异种钢焊接性能分析与研究

异种钢焊接性能分析与研究

摘要：奥氏体型不锈钢与低合金钢有很大的差异，不论从化学成分上来说还是物理性能方面，区别都很大。对于中厚板的异种钢的焊接很难得到一个满意的焊接接头，主要是因为中厚板的异种钢焊接约束力太大，冷冽倾向也很大，所以很难令焊接效果尽如人意。要想获得一个比较满意的焊接接头，就必须对两种钢的不同特性进行一定的分析，对焊接接头可能出现的问题进行一次比对解析，最后才能够确定适合的焊接工艺。

1 异种钢焊接主要存在的问题

1.1 熔点的差异

如果相焊的两种金属熔点相差很大，接头性能难以得到保证，

16mnr熔点1430℃，00cr19ni10熔点1398℃～1420℃，两种金属熔点相差不是很大，一般能获得一个满意的焊接接头。温度是焊接的一个重要因素，控制好焊接时的温度，能够有助于焊接的效果，对于不同的金属进行焊接，温度是不相同，这也是长期工作以来的一种积累，对工作多多总结有助于提升焊接技术。

1.2 线膨胀系数差异

金属受热的涨幅程度，金属本身的延展性，金属的熔点，都是在焊接过程中必须注意、考虑的要素，金属的这些特点在焊接过程中尤为重要，如果对金属的特性认知不够清楚，很容易出现焊接裂纹。由于低合金钢与奥氏体型不锈钢两种金属线膨胀系数相差很大，产生的应力容易使焊缝热影响区产生裂纹。

1.3 热导率的差异

热导率是金属本身的特性，不相同的金属热导率一般不会相同，这就导致了焊接上的一个难点。通常解决这种问题的方法，一般采用的都是提前预热，将导热较低的金属先进行一个提前预热已达到两种金属同时融化，这样有助于金属的焊接。但是，这要求操作者必须对各种金属的导热率极为熟悉。

一般低合金钢的热导率为0.288～0.504w/cm·℃，不锈钢的热导率为0.168～0.336w/cm·℃，低合金钢随温度的增加，热导率是下降的，不锈钢随温度的增加，热导率是上升的，所以热导率的不同可使被焊材料熔化不同步，导致金属之间结合不良。

1.4 形成脆性的化合物

有些金属本身就是合金，在焊接过程中，很有可能和另一块金属发生反应，出现新的合金。新合金的属性不确定，很有可能出现硬度不够、韧度缺乏，导致焊接部位脆弱，容易出现断裂。

异种钢焊接时由于在焊接热循环的作用下可能会形成某些金属这种化合物会降低焊缝的热胀冷缩的环境下，可能脆性断裂。

2 异种钢焊接性分析

上文已经提到了金属焊接的一些重难点，针对这些难点，我们的焊接师傅们也在长期的工作中找到了一些解决的办法。提前预热，减缓冷却、焊接后的热处理等等办法。不同金属的焊接，在国际上都是一个难题，因为这主要是依靠人工来完成的。人工完成焊接，凭借的全都是从劳动中获得的经验，而不能依靠现代科技技术的准

确计算，这就造成了在焊接过程中多多少少都会出现偏差。下面就简要介绍一下，对于焊接技术的一些处理：

在对于中厚板的处理之中，一般会出现拘束力比较大的情况，这样的焊接，如果技术出现偏差就会导致冷裂发生，要解决这种问题，我们就需要采用一些预热或者减缓冷却的方法，这样可以有效地减弱焊接的接应力，降低冷裂的风险。当然，这样做不是百分百安全，只能说尽可能的降低风险。

焊缝金属化学成分分布不均匀，在焊接金属的时候，容易导致焊缝裂缝、扭曲等等后果。要确保焊缝金属成分尽可能的均匀，防止焊缝因为金属化学成分分布不均匀而导致成品出现问题，我们应该在焊接时尽量控制住焊接参数，减小熔合比对成品带来的影响。

我们在焊接时，常常会遇到碳元素迁移，而导致最后的焊口可塑性下降以及硬度升高，造成成品韧性不足，易损坏。只要我们采用隔离层堆焊的方法，就能够轻松解决这个问题。从而不会再出现低合金钢侧母材脱碳，而高合金钢侧增碳的烦恼。

不同的金属膨胀系数自然不同，我们在异种钢焊接的时候，常常会遇到这样的问题。即使我们使用了消应力热处理也无济于事，最后常常是接口绷断。这是由于异种钢的膨胀程度不一样，造成最后两种的金属之间的残余应力依然存在，而且力量极大。对于这种情况，我们建议采用隔离层堆焊后用同种钢焊条焊接，这种方法不一定能够完全解决该问题，但是还是能够使焊口有较为大的改善。

我们这里采用的方法，是工人师傅们在日常工作中所领悟出来

的，也是得到印证的。也许还有其他更好地方法，只是我们不知道而已。不过我们相信，在未来的日子里，一定会涌现出更多更好地焊工师傅，然后用他们的智慧解决一个又一个的难题。

3 焊接工艺的制定

在设备筒体上用火焰割刀开坡口。用砂轮机将坡口打磨干净光滑，并对坡口表面做100%pt，符合jb/t4730.5-2005，i级合格。用电加热带或火焰对坡口200mm范围内预热至150℃，达到规定温度后进行坡口堆焊。

采用a302，φ3.2mm小直径焊条，小电流，多层多道堆焊坡口，减小熔合比和焊缝的稀释率，堆焊3层，厚度至少8mm，堆焊完毕后打磨坡口，清除有害熔渣。坡口表面作100%pt，符合

jb/t4730.5-2005，i级合格后作100%ut，符合jb/t4730.3-2005，i级合格。用电加热带对堆焊坡口进行620±20℃，保温2.5h消应力热处理。热处理后100%pt，符合jb/t4730.5-2005，i级合格后作100%ut，符合jb/t4730.3-2005，i级合格。组对接管与筒体d 类焊缝，保证装配间隙尺寸，然后用同种钢a002焊条先焊内侧焊缝，内侧焊接完毕后外侧气刨清根，彻底打磨掉渗碳层后作100%pt，符合jb/t4730.5-2005，i级合格后进行外侧的焊接，焊接完毕后将焊缝打磨圆滑。焊后内外100%pt，符合jb/t4730.5-2005，i级合格后100%ut，符合jb/t4730.3-2005，i级合格。

4 焊接操作要点

焊条焊接时不允许焊条作横向的摆动，多层多道焊，堆焊前一定

要预热到规定的温度，中间停止焊接需重新预热，a302焊条焊接时控制层间温度在150℃左右，坡口至少堆焊3层，堆焊时尽量采用小线能量焊接，减少碳的迁移和熔合比，保证焊缝成分的均匀性，a002焊条焊接时控制层间温度70℃左右，减少高温停留的时间，提高耐腐蚀性能，每道焊缝焊接结束后及时清除熔渣，防止产生夹渣等缺陷。

处理之后的成品，人工测试应该具备焊接部位平整、光洁，无裂缝、无焊渣。成品应该还具备韧性强、硬度高的特征，保证成品的牢固程度，不易损坏。现代科技可以也有专门针对焊接成品检测的技术，在下面第五点将会介绍到。

5 焊接工艺评定试验

为验证该焊接工艺的正确性，确保焊接接头能达到理想中的使用要求，按照jb/t4708-2000制定焊接工艺评定试验方案，试板采用δ=42mm的16mnr板材坡口堆焊a302后与00cr19ni10ⅲ锻件相焊，按照拟定的焊接工艺施焊，焊接完毕后经100%rt检测，符合

jb/t4730.2-2005，i级合格，焊接接头经拉伸、弯曲、冲击力学性能试验，完全符合相关标准要求。

6 结束语

异种钢焊接难度较大，主要是因为我们对异种钢的特性认知不够，了解不多也不够透彻，所以，我们在进行异种钢焊接时，很难得到一个好的接头。但随着异种钢焊接的逐步发展，我们对异种钢的认知也会越来越丰富，通过这些认知，我们就能够选择出合理的