试论异种钢焊接在生产中的应用

【摘要】表1 化学成分（质量分数）% 一、奥氏体不锈钢与低碳钢的焊接性分析 不锈钢中最重要的元素是铬，氧化铬的致密薄膜对钢起保护作用。而碳能与铬化合会使铬失去抗腐能力，特别是在晶间...

摘 要：本文通过一个案例探讨了一种异种钢焊接在生产中的应用方法。

关键词：异种材料管对接 晶间腐蚀 稀释率

案例：新钢公司炼钢厂连铸机在使用过程中经常会出现液压油缸的密封材料在使用期限内碎裂，碎裂的密封材料堵塞控制阀台，会导致液压油缸不能动作，使控制阀台过早报废。因此决定在控制阀台和液压油缸的管路之间加装一个高压过滤器，以杜绝事故的发生。高压过滤器的配件如图1：

图1

旁通是考虑当过滤器堵塞后，可把旁通球阀打开而不致影响生产。该配件的材料使用情况为管路是不锈钢管，三通接头、高压过滤器两端接头材料为Q235的无缝钢管。不锈钢管及无缝钢管成分如表1。

表1 化学成分（质量分数）%

一、奥氏体不锈钢与低碳钢的焊接性分析

不锈钢中最重要的元素是铬，氧化铬的致密薄膜对钢起保护作用。而碳能与铬化合会使铬失去抗腐能力，特别是在晶间易产生腐蚀。奥氏体不锈钢具有一定的淬硬倾向，焊后易产生残余应力，导致热裂纹的产生。同时焊接中有害杂质的偏析形成的液态夹层，也增大了裂纹倾向。但奥氏体不锈钢的焊接性一般说是比较好的，主要问题是降低焊接接头的抗晶间腐蚀能力和焊缝出现热裂纹。Q235钢含碳低，没有淬硬倾向，钢材本身又有良好的塑性，所以焊接性极好，焊接时不需要采取特殊工艺措施，且各种焊接方法都适用。奥氏体不锈钢与低碳钢是两种组织和成分都不相同的钢种，因此这两类钢焊接在一起时会出现与焊接同一金属所不同的一些新问题。

1.焊缝的稀释

由于低碳钢中不含有合金元素，所以它对整个焊缝中的奥氏体形成元素具有了稀释作用，使焊缝奥氏体形成元素含量减少，焊缝中可能会出现马氏体组织，影响接头质量，严重时可能出现裂纹。焊缝的组织决定于焊缝的成分，而焊缝的成分决定于母材的熔入量，即熔合比。因此一定的熔合比决定了一定的焊缝成分和焊缝组织。由于Q235钢母材的稀释作用，使焊缝的成分和组织都发生了变化。通过选择不同的焊条和控制熔合比，就能在相当宽的范围内调整焊缝的成分和组织，得到具有较高抗裂性能的奥氏体+铁素体双相组织。

2.过渡区形成硬化层

在焊接热源的使用下，熔化的母材和填充金属相互混合的程度，在熔池内部和熔池边缘是不相同的。由于Q235钢与奥氏体填充金属材料的成分相差悬殊，在熔池边缘上，母材与填充金属不能很好熔合，结果在Q235钢这一部分焊缝金属中，Q235钢母材所占的比例较大，所以该两种材料焊接时，在靠近Q235钢一侧熔合线的焊缝金属中，会形成和焊缝金属内部成分不相同的过渡层。过渡层中含铬，镍量也远低于焊缝中的平均值。其组织由奥氏体+马氏体和马氏体区组成。过渡层的宽度决定于所用焊条的类型。当马氏体区较宽时，会显著降低焊接接头的韧性，使用过程中容易出现局部脆性破坏。因此当工作条件要求接头的低温冲击韧性较好时，应选用含镍量较高的焊条。

3.焊接接头高应力状态

这类异种钢焊接接头中会产生较大的热应力，其原因是奥氏体钢和焊缝金属的线膨胀系数大，热导率低容易引起焊件开裂。此外在高温条件工作时，由于Q235钢一侧抗氧化性能较差，易被氧化形成缺口，在反复热应力的作用下，形成所谓疲劳裂纹。

二、确定焊接工艺

通过对铬镍不锈钢和Q235钢的成分及焊接性的分析。我们确定该类异种钢的焊接应注意控制熔合比、减少稀释率，焊接材料应选用含镍量较高的焊接材料。我们确定（1Cr18Ni9Ti+Q235）的焊工艺为：

配件接头坡口尺寸如图2。

焊接材料：E309-16（A302） 焊机NSA-300

图2

表2 焊接工艺参照参数.

操作要点：在做备件时，都是采用活接头形成（方便今后检修更换配件）。焊条尽可能垂直于焊缝表面，沿直线快速运动，不作横向摆动。焊缝不宜过宽，一般不超过焊条直径的3倍。采用两层单道焊，短弧操作。焊后应使焊件进行空冷，不允许速冷，以防产生裂纹。

配件制作好后，年终安装在连铸机液压油缸和控制阀台之间的管路上，收到了良好效果，完全杜绝了因堵控制阀台而造成的非正常停机事故，延长了控制阀台的使用寿命，取得了良好的经济效益。

（作者单位：江西省冶金技师学院）