異種鋼的焊條選用

1、異種鋼焊接的主要問題：

●焊接接頭的化學不均勻性及由此引起的組織和力學性能的不均勻性

●界面組織的不穩定性

●應力變形的複雜性

2、獲得優質異種鋼焊接接頭的焊接工藝要點：

●避免淬火鋼的複合結構近縫區産生裂紋；

●保證焊縫金屬中沒有熱裂紋；

●保證不使高合金鋼有顯著的稀釋；

●保證焊接接頭與基本金屬有較近的膨脹系數。

3、異種鋼焊接材料選擇的基本原則：

●所選擇的焊接材料必須能夠保證異種鋼焊接接頭設計所需要的性能，如力學性能、耐熱、耐蝕性能等；

●所選擇的焊材必須在有關稀釋率、熔化溫度和焊接件其他物理性能要求等方面能保證焊接性需要；

●在焊接接頭中不産生裂紋等缺陷的前提下，當不可能兼顧焊縫金屬的強度和塑性時，應優先選用塑性好的填充金屬；

●焊接材料應經濟、易得，并具有良好的焊接工藝性能。

4、碳鋼與低合金結構鋼或異種低合金結構鋼焊接時的焊條選用：

（1）選用的焊條應能保證焊縫金屬及接頭的強度高于強度較低一側的鋼材，而焊縫的塑性及沖擊韌性不低于強度較高而塑性、韌性較低一側的鋼材。即強度、塑性和韌性都不應低于被焊材料的最低值。

（2）一般選用低氫型焊條，以保證焊縫金屬的抗裂性能和塑性。

（3）要求焊絲中的碳含量低些，而錳的含量高些，希望錳/矽的比值提高，以減少熱裂紋産生。

★JB/T4709-2000規定：不同強度鋼号的碳素鋼、低合金鋼之間的焊縫金屬應保證力學性能，且其抗拉強度不應超過強度較高母材标準規定的上限值。

5、碳鋼、低合金結構鋼與珠光體耐熱鋼焊接時的焊條選用：

（1）通常這類異種接頭的使用溫度不很高，一般選用與合金含量較低一側的母材相匹配的焊材，并保證焊接接頭的常溫力學性能，接頭強度不低于兩種母材标準規定值的較低者。

（2）可選用碳鋼焊條，也可選用耐熱鋼焊材。但焊接工藝應遵循珠光體耐熱鋼的要求。如A3或16Mn與15CrMo焊接時，可采用J507或R207焊條。

（3）結構剛性大、焊後不進行熱處理的場合，可采用A307焊條，但這類異種鋼接頭的最高工作溫度不得超過350℃。

6、異種珠光體耐熱鋼焊接時的焊條選用：

（1）在同工作溫度下，應滿足強度較低一側鋼材的要求，又要考慮使焊縫合金元素的含量不低于合金元素較少的一側母材，但焊縫的熱強性應等于或高于母材金屬。一般情況下均選用低氫型焊條。

（2）在某些情況下，為防止焊接時、焊後熱處理時或使用過程中碳的遷移，保證接頭的高溫性能，應選用介于兩種母材金屬之間的焊條。

■舉例：

12Cr1MoV與10CrMo910管道焊接，當選用R307、R407、R317、J507時，焊接接頭的室溫力學性能均能滿足（焊接工藝評定結果）。但按高溫持久強度要求，選用R407、R317焊條可以滿足使用要求；而用R307、 J507則不能滿足要求。

（3）若産品不允許或施工現場無法進行焊前預熱和焊後熱處理時，可選用奧氏體焊材。但對于高溫狀态下的珠光體異種接頭，要慎用奧氏體焊材。

（4）若該類異種鋼接頭在使用溫度下可能産生擴散層時，則最好在坡口面堆焊隔離層，隔離層金屬應含有Cr、V、Ti等強烈碳化物形成元素。

7、珠光體鋼與奧氏體不鏽鋼焊接時的焊條選用：

☆通常把碳鋼、低合金結構鋼、珠光體耐熱鋼統稱為珠光體鋼。

●焊接特點：

珠光體鋼與奧氏體鋼接頭的熔合線兩側出現碳和碳化物形成元素的濃度差，它處于350-400℃溫度下長期工作時，或在焊後熱處理過程中，往往會在熔合線區域出現碳元素的擴散：

◇在珠光體鋼母材金屬邊緣形成脫碳層，脫碳層晶粒甚粗大，導緻軟化。

◇在奧氏體鋼母材金屬一側形成增碳層，增碳層中的碳元素以鉻的碳化物形态析出，并導緻硬化。

★實踐證明，脫碳層是接頭中的薄弱環節，對高溫持久強度的影響較大，約降低10-20%

●奧氏體不鏽鋼與珠光體鋼焊接材料的選擇要考慮的因素：

（1）克服珠光體鋼對焊縫的釋釋作用。

■舉例：

比較J507、A132、A302、A402四種焊條焊接時的焊縫組織：

□用J507施焊，組織為馬氏體，不允許采用；

□用A132施焊，焊縫基本上也是馬氏體組織，而且越靠近碳鋼側，馬氏體數量越多，是脆性破壞的起始區域，也不适用；

□用含鎳大于12%的A302、A402施焊時，組織基本上是奧氏體或全部為奧氏體，可用。

（2）抑制熔合區中碳的擴散。提高焊材的奧氏體形成元素，是抑制熔合區中碳擴散最有效的手段。随着工作溫度的提高，要阻止碳擴散，必須提高鎳含量：

◇350℃以下：焊縫金屬的鎳含量可以不超過10%；

◇350-450℃：鎳含量應為10-19%；

◇450-550℃：鎳含量應為19-31%；

◇550℃以上：鎳含量應為31%以上。

（3）改變焊接接頭的應力分布。

◇國外常用與珠光體鋼線膨脹系數相接近的Cr15Ni70鎳基焊材來焊接該類異種鋼，使得高溫應力集中在奧氏體不鏽鋼一側的熔合區，減輕了珠光體鋼一側熔合區的壓力，對接頭比較有利。

◇在坡口面堆焊隔離層也有效。但用于堆焊的焊條合金成分應高于焊縫金屬。如：在珠光體鋼一側坡口上堆焊兩層A302或A307焊條，然後與奧氏體不鏽鋼焊接。

（4）提高焊縫金屬的抗裂紋能力：在不影響使用性能的前提下，最好使焊縫金屬中含有一定數量的鐵素體組織。

★試驗表明，A302、A307焊條的抗裂性能比單相的A402、A407焊條優越。

★綜上所述，此類異種鋼焊接所選用的焊條隻有A302、A307或A402、A407适宜，不僅能克服珠光體鋼對焊縫的稀釋，對抑制熔合區中碳擴散和改變焊接接頭應力分布也有利。但A402、A407的熱裂紋傾向較大，生産上比較少用。

★JB4709-2000規定：奧氏體高合金鋼與碳素鋼或低合金鋼之間的焊縫金屬應保證抗裂性能和力學性能。宜采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料。

■工程應用實例：

（1）12CrMo、15CrMo珠光體鋼與1Cr18Ni9Ti奧氏體鋼焊接時，若選用A307、A407焊條，則即使稀釋率達25-30%，焊縫金屬中也不緻出現馬氏體組織。

（2）結構剛性大、闆厚超過20mm的珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接接頭，在焊後熱處理過程中或周期性的加熱、冷卻運行條件下，将産生很大的熱應力，導緻珠光體鋼一側的熔合線出現熱疲勞裂紋。為消減熱應力，采用熱膨脹系數與珠光體耐熱鋼相接近的含鎳量高的A507或Ni307焊條。

（3）運行溫度高于400-500℃的異種鋼結構焊接時，在珠光體鋼（如15Cr1MoV）坡口上采用含V、Nb、Ti、W等碳化物形成元素的珠光體耐熱鋼焊條（如R317、R337）堆焊一層厚約5-6mm的過渡層，以限制珠光體鋼中的碳向奧氏體焊縫擴散。然後再用相應的奧氏體鋼焊條（如A307）焊接對接接頭。

（4）為提高高溫下運行的珠光體與奧氏體鋼管焊接接頭的高溫持久強度，可在異種鋼管間加一段含V、Nb、Ti等強碳化物形成元素的珠光體鋼中間過渡管段（如12Cr1MoV）。先用鉻钼鋼焊條（如R317）焊接珠光體鋼與中間過渡管段的連接焊縫，焊後在700-760℃下進行退火處理，再用奧氏體鋼焊條（如A307）焊接奧氏體鋼管與中間過渡管段的焊縫。

（5）用A407焊成的12Cr2Mo1與1Cr18Ni9Ti異種鋼接頭，在600℃長期試驗時，由于碳的強烈擴散，使熔合線附近的性能降低。但若用含铌的12Cr2Mo1焊條R337在珠光體鋼一側堆焊一層過渡層，則碳的擴散能力顯著減弱，高溫持久強度提高，試樣斷裂位置移至珠光體母材金屬一側。

（6）珠光體耐熱鋼管與奧氏體鋼過熱器管的焊接結構，采用鎳基合金焊條及加襯環的方法進行焊接，可消除熔合線區域的應力突變，提高接頭的工作能力。

8、奧氏體不鏽鋼與鐵素體低溫鋼焊接時的焊條選用：

☆此類異種鋼焊接接頭的主要問題是：碳的遷移和合金元素的擴散。

■資料介紹：對于中強度低溫鋼如06MnNb、3.5Ni等與奧氏體不鏽鋼焊接時，不論用A402、A302、A102或A202焊條，都不可避免在熔合線産生馬氏體組織。而用超低碳的A022焊條焊接06MnNb與1Cr18Ni9Ti時是可行的。

（1）選擇含碳量相同的不同牌号焊條時，應選用含鎳量較高的焊條，對控制碳的遷移和提高低溫沖擊韌性都有利。

（2）選擇含鎳量相同的不同牌号焊條時，應選用含碳量較低的鉻鎳奧氏體焊條，可以控制焊縫中的碳遷移和改善力學性能。

（3）當不同鋼号的低溫鋼焊接時，應選擇與低溫韌性較高的鋼材相匹配的焊條。

（4）考慮到母材對焊縫的稀釋作用，可對焊縫金屬的化學成分進行适當的調整。

9、奧氏體不鏽鋼之間焊接時的焊條選用：

☆此類異種奧氏體鋼的焊接，主要是防止焊接接頭内産生熱裂紋、晶間腐蝕及σ相脆化等問題。

（1）根據合金含量較低一側母材或介于兩者之間選用焊條。

（2）選用奧氏體-鐵素體的雙相組織焊條，使焊縫金屬含3-5%的鐵素體，以提高接頭的抗裂性能及抗腐蝕性能。

（3）控制焊縫金屬的含碳量。

■舉例：1Cr18Ni9Ti與0Cr18Ni12Mo2Ti焊接選用A132、A137、A202、A207、A212均可。

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