异种钢的焊接

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第620页（2285字）

异种焊接通常是指高合金钢(如铬镍奥氏体钢)与中、低合金钢(如珠光体耐热钢)的焊接或与普通碳钢的焊接。

1．焊接特点

(1)稀释：异种钢焊缝金属的成分取决于填充金属的成分及其被母材稀释的程度。若稀释的焊缝金属中出现脆性马氏体组织时，有产生裂纹的危险。可利用铬镍当量组织图选择焊条(见图10－32)。从图中稀释线上看出，用18－8型焊条焊接低碳钢时，在稀释率大体上不大于13%的情况下，焊缝金属可以保持奥氏体－铁素体组织，当熔入的母材超过20%时，焊缝金属将得到奥氏体－马氏体组织。对于异种钢焊接，特别是焊接底层焊缝时，工艺上很难保证熔入的母材不大于20%，因此，最好采用铬镍含量较高的焊条。

此外，稀释程度还受焊接方法、接头型式、焊接工艺的影响。

图10－32 用铬镍当量组织图选择焊条

(2)熔合区的塑性：异种钢焊接时，奥氏体焊缝金属中紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0．2～0．6mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其余部分，通常叫做熔合区脆性交界层。它的存在会严重降低接头的冲击韧性，对在低温下工作和承受冲击载荷的异种钢接头，应选用高镍合金焊条，以减小熔合区脆性马氏体层的宽度和熔合区附近冲击韧性降低的幅度。

(3)碳迁移及其对高温性能的影响：焊接接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，异种钢熔合线附近发生碳的扩散迁移现象，其结果在含碳化物形成元素低的珠光体一侧产生脱碳层，而在相邻的铬镍奥氏体焊缝产生增碳层。由于碳的减少，脱碳层由珠光体将变成铁素体而软化，同时，脱碳区的晶粒长大，生成粗晶粒层。增碳层的碳以铬的碳化物形态析出而硬化，其结果是接头的高温持久强度和抗腐蚀性能下降，脆性增大。脱碳层和增碳层的宽度，随加热温度的提高和时间的加长而增大。

提高焊缝金属中含镍量，可阻止碳的迁移。且工作温度愈高，焊缝含镍量应愈高。例如下列接头在下列高温条件下工作长达几千小时，尚不发生碳的迁移现象：

1)用Cr25Ni25Mo3焊丝，焊接45号钢的异种钢接头，工作温度450℃。

2)用Cr25Ni40Mo7焊丝，焊接Cr5Mo钢的异种钢接头，工作温度550℃。

3)用Cr25Ni60Mo10焊丝，焊接12CrMoV钢的异种钢接头，工作温度580℃。

也可以用高镍奥氏体焊条预先在珠光体钢坡口上堆6～8mm过渡层，以阻止碳的迁移。

(4)热应力及其影响：奥氏体钢热膨胀系数比珠光体钢大30%～50%。这两种材质的异种钢接头在焊后冷却、热处理和运行中将产生热应力。在周期性加热和冷却条件下工作时，还可能出现熔合区珠光体钢侧产生热疲劳裂纹，引起接头过早断裂。

采用线膨胀系数与珠光体钢或碳钢较接近的高镍基焊条焊接或堆焊过渡层，可减小热应力及热疲劳应力的不利影响。

2．焊接材料的选择

珠光体钢与12%铬钢焊接时，原则上选用珠光体钢焊条，也可以用奥氏体焊条。珠光体钢与17%铬钢焊接时，必须用奥氏体焊条。珠光体钢与奥氏体钢焊接时，原则上选择含镍量较高的铬镍奥氏体焊条，选用原则如前所述。

3．焊接工艺

为减少焊缝金属的稀释，应采用尽可能小的焊接电流。用奥氏体焊条焊接异种钢时，一般不预热或只用较低的温度预热。焊后一般不热处理。

4．耐蚀复合板的焊接

铬镍奥氏体钢复层和碳钢或低合金钢基层分别采用与复层和基层相适应的焊条或焊丝进行焊接。一般先焊基层。焊到基层与复层交界处，开始改用铬镍奥氏体焊条时，焊缝被碳钢焊缝稀释，而易产生脆性马氏体组织，对复层焊缝的抗腐蚀性能也可能造成不利影响。与基层焊缝相连的一层称为过渡层焊缝，所用的焊条称过渡层焊条。

过渡层焊接，应选用铬镍含量比复层材料高的填充金属，以补偿稀释作用。考虑对复层耐蚀性的影响，过渡层焊缝的含碳量应尽量低，也可采用超低碳的纯铁焊条，在基层焊缝与铬镍奥氏体过渡层焊缝之间再加焊一个纯铁过渡层焊缝。

焊接过渡层时，尽量采用小电流和减小焊条的摆动幅度，力求使基层侧熔深较浅，以减少焊缝的稀释。可采用手工焊、埋弧焊(过渡层及复层用双丝并列)或钨极填丝氩弧焊。

当工艺及焊接材料选用合理时，不锈钢复合板焊接接头的正面、反面及侧面弯曲实验均表现出接头具有良好的塑性和异种材料之间的可靠结合性能。接头正面的腐蚀性良好。