異種鋼焊接幾個典型問題的工藝實踐

肖楊

本鋼機電安裝公司 遼寧本溪 117000

所謂異種金屬的焊接是指各種母材物理常數和金屬組織等性質各不相同的金屬之間的焊接，異種金屬材料焊接接頭和相同金屬焊接接頭的本質差異和特點在于熔敷金屬兩側焊接熱影響區和母材在組織、化學成份的不均勻性與性能的不均勻性，以及應力場的分布的不均勻性，是其表現出的明顯特征。

1 化學成份和組織的不均勻性問題

1.1 造成化學成份和組織不均勻性的因素分析

經過多年焊接工作的摸索，綜合“北營公司35000Nm3/h制氧機外網DN400氧氮管道工程06Gr19Ni10材質法蘭與20#鋼以及煉鋼廠減溫減壓站15GrMo與20g鋼焊接的實際工作經驗，個人認為在異種鋼焊接時，制約和影響母材熱影響區和焊接接頭化學成分和組織的不均勻性的因素如下：①焊縫和焊縫兩側母材合金成份；②焊縫形狀；③母材厚度；④焊條藥皮以及焊材合金成份；⑤焊接電流及運條速度方法；⑥焊接熔池、坡口角度及熔深；⑦焊接工藝方法；⑧焊道層數。

以上因素很大程度上決定了異種金屬焊接接頭的質量。依據以上條件在焊接工藝上適當調整，可以使焊接接頭的化學成份和組織的不均勻性，一定程度上得到改善[1]。

1.2 化學成份和組織不均勻性的處理方法

如在北營公司35000Nm3/h制氧機外網DN400氧氮管道工程中，06Gr19Ni10材質法蘭與20#鋼進行焊接，開坡口角度應隨母材厚度的增大而增大，8-10mm厚度的母材角度，一般為35-45度為好，打底焊時，為避免夾渣和降低稀釋率可選用小直徑焊材（φ3.2為好）進行打底或填充，焊接電流不易過大，這樣可以控制熔深，減小稀釋率的影響，達到從焊接工藝手法上控制和緩解化學成份和組織成份不均勻性的處理方法。

2 性能不均勻性問題

2.1 性能不均勻性的分析

焊接接頭因溫度、稀釋率的變化等原因導致焊接接頭各區域化學成份和金相組織的差異，從而帶來了焊接接頭等力學性能的不同，順應焊接接頭各區域的強度、硬度、塑性、韌性都有相當大的差別，在焊縫熱影響區兩側其沖擊值甚至有幾倍之差，在高溫條件下，其蠕變極限和持久強度也會因成份和金相組織的不同，相差也極為懸殊。

2.2 性能不均勻性的處理實踐

綜合長期在煉鋼廠減溫減壓站維保檢修經驗，談一下站內15GrMo與20g鋼焊接經驗，15GrMo中含碳量校少，合金元素較多，而20g鋼剛好相反，這導致在20g鋼一側的熔合區兩邊形成碳的濃度差，在焊接接頭長期處于300——400℃的工作溫度下，碳從20g母材一側通過熔合區向15GrMo一側擴散，導致20g鋼因脫碳而軟化，而15GrMo一側因增碳而變的硬化的現象，無論軟化現象還是硬化現象都降低了焊接接頭在高溫條件下的持久硬度，都是焊接接頭的薄弱環節的具體表現。在焊接時焊縫熔入的20g鋼將對焊縫中合金成份產生稀釋作用，使焊縫金屬的成份組織與焊縫兩側母材金屬有很大的差異，稀釋率嚴重時，焊縫中將出現馬氏體組織，嚴重惡化了焊接接頭的力學性能[2]。

綜上分析，在焊材選擇上有A102（E308-16）、A307（E309-15）和A407（E310-15）三種可供選擇：

（1）如果選擇A102（E308-16）焊條，則焊縫會出現馬氏體組織，用這種焊條需用極小的熔合比才能避免，但這在焊接工藝上是很難實現的，最后焊縫得到的組織是奧氏體加馬氏體。

（2）如果選用A407（E310-15）焊條，則焊縫通常為單相奧氏體組織，這會使焊接接頭的熱裂傾向變大。

（3）如果選用A307（E309-15）焊條，只要把母材金屬的熔合比控制在40%以下，就能得到具有較高抗裂性能的奧氏體加鐵素體雙相組織，這是比較理想的組織，由此選用A307（E309-15）是最為理想的，其烘干溫度250-300℃，烘干時間1小時，采用直流反接，焊接電流不易過大，采用短弧焊。

3 應力場分布不均勻性問題

3.1 應力場分布不均勻性的分析

異種金屬焊接接頭中，焊接殘余應力分布不均勻，這是由于焊接接頭各區域有不同的塑性決定的，另外母材導熱性的差異，也是殘余應力分布不均勻的因素之一。

由于異種金屬焊接接頭各區域熱膨脹系數不同，焊接接頭在正常工作條件下，由于溫度循環變化而出現在各區域界面上的附加熱應力，其分布也是不均勻的，甚至由于各種因素還會出現應力高峰，這會成為焊接接頭斷裂的重要原因，這是異種鋼焊接必須要面對的，還有異種鋼焊接接頭各區域因為金相組織的不同也必然會還來各區域應力的差異，總之異種鋼焊接接頭因成份、組織、性能等原因帶來應力場的不均勻性，這是其表現的主要特征[3]。

3.2 應力場分布不均勻性的處理實踐

如北營建制氧機外網工程中，因室外溫差原因，焊前須對母材進行預熱處理，06Gr19Ni10與20#鋼的預熱溫度應選擇兩種母材各自預熱溫度中高的溫度作為預熱溫度.焊后熱處理溫度，則反之.著重說明一下，在熱處理時，只是松馳原有已存在的焊接應力，但由于母材金屬與焊縫金屬的物理性能差異，在冷卻過程中又會產生新的殘余應力，所以并不能消除焊接應力，只是焊接應力的重新分布。

而15GrMo與20g鋼因焊接接頭中擴散層很弱，無須進行熱處理，如把焊接接頭重新加熱，并且隨著加熱時間延長會導致擴散層的加寬加大，20g焊縫一側金屬軟化加大，不利于焊接接頭的性能。

4 結語

以上是結合煉鋼廠減溫減壓站15GrMo與20g鋼焊接與北營新建35000Nm3/h制氧機外網06Gr19Ni10與20#鋼焊接經驗與總結，在這與廣大焊接人分享，不足之處希望大家指出作為身在第一線的焊接作業者，在完成生產任務的同時，更加應該將質量作為重中之重，嚴格要求，并時刻從實踐中學習，善于總結，努力提高自身專業水平，為本鋼的振興作出貢獻。