奥氏体不锈钢和珠光体钢的焊接技术分析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：应该指出的是，奥氏体不锈钢和珠光体钢焊件焊后进行热处理时，当加热到高温时，随着焊接接头在高温中受热膨胀，在松弛中降低了焊接应力，由于母材金属和焊缝金属的热物理性能有差异。奥氏体不锈钢和珠光体钢焊后进行的热处理，并不能消除焊接应力，只是焊接应力的重新分布。

1.焊接方法的选择

奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法的选择，除了考虑焊接生产率及具体的焊接条件外，还要考虑熔合比对焊接质量的影响，即为了降低对焊缝的稀释作用，在焊接过程中尽量减少熔合比，以降低对焊缝的稀释作用。

焊条电弧焊焊接时，熔合比为0.4～0.6，比较小，因为操作时方便、灵活，这是目前异种钢焊接时常用的焊接方法。此外钨极氩弧焊也是常用的焊接方法。

2.焊接材料的选择

奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时[以Q235—A钢和12Cr18Ni9（1Cr18Ni9）钢焊接为例]，焊接材料的选择，必须考虑焊接接头的使用要求、稀释作用、碳迁移、残余应力及抗热裂性等一系列问题。

（1）克服珠光体钢对焊缝的稀释作用当采用焊条电弧焊焊接时，有A102（E308-16）、A307（E309-15）和A407（E310-15）三种焊条可供选择。

如果选用A102（E308-16）焊条，则焊缝会出现脆硬的马氏体组织，用这种焊条焊接，必须用极小的熔合比才能避免，但是，这在焊接工艺上是很难实现的。最后焊缝得到的组织是奥氏体+马氏体组织。

如果选用A407（E310-15）焊条，则焊缝通常为单相奥氏体组织，热裂倾向较大。

如果选用A307（E309-15）焊条，只要把母材金属的熔合比控制在40%以下，就能得到具有较高抗裂性能的奥氏体+铁素体双相组织，这是比较理想的组织。

（2）改变焊接应力分布在奥氏体不锈钢与珠光体钢的异种钢焊接接头中，如果焊缝金属的线胀系数与奥氏体不锈钢母材金属接近，则高温应力就会集中在珠光体钢一侧的熔合区内；如果焊缝金属的线胀系数与珠光体钢母材金属接近，则高温应力就会集中在奥氏体不锈钢一侧的熔合区内。由于珠光体钢采用通过塑性变形来降低焊接应力的能力较弱，而奥氏体钢通过塑性变形来降低焊接应力的能力较强，所以，奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时，最好选用线胀系数接近于珠光体钢的镍基合金材料，从而提高了接头的承载能力。

（3）控制熔合区中碳的扩散随着焊接接头在使用过程中工作温度的提高，要想阻止焊接接头中碳的扩散，就必须提高焊缝中的镍元素含量。因为，镍元素是抑制熔合区中碳扩散的重要手段。

（4）提高抗热裂纹的能力为提高焊缝金属抗热裂能力，当珠光体钢和铬、镍含量比值小于1的奥氏体钢焊接时，焊缝组织以单相奥氏体或奥氏体+碳化物组织为宜。当珠光体钢和铬、镍含量比值大于1的奥氏体钢焊接时，应选用铁素体的体积分数为3%～7%的双相组织焊缝，焊缝组织以单相奥氏体或奥氏体+碳化物组织为宜。

总之，奥氏体不锈钢与珠光体钢的焊条电弧焊，最好选用E309-15（A307）和E309-16（A302）焊条。

3.焊接工艺

奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时，应该掌握的重点问题是，在焊接过程中，尽量采取工艺措施，降低熔合比和减小扩散层。

（1）母材金属的选择正确地选择珠光体钢是减小扩散层最有效的手段之一，在为焊接结构选择母材时，应该优先选择稳定珠光体钢，因为，这种钢的扩散层较小。当此稳定珠光体钢与奥氏体钢焊接时，可以在此稳定珠光体钢上先堆焊一层，作为过渡层，然后，再按铬、镍比（质量比）是否大于或小于1来选择焊条。

对于非淬火钢，过渡层的厚度约为5～6mm；对于易淬火钢，过渡层的厚度约为9mm。

（2）坡口形式焊条电弧焊时，焊接接头的坡口形式，对焊缝的熔合比有很大的影响：因为，坡口角度越大，熔合比越小；焊缝的层数越多，熔合比越小。所以，当选用镍基焊条焊接时，为了使焊条熔滴从摆动的焊条上落在焊缝熔池内，V形坡口的角度应开大些，通常V形坡口角度为80°～90°。

（3）焊接参数熔合比又称为截面系数。熔合比是指熔焊时，被熔化的母材部分在焊缝金属中所占的比例。所以，焊条电弧焊时，为了获得较小的熔合比，在可能的情况下，尽量采用小直径的焊条、小的焊接电流、大的电弧电压和快速焊接，只有选择这样的焊接参数，才能使被熔化的母材在焊缝金属中所占的比例最小。奥氏体不锈钢和珠光体钢焊条电弧焊时的焊接电流见表1-12。

表1-12 奥氏体不锈钢和珠光体钢焊条电弧焊时的焊接电流

（4）热处理奥氏体不锈钢和珠光体钢焊接时，焊前需要进行预热，焊后需要进行消除应力热处理。在选择预热温度时，应该在两种焊接材料各自的焊前预热温度中，选择高的预热温度；焊后选择热处理温度时，应该在两种焊接材料各自的焊后热处理温度中，选择最低的热处理温度。应该指出的是，奥氏体不锈钢和珠光体钢焊件焊后进行热处理时，当加热到高温时，随着焊接接头在高温中受热膨胀，在松弛中降低了焊接应力，由于母材金属和焊缝金属的热物理性能有差异。所以，在随后的冷却过程中，又产生了新的残余应力。奥氏体不锈钢和珠光体钢焊后进行的热处理，并不能消除焊接应力，只是焊接应力的重新分布。

奥氏体不锈钢和珠光体钢的焊接技术分析

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