渗铝钢的焊接
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第527页（2435字）
1．渗铝钢的特性及应用
渗铝钢是碳钢和低合金钢经过渗铝处理，在钢材表面渗入0．2～0．5mm形成铁铝合金层的新型复合钢铁材料。渗铝钢具有优异的抗高温氧化性和耐腐蚀性，具有十分显着的经济效益。与原来未渗铝的钢材相比，渗铝钢可明显地提高抗氧化性的临界温度约200℃以上，在高温H2S介质中的耐腐蚀性可提高数十倍以上。在美、日、英、德等工业发达国家渗铝钢被广泛应用于石油、化工和电力等工业部门中。
近年来，渗铝钢也开始在我国一些产业部门(如锅炉、炼油容器、汽车工业等领域)得到了初步应用，并已显示出它的优越性。
2．渗铝钢的问题及解决措施
(1)焊接裂纹倾向 焊缝金属或熔合区产生裂纹是渗铝钢焊接中的主要问题之一。铝是铁素体化元素，焊接时渗层中铝元素的熔入易使焊缝和熔合区韧性下降，所研制的专用焊条必须含有一定的合金含量(如Cr、Mo、Mn等)，具有高的抗裂性，焊后不产生裂纹。
(2)熔合区耐蚀性下降 焊接区熔合不良或熔合区附近渗层中铝元素的降低，易导致渗铝钢焊接熔合区附近区域耐腐蚀性的下降，影响渗铝钢焊接结构的使用寿命。焊接中应采用尽可能小的焊接线能量或采取必要的工艺措施，减小熔合区附近铝元素的降低。
渗铝钢管的焊接有它的复杂性，对于不同的渗铝工艺(如热浸铝法、固体粉末法、喷渗法等)，渗铝钢管的焊接性能差异极大。解决渗铝钢焊接问题主要有两条途径：一是将接头处的渗铝层去掉，用普通焊条焊接，焊后在焊接区域再喷涂一层铝；二是采用不锈钢焊条或渗铝钢专用焊条进行焊接［14］。
3．渗铝钢的焊接工艺
渗铝钢管渗铝后一般不降低其原有的强度性能且差异不大(如表2－3－88)，从焊接角度看焊缝金属的强度性能是容易满足的。
表2－3－88 两种渗铝钢管渗铝前后的拉伸性能
注：括号中的数据为试验平均值。
渗铝钢焊接接头区域钢管内壁焊后无法再用喷涂和其他方法处理，除了选用使焊缝金属本身耐热抗蚀的焊条以外，还必须从焊接工艺操作上保证单面焊双面成形。施焊前在渗铝钢管对接接头内壁两侧涂敷焊接涂层，该涂层在焊接过程中对熔池有托敷作用，防止焊穿和确保焊缝背面熔合区熔合良好；此外在焊接条件下使涂层中的化学渗剂迅速分解，产生活性铝原子并使之向焊接熔合区渗入，以补偿焊接接头背面熔合区渗层中铝的烧损，达到提高焊接熔合区抗高温氧化性和耐蚀性的目的。在渗铝钢管焊接区域外侧涂敷白垩粉以防止焊接飞溅，确保渗铝层质量。
焊接涂层由化学渗剂层和保护剂层构成。化学渗剂层的作用是向焊接熔合区渗层提供补偿渗铝所必须的活性铝原子源和产生较高的铝势。保护剂层的作用是阻止焊接区域氧化性气氛对化学渗剂析出的活性铝原子氧化，保证补偿渗铝过程的进行。用坡口机在渗铝钢管对接接头处开单面V形坡口，坡口角度60～65°，钝边1mm以下，接头间隙3mm左右。焊接装配时应严格保证钢管接口处内壁平齐，错边量应小于壁厚的10%，最大不得超过1mm。点固焊点应尽可能小，点固后不得随意敲击。
打底层是渗铝钢管单面焊双面成形的关键，施焊时必须密切注视熔池动向，严格控制熔孔尺寸，使焊接电弧始终对准坡口内角并与工件两侧夹角成90°角。更换焊条要迅速，应在焊缝热态下完成焊条更换，以防止焊条接头处出现背面熔合不良现象。封闭环缝时应稍将焊条向下压，以保证根部熔合。打底层焊接要求接头背面焊缝金属与两侧渗层充分熔合；盖面层焊接要求焊道表面平滑美观，两侧不出现咬边。在整个焊接过程中不能随意在渗铝钢管表面引弧，以免烧损渗铝层。焊后应立即将焊接区域缠上石棉，以防止空气硬化而导致微裂纹，特别是铬钼渗铝钢更应注意焊后缓冷。
采用专用焊条或Cr25－Ni13奥氏体焊条，严格按单面焊双面成形工艺进行焊接，焊接工艺参数见表2－3－89。应确保渗铝钢焊缝金属与渗层熔合良好，焊接接头背面渗铝层从热影响区连续过渡到焊缝，基体金属不外露，保证渗铝钢管焊接区域良好的使用性能［15］。
表2－3－89 试验中采用的焊接工艺参数
用3%HNO3酒精溶液浸蚀渗铝钢管试样断面，可使渗层与基体组织显露出来。只要渗铝钢管焊接接头处焊缝金属与渗铝层熔合良好，无咬边现象，可保证良好的抗高温氧化性能。碳素渗铝钢管与Cr5Mo渗铝钢管内壁渗层厚度分别为0．17～0．23mm和0．12～0．16mm，外壁渗层厚度分别为0．15～0．20mm、0．10～0．14mm。渗铝层显微硬度是在50g载荷下加载12秒后测定的，显微硬度从渗层表面到基体是逐渐降低的，渗层平均显微硬度值在500～310HM的范围［14］。显微硬度值较低时渗铝层具有较好的抗塑性变形能力和良好的焊接性。
渗铝层中的铝含量是评定渗层耐热抗蚀性能的重要参数。电子探针分析表明，渗铝层中的铝含量随着渗层深度的增加而降低，当渗层深度不超过0．125mm时，其铝浓度在8%以上。该渗铝层的有效厚度能够满足抗高温氧化和耐腐蚀性方面的使用要求。