异种钢的焊接及压力容器堆焊

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第910页（1509字）

在动力装置、石油化工和造纸设备中，有许多焊接结构是采用不锈钢与低碳钢或低合金钢焊接而成。例如，在各种容器和罐体结构内壁与腐蚀介质接触的部位常采用不锈钢，而不与腐蚀介质接触或要求不甚苛刻的部位(如基座、法兰等)可采用低碳钢或低合金钢，这种异种钢的焊接结构既能节省大量的不锈钢，又能大大降低设备的成本，在实际生产中得到了大量广泛的应用。

大多数焊接方法可用于异种金属，如熔焊、压焊、钎焊和扩散焊。熔焊是其中应用较多的也是本节要介绍的。手工电弧焊和气体保护焊是熔焊中应用最广、使用最为方便的两种方法，具有焊接材料多、便于选择和适应性强的特点。若有异种金属的大构件或批量生产时，可采用机械化的气体保护自动焊或埋弧焊。

由于异种金属的化学成分、金相组织、物理性能及力学性能都有差别，特别是在异种金属接头的焊缝和熔合区存在一个过渡区，此处不但化学成分和金相组织不均匀，而且物理性能也不同，力学性能也有很大的差异，这可能引起接头缺陷或严重降低性能。所以，必须按照母材的化学成分、性能、接头形式和使用要求正确地选择焊接材料。一般选择异种金属焊接材料，有以下基本原则：

第一，保证焊接接头的使用性能，即保证焊缝金属过渡区、热影响区等接头区域具有良好的满足使用要求的性能。如低合金耐热钢与1Cr18Ni9Ti焊接，在许多情况下，采用309型奥氏体不锈钢焊接材料就可以满足要求。当设计要求接头有良好的冷热疲劳性能时，若还采用309型奥氏体不锈钢焊接材料，虽然能形成完整的焊接接头，但由于奥氏体焊缝与低合金耐热钢热膨胀系数差别较大，在熔合区两侧产生很大的热应力，随着冷热的变化，热应力也不断交替变化，加之低碳或低合金钢一侧的塑性较低，这就降低了接头的冷热疲劳性能。若选用镍基合金焊接材料，可以大大提高其接头冷热疲劳性能。这主要是由于镍基合金的热膨胀系数介于两种被焊材料之间，且更接近低碳或低合金钢，使热应力分散，而且塑性较差的低碳或低合金钢一侧的应力相对较小。另外，镍基合金能有效地阻止碳的迁移，降低了过渡层的危害。

第二，保证焊接头具有良好的工艺性能，即在接头区域不能出现热裂纹和冷裂纹。

第三，保证焊缝金属具有一定的致密性，不得有超标的焊接缺陷。

第四，保证焊缝金属具有所要求的综合性能，如耐蚀性、耐热性、热强性、抗氧化性等。

第五，在焊接工艺(如焊前预热或焊后热处理)受到限制时，要注意选择镍基合金或奥氏体不锈钢焊接材料，以提高焊缝金属的塑性及韧性。

第六，异种材料焊接时，焊接材料的选择通常是就高不就低。如低合金钢与不锈钢焊接时，选用不锈钢焊接材料；低合金钢与镍基合金焊接或不锈钢与镍基合金焊接时，选用镍基合金焊接材料。

异种材料焊接和焊接材料的选择都要基于实验，要以试验数据为准，故常常需要进行必要的工艺试验和性能测试，以满足使用要求。

不锈钢的种类和钢号很多，本文因篇幅有限，仅就①奥氏体不锈钢与低碳钢、低合金钢的焊接；②不锈钢复合钢板压力容器的焊接；③压力容器内壁不锈钢堆焊三个典型问题作一概述。