不锈钢设备的补焊措施

一、不锈钢的特性

不锈钢包括耐大气污染的不锈钢和耐酸钢。按主要组织状态分为马氏体、铁素体、奥氏体三大类，其中以奥氏体不锈钢应用最广泛，占到总量的70%～80%。在化工厂常用的不锈钢设备中，普遍采用的也是奥氏体不锈钢（以下不锈钢均指奥氏体不锈钢）。以ICrl8Ni9Ti为例，其属于18-8型铬镍奥氏体不锈钢。具有良好的耐腐蚀、耐热性能，使用温度可达600～700℃，高抗氧化性700～900℃，塑性良好，但加工硬化敏感，切削性能很差。

二、不锈钢腐蚀类型分析

奥氏体不锈钢焊接发生的主要质量问题是晶间腐蚀和应力腐蚀破裂，也可不同程度出现腐蚀疲劳、焊缝腐蚀、点蚀和氢脆。在大多数情况下，不锈钢发生腐蚀是多种腐蚀类型并存共同作用的结果。
1．晶间腐蚀

奥氏体不锈钢在450～850℃时，易出现晶粒析出，发生晶间腐蚀，这种腐蚀将造成材料机械性能显著降低，由于晶间腐蚀不易出现，常造成设备突然破坏，所以危害很大。作为材料使用单位，防止晶间腐蚀的有效方法就是降低其含碳量，而降低碳含量，可将材料加热到1100℃进行固溶处理，同时能使材料提高耐蚀性，并使其软化。
2．应力腐蚀破裂
金属材料在拉应力和化学腐蚀共同作用下发生的断裂破坏，裂纹较小，有时只有一条，通常有分枝。应力的来源有外加的应力（设备操作运行时的工作应力、热应力），有残余的应力（焊接、冷加工及设备安装时的固定残余应力），还有腐蚀产物应力。对于应力腐蚀破裂来说，焊接和加工所残留的应力是最重要的。材料表面状况对应力腐蚀破裂也有影响，焊缝增厚（重复补焊）或焊接飞溅物等也往往成为应力腐蚀破裂的间接原因，所以应将其打磨掉，越平滑越好。
3．腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是由于腐蚀介质的作用，金属材料耐疲劳能力的下降，其断面特征是大面积上有腐蚀产物，小面积上粗糙。腐蚀疲劳可以有多条裂纹，裂纹通常发源于一个深点蚀区。
4．焊缝腐蚀
焊缝腐蚀分为热影响区腐蚀和刃状（刀口）腐蚀。在不锈钢焊接件焊缝两旁的热影响区发生的腐蚀，造成这种腐蚀的原因是由于焊接过程中正好处在敏感的温度范围（450～850℃），从而产生晶间腐蚀。
刃状（刀口）腐蚀特点是紧靠焊缝熔合线很窄区域内金属的优先腐蚀，而热影响区腐蚀则是切割或焊接过程中不熔化的基本金属区在热作用下的腐蚀，它的部位离焊缝尚有一段距离。一般不锈钢焊缝的耐蚀性能比母材差。
5．点蚀
点蚀集中在金属表面个别小区域上的深度较大的腐蚀，大多数情况下，点蚀比较小，冷加工会增加点蚀的倾向。
6．氢脆
溶液中的氢离子在裂纹的阴极区还原成氢，并在应力的作用下，扩散进入金属内部，使该处金属脆化，裂纹易于扩展，随着氢的不断产生并扩散到裂纹尖端，裂纹就持续向前发展。

三、焊接工艺措施

从不锈钢腐蚀类型分析可知，不锈钢腐蚀除对温度较敏感外（晶间腐蚀、焊缝腐蚀），应力腐蚀破裂是十分重要的原因。因此，不锈钢的焊接必须采取合理的焊接顺序和方向等工艺措施，来消除和减少残余应力及腐蚀。
焊接长焊缝或大型结构件时，焊接顺序应从中间向两端或四周，以分散应力。焊接平面上带有交叉焊缝的接头，焊接顺序应保证交叉部位不易产生缺陷和过大的应力。焊接拼板时，应先焊错开的短焊缝，然后再焊直通的长焊缝。
先焊收缩量大的焊缝，因先焊的焊缝收缩时，受阻力小，相应应力也小，如在结构上同时有对接焊缝和角焊缝时，应先焊对接焊缝，后焊角焊缝。采用较小的焊接能量，可以减小焊接加热区的热压缩塑性变形，从而降低应力。
用手锤均匀地锤击焊缝及周边，使之延展，从而降低内应力。采取反变形法，在焊接封闭圆环焊缝或其他刚性较大、自由度较小的焊缝时，可采取反变形法以增加焊缝的自由度，从而降低应力。焊缝应尽量避免在最大应力和应力集中的位置，还应尽量避开机构加工表面，焊缝密集或交叉会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化，因此，两条焊缝的间距一般≥l00mm。

四、焊接前的准备

如果是对在线设备的补充焊接（补焊），要用清水将设备泄漏处清洗干净，特别要注意对腐蚀介质的清洗。补焊前要将泄漏处焊缝（堆积的焊瘤）用工具去除并修磨平滑。
对于容器缺陷补焊时，补焊长度≥l00mm，采用增强板补焊（打疤子）的尺寸应＞100mm×100mm。如果是多条焊缝交叉处补焊时，增强板（疤子）尺寸应适当放大，避开在焊缝交叉处焊接。
对于已产生裂纹、材料脆性大等缺陷补焊前，应用手锤轻轻锤击裂纹区，便于消除残余应力及时发现裂纹发展的趋势，然后在裂纹长度方向（包括裂纹分枝）各端点以外10～50mm处钻直径5～8mm的止裂孔，其深度与坡口打磨深度相同。
补焊前，根据材料情况（焊缝）打坡口。对设备缺陷表面应先用丙酮、酒精清洗除污，特殊情况（如高浓度碱）也可将盐酸配制成5％～15％的酸性溶液进行清洗，然后用大量清水进行清洗。需要注意的是奥氏体不锈钢对酸洗较敏感，易形成点蚀，因此，应慎用酸洗。

五、焊条及焊机的选择

焊条的选择。不锈钢焊接时，因受到重复加热，会析出碳化物，使耐蚀性能和机械性能降低，因此，焊接时应根据工件化学成分、介质种类和工作温度等合理选用焊条，对于18－8型铬镍不锈钢，工作温度低于300℃，一般的结构焊接，可选用A102焊条。而对于出现各种缺陷后的补焊，则可选用抗裂耐蚀性能较好的A122焊条。为防止焊接时产生气孔，焊条需烘干，对于钦钙型焊条，使用150℃温度，烘1～2h。
焊机的选择。因交流焊接熔深较浅，焊条易发红，所以，尽可能采用直流焊机反接。

六、焊接工艺

目前在焊接奥氏体不锈钢时，最常用的是手工电弧焊和氢弧焊，补焊一般采用手弧焊，在此，只介绍手弧焊的焊接工艺。
1.焊前预热
焊前预热可使焊缝及热影响区金属温差减小，还可减缓焊后冷却速度，从而减小焊接应力，一般预热温度控制在250～425℃。
2.焊接过程
铬镍奥氏体不锈钢的可焊性较好，为了防止焊接接头在危险温度范围内（450～850℃）停留时间过长而产生晶间腐蚀，并防止接头过热而产生热裂纹，焊接时应采用快速焊和窄焊道。焊接过程中，不得在焊件上随便引弧，地线与焊件（工件）应紧密接触，以免操作焊件表面，影响腐蚀性能。焊条最好不作横向摆动，一次焊成的焊缝不宜超过焊条走丝的3倍，运条要稳，电弧不宜太长，收弧时填满弧坑。
焊接电流应比焊低碳钢时低20％左右，一般按焊条走丝的25～35倍计算。

多层焊接时，每焊完一层须彻底清除熔渣，并对焊缝仔细检查，确无缺陷，并等到前尾焊缝冷却后（<60℃）再焊下一层，与腐蚀介质接触的焊缝应尽量最后焊接。为防止由于过热而产生晶间腐蚀，焊接完后，可采取强制冷却措施，如水冷等。一般情况下，在空气中自然冷却也是可以的。
3．焊后热处理
结构焊接或缺陷补焊是否需要焊后热处理，应根据材料特性、焊接条件、工件结构、使用条件及图样要求等综合考虑。一般热处理步骤：加热＞850℃，空冷，基本不会发生应力腐蚀破裂；加热到1100℃，水冷，进行固溶处理，保温时间按1～2min/mm计算，可以提高抗晶间腐蚀能力；加热到850～900℃，保温4～6h，空冷，稳定化处理，可以提高使用稳定性能。
经补焊及热处理后的焊缝，应稍打磨一下补焊部位，使其表面光洁。

七、奥氏体不锈钢牌号对照（表2）

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