奥氏体不锈钢与碳钢的焊接(技师论文)

奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的焊接
摘要：本文通过对奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的焊接性能、焊接工艺和施焊方法的介绍，找到了两种异种钢材的焊接难点和关键，采用合理的焊接工艺，生产出合格产品。

关键词：奥氏体不锈钢、碳钢、焊接
1前言
随着我国经济的快速发展，钢结构在工业、农业及民用建筑中都得到了广泛的应用，人们在追求钢结构的坚固耐用的同时，多种装饰性材料也越来越多的运用到钢结构建筑中，如不锈钢、铝及铝合金、复合材料等，其中现在运用最多的是不锈钢。

近期，我公司承接了山大教学楼顶层一标志性构件，上端为直径300mm 厚度10mm的奥氏体不锈钢管，材质为1Cr18Ni9Ti，底座为直径800mm厚度20mm的碳钢钢板，材质为Q235。

由于两种材料不同，为了保证焊接质量，通过对焊接性和焊接特点的分析，制定了具体的焊接工艺措施。

2奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的焊接性和焊接特点分析
奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的焊接是异种材质的焊接，它在焊接过程当中有许多的特殊问题，如：焊缝的稀释、热裂纹等。

奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的化学成分见下表：
表1 奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的化学成分
由表1可知，碳钢板（Q235）含碳量较低，可焊性较好，奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）含有18%左右的Cr和9%左右的Ni，而碳钢没有这些成分，焊接时如不添加一定量的Cr、Ni元素，由两种钢组成的焊缝金属其化学成分必然显著降低，即形成焊缝稀释。

焊缝稀释的结果是形成马氏体组织，使焊缝的力学性能变硬变脆，并产生冷裂纹。

解决焊缝稀释的方法就是采用适当高含量的鉻镍焊条和减小熔合比的工艺方法。

由于焊缝金属含有较高的合金元素，易产生某些低熔点共晶物，如：硫、镍形成的Ni3S2，其熔点为645℃。

又因两种钢材的线膨胀系数差别较大（奥氏体不锈钢的热膨胀系数为16.6碳钢为11.76），焊接过程当中会产生较大的焊接应力，有产生裂纹的倾向，特别是弧坑裂纹，为此要选用能使焊缝形成双相组织的焊条和抗裂性能好的焊条。

3奥氏体不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）与碳钢板（Q235）的焊接工艺
3.1焊条的选择和焊接电源的选用
为了解决焊缝的稀释问题和热裂纹问题，选用抗裂性能较好的A307焊
条，这样可得到奥氏体和铁素体双相组织焊缝。

当焊缝中有5%左右的铁素体时，奥氏体的晶粒长大便受到了阻碍，柱状晶的方向被打乱，因而细化了晶粒，并可防止杂质的聚集。

由于铁素体可比奥氏体溶解更多的杂质，因此还减少了低熔点共晶体在奥氏体晶粒边界上的偏析。

焊条使用前烘干温度为250℃左右，时间1~2小时，焊条烘干后放在100~150℃的保温桶中，随用随取。

焊接电源采用直流反接，这样不但提高电弧稳定性，还可以减少对母材的能量输入量。

3.2焊件的装配
装配前，板材与管材相对应焊接处200mm范围内用刺轮把铁锈、氧化皮等杂物清理干净，使之露出金属光泽，管件端部用机械开45°半V型坡口，用中度砂纸打磨掉毛刺等杂物，不锈钢严禁用砂轮机打磨，清理完毕在不锈钢侧涂白垩粉，以避免表面被飞溅物损伤。

为方便焊接，我们采用垂直固定俯位焊。

定位焊时，根部间隙3mm，定位焊数量为3个，定位焊焊缝厚度为2mm，长度为15mm，定位焊为正式焊缝的一部分，不能有任何缺陷，施焊前将定位焊打磨成缓坡形。

3.3焊接
施焊时选用小熔深的工艺措施，在保证焊缝质量的前提下，可选用小的热输入参数，即小电流、短弧焊、快速运条、多层多道焊等。

3.3.1焊接层次及焊接参数
焊接层次为四层七道，如图1所示。

焊接参数见表2。

图1焊层与焊道的分布
表2 焊接参数
焊层打底层填充层盖面层
焊条直径（mm） 3.2 3.2 3.2
焊接电流（A）85~95 90~100 85~95
3.3.2打底层的施焊
施焊时采用断弧运条方法，焊接参数见表2，焊条倾角60°~70°，焊条与板侧夹角30°~35°。

首先在板侧坡口内，采用接触法引弧，然后稍将焊条向背面压送，并稍作停留，当形成熔孔后向管侧根部摆动焊条并灭弧，如此反复施焊。

施焊过程中应注意：采用短弧施焊；焊条向前摆动距离不易过大；以背面熔透、熔合良好、成形均匀为宜；电弧的1/3保持在熔池前，击穿和熔化管件的根部；打底焊道尽量薄，不要厚。

需要停弧时，将电弧拉向板侧或向焊接反方向10mm处灭弧，以避免产生缩孔。

3.3.3填充层的施焊
焊条倾角与打底层相同，焊条夹角40°~45°，施焊前将前层焊道清理干净，层间温度控制在≤150℃。

施焊时在坡口内侧引弧后，以直线或小锯齿形向前施焊，采用短弧并使上下坡口两侧熔合良好，保持运条速度均匀。

3.3.4盖面层的施焊
焊接参数见表2，焊条倾角与打底层相同，焊条夹角第5道焊缝为50°~55°，第6、7道焊缝为35°~55°。

施焊形式基本与填充层相同，首先焊第5道焊缝，并注意焊道与板熔合良好，符合焊脚尺寸要求，防止超标。

焊接第7道焊缝时，注意与焊道与管壁表面熔合良好，防止咬边和焊脚尺寸超标。

各焊道间要过渡良好过渡平滑，防止在焊缝间部位形成沟槽和凸起。

焊后室温冷却
4结束语
此构件由于采用了合理的焊接工艺措施，焊后经使用方验收探伤，没有发现存在焊接缺陷，现已交付，安装完毕。

由于我公司对此类异种材质构件的加工量较少，在实际操作中难免发现一些不足之处，请各位领导、老师及同行师傅提出宝贵意见，以便在以后的工作中不断改进、不断提升技术水平。

参考文献：
【1】《电焊工技能鉴定试题解析指南》，机械工业出版社，1998，主编：潘勤
【2】《焊工技师培训教材》，机械工业出版社，2009，主编：葛兆祥
【3】《焊工工艺与技能培训》，中国劳动和社会保障出版社，2001，主编：王长忠。