异种钢焊接

异种钢接头的焊接

1.异种钢接头定义。异种钢接头主要包括两方面概念：即不同组织（重点指奥氏

体和非奥氏体钢）钢之间的焊接；不同强度等级、不同化学成分（其组织基本类似）钢之间的焊接。其中不同组织钢材之间的焊接难度最大。

2.奥氏体和非奥氏体异种钢焊接主要有三个问题：

2.1.焊接时母材的稀释：由于母材的稀释，会出现对裂纹相当敏感的马氏体组织。例

如当低碳钢、低合金钢和不锈钢焊接时，若用一般不锈钢焊材，由于焊缝金属被低碳钢或低合金钢稀释，往往会产生奥氏体和马氏体组织，而熔合线附近，会产生马氏体带；若用低碳钢或低合金钢焊材，不锈钢一侧被稀释部分及焊缝金属会产生马氏体和奥氏体组织，从而引起开裂的危险。

2.2.焊接残余应力和热应力：在焊接热循环或使用温度下，由于两种材料抗膨胀系数

和导热性不同（或热膨胀系数和导热性近似，但由于强度等级不同而带来的形变差异）引起的热应力，焊接后残余应力较大且在热处理后不能消除。碳钢、低合金钢和珠光体耐热体的热膨胀系数大体相同，而奥氏体不锈钢热膨胀系数比碳钢等材料大30~50%，而导热系数却只有碳钢等材料的1/3。

2.3.碳扩散：当铁素体钢和奥氏体钢焊接后，焊接接头重复加热或高温使用时，在铁

素体钢一侧，由于碳原子的迁移（扩散），使含碳量减少而形成软化带，而在奥氏体钢一侧却由于碳的过剩而形成硬化带，对于焊接碳稳定化元素不同的材料时，也应注意高温运行条件下的脱碳影响。

2.4.上述三个问题的综合作用的结果是：整个异种钢焊接接头是一个成分、组织和性

能严重不均的非均匀体，是构件的局部薄弱地带，这种非均匀体在力学检验和运行中均会出现应力、变形集中和失效的局域化，因此在选择焊接材料时，要充分考虑其焊接工艺性、常温力学性能和长期运行性能，更重要的是要考虑其长期运行性能。

3.异种钢接头焊接材料的选择

3.1.不同强度等级铁素体或珠光体类型钢之间焊接：包括低合金高强度钢

（18MnMoNbg等）与碳钢、一般耐热钢（12Cr1MoV等）与碳钢、高合金耐热

钢（SA-213 T91等）与碳钢、一般耐热钢（12Cr1MoV等）与高合金耐热钢（SA-213 T91等），其总的特点是线膨胀系数接近，导热系数相差不大，焊后或消除应力后的残余应力和高温运行的热应力不大，因而主要考虑运行时工作应力平滑过渡、组织稳定，一般选用成分或强度（常温强度和高温强度）介于两被焊母材之间的焊接材料。

3.2.碳钢（或低合金高强度钢、耐热钢）与奥氏体钢焊接，要考虑稀释、碳扩散和热

应力三方面问题，同时还要考虑焊接工艺性和运行条件。选材原则如下：

⑴当工作温度≤400℃时，通常焊接材料选奥307（或奥302）。零件复杂刚

度较大时，选用奥507（或奥502），同时考虑预热措施；

⑵当产品工作温度＞400℃或焊接接头要求热处理时，则受压元件对接接头

可选用镍基焊材。而受压元件与附件焊接，原则上仍选用高铬镍不锈钢焊材。3.3.马氏体不锈钢（1Cr13等）与碳钢（或低合金高强度钢、耐热钢）焊接时，虽然

其热膨胀系数也接近，但由于马氏体的存在，相变应力较大，碳迁移和稀释较严重，因此马氏体不锈钢与碳钢或低合金高强度钢焊接，可选用高铬镍奥氏体不锈钢焊材；而马氏体不锈钢与耐热钢焊接，应选用镍基焊材。

3.4.难焊或要求高的异种钢焊接，须选用镍基焊材，其原因主要是：

①镍可无限扩大γ区，增加碳的溶解度（碳本身也是奥氏体形成元素），当镍达到70%时，基本上可消除脱碳层。

②镍基焊材，线膨胀系数为13.6×10 -6 mm/mm℃,与碳钢等基本接近，因而就平衡了接头的大部分热应力。

③镍基焊材有最好的塑性，其延伸率可达40%（而其强度极限仍有700~800MPa），因而使接头可更好吸收各类应力，从而增大接头抗形变能力。