不锈钢焊接板成分分析-测博士

一、母材的典型成分（按不锈钢类型分类）

不锈钢焊接板的母材是基础，其成分决定了焊接材料的选择和最终性能。常见不锈钢类型及成分如下：

二、焊接材料的成分（需与母材匹配）

焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的成分需与母材 “等成分” 或 “等性能” 匹配，避免因成分差异导致焊接接头性能劣化（如耐腐蚀性下降、裂纹等）。常见匹配原则及成分示例：

• 奥氏体不锈钢焊接：如焊接 304 母材，常用焊条为 A102（E308-16），其成分需接近 304（Cr：18-21；Ni：8-11；C≤0.08），确保焊缝耐腐蚀性与母材一致；若焊接 316，焊条需含 Mo（如 A022，Mo：2-3）。

• 铁素体不锈钢焊接：母材含 Cr（11-30%）、无 Ni，焊接材料需低 C（≤0.06%）、低 N（≤0.02%），并添加 Ti、Nb 稳定化元素（防止 Cr 碳化物析出），如焊条 E430-16（Cr：15-18；Ti：≥5×C）。

• 马氏体不锈钢焊接：需保证焊缝强度，焊接材料含 Cr（11-13%）、适当 C（0.07-0.15%），如焊条 E410-16，避免因成分差异导致焊缝脆化。

三、焊接过程中的成分变化（关键影响因素）

焊接时的高温（电弧区温度可达 6000-8000℃）和保护氛围会导致部分元素烧损或迁移，影响最终成分：

1. 元素烧损：

• 易氧化元素（Cr、Si、Mn）可能因保护不足（如氩气流量不够）被氧化，形成 Cr₂O₃等氧化物，导致焊缝中 Cr 含量下降（若 Cr＜12%，耐腐蚀性显著恶化）。

• 低沸点元素（如 Zn、Pb，若母材含杂质）可能蒸发，导致局部成分波动。

2. 碳迁移：
   若异种钢焊接（如奥氏体不锈钢与碳钢），高温下碳会从高碳区（碳钢）向低碳区（奥氏体焊缝）迁移，导致碳钢侧形成 “脱碳层”（强度下降），奥氏体侧形成 “增碳层”（脆性增加）。

3. 合金元素偏析：
   焊缝凝固时，Cr、Ni 等元素可能因冷却速度不均形成局部富集或贫化（如晶界处 Cr 含量低于基体），增加晶间腐蚀风险（尤其奥氏体不锈钢，需控制 C≤0.08%，或添加 Ti、Nb 固定碳）。

四、关键成分的作用及性能影响

不锈钢焊接板的核心性能（耐腐蚀性、强度）与成分直接相关，关键元素的作用如下：

• Cr（铬）：决定耐腐蚀性的核心元素，含量≥12% 时可形成致密 Cr₂O₃钝化膜；焊接接头 Cr 含量若低于母材 5% 以上，耐腐蚀性会明显下降。

• Ni（镍）：奥氏体不锈钢的主要稳定元素，提升塑性和低温韧性；焊缝 Ni 含量不足会导致组织向铁素体转变，增加脆性。

• C（碳）：增加强度，但过高（＞0.08%）会与 Cr 形成 Cr₂₃C₆，在晶界析出（尤其 600-800℃热影响区），导致晶界 Cr 贫化，引发晶间腐蚀（需通过低 C 或稳定化元素 Ti/Nb 抑制）。

• Mo（钼）：提升抗点蚀、缝隙腐蚀能力（尤其在含 Cl⁻环境中），316 等牌号必含，焊缝 Mo 含量需与母材匹配。

• Ti/Nb（钛 / 铌）：稳定化元素，优先与 C 结合（形成 TiC、NbC），避免 Cr 与 C 反应，保护 Cr 的钝化作用（如 321 不锈钢含 Ti，347 含 Nb）。

五、成分分析的常用方法

为确保焊接板成分合格，需通过专业检测验证：

• 光谱分析：用直读光谱仪快速测定 Cr、Ni、Mo 等主要元素（精度 ±0.01%），适合现场快速检测。

• 化学分析：通过滴定、分光光度法测定元素含量，精度更高（尤其低含量杂质），适合实验室精确分析。

• 金相分析：观察焊缝组织（如是否有 Cr 碳化物析出），间接反映成分均匀性。