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不銹鋼焊接
不銹鋼的焊接
一. 不銹鋼的特性
1．不銹鋼的種類
不銹鋼一般是含有12以上鉻之鋼，在JIS規(guī)格（例如JIS G 4304-2005）中規(guī)定的分類有62種之多。表1所示為JIS依化學(xué)成份、金屬組織分類，主成份Fe-Cr-Ni系及奧氏體系、雙相系以及析出硬化系等的分類。
表2所示為代表性鋼種的物理性能。鐵素體系與馬氏體系，由于與碳相同都是體心立方結(jié)構(gòu)（BBC），所以物理性質(zhì)亦相近，但是，奧氏體系系為面心立方（FCC），所以與BCC的組織相比較，熱傳導(dǎo)率小，熱膨脹系數(shù)大。
表1 依主要成份·金屬組織不銹鋼的分類
表2 各種代表性的不銹鋼的物理性質(zhì)
其代表13Cr鋼的鋼種為SUS410。在常溫的金屬組織為馬氏體相，強(qiáng)度
高且硬又脆，但是，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)幕鼗饎t能得到優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)。使用于高強(qiáng)度或高硬度要求之刀刃，高溫使用的渦輪葉片，以及機(jī)車的配件等。但是，在焊接部位明顯的硬化，除延遲裂的敏感性高之外，在焊接原態(tài)彎曲延性低。耐腐蝕性方面也比其他的不銹鋼低。 （2）鐵素體系不銹鋼
在13Cr鋼，低碳的SUS410L，添加少量Al且改善焊接性的SUS405，但
18Cr鋼分別有SUS430及添加Mo改善耐腐蝕性的SUS444。就是也不致變態(tài)成馬氏體鐵，全溫度范圍都是鐵素體相。鐵素體系不銹鋼有優(yōu)異的耐高溫硫化性，在含有鹽化物的濕潤(rùn)環(huán)境不致產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕龜裂的特長(zhǎng)。 鉻含量高的鐵素體系不銹鋼，一旦加熱至600-800℃會(huì)析出硬且脆的σ
相而脆化。此外，一旦加熱至475℃附近冷卻后在常溫抗拉強(qiáng)度或硬度變高又稱之為475℃脆化現(xiàn)象。更因入熱量，結(jié)晶粒粗大化，在常溫時(shí)其沖擊值也會(huì)明顯下降。 （3）奧氏體系不銹鋼
奧氏體系不銹鋼的代表性鋼種就是18-8系的SUS304。除耐蝕性比Cr
系不銹鋼優(yōu)異外，當(dāng)然焊接性、機(jī)械性也比較優(yōu)異，多使用于化學(xué)設(shè)備材料。在這系列，還添加Mo以改善非氧化酸或鹽（氯）化物濕潤(rùn)環(huán)境的局部腐蝕的耐蝕性之SUS316、SUS317，添加銅之SUS316J1，更有提高Cr、Ni以提高耐熱性與耐氧化性之SUS310不銹鋼。
奧氏體系不銹鋼，在焊接熱影響區(qū)會(huì)發(fā)生下述之敏化作用的問(wèn)題。其
對(duì)策就是抑制碳含量在0.030%以下的SUS304L、SUS316L、SUS317L或者添加Ti或Nb以抑制碳化鉻析出之穩(wěn)定化不銹鋼的SUS321、SUS347不銹鋼。 近年來(lái)，如SUS836L、SUS312L為完全的奧氏體組織，因高鉬、高氮，
其耐孔蝕指數(shù)（PRE=Cr%+3.3XMo%+16XN%）在40以上被開(kāi)發(fā)之超級(jí)奧氏體不銹鋼，應(yīng)用于耐海水用途。
（4）奧氏體·鐵素體系不銹鋼
雙相系不銹鋼為含5-7%Ni及23-25%Cr，其組織為各含有50%之鐵素體
及奧氏體相。高鉻、高鉬及添加氮為雙相組織，在氯化物環(huán)境下耐蝕性高，在0.2%降伏（屈服）強(qiáng)度高達(dá)600N/mm2以上，抗拉強(qiáng)度在700N/mm2以上，比奧氏體系高出很多，耐應(yīng)力腐蝕亦優(yōu)異。在最新的SUS329J4L，是以提高焊接熱影響區(qū)的耐蝕性或韌性為目的而添加氮到約0.2%。此外，耐孔蝕指數(shù)在40以上的又稱超級(jí)不銹鋼。
從高強(qiáng)度耐蝕性及耐應(yīng)力腐蝕性優(yōu)異的特性，多應(yīng)用于海水冷卻器。 2．不銹鋼的機(jī)械（力學(xué)）性能
表3所示為各種不銹鋼常溫的機(jī)械性能的范例，圖1所示為依溫度而異的抗拉強(qiáng)度。在常溫時(shí)的強(qiáng)度，馬氏體系因熱處理而產(chǎn)生變化，但與退火或固溶化熱處理狀態(tài)相比，雙相系強(qiáng)度最高，依序是奧氏體、鐵素體及馬氏體強(qiáng)度的降低。此外，一旦比較各溫度范圍的強(qiáng)度，溫度上升則全部之強(qiáng)度都降低，但對(duì)于鐵素體系及馬氏體，都是在500℃附件強(qiáng)度急遽下降，相反的奧氏體不銹鋼則沒(méi)有這么明顯。
圖2所示為奧氏體不銹鋼在室溫以下沖擊韌性的范例。馬氏體系及鐵素體系，
從0℃至-50℃的范圍其吸收能量急遽的下降，但沃斯田鐵則下降很少，甚至于至-196℃也有優(yōu)異的沖擊特性。
3．不銹鋼的耐蝕性
不銹鋼的腐蝕可分類成全面腐蝕及孔蝕、隙蝕等的局部腐蝕，以及受到應(yīng)力的負(fù)荷環(huán)境所發(fā)生之應(yīng)力腐蝕龜裂。
孔蝕、隙蝕是發(fā)生在含有鹽化物之濕潤(rùn)環(huán)境為其特征。因添加鉻、鉬及氮等的
合金元素，鈍化皮膜相對(duì)安定，改善耐孔蝕性。圖3所示為各種不銹鋼的孔蝕電位�？孜g電位相當(dāng)高的其耐孔蝕性優(yōu)異。一般耐孔蝕性的影響是以合金元素鉻、鉬及氮含量計(jì)算之耐孔蝕性指數(shù)（PRE）為基準(zhǔn)，PRE值大的其耐孔蝕性提高。
此外，在熱影響區(qū)受到加熱溫度在500-850℃的范圍，如圖4所示，在晶界會(huì)析出碳化物致在晶界附近因鉻含量降低，所以容易發(fā)生晶界腐蝕，又稱敏化作用。圖5所示為泛用奧氏體鋼敏化發(fā)生的條件（加熱溫度、時(shí)間）的范例。SUS304及SUS316并沒(méi)有很大的差異，但是，SUS316在稍微高溫度范圍才發(fā)生敏化作用的趨勢(shì)。碳含量低的材料（SUS304L等的C≤0.030的材料）有優(yōu)異的耐敏化。
應(yīng)力腐蝕龜裂（SCC），在特定的腐蝕環(huán)境中，一旦受到應(yīng)力而產(chǎn)生的現(xiàn)象。圖6所示為各種不銹鋼的鹽化物SCC敏感性指數(shù)的比較圖示。圖中顯示雙相系比奧氏體系有優(yōu)異的耐SCC性。在奧氏體系，鎳高的材料其耐SCC性有愈高的趨勢(shì)。
二. 不銹鋼焊接金屬的性能
不銹鋼焊接金屬的性能，是由其組織決定的，但是，在焊接原態(tài)其組織是與碳鋼不同。在電弧焊之熱循環(huán)范圍，并不會(huì)受到冷卻速度的影響，僅僅依化學(xué)成分來(lái)決定。至此，用化學(xué)成分來(lái)預(yù)測(cè)焊接原態(tài)的組織的組織結(jié)構(gòu)分別常用的有機(jī)種。
圖1所示為舍伏勒組織結(jié)構(gòu)（Schaeffler）,能從化學(xué)成分推算出焊接金屬的組織及代表性鋼材標(biāo)準(zhǔn)的顯微組織。其他的還有加N影響之狄龍圖與WRC-1992的組織結(jié)構(gòu)。無(wú)論那一種，其橫軸都是鐵素體形成元素的鉻、鉬等計(jì)算鉻當(dāng)量（Creq），能推算出相當(dāng)?shù)慕M織。各組織結(jié)構(gòu)所用的計(jì)算系數(shù)或元素有若干的不同。
具體而言，狄龍組織結(jié)構(gòu)是在舍伏勒組織結(jié)構(gòu)中，鎳當(dāng)量沒(méi)有考慮到奧氏體形成元素所添加的N，這對(duì)手焊以外的焊接方法的焊接金屬或添加N焊接金屬，可以推算其鐵素體量。
不銹鋼焊接金屬的組織結(jié)構(gòu)，如圖2所示依化學(xué)成分分別為奧氏體相（Υ），鐵素體相（α），馬氏體相（M）或者是這類的混合組織。在這奧氏體相+鐵素體相的組織，其高溫龜裂敏感性要低，則鐵素體量要在10%以下，且經(jīng)PWHT處理，它能抑制σ相得析出，有優(yōu)異的延性與韌性。鐵素體量比這還高時(shí)，在PWHT處理或高溫環(huán)境，長(zhǎng)時(shí)間的使用會(huì)造成σ相得脆化問(wèn)題。若僅是奧氏體單相組織，雖不致發(fā)生鐵素體相引起的脆化，但是高溫敏感性顯著的提高。至于鐵素體單相會(huì)造成結(jié)晶粒粗大化的脆化或475℃脆化的問(wèn)題。而馬氏體組織硬且延性低，會(huì)造成氫延遲龜裂的問(wèn)題，與鐵素體一樣，也有造成475℃脆化的問(wèn)題。
薛佛勒=舍伏勒 狄龍=德龍
三. 各種不銹鋼的焊接
基本上選擇與母材相同成分系列的焊材進(jìn)行焊接，這是原則。表1所示為各種成分系列的代表性的鋼種及推薦的焊材與焊接時(shí)之預(yù)熱、道溫及PWHT溫度的目標(biāo)值。
表1 代表的不銹鋼及焊接材料
1．馬氏體系及鐵素體系不銹鋼
在SUS 410或SUS 430分別代表馬氏體系及鐵素體系不銹鋼使用的焊材為①共金系②加Nb共金系的409 Nb及430 Nb③奧氏體系的309④英高鎳等的高鎳合金等列為被考慮的對(duì)象。在各種焊接材料其焊接金屬的特征如表2所示。
表2 Cr系不銹鋼焊接材料及焊接金屬的特征
焊接金屬的特性
焊接材料 延性 延遲 PWHT造高溫共金系 409Nb 430Nb 309系 高Ni系
韌性 龜裂 成脆化 龜裂 × × ○ ○ △ ○ ○
△ ○ ○
○ × ○
○ △ △
鹽化物SCC
○ ○ × ○
預(yù)熱道間溫度 200℃～400℃ 100℃～200℃ ～200℃ ～200℃
焊后熱處理溫度 700℃～800℃ 600℃～800℃ ～600℃ ～600℃
○：優(yōu) △：稍劣 ×：劣
共金系的場(chǎng)合，在JIS手焊條、填充裸焊條及實(shí)芯焊絲與藥芯焊絲，410及430系列都有規(guī)定，13Cr系使用410，而18Cr系使用430。
在這種系列的不銹鋼焊接，在焊接金屬及熱影響區(qū)會(huì)析出馬氏體相及鐵素體相組織，這析出的馬氏體相為硬化的組織，因擴(kuò)散氫而導(dǎo)致延遲龜裂的敏感性高。在焊接時(shí)須維持預(yù)熱及道溫，為著要充分地恢復(fù)焊接金屬及熱影響區(qū)的延性，希望進(jìn)行700℃以上之PWHT。
在鐵素體系不銹鋼的焊接使用430系列焊材的場(chǎng)合，由于焊接金屬及熱影響區(qū)結(jié)晶的粗大化致容易產(chǎn)生脆化，所以預(yù)熱抑制在200℃以下并希望進(jìn)行PWHT。
作為加Nb的共金系列焊材，JIS的規(guī)定分別有409 Nb及430 Nb。409 Nb為添加10倍程度C含量的Nb，利用C及Nb親和力強(qiáng)的特性以固定C，在13 Cr鋼焊接金屬的焊接原態(tài)的組織為微細(xì)的鐵素體組織。與傳統(tǒng)之馬氏體不銹鋼焊接材料比較，在焊接原態(tài)其焊接金屬延性優(yōu)異，且耐延遲龜裂性也優(yōu)異為其特征。430 NB的堆焊，是在碳鋼/低合金鋼上以409 Nb作為堆焊時(shí)初(打底)層的鋼種并考慮碳鋼/低合金鋼稀釋的成分設(shè)計(jì)。這類的焊接材料在13Cr或18Cr系不銹鋼的薄板焊接，不需要預(yù)熱，但是在厚板的焊接，從防止延遲龜裂的觀點(diǎn)，須保持100℃以上的預(yù)
熱與道溫并作600℃以上的PWHT。此外，使用430 Nb作為堆焊之初層時(shí)，為著能得到焊接金屬為安定微細(xì)的鐵素體相，要保持安定的稀釋率是相當(dāng)?shù)闹匾�，致須作充分的焊接管理�?/p>
在使用奧氏體系309系的場(chǎng)合，焊接金屬的組織為奧氏體相+鐵素體相，不致產(chǎn)生延遲龜裂，在焊接原態(tài)能得到具延性及韌性的焊接金屬。但是，在母材稀釋低焊接金屬鐵素體量高的場(chǎng)合，若進(jìn)行650℃以上之PWHT會(huì)產(chǎn)生σ相脆化的問(wèn)題。此外，于石油精煉設(shè)備在濕硫化氫-HCl環(huán)境，在309焊接金屬會(huì)產(chǎn)生氯化物應(yīng)力腐蝕龜裂(SCC)，在SUS405/410的熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生選擇性腐蝕的問(wèn)題，所以必須要注意。
從熱處理對(duì)脆化的防止及SCC的防止觀點(diǎn)，則推薦使用高鎳系焊接材料。此外，在高溫間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)的容器，從熱疲勞防止的觀點(diǎn)，與母材熱膨脹系數(shù)相近之高鎳系焊材也是有利的地方。
低碳、低氮，耐孔蝕、隙間腐蝕優(yōu)異材料的SUS444，與母材相同成分之焊接金屬，因結(jié)晶粒粗大化會(huì)產(chǎn)生明顯的脆化，所以選擇超低碳(C≦0.020%)的316L或高鎳系的焊材。為著防止因母材熱影響區(qū)表面吸收N2及O2等氣體之脆化，希望以氬焊施工。 2. 奧氏體系不銹鋼
焊接性優(yōu)異，幾乎所有的焊接方法都適用。但是，熱膨脹系數(shù)大，由于焊接變形大，致在薄板的場(chǎng)合要用拘束的方法或以短節(jié)距方式點(diǎn)焊等采取必要的措施。
此外，圖3所示為在熱影響區(qū)，因敏化而容易造成粒(晶)界腐蝕(weld decay)。在防止敏化方面，使用低碳材(L材)或者須使用使用穩(wěn)定化鋼的SUS321或SUS347。在L材的焊材為加L的(例如SUS304L為308L)，穩(wěn)定化鋼的焊接則使用加Nb的347系列。
圖3
在奧氏體系不銹鋼發(fā)生焊接的缺陷以高溫裂為代表。高溫裂的照片如照片1所示的情形，它是在 焊接的直后(當(dāng)下) 在焊 道的中央部位于焊接方
向發(fā)生。其對(duì)策是焊接 照片1
材料，為防止高溫龜裂為目的，在成分設(shè)計(jì)上焊接原態(tài)能含有數(shù)%的鐵素體量。圖4所示為各種焊接金屬的鐵素體量與高溫龜裂敏感性的關(guān)系。鐵素體量多至相當(dāng)程度則高溫敏感性下降。為此，一般的焊材，在成分設(shè)計(jì)上焊接金屬至少會(huì)含5%以上的鐵素體。
對(duì)于高溫裂要特別注意的是空氣中的氮會(huì)侵入到焊接金屬中。從圖2所示的
鎳當(dāng)量的計(jì)算式知，氮為奧氏體強(qiáng)力的生成元素，若氮侵入到焊接金屬中則鐵素體會(huì)降低為產(chǎn)生高溫龜裂的原因。為防止空氣的卷入，在手焊時(shí)弧長(zhǎng)須盡量的短。在使用保護(hù)氣體的焊接方法，須避免保護(hù)氣體流量不足或因風(fēng)而保護(hù)效果不良。
此外，不純物的P或S，如圖5 所示因高溫龜裂敏感性增高，所以在焊接面對(duì)含有這類不純物的污染的地方須完全移除。
除此之外，焊接入熱量大的，高溫龜裂的敏感性有增加的趨勢(shì)。如在SUS310的焊接金屬，并不生成鐵素體相，為龜裂敏感性高的奧氏體系不銹鋼的焊接，所以希望以最低的道溫小入熱量來(lái)焊接。這是降低道溫，因而減小入熱量，即龜裂發(fā)生溫度范圍的冷卻速度快，更縮短了這溫度范圍的時(shí)間。
以上，高溫龜裂的防止對(duì)策為：
?因防止氮的混入，鐵素體量不致降至極低 ?防止P、S等低熔點(diǎn)的不純物混入
?降低入熱量，不預(yù)熱而道溫盡量低(170℃以下) 等方式。
奧氏體系不銹鋼的焊接部位不須要作PWHT，但是為防止SCC為目的而進(jìn)行固溶化熱處理(1000-1100℃)或用穩(wěn)定化鋼的SUS321或SUS347，為防止在HAZ敏化實(shí)施穩(wěn)定化處理(850-950℃)。
耐蝕性優(yōu)異的高鉬超級(jí)雙相不銹鋼的焊接，與焊接金屬相同成分系列的場(chǎng)合，如圖6所示，焊接金屬為奧氏體初晶的A-模式(mode)凝固，能貢獻(xiàn)耐蝕性的Cr及Mo產(chǎn)生明顯的凝固偏析，在樹(shù)枝狀組織(dendrite)的中央部位PRE值降低，這個(gè)部分耐蝕性就明顯下降的現(xiàn)象。為此，一般選用比母材高PRE值耐蝕性優(yōu)異高鎳合金之英高鎳625或Hastelloy 276。 3. 雙相系不銹鋼
與奧氏體系一樣有優(yōu)異的焊接性。但由于鐵素體量高，致在600℃以上的溫度范圍脆化速度快，所以在熱影響區(qū)的耐蝕性比母材原質(zhì)部要劣化，致在焊接時(shí)入熱量要低，不必預(yù)熱而道溫也希望盡量的低(150℃以下)。此外，為防止σ相脆化或475℃脆化，應(yīng)避免PWHT。
焊材在JIS分別規(guī)定有2209及329J4L與3553，但市售的SUS329J3L用2209，而SUS329J4L用329J4L。
母材因經(jīng)熱處理，所以調(diào)整奧氏體相與鐵素體相的比例約1：1，但是焊接材料的場(chǎng)合，與母材相同成分系之焊接金屬的鐵素體會(huì)過(guò)高，致延性降低或耐粒界腐蝕性降低之不良影響，所以要比母材鎳含量高來(lái)設(shè)計(jì)。
四. 碳鋼上耐蝕堆焊及異材焊接
1. 耐蝕堆焊及護(hù)面鋼的焊接
為著改善碳鋼或低合金鋼的耐蝕性為目的的表面改質(zhì)，以不銹鋼焊接材料進(jìn)行耐蝕堆焊。圖1所示為使用這耐蝕堆焊的舍伏勒組織結(jié)構(gòu)，并預(yù)測(cè)焊接金屬組織的方法。圖2所示為在碳鋼上 焊一層稀釋率的計(jì)算方法與因焊接方法概略稀釋率的情形。
如圖1單純的熔入情形，焊接金屬為從熔填（敷）金屬及母材化學(xué)成分計(jì)算的鎳當(dāng)量、鉻當(dāng)量相當(dāng)量而點(diǎn)出的點(diǎn)
（100%-稀釋率）：在在線點(diǎn)出稀釋率的點(diǎn)即為其組織。http://http://www.ishadingyu.com/news/557F0276514CF68D.html在碳鋼上焊接不銹鋼焊接材料的情形，就如圖1知用共金（相同金屬）材料的焊材，308或316焊接的地方，其焊接金屬容易造成鐵素體量的降低或析出馬氏體組織，致很難獲得健全的
焊接金屬。另一方面，考慮到碳鋼的稀釋率，比308或316的Ni及Cr含量提高且成分設(shè)計(jì)讓鐵素體落在10-25%的309，在廣的稀釋范圍也能含有數(shù)%的鐵素體，這樣就能得到較健全的焊接金屬。表1所示為耐蝕堆焊焊接金屬的目標(biāo)成分所使用之焊接材料的種類。像這在耐蝕堆焊，初（第一）層是用309系的焊材焊接，于第二層以后才使用目標(biāo)成分的焊材焊接。
在耐蝕堆焊，因?yàn)橛绊懞附硬课粰C(jī)械性能最大的是初層焊接部位的組成，所以決定這個(gè)的母材及焊接材料的成分與稀釋變成很重要。此外，這初層焊接金屬的化學(xué)成分對(duì)于第二層以后焊接金屬的成分也有很大的影響。為此，如表1所示，例如，壓低第二層堆焊焊接金屬的C含量以維持堆焊焊接金屬的耐粒界腐蝕，在初層要選擇309低碳的309L焊材，而且要怎樣壓制碳鋼的稀釋變成很重要。此外，第二層以后如316或347，在含Ni、Cr以外合金成分的地方，在初層時(shí)即要使用添加這類成分309Mo或309Nb的焊材，以穩(wěn)定得第二層的成分。
初層的組織，從圖1所示所知，若母材及焊材已決定則因稀釋率而決定的，那么稀釋率就是重要的因子，但這稀釋率受到焊接條件影響很大。舉一范例，在藥芯焊絲因焊接條件的變動(dòng)稀釋率亦跟著變動(dòng)如圖3所示，因焊絲瞄準(zhǔn)的位置而稀釋率變化的例如圖4所示。像這稀釋率，因焊接方法、焊接條件及電弧對(duì)準(zhǔn)位置的焊接施工參數(shù)的不同而變動(dòng)。此外，圓筒容器內(nèi)面之耐蝕堆焊，由于對(duì)母材之水平呈傾斜致影響稀釋率。一般與水平焊接相比上坡焊的稀釋大，反之下坡焊則稀釋小。
在碳鋼/低合金鋼使用藥芯焊絲的耐蝕堆焊，較適當(dāng)稀釋之大及小場(chǎng)合的焊接金屬，發(fā)生彎曲試驗(yàn)不合格的例子，如照片1及2所示。各種的焊接材料，以其合適的焊接條件焊接時(shí)，需事先設(shè)定期望的稀釋率以達(dá)到設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分及鐵素體量。為此在碳鋼上堆焊，若稀釋率過(guò)大就如照片1所示Ni、Cr的降低而在焊接金屬析出馬氏體，在焊接原態(tài)彎曲試驗(yàn)致發(fā)生龜裂。此外，在Cr-Mo鋼上之堆焊，在稀釋率降低的地方，如照片2所示因經(jīng)PWHT而析出σ相，經(jīng)彎曲試驗(yàn)同樣發(fā)生龜裂。無(wú)論是那一種情況都要以適當(dāng)?shù)暮附訔l件焊接才能防止問(wèn)題的發(fā)生。
一般奧氏體系不銹鋼焊接部位的機(jī)械性能很難受到如碳鋼焊接條件的影響，但
在耐蝕堆焊，稀釋則受到焊接條件等的施工參數(shù)很大的影響，這給予焊接金屬性能也影響很大。為此，在耐蝕堆焊之實(shí)機(jī)施工前的施工試驗(yàn)的實(shí)施，須確認(rèn)施工參數(shù)及在施工時(shí)施工參數(shù)的管理，在共金焊接以上于管理焊接金屬的質(zhì)量上是相當(dāng)重要的因素。
不銹鋼覆面鋼之不銹鋼側(cè)的焊接，基本上與耐蝕堆焊一樣，圖5所示為初層使用309系 焊接，在第二層之后再使用與覆面材化學(xué)成分相近的焊材焊接。
表2所示為覆面焊接時(shí)，列出覆面材以及焊接相匹配的焊接材料。
表2不銹鋼覆面鋼焊接適用的焊材
在特殊情況，如圖5所示無(wú)法從覆面材焊接時(shí)，在初層焊接時(shí)即要使用與覆面材相同成分系之焊材進(jìn)行焊接之后，在剩余的板厚須全部使用309系的焊材焊接。這種情形若用碳鋼焊材焊接不銹鋼，因Ni、Cr的稀釋，致焊接金屬馬氏體化會(huì)明顯的變成硬化。
護(hù)面材為SUS410或SUS405等之13Cr系不銹鋼的場(chǎng)合，在覆面材側(cè)的焊接材料，與上述一樣用考慮選擇430Nb+409Nb匹配的共金系或309系的奧氏體系或者高Ni系（inco系）焊材。但一旦要經(jīng)650℃之PWHT，則選用高鎳系焊材。 2. 碳鋼及不銹鋼的異材焊接
此章節(jié)在介紹有關(guān)于碳鋼及奧氏體不銹鋼以及鉻系部銹鋼之異材焊接（對(duì)接及角焊）。表3所示為碳鋼或低合金鋼與各種不銹鋼焊接匹配適用的焊材。及考慮的方式與耐蝕堆焊一樣，其關(guān)鍵還是稀釋。即焊接金屬的性能還是受稀釋來(lái)決定，也就是要如何控制影響稀釋之焊接參數(shù)，但是，決定異材焊接部位質(zhì)量的要點(diǎn)分別如下述。 2.1奧氏體系不銹鋼
碳鋼、低合金鋼與奧氏體不銹鋼的異材焊接，基本上的考慮與上述之耐蝕堆焊的初層是一樣的，焊接材料多使用309系。
異材焊接部位的焊接金屬組織，與耐蝕堆焊一樣使用舍伏勒或德龍組織結(jié)構(gòu)，從使用的母材及焊接的化學(xué)成分與稀釋率加以推定。圖6所示為使用舍伏勒?qǐng)D推定SUS304及SS400異材焊接（單道焊接或角焊）焊接金屬的組織的一例。這如圖1所示替換成SUS304及SS400母材，從兩邊的母材以一樣熔入比率的情形。從這個(gè)圖知，焊接金屬的組織，受到SS400母材的稀釋（Fe的稀釋）很大的影響。一旦稀釋率大，焊接金屬的鐵素體量降低易發(fā)生高溫裂或析出馬氏體而造成硬化
的危險(xiǎn)性。
特別是開(kāi)槽（坡口）內(nèi)的初層或角焊，容易受到碳鋼母材稀釋影響，須避免使用過(guò)大電流之焊接。在厚板之多層焊接，如圖7所示因道次關(guān)系碳鋼的稀釋影響大大的不同致焊接金屬的成分變動(dòng)大。在焊接原態(tài)使用的情形不致有問(wèn)題，但在要求PWHT的場(chǎng)合，在稀釋少的（鐵素體高）道次會(huì)有σ相脆化的危險(xiǎn)。像在這種情形如圖7所示，讓焊接金屬的成分安定為目的，在碳鋼側(cè)希望以309系作涂層焊接的方法。
此外，奧氏體系不銹鋼與Cr-Mo鋼的異材焊接時(shí)，焊材使用309系的情形，
且PWHT的溫度接近700℃，會(huì)造成焊接金屬脆化的問(wèn)題或使用環(huán)境超過(guò)300℃的場(chǎng)合，在焊接金屬與Cr-Mo鋼母材界面的滲、脫碳而發(fā)生強(qiáng)度降低等的問(wèn)題，所以推薦使用高鎳系（inconel）焊材焊接。 2.2馬氏體系及鐵素體系不銹鋼
馬氏體系及鐵素體系不銹鋼與碳鋼之異材焊接是與奧氏體不銹鋼一樣，一般使用309系。此外，奧氏體系及同樣Cr-Mo鋼之焊接，在PWHT條件或使用環(huán)境推薦使用高鎳系。具體的PWHT在650℃以上之要求或使用環(huán)境為超過(guò)300℃的場(chǎng)合。
3. 不同不銹鋼的焊接
表4所示為不同不銹鋼焊接（對(duì)接及角焊）依母材匹配及其適用焊接材料的選擇�；旧鲜瞧ヅ涓吆辖饌�(cè)母材作焊材之選用。
馬氏體或鐵素體系不銹鋼及奧氏體系與雙相系不銹鋼的焊接，基本上選309系，但必須經(jīng)700℃以上之PWHT處理時(shí)，希望選高鎳系（inconel系等）焊材。但是，母材為雙相系時(shí)，因PWHT致母材會(huì)脆化須避免作PWHT處理。
在奧氏體不銹鋼不同種類鋼種匹配→或者與雙相系匹配時(shí)，無(wú)論是選用匹配那一種的焊材，在焊接金屬都不致產(chǎn)生龜裂的問(wèn)題。例如，SUS304及SUS316的匹配，焊材可選用308或者是316都可以得到健全的焊接金屬。
但是，匹配低強(qiáng)度母材的焊接金屬的場(chǎng)合，焊接金屬成低強(qiáng)度，在進(jìn)行彎曲試驗(yàn)等會(huì)在焊接金屬造成變形集中致造成龜裂的情形。像要避免這種情形，最好是選擇高強(qiáng)度母材相匹配的焊接金屬。此外，例如，雙相不銹鋼及奧氏體不銹鋼匹配時(shí)，手焊條或包藥焊線，在雙相不銹鋼因添加N致焊渣剝離性差，所以在設(shè)計(jì)上事先要考慮使用雙相系的焊材對(duì)作業(yè)性有利。
母材的一邊是用310系，原則上選310系焊接材料。若母材的一邊為超級(jí)奧氏體系時(shí)則選擇高鎳系（Ni-Cr-Mo系）焊材。此外，雙相系及超級(jí)奧氏體系的匹配時(shí)，同樣的選稿鎳系（Ni-Cr-Mo系）焊材。這類的匹配也與奧氏體系一樣不需要預(yù)熱或PWHT。
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注：沃斯田鐵=奧氏體 肥粒鐵=鐵素體 麻田散鐵=馬氏體 薛佛勒=舍符勒 狄龍=德龍
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