电站锅炉常用钢种的焊接工艺

随着机组参数的不断增加，火力发电厂的设备中所用的钢材在逐渐变化，其级别也在不断的提高，但从目前电厂中应用的材料来看，大体可分为碳钢、低合金钢、珠光体耐热钢以及高合金钢。在焊接工艺上，由于焊接技术的发展，锅炉制造与安装也发生了明显的变化，由原来的焊条电弧焊，埋弧焊和电渣焊发展到气保焊，窄间隙焊以及机器人焊接等。但不论怎么变化，由于焊接自身特点，都会使焊接接头的性能发生一定的变化。电站设备的焊接工作主要以熔化焊方法为主，熔化焊焊接过程中，各物质之间在高温下将发生相互作用（包括化学作用和物理作用），它们之间相互作用的过程就叫做焊接的化学冶金过程，这个过程对焊缝的成分，组织性能以及焊接工艺性能都有很大的影响。

（一）低碳钢和低合金钢的焊接

1.低碳钢的焊接

锅炉压力容器受压部件所用的低碳钢主要有Q235A、Q235B、10、20、20R、20g、20G等，这些钢的含碳量都较低，一般不大于0.25%，锰、硅含量又很少，所以通常情况下不会因焊接引起严重的硬化组织和淬火组织，这类钢材的塑性和冲击韧性优良，焊接接头的塑性和冲击韧性也良好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和缓冷，焊后也不必要采用热处理改善组织，可以说，整个焊接工程中无需特殊的工艺措施，就可获得优质的焊接接头。

低碳钢是最容易焊接的钢种，许多焊接方法都适用于低碳钢的焊接，通常焊条电弧焊选用E43××系列或E50××的焊条，在低温或厚大部件焊接时，焊前进行适当的预热并保持层间温度，采用低氢型焊接材料，点固焊时加大电流，减慢焊速，整条焊缝连续焊完尽量避免中断。埋弧焊焊接选用H08A焊丝，HJ431；氩弧焊选用TIG-J50焊丝，二氧化碳焊焊丝选用H08Mn2SiA焊丝。

2.低合金钢的焊接

低合金钢是在碳钢的基础上加入一定合金元素的钢，其合金含量一般不超过5%，其中电厂中大量采用的耐热钢就是低合金钢中的一种，对于耐热钢我们在下节专门介绍。除耐热钢以外，低合金钢还包括高强钢、低温钢以及耐蚀钢，本节主要对高强钢的焊接进行介绍。

高强钢的主要特点是强度高，塑、韧性也较好，广泛应用于压力容器，桥梁船舶等结构，根据强度级别可分为：热扎、正火钢（属于非热处理强化钢）。低碳调质钢（属于热处理强化），可直接在调质状态下焊接。中碳调质钢，由于含碳量较高，因此强度较高，但焊接性较差。

（1）低合金钢焊接材料的选用原则。

1）总的原则是要根据产品对焊缝性能要求选择焊接材料。高强钢焊接时，一般应选择与母材强度相当的焊接材料，必须综合考虑焊缝金属的韧性、塑性及强度。只要焊缝的强度和焊接接头的实际强度不低于产品要求即可，焊缝的强度过高，将导致焊缝的塑性、韧性降低。而对于在特殊环境下应用的结构，焊缝金属还应具有相应的特殊性能（如耐高温、耐蚀等）。

2）选择焊接材料时还要考虑工艺条件的影响，坡口和接头形式对焊缝的熔合比有较大的影响，因此在选材时还需要根据母材对焊缝金属强度的影响来选择。接头的型式不同，对焊缝的冷却速度影响不一样，选材时必须考虑焊缝的综合力学性能。焊后加工和热处理都会对焊缝的性能产生一定的影响，选材时必须考虑这一因素，如消应力处理将使焊缝的强度降低，这时就应选合金成分较高的焊接材料。

3）对于厚板、拘束度大及冷裂倾向大的焊接材料，应选用超低氢焊接材料，以提高抗裂性；厚板、大拘束度的焊件，打底层可选用强度稍低，塑性、韧性良好的低氢或超低氢焊接材料。

4）对于重要产品，为确保产品的安全性，焊缝应具有优良的冲击韧性和断裂韧性，应选用高韧性的焊接材料。

5）为提高生产率可选用高效铁粉焊条或重力焊条。

6）对于通风不良的焊接环境宜选用低尘低毒焊条。

（2）热轧、正火钢的焊接。热扎正火钢主要通过合金元素的固溶强化获得高强度，Mn是最常用的合金元素，如16Mn钢，在16Mn的基础上加入小量的V，起沉淀强化和细化晶粒的作用，经正火处理使晶粒细化和碳化钒均匀弥散析出，获得高的塑性和韧性如15MnV。

在固溶强化的同时，加入一些碳、氮化合物形成元素如V、Nb、Ti等，通过正火处理后形成细小的化合物质点弥散析出，可以提高钢材强度的同时保证一定的塑、韧性，如14MnMoV、BHW-35等。

1）热轧、正火钢的焊接性。

①粗晶区脆化。热轧、正火钢焊接时，热影响区中被加热到1100℃以上的粗晶区是焊接接头的薄弱区。热轧钢焊接时，如线能量过大，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而降低韧性；焊接线能量过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大也会降低韧性，这在焊接含碳量偏高的热轧钢时尤为明显。焊接正火析出强化的钢时，如线能量过大，粗晶区中的碳氮化合物会固溶到基体中，这时碳氮化合物抑制奥氏体晶粒长大及组织细化作用被大大的削弱，粗晶区出现粗大的晶粒及上贝氏体组织，使粗晶区的韧性降低和时效敏感性增大。采用小的线能量有助于改善正火钢粗晶区的韧性。

②热应变脆化。在C-Mn系低合金钢和低碳钢等自由氮含量较高的钢中，焊接接头的熔合区和最高加热温度低于的亚临界热影响区，发现有热应变脆化现象。一般认为，这种脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用引起的。如有缺口效应则该处的热应变脆化更严重，而熔合区常常存在缺口性质的缺陷，因此热应变脆化易在熔合区中产生。

③裂纹。热轧、正火钢产生的裂纹主要有冷裂纹、热裂纹和层状撕裂等。

冷裂纹。热轧钢虽然含有小量的合金元素，但由于其碳当量都比较低，因此其冷裂倾向不大，而正火钢当强度级别和碳当量较低时，其冷裂倾向也是不大，但随着正火钢的碳当量及板厚的增加，其淬硬及冷裂倾向也随之增大，需要采取控制线能量，降低含氢量，预热和及时后热等措施，以防止冷裂纹的产生。

热裂纹。一般情况下，热轧正火钢焊接时，热裂倾向小，但有时也会在焊缝中出现热裂纹，如厚壁容器生产时，焊缝金属的热裂纹易于在高稀释率焊道中出现，因此减少母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝形状系数，有利于防止焊缝金属的热裂纹产生。

层状撕裂。大型厚板焊接结构，如果在钢材厚度方向上承受较大的拉伸应力，能够沿着钢材的轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。这种裂纹常出现在角接接头或丁字接头，因此改善接头的型式，满足产品使用的前提下选用强度级别较低的焊接材料，采用预热和降氢等措施，都有利于防止层状撕裂。

2）热轧正火钢的焊接工艺。

①焊接方法的选择。热轧、正火钢的焊接常用的焊接方法为埋弧焊、熔化极气体保护焊和焊条电弧焊，钨极氩弧焊用于全焊透的薄壁管和厚壁管的打底焊。

②焊接材料的选择。热轧正火钢焊接时，焊接材料的选择主要考虑焊缝金属的强度、塑性和韧性满足设计要求，只要焊缝的强度不低于或略高于母材强度的下限值即可。

③线能量的选择。各种热轧、正火钢的脆化倾向和冷裂倾向各不相同，因此焊接线能量也不同，含碳低的热轧钢以及含碳量偏下限的16Mn钢，焊接线能量没有严格的限制。当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为防止冷裂纹的产生，焊接线能量应偏大一些。对于含有V、Nb、Ti的钢种，为降低热影响区粗晶区的脆化，应选择较小的焊接线能量。

对于碳及合金元素较高的正火钢，如18MnMoNb等，因淬硬倾向较大，应选用较大的焊接线能量，但线能量不能过大，以免增大过热倾向。

④预热温度的选择。预热是防止裂纹的有效措施之一，预热温度的确定决定于钢材的成分（碳当量）、板厚、焊件的结构形状和拘束度以及环境温度等，通常随着钢材的碳当量、板厚、拘束度的增加和环境温度的降低，预热温度应相应的提高。

⑤焊后后热及热处理。焊后后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件或焊接区立即加热到150～250℃范围内，并保温一定的时间。而消氢处理是为了消除接头中的氢，在300～400℃的加热范围内保温一定的时间，对于淬硬倾向较大的正火钢，后热和消氢处理是防止冷裂的有效措施之一。热轧及正火钢焊后一般不进行回火处理。

3）举例。16Mn钢的焊条电弧焊。

16Mn钢的合金含量较少，焊接性也较好，焊前一般不进行预热，对于刚性大，厚度大或者低温下焊接时，可焊前预热100～150℃。焊条可选用E5002和E5015，焊后一般不进行热处理，但对于电站中的除氧器，因存在应力腐蚀问题，需进行600～650℃消应力处理。

（3）低碳调质钢的焊接。

1）低碳调质钢的焊接性。低碳调质钢一般具有高的屈服强度、良好的塑性及韧性等，钢中的含碳量一般不超过0.21%，这类钢焊接性的主要特点是：在焊接热影响区，特别是焊接热影响区的粗晶区，有产生冷裂纹和韧性下降等倾向；在焊接热影响区部分相变区和最高加热温度低于高于钢调质处理时的回火温度的区域，有软化和脆化倾向。一般的低碳调质钢的热裂倾向较少，主要是因为钢中的S、P含量比较低。

2）低碳调质钢的焊接工艺。

①焊接方法。低碳调质钢最常用的焊接方法为焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、药芯焊丝电弧焊及钨极氩弧焊。采用上述电弧焊方法，用一般的焊接规范，焊接接头的冷却速度较高，使低碳调质钢的焊接接头的力学性能接近于钢在淬火状态下的力学性能，因而不需要进行焊后热处理。

②焊接材料。一般来讲焊接材料必须满足使用设计要求，根据所选的材料，进行工艺评定试验合格。由于低碳调质钢产生冷裂的倾向比较大，因此选择焊接材料应是低氢或者超低氢型的。

③焊接线能量和焊接技术。焊接线能量直接影响焊接的冷却速度，而冷却速度对低碳调质钢的组织和性能有很大的影响，每一种低碳调质钢都有一最佳的冷却速度，因此选择适当的焊接线能量能使接头达到最佳的理想状态，过大和过小对接头的性能都是有害的。对于具体的钢种可以通过查表找出适宜的t8/5时间。

焊接线能量不仅影响焊接热影响区的性能，也影响焊缝金属的性能，对许多焊缝金属来讲，为获得综合的强韧性，需要获得针状铁素体组织，而这种组织必须在较快的冷却速度下获得，因此为避免采用过大的焊接线能量，不推荐采用大直径焊条或焊丝，用采用多层多道焊，尽量采用窄焊道，焊条不做横向摆动技术。

④预热温度。为防止低碳调质钢产生冷裂纹，焊前常需要采用预热，但必须控制预热温度，因为预热温度过高将降低接头的冷却速度，使热影响区内产生M-A组元和粗大的贝氏体，使接头的强度和韧性降低。为避免预热对接头造成的危害，可采用低温预热加后热，或不预热只采用后热的方法来防止冷裂纹的产生。

⑤焊后热处理。大多数低碳调质钢焊接构件是在焊态下使用，除非在下述条件下才进行焊后热处理：焊后或冷加工后钢的韧性过低。焊后进行高精度加工，要求保证构件尺寸的稳定性。焊接结构承受应力腐蚀。

（二）珠光体耐热钢的焊接

珠光体耐热钢是指合金元素的总含量在5%以下的低合金耐热钢，主要为Cr-Mo、Cr-Mo-V以及Cr-Mo-W-V-Ti-B等，使用温度一般在600℃以下，具有良好的抗氧化性和热强性。

1.对耐热钢焊接接头性能的基本要求

（1）接头的等强性。不仅要求接头与母材有基本相等的室温和高温短时强度，更重要的应与母材相近的高温持久强度。

（2）接头的抗氧化性。耐热钢接头应具有与母材基本相同的抗氧化性，因此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。

（3）接头组织的稳定性。耐热钢接头在制造、维修中，有的要经历多次焊接热处理，在使用中将长期的受高温高压作用，这就要求接头各区不应产生明显的组织变化。

（4）接头的抗脆断性。虽然耐热钢结构一般在高温下工作，但压力容器和管道要进行水压试验，要经历冷启动过程，因此耐热钢接头亦应具有一定的抗脆断性。

（5）接头的物理均一性。耐热钢接头应具有与母材基本相同的物理性能，因为在运行中，膨胀系数和导热率决定了接头在高温下的热应力。

2.珠光体耐热钢的焊接性

（1）淬硬性。珠光体耐热钢中的Cr、Mo合金元素显著的提高了钢的淬硬性，特别是Mo元素，它的作用要比Cr大约50倍，推迟了钢在冷却过程中的转变，提高了奥氏体的稳定性，在焊接快速冷却时，在焊缝和热影响区生成淬硬组织。

（2）焊接接头产生冷裂纹。珠光体耐热钢焊接时，冷裂纹常产生在热影响区的粗晶区中，这是由于粗晶区产生了粗大的晶粒并在随后冷却时形成粗大的淬硬组织。因此在珠光体钢焊接时常采用预热、去氢和焊后热处理等措施。

（3）焊缝中产生热裂纹。热裂纹是在凝固区间和凝固温度下产生的裂纹，珠光体耐热钢焊接时，热影响区一般不产生热裂纹，热裂纹主要产生在焊缝里特别是弧坑处，引起热裂纹的主要原因是焊缝中的杂质元素和应力。

（4）热影响区的再热裂纹。在焊后消除应力的热处理过程中，有些珠光体耐热钢会在焊接热影响区中产生裂纹，这种裂纹叫再热裂纹。再热裂纹的产生与钢材的成分和组织、残余应力、应力集中以及消除应力的条件有关。通常可以用PSR裂纹指数来粗略的估计再热裂纹的敏感性。

（Cr%）+（Cu%）+2（Mo%）+10（V%）+7（Nb%）+5（Ti%）-2

适用于C大于0.1%。当PSR≥0时。就有可能产生再热裂纹。

可见Cr、Mo、V、Nb、Ti对再热裂纹有较大的影响。

3.珠光体耐热钢的焊接工艺

（1）常用的焊接方法。用于珠光体耐热钢的焊接方法很多，但最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊以及钨极惰性气体保护焊等。

埋弧焊具有较高的熔敷率，目前已研制出与各种耐热钢相配的焊丝和焊剂。焊条电弧焊是应用最广泛的一种焊接方法，我国已经形成系列较完整的珠光体耐热钢焊条。钨极氩弧焊的焊接质量较好，常用于要求管道背面成型良好的场合，以及小管子的焊接。

（2）焊接材料选择。选择焊接材料的原则是焊缝的成分与强度性能基本上和母材相应的指标一致，为提高焊缝金属的抗裂能力，焊接材料中碳的总含量应控制在略低于母材的碳含量。

（3）焊接工艺控制。焊接工艺要根据材料的性能和具体条件制定，焊接线能量要适中，过大晶粒粗化严重，软化区区域增大，过小又容易引起淬硬组织，产生冷裂。预热是防止珠光体耐热钢焊接冷裂纹的有效措施之一，预热温度主要根据钢的合金成分、接头的拘束度和焊接金属的潜在的氢含量来选定，并与层间温度和焊后热处理一起考虑。

对于厚度较薄的珠光体耐热钢接头，如果焊前正确的采取预热，有些钢材在焊后不必做热处理。焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合能力，拟订焊后热处理时应综合考虑以下几个因素：①焊后热处理应保证近缝区组织的改善。②加热温度应使接头的残余应力降低到尽可能低的水平。③焊后热处理（包括多次重复热处理）不应使母材及接头的力学性能降低到设计规定的最低限以下。④热处理温度要避开回火脆性和再热裂纹温度敏感区间。

4.常用钢种焊接举例

（1）12Cr1MoV钢的焊接。该钢的焊接性良好，可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。焊接材料：焊条选用E5515-B2V；埋弧焊焊丝选用H08CrMoV和HJ350；氩弧焊的焊丝为TIG-R31。

预热温度一般在200～250℃，对于小口径薄壁管可不预热。

焊后热处理：焊条电弧焊后需经720～750℃回火。

（2）钢102钢的焊接。钢102钢（12Cr2MoWVTiB）是一种贝氏体型的热强钢，这种钢采用了固溶强化、稳定碳化物相、晶界强化等多种强化手段，使钢具有高的热强性。这个钢焊接时对冷却速度比较敏感，再热裂纹倾向较大。

焊接工艺：焊条选用E5515-B3-VWB，预热温度为250～300℃，小径管也可以不预热；焊后热处理温度为720～750℃；氩弧焊的焊丝为TIG-R34。

（三）中合金耐热钢的焊接

中合金耐热钢是指钢中的合金总含量在5%～12%的耐热钢，如9Cr1Mo，T/P91，F11和F12等。由于合金含量较高，其等温热处理状态下的组织均为马氏体组织。在焊接状态下，接头热影响区的组织为马氏体组织。这种组织在焊态下的硬度很高，必须经过焊后热处理才能将硬度降到安全的范围之内。

1.中合金耐热钢的焊接性

这类钢焊接的主要问题为接头的冷裂纹和脆化，合金含量比较高的这类钢，在空冷下即能淬硬，而产品的结构厚度或接头的拘束度越大，则冷裂倾向就越大，加之合金含量越高，导热性越差，因此焊接的残余应力也大。另外这类钢的晶粒粗化明显，焊接后能在粗晶区产生粗大的马氏体组织，也使韧性下降。

2.中合金耐热钢的焊接工艺

（1）焊接方法。中合金耐热钢由于具有较高的淬硬倾向，对焊接冷裂纹较为敏感，在选择焊接方法时，应优先采用低氢的焊接方法，如钨极氩弧焊和熔化极惰性气体保护焊等，在厚壁焊件中，也可采用焊条电弧焊和埋弧焊；但必须采用低氢型碱性药皮焊条和焊剂。

（2）焊前准备。这类钢要求采用机械加工方法加工坡口，若采用了热切割，在热切割之前将切割边缘200mm宽度内预热至150℃以上，切割面应采用磁粉探伤检验是否存在裂纹，切割的硬化层应清除干净。

坡口设计时，要按照尽量减少焊缝横截面的原则进行，在保证焊透的情况下，尽量减少坡口的张口和U形坡口底部圆角半径。

（3）焊接材料选择。焊接材料选择首先要保证接头的高温强度和抗氧化性，其次是提高接头的抗裂性。为此焊缝金属必须具有与母材相当的Cr、Mo含量，并具有一定的Ti、Nb、V的合金元素，使之提高焊缝金属的韧性和抗裂性。

（4）预热和焊后热处理。在中合金耐热钢焊接时，预热是不可缺少的重要工序，钢的淬硬倾向大，接头的拘束度大，预热温度就高些。各种耐热钢焊前的预热温度可根据抗裂性试验结果来确定，但预热温度太高或者层间温度太高，会使接头中的碳化物沿晶界析出和形成铁素体组织，韧性大大下降。

焊后热处理的目的就是改善焊缝金属和热影响区的组织，降低接头各区的硬度；提高接头的韧性和高温强度，消除焊接内应力。对于合金含量较高的耐热钢，要求焊后冷却到某一温度并保持一定时间后再进行高温回火处理。

3.典型钢种焊接举例

9Cr1MoV（ASTM-A213-T91）薄壁管焊接工艺。

目前T91管材已大量的应用到电站锅炉部件中，其焊接的主要问题是接头的冷裂纹和焊缝的热裂纹。

焊接方法：手工钨级氩弧焊。

焊接材料：TGS-9cb或HCM9S。

根部充氩保护，焊前预热250～300℃，焊后冷却到100～150℃保温1h，而后高温回火，回火温度750～770℃，薄壁管保温1h。

（四）奥氏体不锈钢焊接

奥氏体不锈钢因为具有良好的抗高温氧化性，广泛应用于锅炉中承受温度比较高的部位。

1.奥氏体不锈钢的焊接性

总的来说，奥氏体不锈钢由于具有较高的变形能力和不可淬性，因此具有较好的焊接性，但还存在铁素体含量的控制、焊接热裂纹、接头各种形式的腐蚀现象和σ相的脆化等问题。

（1）铁素体含量的控制。奥氏体耐热钢焊缝金属中铁素体含量关系到抗热裂性、σ相的脆化和热强性能，从抗热裂性的角度出发，铁素体相越多越好，但从σ相的脆化和热强性考虑铁素体含量愈低愈好，通常焊缝金属中一般希望铁素体相的数量在4%～12%之间。

（2）接头的耐蚀性。焊接接头通常出现两种比较严重的腐蚀，一种是晶间腐蚀，另一种是应力腐蚀。

晶间腐蚀有三种情况，其一是焊缝的晶间腐蚀，这种腐蚀主要是因为在晶间上形成了贫铬层引起的。形成γ+δ双相组织可降低晶间腐蚀的倾向。其二是母材敏化区晶间腐蚀，是因为不含稳定化元素或母材的含碳量较高，经焊接热循环的作用出现的敏化区。敏化区的温度一般在600～1000℃，也是由于在晶间上形成了贫铬层引起的。其三是刀蚀，发生在含稳定化元素的奥氏体不锈钢接头的粗晶区上，引起刀蚀的原因主要是与焊接条件下碳化物沉淀有关。当过热区的温度加热到1200℃以上时，稳定化元素的碳化物熔解，冷却时将有部分的碳原子扩散并偏聚在晶界处，在随后焊接加热到敏化温度区间时，有铬碳化物在晶界析出，造成晶界贫铬，发生晶间腐蚀。

应力腐蚀开裂是因为接头中存在拉伸残余应力，在腐蚀介质的环境下引起的开裂，因此降低焊接残余应力可以降低应力腐蚀开裂的倾向。

（3）焊接接头的热裂纹。奥氏体钢焊接时，焊缝和热影响区均可产生裂纹，而且主要是热裂纹，其特征是沿晶开裂。造成奥氏体钢产生热裂纹的原因主要有以下几个方面：其一是奥氏体钢的导热系数小，线胀系数大，在接头中形成较大的拉应力。其二是奥氏体钢易形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质的偏析形成晶间的液态夹层。另外奥氏体钢中的合金组成较复杂，不仅杂质易形成易熔夹层，而且一些合金元素也能形成有害的易熔夹层。防止接头的热裂纹就是要限制钢中的有害杂质，减少焊接应力，采用小的焊接规范施焊。

2.奥氏体钢焊接的焊接工艺

（1）奥氏体钢焊接时的工艺特点。选用热量集中的方法，焊接电流比焊普通低合金钢的要小，尽量缩短电弧并不做摆动以直线前进为好；有耐蚀要求时应避免飞溅、禁止随处打弧，保证根部焊透，面向腐蚀介质的焊缝尽量最后完成焊接，焊缝接头要错开，层间温度不要过高，必要时用水冷却。

（2）焊接方法。焊条电弧焊热影响区小，对保证质量有利，是应用最广泛的方法之一。埋弧焊用来焊接中厚板，能减少坡口的加工量，熔合比波动小，焊缝成分稳定。氩弧焊保护效果好，合金过渡系数高，焊缝易于控制，根部质量好，表面成型好无熔渣，但根部需充氩保护。

（3）焊接材料选择。含Ni量小于10%～15%的奥氏体不锈钢一般希望获得γ+δ双相组织，含Ni量高的奥氏体不锈钢作耐热钢使用时，希望焊缝是单相的γ组织，或γ+C1、γ+B1双相组织，但用作耐蚀条件时也可采用γ+δ双相组织的焊缝。γ+δ双相组织的焊缝用于长期高温工作条件时，希望δ＜5%。

（4）奥氏体不锈钢焊接前后处理问题。由于奥氏体不锈钢的特点，焊接前后处理也有要求，一般的情况下要求：

1）钢材的运输和存放要与一般结构钢分开，以免被铁锈污染。

2）钢材表面防止碰撞或摩擦损伤，划线下料时不得打冲眼或用划针。

3）下料应尽可能的用机械加工或等离子弧切割。

4）钢材矫正不得用铁锤敲击。

5）封头等部件最好用冷压成型，热压成型时须检验耐蚀性变化。

6）焊接前后热处理时，加热前必须将钢材表面油脂清洗干净，以免加热时产生渗碳现象，加热要均匀，850℃以下升温要缓慢，但850℃以上升温要快，以免晶粒长大。

7）表面处理包括磨平、抛光、酸洗和钝化要严格控制操作规程。

（五）珠光体与奥氏体异种钢焊接

在电站锅炉的部件中，由于各部位的温度不同，常常遇到珠光体钢与奥氏体钢的焊接问题。异种钢焊接比同种钢焊接要复杂的多，因而它对部件的使用安全性影响也比较突出，虽然对异种钢焊接接头早期破坏的原因和处理对策进行了大量的研究，然而就异种钢焊接整体来说还有待于进一步研究。

1.珠光体与奥氏体异种钢焊接性分析

（1）焊缝稀释及过渡层的形成。这两种钢的焊接焊缝是由两种不同类型的母材以及填充金属熔合而成，由于珠光体母材不含有合金元素或合金元素含量较低，所以它对整个焊缝的合金成分具有冲淡作用，亦即稀释作用，使焊缝的奥氏体形成元素含量不足，结果焊缝可能出现马氏体组织，从而恶化了接头的质量，甚至可能引起裂纹。通过选择焊缝的成分和控制熔合比可以调整焊缝的成分和组织。

在焊接热循环的作用下，熔化的母材和填充金属相互混合程度在熔池内部和熔池边缘是不同的。在熔池边缘，液态金属的温度低，流动性较差，液态停留的时间较短，熔化的母材和填充金属就不能充分的混合，结果在这一部分焊缝中母材所占的比例较大，结果形成和焊缝内部金属成分不同的过渡层。由于过渡层珠光体占有较大的比例，过渡层中Cr、Ni含量不足，结果可能形成高硬度的马氏体脆性层，并导致熔合区破坏，降低焊接结构的可靠性。焊缝中Ni含量对马氏体脆性层的宽度有重大的影响，随着Ni含量增加马氏体脆性层宽度减少，因此为减少脆性层，可选Ni含量高的焊接材料。

（2）熔合区扩散层。珠光体与奥氏体异种钢焊接时，通常焊缝金属也选择为奥氏体组织，而珠光体钢的碳含量较奥氏体焊缝的高，碳化物形成元素则正好相反，结果在焊接热循环的作用下，珠光体母材中的碳向奥氏体焊缝中扩散，结果在熔合区两侧形成了增碳脱碳层。

影响扩散层发展的因素主要有如下几个方面：

1）接头的加热温度和高温停留时间的影响，但这种影响不如在随后的加热过程影响大，应该说温度越高保温时间越长扩散层就越宽。

2）碳化物形成元素的影响，焊缝和母材中，碳化物形成元素差别越大，扩散层越宽，碳化物形成元素对碳的亲和力越大，可能造成的扩散层就越宽。

3）母材含碳量的影响，焊缝中有碳化物形成元素时，在一定的温度下，珠光体钢中含碳量越高，扩散层发展的愈强烈。

4）镍的影响，镍是一种石墨化元素，它降低碳化物的稳定性，并削弱碳化物形成元素对碳的结合能力，因而提高焊缝中的镍含量，可以减弱扩散层。

（3）焊接接头应力状态特点。珠光体钢与奥氏体钢线膨胀系数是不同的，焊接时常常产生很大的应力，焊缝和熔合区附近受拉伸应力作用，常导致接头在焊缝和母材边界上开裂。焊后热处理只能引起应力的分布，并不能消除残余应力，因此在选材上应尽量使焊缝的线胀系数接近珠光体钢。

2.珠光体与奥氏体异种钢焊接工艺

（1）焊接方法的选择。异种钢焊接时，选择焊接方法，除了考虑同种钢焊接的一些因素外，还必须考虑熔合比的影响。焊接时尽量减少熔合比。焊条电弧焊，采用高合金焊条焊接时熔合比比较低，非熔化极保护焊，通过控制操作技术也可以得到较小的熔合比。熔化极气保焊，由于只允许使用较小的电流，因此熔合比也比较低，埋弧焊时，必须控制焊接电流才能得到较小的熔合比。

（2）焊接材料的选择。珠光体与奥氏体异种钢焊接时，采用与珠光体钢相近的材料能使整个焊缝成为马氏体组织，若采用与奥氏体钢成分接近的材料，焊缝中也会出现马氏体组织，因此必须根据舍夫勒组织图见图4-3选用奥氏体化能力强的填充材料，减少焊缝中马氏体过渡层的宽度，增加焊缝中的Ni含量，控制熔合区中的碳的扩散，采用镍基焊条，改变接头的应力分布。在不影响使用性能的前提下，为提高焊缝抗热裂能力，使焊缝具有双相组织。

图4-3　舍夫勒组织图

（3）焊接工艺要点。选择焊接规范应尽量降低熔合比，因此选用小直径的焊条或焊丝，以减少焊接电流。若珠光体钢的淬硬倾向比较大，可进行适当的预热。采用多道多层焊，在保证根部焊透的情况下，减少坡口的张角，必要时可在不稳定的珠光体钢上堆焊一层稳定的珠光体钢的过渡层。