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属于奥氏体不锈钢
有OCr18N19,OOCr19N110,1Cr18N19,1Cr18Ni9T1,OCr18NilOTi,OCr18NillNb,lCr18Ni12,
OCiTi，OCr23Ni13，OCr25N120等。
常用有1Cr18Ni9rfi，Cr25N120等。
钢的性能
目的物理性能与焊接有关的物理性能主要右：
①不锈钢的热导率低于碳钢，尤其是奥氏体不锈钢的热导率，约为碳钢的1／3。
②不锈钢的电阻率高，尤其是奥氏体不锈钢的电阻率，约为碳钢的5倍。
③奥氏体不锈钢的线膨胀系数比碳钢约大50%，马氏体不锈钢和铁索体不锈钢的线膨
胀系数大体上与碳钢相等。
.242.
④奥氏体不锈钢的密度大于碳钢，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的密度稍小于碳钢。
氏体不锈钢没有磁性，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢有磁性。
F锈钢的力学性能几种常用的典型的不锈钢力学性能见表5-73。
表中并列入低
碳钷一Mn钢的力学性能进行比较。
：
锈钢的耐腐蚀性能金属受腐蚀介质的化学及电化学作用而损坏的现象称为腐蚀。
不锈钢的腐蚀形式有均匀腐蚀（整体腐蚀）、晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等。
表5-73不锈钢力学性能（与低碳钢、16Mn比较）
力学性能
嗡螽匀腐蚀接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象，称均匀腐蚀，也称整体腐
蚀。
一种表面腐蚀。
不锈钢具有艮好的耐腐蚀性能，它的均匀腐蚀量并不大。
r
司腐蚀在腐蚀介质作用下，起源于金属表面的晶界，沿晶粒边界深入金属内部，
产生在晶粒之间的一种腐蚀，称晶间腐蚀。
晶间腐蚀导致晶粒间的结合力丧失，强度几乎完
全消失，受到应力作用时，即会沿晶界断裂，是不锈钢最危险的一种破坏形式。
a．产生晶间腐蚀的机理是它晶粒边界的铬的质量分数降至12%以下，即在晶间形成
铬的质量分数小于12%的贫铬区，因此晶间在腐蚀介质作用下发生腐蚀。
产生晶间贫铬的
原因是奥氏体不锈钢加热到450～850c温度范围时，晶粒中过饱和固溶的碳（碳在奥氏体
中的溶解度约为0.0206～0.030k）向晶粒边界扩散比铬的扩散快，扩散到晶界的碳与晶界
的铬化合，形成Cr23C6，使晶界铬的质量分数大大减小，变成铬的质量分数小于12%的贫
铬区。
加热温度小于450℃时，不会产生晶间腐蚀，因为温度低，不会形成Cr23C6化合物；
加热温度大于850℃时，也不会产生晶间腐蚀，因为温度大于850℃时，晶粒内铬的扩散速
·
243·
度增强，有足够的铬扩散到晶界与碳化合，晶界不会形成贫铬。
所以加热温度450～850℃
是晶间腐蚀的“危险温度区”，或称“敏化温度区”，其中以650℃为最危险。
b．防止晶间腐蚀的主要措施．
a）采用超低碳不锈钢奥氏体不锈钢根据碳的质量分数不同分成三个等级：
一般级
（C≤0.14%）、低碳级（c≤0.06%）和超低碳级（C≤0.03%）。
室温时，奥氏体能溶解最
大的碳的质量分数为0，02%～0.03%，因此超低碳奥氏体不锈钢原则上就不会产生晶间腐
蚀。
b）采用双相组织调整钢的化学成分，形成奥氏体和少量铁素体的双相组织，使碳化
铬（Cr23C6）首先在奥氏体与铁素体的双相界面上和高温铁素体相内析出，可使奥氏体晶界
上析出的碳化铬数量减少、分布不连续，降低晶间腐蚀倾向。
钢中的合金元素是形成双相组
织的主要因素。
奥氏体化元素有Ni、C、Mn、N、Cu等；
铁素体化元素有Cr、Nb、Ti、
Mo、V、W、Si等。
不锈钢中铬的质量分数与镍的质量分数之比大于1.8时，就会出铁素
体组织。
c）添加稳定剂在钢中加入Ti、Nb等与C的结合能力比Cr更强的元素，与e结合成
稳定的碳化物TiC、NbC而不在晶界形成Cr23C6。
d）迸行固溶处理将奥氏体不锈钢加热到1050～1100℃，使碳化物（碳）溶入奥氏
体中，然后急速冷却，使碳化物来不及析出，形成稳定的单相奥氏体组织。
这种方法缺点：
一是大型和形状复杂结构固溶处理有一定困难；
二是固溶处理后的结构如在“危险温度区”
工作，仍会形成晶间贫铬，在腐蚀介质作用下产生晶间腐蚀。
e）进行均匀化处理将奥氏体不锈钢加热到850～900℃，保温2h，使奥氏体晶粒内
部的铬也扩散到晶粒边界，使晶界的铬的质量分数恢复到大于12%，从而消除晶间贫铬。
不锈钢这种热处理叫均匀化处理。
对于含Ti、Nb稳定剂的18-8型奥氏体不锈钢，在固溶
处理之后再加热到850～900℃，保温2～4h，称为稳定化处理。
在固溶处理时晶界碳化铬
被溶解，大部分钛和铌的碳化物也被溶解了；
在稳定化处理时，可使固溶的钛和铌与碳结合
成碳化钛和碳化铌（稳定碳化物），以免在随后的使用中碳与铬结合成碳化铬而降低耐腐蚀
性能。
对于lCr18N19Ti钢，生产中采用的工艺是860～880℃，保温6h，于空气中冷却。
③点腐蚀也叫点蚀。
它是指在不锈钢表面产生的尺寸约小于1.0mm的穿孔性或蚀坑
性的宏观腐蚀。
点蚀的形成主要是由于不锈钢表面钝化膜周部破坏引起的。
④缝隙腐蚀这是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑，常发生在垫圈、螺
钉连接、铆接、焊接搭接接头等接缝处。
⑤应力腐蚀这是指在静拉伸应力和电化学腐蚀介质共同作用下，因阳极溶解过程引起
的腐蚀断裂。
奥氏体不锈钢制设备经常由冷却水、蒸汽、空气中的积水引起应力腐蚀断裂。
温度50℃以上，结构中缝隙以及流动性不良等引起介质浓缩的部位均易发生应力腐蚀断裂。
应力腐蚀在拉应力作用下才能产生，在压应力下不会产生。
引起应力腐蚀的应力有加工中产
生的内应力和构件工作应力，其中最主要的是焊接残余应力。
消除残余应力是防止应力腐蚀
最有效措施之一。
统计资料表明，20世纪50年代以前，晶间腐蚀破坏是铬镍奥氏体不锈钢焊接工程中的
主要问题。
20世纪60年代以来，不锈钢设备应力腐蚀断裂事故不断发生，已成为重要的工
程问题。
在腐蚀破坏事故中，铬镍奥氏体不锈钢的应力腐蚀占湿态腐蚀事例的50%，点蚀
244·
（孔隙）和缝隙腐蚀合占20%，晶间腐蚀、均匀腐蚀和腐蚀疲劳（腐蚀介质和疲劳应力引起
的腐蚀）三种均只各占约10%左右。
不言而喻，不锈钢性能主要是耐腐蚀性。
2．奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢塑性和韧性很好，具有良好的焊接性，焊接时一般不需要采取特殊的焊接
工艺措施。
如果焊接材料选用不当或焊接工艺不合理时，会产生降低焊接接头抗晶间腐蚀能
力和热裂纹等问题。
（1）焊接接头的抗腐蚀性
奥氏体不锈钢焊接容易造成降低焊接接头抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力。
1）晶间腐蚀焊接时，奥氏体不锈钢母材类型和所用的焊接材料与工艺不同，可能产
生焊缝的晶间腐蚀、熔合区和过热区的“刀蚀”和热影响区中的敏化温度区的晶间腐蚀。
①焊缝的晶间腐蚀多层多道焊接时，前面已焊焊缝处于敏化温度区时，会产生晶间贫
铬；
使用时接触腐蚀介质，就会发生晶间腐蚀。
防止焊缝晶间腐蚀，可选用含钛或铌稳定剂
的奥氏体不锈钢焊接材料，也可选用超低碳焊接材料。
还可以选用焊缝有少量铁素体组织的
焊接材料和熔合比。
}
②热影响区的敏化温度区的晶间腐蚀由于焊接热循环的加热速度和冷却速度都非常
快，因此焊接热影响区的敏化温度区略高于热处理敏化温度区，在600—1000℃范围。
防正
热影响区晶间腐蚀的措施：
选用含钛或铌的奥氏体不锈钢母材，或选用超低碳的奥氏体不锈
钢母材；
在焊接工艺上选用小线能量焊接、快速冷却的焊接工艺等，以减小在敏化温度区范
围的停留时间，减少晶界Cr23C的产生。
③熔合线和过热区的“刀蚀”含钛或铌的奥氏体不锈钢焊接热影响区紧邻熔合线的过
热区。
温度超过1200℃，TiC或NbC全部溶解于奥氏体中，冷却时部分固溶的碳原子扩散
并偏聚在奥氏体晶界上。
在随后的多层焊时处于600～1000℃的敏化区，晶界上碳原子浓度
增大，与铬结合成Cr23C6，造成晶间贫铬。
使用时，在一定的腐蚀介质作用下，将从表面开
始产生晶间腐蚀，直至形成刀状腐蚀的破坏，简称“刀蚀”。
防止“刀蚀”的措施：
选用超
低碳奥氏体不锈钢母材（超低碳奥氏体不锈钢焊接接头不会产生刀蚀），在焊接顺序上安排
接触腐蚀介质表面上的焊缝最后焊。
2）应力腐蚀根据不锈钢设备与制件的应力腐蚀断裂事例和试验研究，可以认为：
在
一定静拉伸应力和在一定温度条件下的特定电化学介质共同作用下，现有的不锈钢均有产生
应力腐蚀的可能。
应力腐蚀最大特点之一是腐蚀介质与材料的组合上有选择性。
容易引起奥
氏体不锈钢应力腐蚀主要是盐酸和氯化物含有氧离子的介质，还有硫酸、硝酸、氢氧化物
（碱）等介质。
应力主要是焊接残余应力。
因此，防止应力腐蚀主要是消除焊接残余应力的
焊后热处理；
以及焊接工艺上采取措施减小残余应力。
例如，避免十字交叉焊缝，Y形坡口
改为X形坡口；
适当减小坡口角度；
采用短焊道焊；
采用小线能量；
适当的焊后锤击等。
（2）热裂纹
奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生热裂纹。
奥氏体不锈钢焊接时产生热裂纹的原因：
一
是单相奥氏体焊缝易形成方向性强的柱状晶组织，硫、磷、镍、碳等元素形成的低熔点共晶
杂质偏析比较严重，形成晶间液态夹层；
不锈钢的液相线与固相线距离较大，结晶时间较
长，也使低熔点杂质偏析比较严重；
二是不锈钢导热系数小、线膨胀系数大，导致焊接应力
245·
比较大（一般是焊缝和热影响区受拉应力）。
防止热裂纹的措施：
①严格限制焊缝中硫、磷等杂质元素的质量分数，以减少低熔点共晶杂质。
②选用双相组织的焊条，使焊缝形成奥氏体和少量铁素体的双相组织，以细化晶粒，打
乱柱状晶方向，减小偏析严重程度。
铁素体的质量分数控制在3%～8%（5%左右）。
过多
的铁素体会使焊缝变脆。
对于镍的质量分数大于15%的奥氏体不锈钢不能采用奥氏体和铁
素体双相组织来防止热裂纹。
因为铁素体在高温（>
650℃）下长期使用，会析出。
相，使
焊缝脆化。
可采用奥氏体和碳化物的双相组织焊缝，亦有较高的抗热裂能力。
③选用碱性焊条和焊剂，以降低焊缝中的杂质含量，改善偏析程度。
1④控制焊接电流和电弧电压大小，适当提高焊缝形状系数；
采用多层多道焊，避免中心
线偏析，可防止中心线裂纹。
⑤采用小线能量，小电流快速不摆动焊，可减小焊接应力。
⑥填满弧坑，可防止弧坑裂纹。
（3）焊接接头的脆化
奥氏体不锈钢的焊缝在高加热一段时间后，常会出现冲击韧度下降的现象，称为脆
化。
1）475QC脆化含有较多铁素体相（超过15%～20%）的双相焊缝组织，经过350～
5000C加热后，塑性和韧性会显著下降，由于475℃时脆化速度晟快，故称475C脆化。
铁素
体相越多，这种脆化越严重。
因此，在保证焊缝金属抗裂性能和抗腐蚀性能的前提下，应将
铁素体相控制在较低的水平，约5%左右。
已产生475℃脆化的焊缝，可经900℃淬火消除二
2）一相脆化奥氏体不锈钢焊接接头在375～875℃温度范围内长期使用，会产生一和
FeCr金属间化合物，称为a相。
一相硬而脆（HRC>
68）。
由于a相析出的结果，使焊缝沣
击韧度急剧下降，这种现象称为a相脆化。
a相一般仅在双相组织焊缝内出现；
当使用温度
超过800～8500C时，在单相奥氏体焊缝中也会析出一相。
通常认为，a相主要是由铁素体
演变而来，当铁素体含量超过5%时，一相就很快形成。
因此，高温下使用的奥氏体不锤
钢，为了防止出现一相，必须限制铁素体含量，控制在50/6以内，并严格控制Cr、Mo、Ti
Nb等元素的含量。
为了消除已经生成的一相，恢复焊接接头的韧性，可把焊接接头加热蔓
1000～1050℃，然后快速冷却。
d相在lCr18Ni9T1钢的焊缝中一般不产生。
总之，防止475℃脆化和一相脆化的主要措施是严格控制铁素体含量小于5%范围。
3）熔合线脆断奥氏体不锈钢在高温下长期使用，在沿熔合线外几个晶粒的姐方，会
发生脆断现象，称为熔合线脆断。
在钢中加入钼能提高钢材抗高温脆断的能力。
二、奥氏体不锈钢的焊接
1．奥氏体不锈钢焊接工艺特点
（1）采用小线能量，小电流快速焊
焊条不应做横向摆动，焊道宜窄不宜宽，最好不超过焊条直径的3倍。
同样直径的焊条
焊接电流值比低碳钢焊条降低20%左右，一般取焊条直径的25～30倍。
小线能量、小电竟
短弧快速焊，冷却速度快，在敏化温度区停留时间短，有利于防止晶间腐蚀；
小线能量即葬
输入小，焊接应力就小，有利于防止应力腐蚀和热裂纹；
热输入小，焊接变形就小。
此外．
.246·
焊接电流小，可防止奥氏体不锈钢焊条药皮发红和开裂，保证焊条药皮的机械保护作用。
（2）要快速冷却
焊后可采取强制冷却措施，以减小在敏化温度区停留时间，防止晶间腐蚀。
（3）不进行预热和后热工艺
奥氏体不锈钢焊接时，不能采取预热和后热工艺措施，防止降低焊后冷却速度。
多层多
道焊时，各道间温度应低于60℃（以手可以摸为判断标准）。
（4）不锈钢焊后热处理
奥氏体不锈钢制压力容器焊接时，一般不进行消除焊接残余应力的焊后热处理。
在有应力腐蚀破裂倾向时（如用18-8型不锈钢制造的化工容器中存放氯化物溶液、高
温高压水等时，在焊接残余应力作用下，会产生应力腐蚀裂纹导致破坏），需要进行消除应
力退火，可在低于350℃或高于850℃进行退火处理。
也可用锤击法来松弛焊接应力。
（5）采用适当的焊后处理
为增加奥氏体不锈钢的耐腐蚀性，焊后应进行表面处理。
处理的方法有抛光和钝化。
1）表面抛光不锈钢焊件表面如有刻痕、凹痕、粗糙点、污点，会加快腐蚀。
表面越
细越光滑，抗腐蚀性越好；
因为细光的表面能产生一层致密而均匀的氧化膜，能保护内部金
属不再受到氧化和腐蚀。
2）表面钝化处理钝化处理是在不锈钢表面人工形成一层氧化膜，起保护作用。
钝化
处埋的流程为：
表面清理和修补一酸洗一水洗和中和一钝化一水洗和吹干。
①表面清理和修补把表面损伤的地方修补好，用手提砂轮磨光，把飞溅清除干净，必
须也磨光。
②酸洗目的是去除经热加工和焊接热影H向区产生的氧化皮，这层氧化皮不能抗氧化、
耐腐蚀。
酸洗常用的酸液酸洗和酸膏酸洗两种方法。
酸液酸洗又有浸洗和刷洗两种。
a．酸洗配方浸洗酸液配方：
硝酸（密度1.42）20%，氢氟酸5%，其余为水。
酸洗
温度为室温。
刷洗酸液配方：
盐酸50%，水50%。
酸膏配方：
盐酸（密度1.19）20mL，
水100mL，硝酸（密度1.42）30mL，膨润土150g。
b．酸洗的方法浸洗法用于较小的设备和部件。
浸没在酸液中25～45min。
取出后用
清水冲净。
刷洗用于大设备。
刷到呈白亮色为止，再用清水冲净。
酸膏酸洗也适用于大设
备，将酸膏涂敷于焊件的焊缝及热影响区表面上，停留几分钟，再用清水冲净。
③钝化钝化液配方：
硝酸5mL，重铬酸钾1g，水95mL。
处理温度为室温。
处理方
法是将钝化液在表面擦一遍，停留th，然后用冷水冲，用布仔细擦洗，最后用热水冲洗干
净，并将其吹干。
经钝化处理后的不锈钢，外表呈银白色，具有较高的耐腐蚀性。
2．奥氏体不锈钢悍接方法的选用
总的来说，奥氏体不锈钢具有优良的焊接性。
一般常用的熔化焊方法都能焊奥氏体不锈
钢。
但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧自动
焊、熔化极氩弧焊和等离子弧焊等。
由于电渣焊热过程特点，在高温停留时间长，焊接速度
慢，冷却速度慢，线能量大，使接头抗晶间腐蚀能力降低，并且在熔合线附近易产生严重的
刀状腐蚀，因此极少应用。
C02气体保护焊具有氧化性，合金元素烧损严重，目前还没有用
来焊接奥氏体不锈钢。
（1）焊条电弧焊
247·
焊条电弧焊是奥氏体不锈钢最常用的焊接方法。
1）奥氏体不锈钢焊条的选用为了保证奥氏体不锈钢的焊缝金属具有与母材相同的彦
腐蚀性能和其他性能，奥氏体不锈钢焊条的选用，应根据母材的化学成分，选用化学成分类
型相同的奥氏体不锈钢焊条，焊条含碳量不高于母材，铬镍含量不低于母材。
例如，要辱
lCr18N19Ti不锈钢，母材化学成分类型为Cr18%、N19%（188型），且含Ti，含碳的质
量分数约0.1%，不属于超低碳；
因此，应选用化学成分类型相同的A132或A137。
常用奥氏体不锈钢焊条选用示例见表5-74。
表5-74奥氏体不锈钢焊接材料选用示例
埋弧自动焊
i了——T——磊F—一
———FU151
SJ601
HJ260.
S3601
SJ608，S~701
I-U260
Hn51
____SJ608,S/1701__一
I-U172
I-Il260
———SJ601一
HJ260
奥氏体不锈钢焊条的药皮通常有钛钙型（A×
×
2）和低氢型（A×
7）两种。
对热裂
纹倾向较大的不锈钢，如2520型，多选用碱性药皮焊条。
一般18-8型不锈钢，钛钙型
焊条使用的较多，钛钙型焊条焊缝成型美观，抗腐蚀性较好，电孤稳定，飞溅少，脱渣容
易。
钛钙型可交直流两用，但交流焊时熔深较浅，同时交流焊时比直流焊时药皮容易发红．
交流电弧也没有直流电弧稳，所以尽可能用直流电源。
2）焊接工艺参数的选择奥氏体不锈钢焊接，为了防止晶间腐蚀和应力腐蚀，防止热
裂纹，减小焊接变形，采用小线能量，小电流短弧快速焊，采用多层多道焊，焊条不摆动的
窄道焊。
焊接电流比焊低碳钢减小，可按表5-75选择。
多层多道焊时，要控制道间温度，
要冷却到60℃左右（手能摸了）再焊下一道。
这些措施能减少接头在敏化温度停留时间，
是防止晶间腐蚀的重要工艺措施，是奥氏体不锈钢焊接的主要工艺特点，是焊接工艺操作中
必须遵循的原则。
（2）氩弧焊
氩弧焊是奥氏体不锈钢常用的焊接方法。
氩弧焊用的焊丝化学成分类型与母材相同，见
表574。
248。
表5-75奥氏体不锈钢焊接电流的选择
焊条直径（mm）0
焊接电流（A）：
：
j：
i!
；
{：
i三：
[：
！
i三二二[二至i三三三j三：
∞
1）钨极氩弧焊钨极氩弧焊适用于厚度不超过8mm的板结构，特别适宜于厚度3mni
以下的薄板，直径60mm以下的管子以及厚件单面焊的打底焊。
表5-76是手工钨极氩弧焊焊接薄板工艺参数示例。
表5—77是钨极氲弧焊打底焊的工
艺参数示例。
表5-78是管道和管板自动TIG焊工艺参数示例。
表5-76手工11G焊焊接薄板工艺参数示例
电流类型
交流
直流正极
交流}
表5-77TIG打底焊的工艺参数示例
壳量
…；
mn）
8-12
10-15
表5-78管道和管板自动TIG焊的焊接工艺参数示例
孽蓠◆
2）熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊可以用于焊接厚板。
但熔化极氩弧焊焊接奥氏体不锈
钢时，焊缝成型差，焊缝窄而高。
因此应用少。
为了解决这一问题，可采用富氩混合气体保
护，例如，Ar和020.5%～1%或Ar和c01%～50/6,再采用脉冲电流，即采用混合气体的
熔化极脉冲氩弧焊。
249·
第亢童焊后植查
第一节焊接缺陷分析
学习目标：
能够正确防止焊接缺陷的产生
一、焊接缺陷
焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象称为焊接缺陷。
1．焊接缺陷的种类
焊接缺陷的种类很多，但是，按其在焊缝中的位置不同，可分为外部缺陷和内部缺陷嚣
大类。
（1）外部缺陷
外部缺陷位于焊缝外表面，用肉眼或低倍放大镜就可以看到。
如焊缝尺寸不符合要求、
咬边、弧坑、表面气孔和表面裂纹等。
（2）内部缺陷
内部缺陷位于焊缝的内部，这类缺陷可用破坏性试验或无损探伤方法来发现。
如未霹
逶、未熔合、夹渣、内部气孔和内部裂纹等。
外部缺陷在第三章中已作了叙述，这里将主要讲述内部缺陷。
2．焊接缺陷的危害
焊接缺陷的存在对于锅炉压力容器以及焊接结构来说是很危险的，它直接影响着构件薛
安全运行和使用寿命，严重的会导致结构的脆性破坏。
（1）开裂
在焊接接头中，凡是结构截面有突然变化的部位，其应力的分布就特别不均匀，在某，占
的应力值可能比平均应力值大许多倍，这种现象称为应力集中。
在焊缝中存在的焊接缺陷是
产生应力集中的主要原因。
如焊缝中的咬边、未焊透、气孔、夹渣、裂纹等不仅减小了焊差
有效承载截面积，削弱焊缝的强度，更严重的是在焊缱或焊缝附近造成缺口，由此而产生磊
大的应力集中。
当应力值超过缺陷前端部位金属材料的断裂强度时，材料就开裂，接着新手
裂的端部又产生应力集中，使原缺陷不断扩展，直至产品破裂。
（2）脆断
另外根据国内外大量脆断事故的分析发现，脆断总是从焊接接头中的缺陷开始。
这是一
种很危险的破坏形式。
因为脆性断裂是一种低应力断裂，是结构在没有塑性变形情况下产兰
的快速突发性断裂，其危害性很大。
防止结构脆断的重要措施之一是尽量避免和控制焊接簧
陷。
-252·
根据破坏事故的现场分析表明，焊接缺陷中危害最大的是
升级会员 