235MA耐热不锈钢焊接工艺与焊材选择？

235MA耐热不锈钢（S30815不锈钢）由于具有优异的高温强度、高温抗氧化性及高温耐腐蚀性，在锅炉和压力容器中有着广泛的应用。传统的奥氏体耐热不锈钢一般镍含量在13%以上，如309S(23Cr-13Ni),310S(25Cr-20Ni),而253MA(21Cr-11Ni)耐热不锈钢的镍含量在11%以内，大大节约了贵重金属Ni的含量。与耐热镍基合金Incoloy 800(21C-32Ni)和Inconel 601(23Cr-60Ni)相比，253MA的节镍就更为明显。虽然253MA的化学成分中只含有21%的Cr,11%的Ni,但通过加入氮元素与稀土元素，使得它具有良好的抗氧化性能及高温蠕变强度并具有全奥氏体组织，使用温度一般在850~1100℃。由于253MA含镍量低，耐硫侵蚀能力较强，其晶间氧化和硫化深度仅为309S和310S奥氏体钢的1/2。此外253MA还具有较好的抗高温渗碳与高温渗氮的性能。因此在很多高温设备应用上，253MA耐热不锈钢可以替代含有更高铬镍合金的钢种及价格昂贵的镍基合金。目前世界上较早完成开发并可以批量生产253MA耐热不锈钢的有瑞典的Avesta Sheffield AB公司和Sandvik公司，此外还有美国的Rolled Alloys公司等。

253MA耐热不锈钢的可焊接性分析

253MA是一种全奥氏体不锈钢，其化学成分组成见下表。

253MA耐热不锈钢虽然镍含量较低，但通过加入氮元素这种强奥氏体化形成元素，使得其组织成为稳定的全奥氏体组织。氮元素的微合金化还改善了253MA的高温蠕变性能。稀土元素Ce的加入，使得253MA具有与更高合金含量的不锈钢同样良好的抗氧化性能及高温蠕变强度。253MA的常温力学性能如下所示。

由于253MA耐热不锈钢的化学成分，253MA不会像大多数的耐热奥氏体钢一样对焊接热裂纹较为敏感。相关资料显示，253MA具有较好的焊接性，可以采用传统的钨极氩弧焊(TIG)、熔化极气体保护焊(GMAW)、手工电弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)及等离子弧焊(PAW)等焊接方法进行焊接!。

253MA耐热不锈钢相关焊材选用

由于253MA含有N元素及稀土元素，其相适应的焊材也较为特别。Avesta Sheffield AB,Sandvik与Rolled Alloys针对253MA不锈钢的焊接都已开发出相应的焊材，如Avesta 253MA AC/DC,Sandvik 22.12等。考虑到待焊构件的厚度(10-20mm)及焊接效率，决定采用手工电弧焊(SMAW)来进行工艺评定。焊材采用Avesta 253MA AC/DC焊条，为便于控制焊接热输入量，焊条直径采用2.5mm。其焊条填充金属化学成分及机械性能如下所见.

253MA耐热不锈钢坡口形式与焊件清理

253MA耐热不锈钢,坡口形式一般为单V型，坡口角度为60~70°,焊件清理及焊前预热

为防止难熔氧化物及S、P等杂质进入焊接熔池，保证焊接质量，必须做好焊前坡口清理工作。采用电动铣刀或不锈钢钢丝刷除去坡口两侧至少50mm范围内母材表面的氧化物，然后用丙酮或甲醇清洗磨刷部位，除去水分、油脂等杂质。焊前一般不需要进行预热，但当环境温度低于零度时应对待焊坡口进行加热以去除冷凝水。

253MA耐热不锈钢焊接工艺参数

253MA耐不锈钢采用的焊接工艺参数跟据相关经验推荐

为避免合金元素的烧损，采用短弧焊接。由于253MA不锈钢的母材热膨胀系数高(比普通碳钢大50%),热导率低(为普通碳钢的1/4),为防止熔融金属过热，必须严格控制焊接热输入量。焊接热输入量一般控制在1.6kJ/mm以内。此外，还需控制层间温度，以在100℃以内为宜。焊接操作时，尽量不要摆动焊条。在立焊等焊接位置时，若需摆动焊条，则摆动宽度应控制在2倍焊条直径范围之内。

253MA耐热不锈钢焊接后测试评定

按照ASME标准要求，焊后做100%外观检验，并做100%的液体渗透检验(PT)以及100%的射线探伤(RT),结果均为合格。对试件进行取样，做机械性能试验，测试评定结果见下表。

根据试试验数据可知，253MA不锈钢钢具有较高的抗拉强度和较好的塑性，焊后其拉伸试件都断在母材处，弯曲试件都没有出现开裂，经认定焊接效果满意