊缝低温性能的影响与焊缝对内部质量的影响。
（二）预防措施
通过焊接工艺可以解决焊缝成形不良和焊接热影响区晶间腐蚀的问题。 采用钨极氩弧焊作为底漆，采用较小的焊缝能量，控制热影响区在敏化温度范围内。
三
奥氏体不锈钢的焊接工艺
根据不锈钢的上述焊接特点，为保证接头质量，应采用以下焊接工艺：
1、焊前准备工作。 必须去除可能使焊缝金属渗碳的各种污染物。 焊接坡口和焊接区域应在焊接前用丙酮或酒精进行脱脂和脱水。 请勿使用碳钢丝刷清洁坡口和焊缝表面。 除渣、除锈采用砂轮、不锈钢丝刷等。
2、焊条必须存放在洁净的仓库内。 使用时，焊条应放入焊条桶内，不得用手直接接触焊条镀层。
3、焊接薄板和限制较少的不锈钢焊件，可采用氧化钛涂层焊条。 由于这种焊条电弧稳定，焊缝形状美观。
4、立焊和仰焊位置应采用氧化钙药皮焊条。 熔渣凝固速度快，对熔化的焊缝金属能起到一定的支撑作用。
5、气体保护焊和埋弧自动焊时，应采用比母材铬、锰含量高的焊丝，以补偿焊接过程中合金元素的烧损。
6、焊接过程中，焊件的道间温度必须保持较低，最好不超过150℃。 焊接不锈钢厚板时，为加快冷却，可从焊缝背面喷水或用压缩空气吹焊缝表面，但必须注意各层清理干净，防止压缩空气污染焊接区域。
7、手工电弧焊时，焊接电流应在焊条说明书规定的电流范围内选择。 由于不锈钢的电阻值较大，焊条靠近夹紧端的部分很容易因电阻热而变红。 焊接到焊条后半部分时，应加快熔化速度，以减少焊缝熔深。 但如果熔化速度太快，就会造成未熔合、夹渣等缺陷。 为了保证接头的耐腐蚀性能，还要求采用较小的焊接电流，以减少焊接热输入，防止焊接热影响区过热。
8、操作技术方面，应采用窄焊道技术。 焊接时尽量不要摆动电极，在保持良好熔合的情况下尽可能提高焊接速度。
9、不锈钢焊件焊后一般不进行消除应力处理。 虽然不锈钢的焊接中也存在较高的残余应力，但由于焊后接头各区域都具有良好的塑性和韧性，残余应力的有害影响明显减少。 更重要的是，去应力处理的温度范围正好处于不锈钢的敏化温度区，去应力处理会导致耐腐蚀性能下降。 因此，不锈钢焊件焊后热处理的目的不应该是消除接头的残余应力，而是提高接头的耐腐蚀性能。 主要包括固溶处理和稳定化处理。
四
综上所述
采用上述焊接工艺，可以提高奥氏体不锈钢的焊接质量。 奥氏体不锈钢的焊接对焊工的技能要求较高。 因此，焊工上岗前必须经过培训和考核，以保证焊接质量和焊接接头的耐腐蚀性能。
