不锈钢焊接缺陷之氢裂纹(上)

不锈钢焊接电弧焊氢裂纹的形成原因主要受三个因素共同导致，分别是氢气由焊接过程产生易脆裂的硬脆结构、拉伸应力作用在焊接接头上、常常在温度达到正常的环境时发生裂纹。

在实践中，对于给定的情况（材料组成，材料厚度，接头类型，电极组成和热量输入），可以通过加热接头来降低氢裂纹的风险。

降低冷却速度的预热可以扩散掉一些氢，并且会降低不锈钢板硬度，即对裂纹敏感的显微组织区域的硬度，从而导致板子容易破裂。当焊接具有高碳当量（IIW CE）值的厚壁型钢时，预热水平可高达200℃。

由于在环境温度以上很少出现裂纹，所以在制造过程中保持不锈钢板焊件温度也是很重要的。对易感钢而言，适宜的是将预热温度保持给定的时间，通常在2至3小时之间，以使氢从焊接区域扩散开来。在裂纹敏感的情况下，例如焊接较高IIW CE钢或在高约束条件下，温度和加热时间应该增加，通常为250-300℃三到四小时。

对于许多钢种来说，可以在焊接完成后立即使用焊后热处理（PWHT），即不允许预热温度下降。但实际上，由于检查只能在环境温度下进行，所以只有在PWHT后才能发现“可抛弃”的缺陷。另外，对于高硬度钢来说，可能需要进行第二次热处理以调节第一次PWHT后出现的硬质微观组织。

在某些情况下，为了避免开裂，需要采取更严格的程序（预热温度更高和/或焊接金属氢含量更低）。包括如下：高度约束，包括在大约50mm以上的截面厚度的焊缝，以及在双斜面接头中的根部运行；厚的部分（≥大约50mm）；低碳当量钢（C≤0.1％和IIWCE≤约0.42的C-Mn钢）；“干净”或低硫钢（S≤约0.008％），因为低硫和低氧含量会增加钢的淬透性。

合金化的焊接金属，其中预热水平以避免HAZ开裂可能不足以保护焊接金属。应使用低氢工艺和消耗品。用于预测避免焊接金属开裂的预热要求的方案通常要求焊接金属扩散氢水平和焊接金属拉伸强度作为输入。对于奥氏体不锈钢和镍合金焊接金属的使用，也可以有效防止开裂。

在预热不佳或不防止开裂的情况下，需要使用奥氏体消耗品。奥氏体不锈钢和镍合金电极将产生一种焊接金属，在环境温度下氢对铁的溶解度比铁素体不锈钢高。因此，在焊接过程中形成的任何氢都被锁定在焊接金属中，在冷却到环境温度时很少扩散到HAZ。

常用的奥氏体MMA电极是23Cr：12Ni，例如EN 1600：1997。然而，由于镍合金与不锈钢相比具有较低的热膨胀系数，镍合金电极是优选的，以降低收缩应变。当焊接高达0.2%C的钢时，通常不需要预热。但是，在0.4%以上的温度下，150℃的最低温度将是需要的，以防止HAZ开裂。

避免氢气开裂的最佳做法是减少焊缝金属氢，即减少耗材产生的氢气量，就是采用低氢工艺或低氢电极。