253MA不锈钢作为高合金奥氏体耐热钢，其焊接工艺评定需要系统性检测多项指标。这种含有21%铬、11%镍以及氮、稀土元素的特殊钢材，在焊接过程中容易产生热裂纹、σ相析出等缺陷。工艺评定需覆盖化学成分、力学性能、金相组织等核心项目，确保焊接接头满足高温强度、抗氧化和抗腐蚀要求，同时验证焊接参数的科学性。
一、化学成分验证
焊接工艺评定的首要任务是验证母材与焊缝金属的化学成分匹配度。需采用光谱分析仪对焊缝金属进行元素定量检测，重点关注铬当量（Creq）与镍当量（Nieq）的平衡，控制范围应满足Cr+1.5Mo+0.5Nb≥19.5%、Ni+30C+0.5Mn≥13%的耐腐蚀公式。稀土元素Ce含量需保持在0.03-0.08%区间，这对改善高温抗氧化性至关重要。
氮元素含量需特别监控，采用惰性气体熔融法测定，焊接后的氮损失量不得超过母材标准值的15%。同时要检测焊缝中δ铁素体含量，建议控制在3-8%范围内，过高的铁素体含量会降低材料的高温蠕变强度。
二、力学性能测试
拉伸试验要求制备标准圆形试样，测试温度应包含常温（20±5℃）和设计使用温度（通常600-900℃）。焊缝金属的抗拉强度不得低于母材标准值的90%，断后伸长率需≥30%。弯曲试验采用侧弯试验法，弯芯直径为试样厚度的3倍，弯曲角度达到180°无裂纹为合格。
冲击韧性测试需在-196℃、室温和设计温度下进行，夏比V型缺口试样应取自焊缝中心、熔合线及热影响区三个位置。要求焊缝区冲击功≥34J，热影响区冲击功衰减不得超过母材的30%。
三、金相组织分析
制备焊接接头横截面金相试样时，需采用电解抛光配合混合酸腐蚀（10%草酸+5%盐酸）。重点观察奥氏体晶粒度、σ相析出情况以及晶界形态。合格的焊缝组织应为均匀的奥氏体基体，二次相含量不超过5%，晶界不得出现连续碳化物网。
使用扫描电镜进行微观分析时，要特别注意稀土元素在晶界的分布形态。理想的分布应是弥散分布的CeO₂颗粒，尺寸控制在0.1-0.5μm范围内。若发现直径超过1μm的稀土夹杂物，需调整焊接保护气体流量。
四、无损检测实施
射线检测应执行EN ISO 17636标准，采用Ir192或Se75放射源，灵敏度指标要求达到2%以上。重点检测焊道重叠区域的未熔合缺陷，允许的线性缺陷长度不超过焊缝宽度的1/3。超声波检测需配置双晶探头，频率范围2.5-5MHz，着重发现层状撕裂等取向性缺陷。
渗透检测主要用于表面开口缺陷检查，清洗剂必须选用不含卤素的专用溶剂。检测后需进行荧光显像分析，任何显示长度超过3mm的线性缺陷均应判废。磁粉检测虽然不适用于奥氏体钢，但可辅助发现铁素体含量异常区域。
五、耐腐蚀性能测试
晶间腐蚀试验采用ASTM A262 Practice E标准，试样在沸腾的硫酸-硫酸铜溶液中浸泡24小时后，进行180°弯曲试验。要求弯曲后放大10倍观察无晶间裂纹，失重率不超过2g/m²·h。点蚀试验按ASTM G48方法A执行，在6%FeCl₃溶液中（50±1℃）浸泡72小时，临界点蚀温度需高于设计温度20℃。
高温氧化试验需模拟实际工况，在空气气氛炉中进行1000小时连续试验。氧化增重速率应≤1.5g/m²·h，氧化膜结构经XRD分析确认应为连续的Cr₂O₃层。试验后试样截面经EPMA分析，铬元素贫化区厚度不得超过50μm。
六、高温性能验证
持久强度试验参照ISO 204标准，在700℃、100MPa应力条件下，断裂时间不得低于100小时。蠕变试验需测定第二阶段蠕变速率，要求≤1×10⁻⁷%/h。高温拉伸试验的温度梯度应包含设计温度±50℃范围，强度保持率需≥85%。
热疲劳试验采用自约束试样，在200-800℃区间进行1000次循环。试验后需测量表面裂纹扩展深度，最大允许值为0.3mm。同时要检测氧化皮剥落情况，剥落面积占比不得超过5%。
七、硬度分布检测
维氏硬度测试需按照EN ISO 6507标准，载荷选用10kgf，测点间隔0.5mm。焊缝区的硬度值应控制在200-280HV10范围内，热影响区最高硬度不得超过320HV10。对于多层焊道，要特别关注层间区域的硬度波动，相邻测点的硬度差应≤40HV。
显微硬度测试需在1000倍下进行，重点分析熔合线附近的硬度梯度变化。合格的接头应呈现平缓的硬度过渡曲线，0.2mm范围内的硬度变化率不超过15%。发现异常硬化区时，需检查焊接热输入是否超标。
八、焊接参数验证
工艺评定必须完整记录实际焊接参数，包括层间温度（建议控制在80-150℃）、热输入量（限制在1.2-1.8kJ/mm）、保护气体流量（纯氩气8-12L/min）。采用高速摄像机记录电弧形态，确保熔滴过渡为射流过渡模式。对于自动焊工艺，需验证送丝速度与焊接电流的匹配度，波动范围不得超过设定值的±5%。
焊后需检测焊缝余高和熔宽比，余高应控制在0-3mm之间，熔宽比（焊缝宽度/厚度）建议保持在1.2-1.5。采用激光轮廓仪测量焊缝截面几何尺寸，确保熔深达到母材厚度的70%以上。
