奥氏体不锈钢换热管在焊接中存在的问题分析

 全焊接板式换热器多使用于高温高压环境，且工作介质具有一定的腐蚀性，因此板片材料应具有良好的耐腐蚀性和较高的强度。奥氏体不锈钢换热管中含有一定量的铬、锰、镍、氮，常温下其组织主要为奥氏体相，故其具有良好的耐应力腐蚀、缝隙腐蚀和点蚀的性能，此外奥氏体不锈钢盘管还具有良好的强度和冲压成形性能，同时兼顾高性价比的特点，被广泛应用于板式换热器的生产制造。

 奥氏体不锈钢换热管的强度和低碳钢相近，室温最低屈服强度约为210MPa，但可通过冷作硬化实现有效强化，从而达到使用要求。奥氏体不锈钢换热管的工作温度也可达到760℃（1400°F）或更高，且在高温下具备良好的耐腐蚀能力，适用于要求有较高耐高温腐蚀能力的工作场合。

 奥氏体不锈钢换热管的种类有很多，其中应用历史最长且最为广泛的类型是300系列，该类钢大部分是在18Cr-8Ni（质量分数）的基础上加入合金元素或变质处理所得到的，使得性能得以改善或具有独特的性能。由于奥氏体钢自身特性，在焊接接头中存在以下几个常见的问题：

一、热影响区软化

 奥氏体不锈钢换热管含碳量较低，且其热导率约为碳钢的1/3。当焊接热输入较大时，热影响区中过热区的晶粒将明显粗大，且由于母材经冷作强化处理，则焊后热影响区会出现再结晶和晶粒长大的现象，使热影响区明显软化。

二、焊接变形

 奥氏体不锈钢换热管线膨胀系数大，约为碳钢的1.4倍，其数值会随着温度的升高而相应增大。同时，由于奥氏体不锈钢盘管热导率低，焊缝热量传导速度慢，焊接过程中工件热膨胀量和冷却收缩量大，导致焊后工件变形显著。

三、结晶裂纹

 奥氏体不锈钢换热管焊缝在凝固过程中会产生较大的拉应力，焊缝及近焊缝区易出现热裂纹，其中最常见的是结晶（凝固）裂纹，这取决于基材和填充材料的成分，尤其是磷、硫的含量。这是由于焊缝结晶生成方向性很强的粗大柱状晶，杂质元素及合金元素在焊缝中发生偏析，形成低熔点的共晶体，促进晶间液态夹层产生，提高了焊缝对热裂纹的敏感性，凝固后期均会导致结晶裂纹的产生。此外，在热影响区接近熔合线处的部分熔化区，晶界之间存在比奥氏体熔点更低的液态薄膜，在残余应力作用下薄膜处将产生裂纹。

四、腐蚀

 由于奥氏体不锈钢换热管和填充材料成分的不同及焊接工艺的差异，焊接接头易形成：晶间腐蚀、应力腐蚀及点腐等形式的腐蚀。其中最为常见的是晶间腐蚀。焊缝位置晶界处析出富铬碳化物，造成晶界贫铬区的出现，晶界抗腐蚀能力降低形成焊缝的晶间腐蚀。部分奥氏体不锈钢换热管焊缝过热区会出现“刀蚀”，这是由于在高温HAZ中起稳定作用的NbC和TiC溶解，在冷却时，形成很窄的敏化区间，该区域易形成晶间腐蚀。而热影响区母材经过敏化温度区（600~1000℃）时，晶界处析出碳化铬造成晶界贫铬，形成热影响区敏化温度区的晶间腐烛。