如何焊接不锈钢

不锈钢简介

在处理焊接不锈钢之前，应该提供对材料的粗略描述。不锈钢代表一类铁基材料，由于其成分中含有铬，因此在某些环境中具有一定的防锈和防腐蚀能力。铬有助于在材料表面形成一层坚韧、不透水的氧化铬层，从而保护表面免受生锈和腐蚀。人们应该知道，“不锈钢”一词代表了一大类不同的材料。它不是识别任何特定金属的技术术语，不能用于采购等实际目的。

三类

三种更通用的不锈钢类别——奥氏体、铁素体和马氏体——是根据它们的冶金结构来表示的。更具体地说，他们使用一种标识符来表示其微观结构的外观，如在显微镜下或通过 X 射线衍射所见。这些微观结构可能存在于某些钢材中，因此它们被用来表示不锈钢中的主要结构。每个类别的属性都会以不同的方式影响焊接过程，因此提前确定使用的是哪种类型很重要。

1。奥氏体

焊接不锈钢时，奥氏体不锈钢被认为是三类不锈钢中最容易焊接的。它们被称为“300 系列”，这是指由美国钢铁协会 (AISI) 和美国汽车工程师协会 (SAE) 发起的标准分类。一个重要的子类称为“18/8”，其合金元素为 18% 的铬和 8% 的镍。

奥氏体不锈钢的主要特性如下：

• 没有磁性或只有轻微的磁性
• 不受 10% 的硝酸 (HNO3) 酒精溶液的侵蚀
• 不会因任何热处理而硬化
• 应变硬化 - 具有很好的延展性，很容易通过机械加工变形，从而增加硬度和强度
• 易于焊接，并采取必要的预防措施
• 导热性介于其他钢的三分之一到二分之一之间
• 热膨胀系数降低 30-40%，有时甚至达到 50%

当焊接不锈钢时，最后两个特性会以各种方式影响结果，产生比其他钢材更大的变形。

并非所有 300 系列奥氏体不锈钢都具有相同的可焊性。添加硫或硒以提高可加工性（如 303 型）会导致严重的焊接热裂纹，这使得这种特殊材料“不可焊接”。

焊接奥氏体不锈钢时要小心。这些不锈钢的耐腐蚀特性可能会受到敏化过程的不利影响，敏化过程发生在 600 至 900 摄氏度（1100 至 1650 华氏度）的温度区间内。这促进了碳化铬在晶界处的聚集，同时也促进了基体金属中耐腐蚀铬的流失。

上述温度范围是自然发生的，不是在温度较高且只持续很短时间的焊缝区，而是在焊道两侧的两条金属带中。这是发生有害影响的热影响区 (HAZ)。

在敏感的关节中，作为主要“不锈钢”成分的铬被隔离或失去作用，局部无法发挥保护作用。如果处理不当，焊接 18/8 不锈钢可能会导致其沿敏感路径的保护性能丧失，并且焊接材料在腐蚀环境中容易发生晶间腐蚀。

可以采用三种策略来减少敏化过程对 300 系列不锈钢的不利影响。一种是使用非常低碳的版本（即 304L，其中 L 代表低碳），其中没有多少碳可用于制造碳化铬。

另一种策略是使用不同类型的贱金属，包括钛（321 型）或钶（347 型），它们会形成碳化钛或钶，导致碳在敏化过程中无法用于铬。这使得铬可以自由执行其抗腐蚀任务。

注意 ：如果需要，该材料的填充金属应始终为钶。为什么？因为钛是反应性的并且在沉积过程中不容易回收。这意味着它在最需要的时候不可用。然而，钶不具有反应性。它会在熔化过程中留在原地，当材料被加热到敏化温度范围时，它会完成生成碳化钶的工作，从而节省时间。

第三种策略是在高温（1050 摄氏度或 1900 华氏度）下进行固溶热处理，这将修复腐蚀敏感性。该策略加入了碳化铬固溶体，它起源于普通 18/8 不锈钢的焊接敏化过程。然而，如果不在真空或其他保护性气氛中进行，没有污染物，这个过程就会遇到像重氧化物形成这样的问题。用于高温应用的 309 和 310 型，以及用于增强耐腐蚀性的 316 型或更好的 316L 型，通常不易敏化，与成分相似的填充焊丝一起使用。

2。铁素体

第二类不锈钢称为铁素体不锈钢。这种钢是铁磁性的，但不能通过热处理硬化。这是一种常见的用于汽车排气部件的不锈钢。当存在于其他主要为奥氏体结构中时，有限量的铁素体结构被认为是有益的，因为它减少了热裂的可能性。使用电弧焊工艺可以很容易地使用铁素体或奥氏体填充金属焊接铁素体不锈钢。可能需要进行焊后热处理以提高性能。

3。马氏体

马氏体不锈钢具有磁性，完全可以通过热处理硬化。不推荐焊接这种类型的不锈钢，尽管使用特殊技术是可行的。焊接可能会产生裂纹，尤其是当碳含量不够低时。可能需要进行预热和后热处理。

最后一节课

要完成焊接不锈钢概述，应该提到上面未列出的第四类材料——沉淀硬化 (PH) 不锈钢，它们非常容易焊接。然而，为了获得所需的性能，应遵循有关热处理的精确说明。

不锈钢焊接工艺

焊接不锈钢时可以使用多种不同类型的焊接。它们各有优缺点，并且都需要特定的说明以确保每次都能进行正确、牢固的焊接。

摩擦焊

摩擦焊接不锈钢几乎没有问题，除了根本不应焊接的易切削类型不锈钢。它不仅用于将不锈钢焊接到其他不锈钢工件，还用于焊接铜和铝等不同金属。焊接前应始终了解材料类型和状况，以及接头附近的热效应。硫或硒等元素会影响焊接接头的最终稳固性。

电阻焊

电阻焊可用于大多数不锈钢。 300 系列 300 系列的奥氏体钢可以很容易地使用电阻焊，铁素体钢也可以。但是，如果焊后回火处理没有充分软化，马氏体不锈钢可能会造成焊接结果变脆的问题。

电阻焊工艺目前用于不锈钢，以适应电阻和低导热性的差异，以及高热膨胀系数、更高的熔化温度和高温下的高强度。低碳钢的电极力更高，而时间和电流更小。

所有不锈钢不仅必须在电阻焊工艺（或任何焊接工艺）之前清除污垢、油、油脂或油漆，而且还必须清除自然形成的氧化铬层。这必须用不锈钢丝刷去除。

电弧焊

焊接不锈钢时可以使用电弧焊，只要使用合适的焊剂。这使得该工艺对 TIG 焊接不太可行，除非没有其他选择。不锈钢的 TIG 焊接需要在焊接过程后消除零件上的所有残留助焊剂痕迹，这会延长操作时间并增加成本。电弧焊是常用的，要密切注意被焊材料的等级和状况，还要注意敏化和变形。

所有类型的电弧工艺都可用于焊接不锈钢，并适当注意接头形状、尺寸和准备工作。特别是保护金属电弧焊 (SMAW) 由于其灵活性而被广泛使用。需要注意的是，电极根据覆盖层的成分有两种类型，这可能会影响所用电流的选择。

在电弧过程中可以使用许多填充金属。不锈钢填充金属的分类可在美国焊接协会的 AWS A5.9/A5.9M:2006 – Specification for Bare Stainless Steel Welding Electrodes and Rods 中找到。

电子束焊接

不锈钢的电子束焊接 (EBW) 很容易进行，即使在非常深的焊缝中也能取得良好的效果。非常高的深度与宽度比允许 EBW 连接其他方式无法实现的配置。由于热输入低，热影响区范围有限，通常不会对机械性能造成明显损害，因此不需要进一步热处理。

激光焊接

焊接不锈钢时也可以使用激光焊接，只要在板中采取预防措施以将焊接与空气隔离并限制热处理过程中获得的损坏特性即可。

最后，不锈钢焊接根本不是一个复杂的过程。当涉及到工件材料、填充金属和所使用的焊接类型时，只需要注意一些细节。如果所有这些都达到标准，您就可以成功焊接不锈钢部件。

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