铁素体不锈钢的焊接工艺特点

铁素体不锈钢焊接接头韧性较低，主要是由于单相铁素体钢易于晶粒粗化，热影响区和焊缝容易形成脆性马氏体，还有可能出现475℃脆性。

1.焊接方法

普通铁素体不锈钢的焊接可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊。无论采用何种焊接方法，都应控制热输入，以抑制焊接区的铁素体晶粒过分长大。工艺上可采取多层多道快速焊、强制冷却焊缝的方法，如通氩或冷却水等。

高纯度铁素体不锈钢的焊接有氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊。采用这些方法的目的主要是净化熔池，防止杂质沾污。

2.焊接材料的选择

焊接铁素体不锈钢及其与异种钢焊接时填充金属主要有三类：同质铁素体型、奥氏体型和镍基合金。铁素体不锈钢常用的焊条和焊丝见表10-8。

表10-8铁素体不锈钢焊条、焊丝的选用

（续）

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采用同质焊接材料时，焊缝与母材金属有相同的颜色、相同的线胀系数和基本相似的耐蚀性，但焊缝金属呈粗大的铁素体组织，韧性较差。为了改善性能，应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化。以Cr17钢为例，焊缝中添加Nb的质量分数0.8％左右，可以显著改善其韧性，室温冲击吸收能量可达52J，焊后热处理韧性还可有所改善。而不含Nb的Cr17焊缝，室温冲击吸收能量很低，即使焊后热处理，塑性可以得到改善，但韧性变化不大。

在不宜进行预热或焊后热处理的情况下，也可采用奥氏体不锈钢焊接材料，此时有两个问题须注意：

1）焊后不可退火处理。因铁素体不锈钢退火温度范围（787～843℃）正好处在奥氏体钢敏化温度区间，除非焊缝是超低碳或含Ti、Nb，否则容易产生晶间腐蚀及脆化。另外，焊后退火如是为了消除应力，也难达到目的，因为焊缝与母材具有不同的线胀系数。

2）奥氏体不锈钢焊缝的颜色和性能与母材不同，这种异质接头的耐蚀性可能低于同质的接头，须根据用途来确定是否适用。采用异种材料焊接时，焊缝具有良好的塑性，但不能防止热影响区的晶粒长大和焊缝形成马氏体组织。

3.低温预热及焊后热处理

铁素体不锈钢在室温的韧性很低，易形成高温脆化，在一定条件下可能产生裂纹。通过预热，使焊接接头处于富有韧性的状态下焊接，能有效地防止裂纹的产生。但是，焊接热循环又会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，从而引起脆化。因此，预热温度的选择要慎重，一般控制在100～200℃，随着母材金属中铬含量的提高，预热温度可相应提高。但预热温度过高，又会使焊接接头过热而脆硬。

高Cr铁素体不锈钢也有晶间腐蚀倾向。焊后在750～850℃进行退火处理，使过饱和的碳和氮完全析出，铬来得及补充到贫铬区，以恢复其耐蚀性；同时也可改善焊接接头的塑性。退火后应快冷，以防止475℃脆性产生。应注意，高Cr铁素体不锈钢在550～820℃长期加热时会出现σ相，而在820℃以上加热可使σ相重新溶解。所以，焊后热处理制度的控制很重要，加热及冷却过程应尽可能快速冷却。

铁素体不锈钢的晶粒在900℃以上易粗化且难以消除，因为热处理工艺无法细化铁素体晶粒。因此，焊接时应采取小的热输入和较快的冷却速度；多层焊时，还应严格控制层间温度。

高纯铁素体不锈钢由于碳和氮含量很低，具有良好的焊接性，高温脆化不显著，焊前不需预热，焊后也不需热处理。焊接中主要问题是如何控制焊接材料中碳和氮的含量，以及避免焊接材料表面和熔池的沾污。