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2019年07月19日

美日机床推荐不锈钢如何选择焊接材料（二）

如何焊接不锈钢与碳钢？
为了降低成本，一些结构件会在碳钢表面焊接一层耐腐蚀层。当焊接不含合金元素的母材与含合金元素的母材时，使用合金含量更高的焊材以平衡焊缝中的稀释率。

焊接碳钢和304或316不锈钢时，以及其他异种不锈钢焊接时（表2），多数情况下考虑选用309L焊材。如果希望得到更高的Cr含量，则选用312型。

需要指出的是，奥氏体不锈钢的热膨胀率比碳钢高50%。当焊接时，热膨胀率的差异会产生内应力，从而导致裂纹产生，这时需要选择合适的焊材或指定合适的焊接工艺（图3）。

什么是合适的焊前清理操作？
当与其他材料焊接时，首先使用不含氯离子的溶剂清除油污、标记和灰尘。此外，焊接不锈钢时首先要注意的就是避免受到碳钢的污染而影响耐蚀性。一些公司采用不锈钢和碳钢分开存放以避免交叉污染。在清理坡口周围区域时，使用针对不锈钢的专用磨砂轮和刷子。有时还需要对接头处进行二次清理。由于不锈钢焊接时的电极补偿操作比焊接碳钢时更难，因此其接头清理工作非常重要。

什么是正确的焊后清理操作？为什么不锈钢焊件会生锈？
首先，我们回想一下，不锈钢不生锈的原因是：Cr与O的反应在材料表面生成了一层致密的氧化物层，并起到了保护作用。不锈钢生锈是因为碳化物的析出（见最后一个问题）以及焊接过程中的加热造成焊件表面生成了铁的氧化物。在焊态，完美的焊件也可能在24小时内在焊接热影响区边界处的生锈地方产生咬边。

因此，为了使新的铬氧化物重新生成，不锈钢焊接后需要磨光、酸洗、打磨或者洗刷。需要强调的是，打磨机和刷子必须专有专用。

如何更轻松地焊接双相不锈钢？
通常，双相不锈钢组织中的奥氏体相和铁素体相各占50%左右。铁素体相的存在可以提高强度和耐应力腐蚀性能，而奥氏体相可以提高韧性。两相的共同作用使得双相不锈钢的性能更加优异（图5）。双相不锈钢的范围很广，最常见的型号是2205：含有22%Cr，5%Ni，3%Mo以及0.15%N。

在焊接双相不锈钢时，太多铁素体的存在可能造成一些问题（电弧的热量使得铁素体基体中的原子重新排序）。为此，焊材需要提供更多的奥氏体形成元素，通常是比母材高2-4%的Ni。例如，焊接2205不锈钢时用的药芯焊丝含有8.85%Ni。

焊后，焊缝中的铁素体含量在25-55%之间（也可能更高）。注意：焊后冷却速度要足够慢，使得奥氏体重新形成，但是不能太慢，太慢会析出金属间相，也不能太快，太快会在热影响区产生过多的铁素体。务必遵循产商提供的焊接工艺和焊材选择手册。

如何为选择焊材做准备？
首先，要在焊件的终端应用方面收集信息，包括服役环境（特别是服役温度，是否有腐蚀介质以及期望的耐腐蚀程度）和期望的服役寿命。服役条件下所需的力学性能的信息也很重要，如强度，韧性，塑性和疲劳性能。

大多数领先的焊材厂商都会为选择焊材提供指导手册，在此，笔者再次强调：建议参阅焊材应用手册或者联系他们的技术专家。他们会帮助我们更正确的选择不锈钢焊材。

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