焊接不锈钢的主要挑战是什么？克服变形、晶间腐蚀和污染

简而言之，焊接不锈钢的主要挑战源于其独特的物理和化学特性。与碳钢不同，它的导热性差且热膨胀系数高，这会导致变形。如果过热，它还极易失去耐腐蚀性，并且很容易被活性较低的金属污染。

焊接不锈钢与其说是简单地连接金属，不如说是保护其独特的性能。成功与否取决于精确的温度控制以防止变形和冶金纪律以保持其标志性的耐腐蚀性。

核心挑战：管理热量和冶金

不锈钢最大的优点——硬度和耐腐蚀性——也是其焊接挑战的根源。焊接过程使金属承受极端条件，这些条件可能会损害这些特性。

不锈钢受热时的膨胀量比碳钢高约 50%。同时，它的导热性很差，这意味着焊弧的热量不会迅速消散，而是集中在一个小区域内。

这种组合是变形和翘曲的主要原因。局部区域会变得极热并迅速膨胀，而周围的金属保持凉爽，产生巨大的内部应力，导致材料在冷却时被拉伸和扭曲。

不锈钢的耐腐蚀性来自于铬，它会在表面形成一层被动的氧化铬保护层。

如果常见的奥氏体不锈钢（如 304 牌号）在约 800°F 至 1500°F (425°C 至 815°C) 的温度范围内停留时间过长，铬可能会与钢中的碳结合。这会在晶界处形成碳化铬。

这个过程称为晶间腐蚀（sensitization），它会使周围区域失去抗腐蚀所需的铬。焊缝可能看起来完好无损，但沿着这些贫铬边界，它将极易生锈和开裂，这种失效被称为“焊缝腐蚀”。使用低碳“L”牌号（如 304L）有助于减轻这种风险。

焊弧的剧烈热量会破坏被动氧化铬层。如果熔融的焊池暴露在大气中的氧气下，它会迅速氧化，形成多孔、薄弱且不耐腐蚀的焊缝。

这使得适当的气体保护对于保护熔融金属免受大气影响直到其冷却下来至关重要。

除了冶金理论之外，焊工还会遇到一些实际挑战，需要严格的纪律和专业技术。

不锈钢必须保持绝对清洁。任何与碳钢工具、砂轮甚至空气中灰尘的接触都可能将铁颗粒嵌入表面。

这些游离的铁颗粒没有被氧化铬层保护，会生锈，形成小的腐蚀点，从而损害整个工件。因此，所有工具——刷子、夹具和砂轮——必须专用于不锈钢。

为防止氧化，焊缝的前后两侧都必须与大气隔离。虽然焊枪为正面提供保护，但焊缝根部的背面是脆弱的。

这需要背部吹扫（back purging），即用惰性气体（通常是氩气）填充管道内部或焊缝背面。未能对不锈钢焊缝进行背部吹扫，尤其是在全熔透焊缝中，保证会导致氧化并导致过早失效。

不锈钢焊缝的最终颜色是焊缝质量和气体保护有效性的直接指标。

浅稻草色或金色表明热量输入适当且气体覆盖良好。随着颜色变为蓝色、紫色，最后变为暗灰色，这表明热量过高和氧化程度增加。灰色、有结痂的焊缝是氧化的，已经失去了耐腐蚀性，应视为失效焊缝。

成功焊接不锈钢通常需要平衡相互竞争的优先事项，并避免可能导致隐藏故障的常见错误。

精确控制热量的需要意味着您不能匆忙进行不锈钢焊接。座右铭是使用足够的热量以实现良好的熔合，但移动速度要快到足以避免热影响区（HAZ）过热。与碳钢相比，这种微妙的平衡通常需要较低的电流设置和更审慎的焊接速度。

焊缝表面可能看起来结构完好，但如果材料没有经过适当清洁或被碳钢污染，它会随着时间推移而失效。几周后出现的锈斑是准备工作不当的直接结果，而不是焊道本身有缺陷。

您不能假设 304 焊丝总是适用于 304 母材。为了补偿焊接过程中的热效应和稀释，通常会使用化学成分稍丰富的填充金属（如 308L）来焊接 304L。使用错误的填充金属可能会导致焊缝容易开裂或缺乏所需的耐腐蚀性。

您的焊接方法应根据成品的主要要求量身定制。

掌握这些原则将不锈钢焊接从一项挑战转变为一门可预测且可重复的工艺。