異種鋼焊接性能分析與研究

摘 要：奧氏體型不銹鋼與低合金鋼有很大的差異，不論從化學成分上來說還是物理性能方面，區別都很大。對于中厚板的異種鋼的焊接很難得到一個滿意的焊接接頭，主要是因為中厚板的異種鋼焊接約束力太大，冷冽傾向也很大，所以很難令焊接效果盡如人意。要想獲得一個比較滿意的焊接接頭，就必須對兩種鋼的不同特性進行一定的分析，對焊接接頭可能出現的問題進行一次比對解析，最后才能夠確定適合的焊接工藝。

1 異種鋼焊接主要存在的問題

1.1 熔點的差異

如果相焊的兩種金屬熔點相差很大，接頭性能難以得到保證，16MnR熔點1430℃，00Cr19Ni10熔點1398℃～1420℃，兩種金屬熔點相差不是很大，一般能獲得一個滿意的焊接接頭。溫度是焊接的一個重要因素，控制好焊接時的溫度，能夠有助于焊接的效果，對于不同的金屬進行焊接，溫度是不相同，這也是長期工作以來的一種積累，對工作多多總結有助于提升焊接技術。

1.2 線膨脹系數差異

金屬受熱的漲幅程度，金屬本身的延展性，金屬的熔點，都是在焊接過程中必須注意、考慮的要素，金屬的這些特點在焊接過程中尤為重要，如果對金屬的特性認知不夠清楚，很容易出現焊接裂紋。

由于低合金鋼與奧氏體型不銹鋼兩種金屬線膨脹系數相差很大，產生的應力容易使焊縫熱影響區產生裂紋。

1.3 熱導率的差異

熱導率是金屬本身的特性，不相同的金屬熱導率一般不會相同，這就導致了焊接上的一個難點。通常解決這種問題的方法，一般采用的都是提前預熱，將導熱較低的金屬先進行一個提前預熱已達到兩種金屬同時融化，這樣有助于金屬的焊接。但是，這要求操作者必須對各種金屬的導熱率極為熟悉。

一般低合金鋼的熱導率為0.288～0.504W/cm·℃，不銹鋼的熱導率為0.168～0.336W/cm·℃，低合金鋼隨溫度的增加，熱導率是下降的，不銹鋼隨溫度的增加，熱導率是上升的，所以熱導率的不同可使被焊材料熔化不同步，導致金屬之間結合不良。

1.4 形成脆性的化合物

有些金屬本身就是合金，在焊接過程中，很有可能和另一塊金屬發生反應，出現新的合金。新合金的屬性不確定，很有可能出現硬度不夠、韌度缺乏，導致焊接部位脆弱，容易出現斷裂。

異種鋼焊接時由于在焊接熱循環的作用下可能會形成某些金屬這種化合物會降低焊縫的熱脹冷縮的環境下，可能脆性斷裂。

2 異種鋼焊接性分析

上文已經提到了金屬焊接的一些重難點，針對這些難點，我們的焊接師傅們也在長期的工作中找到了一些解決的辦法。提前預熱，減緩冷卻、焊接后的熱處理等等辦法。不同金屬的焊接，在國際上都是一個難題，因為這主要是依靠人工來完成的。人工完成焊接，憑借的全都是從勞動中獲得的經驗，而不能依靠現代科技技術的準確計算，這就造成了在焊接過程中多多少少都會出現偏差。下面就簡要介紹一下，對于焊接技術的一些處理：

在對于中厚板的處理之中，一般會出現拘束力比較大的情況，這樣的焊接，如果技術出現偏差就會導致冷裂發生，要解決這種問題，我們就需要采用一些預熱或者減緩冷卻的方法，這樣可以有效地減弱焊接的接應力，降低冷裂的風險。當然，這樣做不是百分百安全，只能說盡可能的降低風險。

焊縫金屬化學成分分布不均勻，在焊接金屬的時候，容易導致焊縫裂縫、扭曲等等后果。要確保焊縫金屬成分盡可能的均勻，防止焊縫因為金屬化學成分分布不均勻而導致成品出現問題，我們應該在焊接時盡量控制住焊接參數，減小熔合比對成品帶來的影響。

我們在焊接時，常常會遇到碳元素遷移，而導致最后的焊口可塑性下降以及硬度升高，造成成品韌性不足，易損壞。只要我們采用隔離層堆焊的方法，就能夠輕松解決這個問題。從而不會再出現低合金鋼側母材脫碳，而高合金鋼側增碳的煩惱。

不同的金屬膨脹系數自然不同，我們在異種鋼焊接的時候，常常會遇到這樣的問題。即使我們使用了消應力熱處理也無濟于事，最后常常是接口繃斷。這是由于異種鋼的膨脹程度不一樣，造成最后兩種的金屬之間的殘余應力依然存在，而且力量極大。對于這種情況，我們建議采用隔離層堆焊后用同種鋼焊條焊接，這種方法不一定能夠完全解決該問題，但是還是能夠使焊口有較為大的改善。

我們這里采用的方法，是工人師傅們在日常工作中所領悟出來的，也是得到印證的。也許還有其他更好地方法，只是我們不知道而已。不過我們相信，在未來的日子里，一定會涌現出更多更好地焊工師傅，然后用他們的智慧解決一個又一個的難題。

3 焊接工藝的制定

在設備筒體上用火焰割刀開坡口。用砂輪機將坡口打磨干凈光滑，并對坡口表面做100%PT，符合JB/T4730.5-2005，I級合格。用電加熱帶或火焰對坡口200mm范圍內預熱至150℃，達到規定溫度后進行坡口堆焊。

采用A302，φ3.2mm小直徑焊條，小電流，多層多道堆焊坡口，減小熔合比和焊縫的稀釋率，堆焊3層，厚度至少8mm，堆焊完畢后打磨坡口，清除有害熔渣。坡口表面作100%PT，符合JB/T4730.5-2005，I級合格后作100%UT，符合JB/T4730.3-2005，I級合格。用電加熱帶對堆焊坡口進行620±20℃，保溫2.5h消應力熱處理。熱處理后100%PT，符合JB/T4730.5-2005，I級合格后作100%UT，符合JB/T4730.3-2005，I級合格。組對接管與筒體D類焊縫，保證裝配間隙尺寸，然后用同種鋼A002焊條先焊內側焊縫，內側焊接完畢后外側氣刨清根，徹底打磨掉滲碳層后作100%PT，符合JB/T4730.5-2005，I級合格后進行外側的焊接，焊接完畢后將焊縫打磨圓滑。焊后內外100%PT，符合JB/T4730.5-2005，I級合格后100%UT，符合JB/T4730.3-2005，I級合格。

4 焊接操作要點

焊條焊接時不允許焊條作橫向的擺動，多層多道焊，堆焊前一定要預熱到規定的溫度，中間停止焊接需重新預熱，A302焊條焊接時控制層間溫度在150℃左右，坡口至少堆焊3層，堆焊時盡量采用小線能量焊接，減少碳的遷移和熔合比，保證焊縫成分的均勻性，A002焊條焊接時控制層間溫度70℃左右，減少高溫停留的時間，提高耐腐蝕性能，每道焊縫焊接結束后及時清除熔渣，防止產生夾渣等缺陷。

處理之后的成品，人工測試應該具備焊接部位平整、光潔，無裂縫、無焊渣。成品應該還具備韌性強、硬度高的特征，保證成品的牢固程度，不易損壞。現代科技可以也有專門針對焊接成品檢測的技術，在下面第五點將會介紹到。

5 焊接工藝評定試驗

為驗證該焊接工藝的正確性，確保焊接接頭能達到理想中的使用要求，按照JB/T4708-2000制定焊接工藝評定試驗方案，試板采用δ=42mm的16MnR板材坡口堆焊A302后與00Cr19Ni10Ⅲ鍛件相焊，按照擬定的焊接工藝施焊，焊接完畢后經100%RT檢測，符合JB/T4730.2-2005，I級合格，焊接接頭經拉伸、彎曲、沖擊力學性能試驗，完全符合相關標準要求。

6 結束語

異種鋼焊接難度較大，主要是因為我們對異種鋼的特性認知不夠，了解不多也不夠透徹，所以，我們在進行異種鋼焊接時，很難得到一個好的接頭。但隨著異種鋼焊接的逐步發展，我們對異種鋼的認知也會越來越豐富，通過這些認知，我們就能夠選擇出合理的焊接方法以及最理想的焊接材料，焊接出來的成品，一定可以獲得理想、優質的焊接接頭。