不锈钢焊材

焊材结构参数如图所示：

不锈钢焊材均匀腐蚀

在这种情况下，不锈钢表面的钝化膜局部或全部损坏。腐蚀以一定速度扩散，这个速度由腐蚀的环境和合金的成分共同决定。不锈钢的均匀腐蚀一般发生在酸性环境或热碱溶液中。通常增加铬和钼抵抗均匀腐蚀。

不锈钢焊材晶间腐蚀

晶间腐蚀，是指在某些环境中,晶界的溶解速度远大于晶粒本身的溶解速度时,会产生沿晶界进行的选择性局部腐蚀,称为晶间腐蚀。奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铬理论,其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到500～850℃温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。

不锈钢焊材点状腐蚀

点状腐蚀是局部腐蚀的一种，这种腐蚀在不锈钢表面产生分散的小腐蚀点。不锈钢点腐蚀是点腐蚀主要发生在含有氯化物或其他卤化物的中性或酸性溶液环境下。通过添加Cr, Mo 和N可以显著提高不锈钢的抗点蚀性能。 下列公式常用于衡量焊缝金属的抗点蚀性能：PREN=% Cr 3.3%Mo 16% N。

但是用该公式来对比钢材与焊缝金属的抗点蚀性能时，需要考虑焊缝金属在凝固时的偏析对成分的影响。

不锈钢焊材缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是局部腐蚀的一种，由于狭缝或间隙的存在，在狭缝内或近旁发生的腐蚀，发生缝隙腐蚀的缝隙必须宽到腐蚀溶液能够进入，但又必须窄到能维持溶液静滞。缝隙腐蚀通常发生在金属表面与垫片、垫圈、衬板、表面沉积物等接触的地方以及搭接缝、金属重叠处等地方。不锈钢焊材具有良好的抗点蚀腐蚀也有良好的抗裂缝腐蚀。

不锈钢焊材应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,表现为无塑性变形的脆性破坏。

不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。

按照工艺焊材分为Tig焊丝，Mig 焊丝，埋弧焊焊材,焊条电弧焊用焊条，带极堆焊用焊带等。伊萨产品包含上述全系列工艺以及合金系列焊材。

不锈钢焊材铁素体不锈钢

铁素体不锈钢具有类似于低碳钢的性能,但是由于添加约11 - 17%的铬, 其还拥有更好的耐腐蚀性能。由于镍含量较低,铁素体不锈钢在不锈钢系列中是相对比较便宜的, 并且具有较好的抗氯化物腐蚀的能力。

铁素体不锈钢的焊接性根据成分的不同而不同。铁素体不锈钢严格控制了马氏体的含量并且限制了热影响区的沉淀碳化物从而大大改善了铁素体不锈钢的焊接性。然而,由于热影响区的晶粒组织增大， 几乎所有的铁素体不锈钢的焊接热影响区的冲击韧性都会降低。另外在焊接3mm以上易形成马氏体组织的铁素体不锈钢焊接时, 为防止在冷却过程中产生裂纹， 预热和层间温度的控制是十分重要的。

焊接铁素体铁素体不锈钢的焊材可以使与母材相匹配的铁素体不锈钢焊材或者使用奥氏体不锈钢焊材。铁素体不锈钢具有抗硫酸氛围腐蚀的性能，这种抗硫酸氛围腐蚀的应用场合不建议用奥氏体不锈钢焊材。

不锈钢焊材马氏体不锈钢

马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通常,11 - 13%铬和碳含量更高，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。

不锈钢焊材奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。

不锈钢焊材双相不锈钢

奥氏体--铁素体双相不锈钢：是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、

盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。

在不锈钢的应用中对不锈钢结构进行焊接和切割是不可避免的。由于不锈钢本身所具有的特性，与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有着其特殊性，更易在其焊接接头及其热影响区（HAZ）产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。

例如奥氏体型不锈钢的热膨胀系数是低碳钢和高铬系不锈钢的1.5倍；导热系数约是低碳钢的1/3，而高铬系不锈钢的导热系数约是低碳钢的1/2；比电阻是低碳钢的4倍以上，而高铬系不锈钢是低碳钢的3倍。这些条件加上金属的密度、表面张力、磁性等条件都对焊接条件产生影响。

马氏体型不锈钢一般以13%Cr钢为代表。它进行焊接时，由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r（M）相变，因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬化产生的延展性下降等问题。因而对于一般马氏体型不锈钢焊接时需进行预热，但碳、氮含量低的和使用r系焊接材料时可不需预热。焊接热影响区的组织通常又硬又脆。对于这个问题，可通过进行焊后热处理使其韧性和延展性得到恢复。另外碳、氮含量低的牌号，在焊接状态下也有一定的韧性。

铁素体型不锈钢以18%Cr钢为代表。在含碳量低的情况下有良好的焊接性能，焊接裂纹敏感性也较低。但由于被加热至900℃以上的焊接热影响区晶粒显著变粗，使得在室温下缺少延伸性和韧性，易发生低温裂纹。也就是说，一般来讲铁素体型不锈钢有475℃脆化、700-800℃长时间加热下发生б相脆性、夹杂物和晶粒粗化引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。通常应在焊接时进行焊前预热和焊后热处理，并在具有良好韧性的温度范围进行焊接。

奥氏体型不锈钢以18%Cr-8%Ni钢为代表。原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼的含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生б相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层和出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳（C≤0.03%）的牌号或添加钛、铌的牌号。为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的δ铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的δ铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊后热处理，以防止变形和由于析出碳化物和发生δ相脆化。

双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低。但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。

全新节约型双相钢及其焊接性能

当今市场上有四种主要类型的双相钢：节约型双相钢、标准双相钢、顶级双相钢与超级双相钢。它们之间的差异表现在化学分析及其机械与腐蚀性能上。它们的相似之处是它们都有铁素体固化，并且在大约1,420摄氏度的温度下开始、在约800摄氏度的温度下结束形成奥氏体。由于这些钢材有两种晶体结构，从而形成有益于用户的一系列理想的性能。铁素体主要赋予高强度与抗应力腐蚀开裂的高性能，而奥氏体则赋予延展性和全面的耐腐蚀性。

在建筑结构中选择双相钢，经常可以因其具有较高的强度而降低板材厚度，从而减轻建筑物的重量。除此之外，由于世界市场上合金元素（例如镍）的价格猛涨，因此节约型的双相钢变得更加流行。2304（1.4362）是头等品级中的一种，这种材料的强度更高，腐蚀性能至少同等，因此能够与316品级竞争。最新的品级2101（1.4162）已经在相对较短的时间内获得了很大的市场份额。

"节约型双相钢"经常会出现的焊接性能问题。而焊接标准双相钢并不是一个问题，而且不论采用何种工艺，都有适合这些应用的焊材。从金相的角度来看，焊接2101（1.4162）根本就没有问题，实际上它甚至要比标准级的双相钢更加容易焊接，因为这种材料事实上可以采用乙炔焊工艺来进行焊接，而对于标准双相钢材料而言，始终必须避免使用这种工艺。焊接2101所面临的实际问题是熔池的粘度不同，因此可湿性差了一点。这迫使操作人员在焊接的过程中更加多地使用电弧焊，而这正是问题的所在。尽管可以通过选择超合金化焊材加以弥补，但是我们经常希望选择匹配的焊材。

在2101中，也存在低温热影响区和高温热影响区中的显微结构之间的热影响区相互作用，比2304、2205或2507更加有利。在以2101进行试验时，也已经发现由于镍含量较低，因此产生了含有较多氮与锰的不同类型的"回火色"，而这影响了腐蚀性能。在电弧和熔池中发生的这一成分损失是由于氮与锰的蒸发与熔敷，这对于双相钢等级的材料来说是一个新问题，因此在这次讲课中将作了较多描述。

焊接参数：包括焊接电流，钨极直径，弧长，电弧电压，焊接速度，保护气流，喷嘴直径等。

（1）焊接电流是决定焊缝成形的关键因素。通常根据焊件材料，厚度，及坡口形状来决定的。

（2）焊极直径根据焊接电流大小决定，电流越大，直径也越大。

（3）焊弧和电弧电影，弧长范围约0.5到3mm，对应的电弧电压为8~10V。

（4）焊速：选择时要考虑到电流大小，焊件材料敏感度，焊接位置及操作方式等因素决定。

常用不锈钢焊接方法对不锈钢最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金属极气体保护焊（MIG/MAG）和钨极惰性气体保护焊（TIG）。

手工焊

手工焊是一种非常普遍的、易于使用的焊接方法.电弧的长度靠人的手进行调节，它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小。同时，当作为电弧载体时，电焊条也是焊缝填充材料.这种焊接方法很简单，可以用来焊接几乎所有材料。对于室外使用，它有很好的适应性，即使在水下使用也没问题.大多数电焊机可以TIG焊接.在电极焊中，电弧长度决定于人的手：当你改变电极与工件的缝隙时，你也改变了电弧的长度.在大多数情况下，焊接采用直流电，电极既作为电弧载体，同时也作为焊缝填充材料。

电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成。这层药皮保护焊缝不受空气的侵害，同时稳定电弧.它还引起渣层的形成，保护焊缝使它成型.电焊条即可是钛型焊条，也可是缄性的，这决定于药皮的厚度和成分。钛型焊条易于焊接，焊缝扁平美观.此外，焊渣易于去除.如果焊条贮存时间长，必须重新烘烤.因为来自空气的潮气会很快在焊条中积聚。

MIGMAG焊接

MIG/MAG焊接：这是一种自动气体保护电弧焊接方法.在这种方法中，电弧在保护气体屏蔽下在电流载体金属丝和工件之间烧接。

机器送入的金属丝作为焊条，在自身电弧下融化.由于MIG/MAG焊接法的通用性和特殊性的优点，至今她仍然是世界上最为广泛的焊接方法。它使用于钢、非合金钢、低合金钢和高合金为基的材料。.这使得它成为理想的生产和修复的焊接方法。当焊接钢时，MAG可以满足只有0.6mm厚的薄规格钢板的要求。这里使用的保护气体是活性气体，如二氧化碳或混合气体。唯一的限制是当进行室外焊接时，必须保护工件不受潮，以保持气体的效果。

TIG焊接

TIG焊接：电弧在难熔的钨电焊丝和工件之间产生。这里使用的保护气体是纯氩气，送入的焊丝不带电。焊丝既可以手送，也可以机械送.也有一些特定用途不需要送入焊丝。被焊接的材料决定了是采用直流电还是交流电，采用直流电时，钨电焊丝设定为负极。因为它有很深的焊透能力，对于不同种类的钢是很合适的，但对焊缝熔池没有任何“清洁作用”。

TIG焊接法的主要优点是可以焊接大材料范围广。包括厚度在0.6mm及其以上的工件，材质包括合金钢、铝、镁、铜及其合金、灰口铸铁、普通干、各种青铜、镍、银、钛和铅。主要的应用领域是焊接薄的和中等厚度的工件，在较厚的截面上作为焊根焊道使用。

相关生产认证如下图1所示：

2100433B

双相不锈钢焊材要求

焊材包括：①填充金属；②保护气体和背面保护气体。分述如下。在焊态下使用的焊接结构，其焊缝金属与母材相比应是合金元素镍含量较高的。这是为了保证合适的铁素体和奥氏体的相比例。这一纯焊缝金属在焊态下，必须有这样的成分，即能在结晶后直接均匀地形成以奥氏体为主（30%～70%）的并含有铁素体的双相组织。当焊件可在1050～1100℃温度下退火时，应该选择与母材成分（Ni=55%～70%）相当的焊缝金属。在这种焊接工艺中，焊后占主要的铁素体基体转变形成了平衡的铁素体/奥氏体组织。焊接双相不锈钢和超级双相不锈钢的焊材均是配套设计的（详见表1和表2）。手工焊用的涂药焊条既可以用钛型药皮焊条，也可以用碱性药皮焊条。碱性药皮的焊条对全位置的焊接更适宜一些，而铁型悍条工艺性优良，在几乎所有的实际应用中都可获得满意的效果。

采用填充焊丝和其他焊接方法（GTAW、GMAW、SAW）熔敷的焊缝金属与焊丝有类似的化学成分。

保护气体适用于各种气体保护焊方法（见表3）。

表1双相不锈钢的配套焊接材料

背面保护气体用于单面焊的焊管内部气体保护，即可以用于工业纯氩气，也可以用于高纯度氩气（99.99%）。在所有情况下，气体都应该干燥（PrEN439：除CO₂外，所有气体最大不超过40ppm露点最高-50℃，CO₂中的水分最大不超过200ppm，露点最高为-35℃），因该采取各种措施避免水分侵入保护气体中。

保护气体和背面保护气体对焊缝金属的含氮量有影响。由于保护气体中的N₂分压低，可能从焊缝熔池中扩散出N₂，从而使焊缝金属氮量降低，最大可减少0.05%N₂。存在这种危险时，在保护气体和背面保护气体中必须加入5%N₂，以防止焊缝金属N₂损失。

双相不锈钢焊材选用

双相不锈钢用的焊材，其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织，主要耐蚀元素（铬、钼等）含量与母材相当，从而保证与母材相当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥氏体的含量，通常是提高镍和氮的含量，也就是提高约2%~4%的镍当量。在双相不锈钢母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希望有一定的含氮量，但一般不宜太高，否则会产生气孔。这样镍含量较高就成了焊材与母材的一个主要区别。

根据耐腐蚀性、接头韧性的要求不同来选择与母材化学成分相匹配的焊条，如焊接Cr22型双相不锈钢，可选用Cr₂₂Ni₉Mo₃型焊条，如E2209焊条。采用酸性焊条时脱渣优良，焊缝成形美观，但冲击韧性较低，当要求焊缝金属具有较高的冲击韧性，并需进行全位置焊接时，应采用碱性焊条。当根部封底焊时，通常采用碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐蚀性能具有特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。

对于实心气体保护焊焊丝，在保证焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力学性能的同时，还应注意其焊接工艺性能，对于药芯焊丝，当要求焊缝成形美观时，可采用金红石型或钛钙型药芯焊丝，当要求较高的冲击韧度或在较大的拘束度条件下焊接时，宜采用碱度较高的药芯焊丝。

对于埋弧焊宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化，并采用配套的碱性焊剂。