奧氏體不銹鋼304焊接性評定試驗報告奧氏體不銹鋼304具有非常好的塑性和韌性，這決定了它具有良好的彎折、卷曲和沖壓成型性，因而便于制成各種形狀的構件、容器或管道；奧氏體型不銹鋼304的耐腐蝕性能特別優良，是它獲得最為廣泛應用的根本原因。也正是這樣，在評價焊接質量時必然特別強調焊接接頭的開裂傾向、焊接缺陷敏感性和耐各種晶間腐蝕等的能力。本文報告結合奧氏體不銹鋼304的焊接特點，進行了的手工鎢極氬弧焊評定性試驗，初步掌握了奧氏體不銹鋼304的焊接工藝。現就試驗結果作一介紹一、奧氏體不銹鋼的焊接特點：奧氏體不銹鋼韌性、塑性好，焊接時不會發生淬火硬化，盡管其線膨脹系數比碳鋼大得多，焊接過程中的彈塑性應力應變量很大，卻極少出現冷裂紋；盡管有很強的加工硬化能力，由于焊接接頭不存在淬火硬化區，所以，即使受焊接熱影響而軟化的區域，其抗拉強度仍然不低。304鋼的熱脹冷縮特別大所帶來的焊接性的問題，主要有兩個：一是焊接熱裂紋，這與的？！晶界特性和對某些微量雜質如硫、磷等敏感有關；二是焊接變形大。1、焊接接頭的熱裂紋及其對策1.1焊接接頭產生熱裂紋的原因單相奧氏體組織的奧氏體型不銹鋼焊接接頭易發生焊接熱裂紋，這種裂紋是在高溫狀態下形成的。常見的裂紋形式有弧坑裂紋、熱影響區裂紋、焊縫橫向和縱向裂紋。就裂紋的物理本質上講，有凝固裂紋、液化裂紋和高溫低塑性裂紋等多種。奧氏體型不銹鋼易產生焊接接頭熱裂紋的主要原因有以下幾點：1）焊縫金屬凝固期間存在較大的拉應力，這是產生凝固裂紋的必要條件。由于奧氏體型不銹鋼的熱導率小，線膨脹系數大，在焊接區降（收縮）期焊接接頭必然要承受較大的拉應力，這也促成各種類型熱裂紋的產生。2）方向性強的焊縫柱狀晶組織的存在，有利于有害雜質的偏析及晶間液態夾層的形成。3）奧氏體不銹鋼的品種多，母材及焊縫的合金組成比較復雜。含鎳量高的合金對硫和磷形成易熔共晶更為敏感，在某些鋼中硅和鈮等元素，也能形成有害的易熔晶間層。1.2避免奧氏體型不銹鋼焊接熱裂紋的途徑。（1）冶金措施1）焊縫金屬中增添一定數量的鐵素體組織，使焊縫成為奧氏體-鐵素體雙相組織，能很有效地防止焊縫熱裂紋的產生。這是由于鐵素體能夠溶解較多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上數量大大減少；同時由于奧氏體晶界上的低熔點雜質被鐵素體分散和隔開，避免了低熔點雜質呈連續網狀分布，從而阻礙熱裂紋的擴展和延伸。常用以促成鐵素體的元素有格、鉬、釩等。2）控制焊縫金屬中的格鎳比，對于304型不銹鋼來說，當焊接材料的格鎳比小于1.61時，就易產生熱裂紋；而格鎳比達到2.3J3.2時，就可以防止熱裂紋的產生。這一措施的實質也是保證有一定量的鐵素體的存在。3）在焊縫金屬中嚴格限制硼、硫、磷、硒等有害元素的含量，以防止熱裂紋的產生。對于不允許存在鐵素體的純奧氏體焊縫，可以加入適當的錳，少許的碳、氮，同時減少硅的含量。（2）工藝措施1）采用適當的焊接坡口或焊接方法，使母材金屬在焊縫金屬中所占的分量減少（即小的熔合比）。與此同時，在焊接材料的化學成分中加入抗裂元素，且其有害雜質硫、磷的含

量比母材金屬中的少，既化學成分優于母材金屬，故應盡量減少母材金屬熔入焊接熔池的數量。2）盡量選用低氫型焊條和無氧焊劑，以防止熱裂紋的產生。3）焊接參數應選用小的熱輸入（即小電流快速焊）。在多層焊時，要等前一層焊縫冷卻后再焊接次一層焊縫，層間溫度不宜高，以避免焊縫過熱。施焊過程中焊條不允許擺動，采用窄焊縫的操作技能。4）選擇合理的焊接結構、焊接接頭形式和焊接順序，盡量減少焊接應力，可以減少熱裂紋的產生。5）在焊接過程結束和中途斷弧前，收弧要慢且要設法填滿弧坑，以防止弧坑裂紋的形成。2、焊接變形與收縮奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，在物理性能上有很大差異，前者在焊接過程中會產生較大的變形和焊后收縮。304不銹鋼焊后產生很大變形和收縮的原因：與碳鋼相比，其電阻是碳鋼的5倍，在同樣的焊接電流、電弧電壓條件下的熱輸入要多；其熱導率低，約為碳鋼的1/3，導致熱量傳遞速度緩慢，熱變形增大；再則304型不銹鋼的線膨脹系數又比碳鋼大40%左右，更引起加熱時熱膨脹量和冷卻時收縮量的增加，當然焊后的變形量就顯得更加突出了。焊接變形量的大小與焊接參數的選擇、焊接次序的正確性、操作的合理性都有一定的關系。三、焊前準備基于以上的種種考慮，所采取的焊接設備、焊接評定用材料、試板坡口形式等如下1、焊接設備設備選用日本產（？？！！）P—300交直流氬弧焊機，焊接電源為直流陡降外特性，由兩只流量計來控制正面和背面的保護氣體。2、焊接評定用材料對厚度為4毫米的304板進行焊接工藝試驗。其化學成份和機械性能列于表1；填充金屬用ER308L的焊絲，其化學成份見表2；焊接用保護氣體分析見表3：材料純度N2O材料純度N2O2H2H2O露點表3保護氣體分析（升）材料純度n2o2h2h2o露點CSPSiMnCrNiab(MPa)65(%)0.0420.0020.0190.441.2018.228.0879547.1表2ER308L的化學成份（%）和機械性能CSPSiMnCrNiab(MPa)65(%)0.0160.0020.0230.4301.8619.859.8059045氬氣>99.99%<100ppm<15ppm<5ppm<30ppm—50°C焊接用電極為鈰鎢極。3、試板坡口形式由于焊接層數的增多，在焊接過程中會產生較大的變形和焊后收縮。因此，坡口尺寸的制定原則為盡量減少焊接層數和焊縫金屬填充量。具體坡口形式見圖3：圖3試板坡口形式4、焊件和焊絲的清洗坡口兩側各20mm范圍內應打磨呈現金屬光澤，以上范圍內及坡口表面上的水、銹和油污等有害物質應清理干凈；焊絲表面應清除油銹。四、焊接工藝評定試板試驗對焊接工藝規范參數進行認真選擇，是保證304板板焊接質量的前提。影響因素主要有保護條件和焊接規范。1、焊接保護效果1.1噴嘴流量選擇由于噴嘴的氣流直接對焊接熔池進行保護。因此它的保護效果是影響焊縫質量的重要因素。在焊槍結構固定以后，涉及保護效果的主要有噴嘴距工件距離和噴嘴流量。由于噴嘴距工件的距離增大會使空氣侵入熔池的可能性增加，因此在不影響焊接可見度和方便填充焊絲的情況下，這個距離應盡量小，圖4為焊絲與焊接熔池的相對位置。1.2噴嘴及背面保護氣流的匹配當正面焊第一道時，背面氬氣如果很大，會對正面的保護有影響。因此噴嘴、背面保護氣流要有很好地匹配，背面的氣流不能太大。2、焊接規范參數選擇手工鎢極氬弧焊焊接奧氏體不銹鋼板，焊接規范參數主要考慮焊接電流和焊接速度。電流太小熔深淺，焊工操作疲勞。電流太大，高溫停留時間長，焊縫晶粒粗大，熱影響區保護變差；由于焊接時既要顧及板材反背面的保護效果，還要填充焊絲，因此焊速不能太快。3、工藝評定試板的焊接通過大量的工藝試驗，確定了如下焊接工藝規范參數（表4），并進行了工藝評定試板的焊接。工藝評定試板焊接區顏色亮白，證明（氬氣）保護效果良好。表4焊接工藝規范參數板厚/mm鎢極直徑/mm焊絲直徑/mm氬氣流量/L?min-i焊接電流/A（直流正接）焊接電壓/V焊接速度/cm?min-i42.42.08~1090~1201630圖4焊絲與焊接熔池的相對位置五、焊接質量檢驗按照相關標準，進行了以下項目的焊接接頭工藝評定。1、工藝評定試板焊接接頭的無損檢測工藝評定試板焊接接頭按JB4730/T-2005《承壓設備無損檢測》JB4730.2-2005的要求進行了RT100%檢測，評片結果為I級（對接接頭內不允許存在裂紋、未熔合、未焊透、和條形缺陷）。2、焊接接頭機械性能依據JB4708-2000《鋼制壓力容器工藝評定》要求，分別進行了拉伸及彎曲試驗。2.1焊接接頭拉伸試驗2.1.1取樣和加工要求試樣的焊縫余高應以機械方法去除，使之與母材齊平，采用全厚度試樣進行試驗。2.1.2試樣形式緊湊型板接頭帶肩板形試樣（見圖5）2.1.3試驗方法拉伸試驗按GB/T228-1987《金屬材料室溫拉伸試驗方法》規定的試驗方法測定焊接接頭的抗拉強度。2.1.4合格指標每個試樣的抗拉強度應不低于母材鋼號標準規定。2.2焊接接頭彎曲試驗2.2.1試樣加工要求試樣的焊縫余高應采用機械方法去除，面彎、背彎試樣的拉伸表面應齊平。2.2.2試樣形式面彎和背彎試樣見圖62.2.3試驗方法彎曲試驗按GB/T232-1999《金屬材料彎曲試驗方法》和表5規定的試驗方法測定焊接接頭的完好性和塑性。表5彎曲試驗尺寸規定試樣厚度S（mm）彎心直徑D（mm）支座間距離（mm）彎曲角度（°）44S6S+3180°2.2.4合格指標試樣彎曲到規定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3mm的裂紋或

缺陷，試樣的棱角開裂一般不計，但由夾渣或其它焊接缺陷引起的棱角開裂長度應計入。3S試樣厚度，mm；hk焊縫最大寬度，mm圖5緊湊型板接頭帶肩板形拉伸試樣a）板材和管材試件的面彎試樣板管板管256.3缺陷，試樣的棱角開裂一般不計，但由夾渣或其它焊接缺陷引起的棱角開裂長度應計入。3S試樣厚度，mm；hk焊縫最大寬度，mm圖5緊湊型板接頭帶肩板形拉伸試樣a）板材和管材試件的面彎試樣板管板管256.325/6.336b）板材和管材試件的背彎試樣2.3拉伸及彎曲試驗結果（表6）：由表6的拉伸及彎曲試驗結果可以看出，焊接接頭抗拉強度均高于要求值，且有較大富裕量；面彎和背彎試樣彎曲后，未產生裂紋或缺陷，表明焊接接頭連續、致密，塑性較好。

表6拉伸及彎曲試驗結果焊接方法拉伸試驗（接頭板拉）彎曲試驗（d=4a，a=4mm，a=180°）6b(MPa)斷裂位置面彎二件背彎二件手工鎢極氬弧615、615焊縫合格合格要求>520試樣彎曲到180°角度后，拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3mm的裂紋或缺陷。3、焊接接頭的耐晶間腐蝕試驗按GB/T4334.5-2000要求制備試樣二件，將試樣置入盛有硫酸-硫酸銅腐蝕溶液的燒瓶中，將燒瓶放在加熱裝置，通以冷卻水，加熱試驗溶液，使之保持微沸狀態，試驗連續16hr。試驗后取出試，洗凈、干燥、彎曲180°后，在10倍放大鏡下觀察彎曲試樣外表面，無因晶間腐蝕而產生的裂紋，證明制定的焊接工藝是合理可行的。4、焊縫及母材8鐵素體數量的測量按JB/T7853-1995《格鎳奧氏體不銹鋼焊縫金屬中鐵素體數測量》要求，用瑞士產MP30鐵素體檢測儀測量焊縫及母材0鐵素體（Fe%）及（FN）數值如下見表6。由表6可以看出，焊縫及母材0鐵素體（Fe%）及質舊數值均一、穩定。磁針法焊縫母材Fe%8.2、9.3、8.9、9.7、9.7、9.5平均值9.20.47、0.41、0.41、0.40、0.43、0.44平均值0.43FN7.1、8.5、7.0、6.9、7.7、7.2平均值7.40.41、