异种钢焊接几个典型问题的工艺实践

肖杨

本钢机电安装公司 辽宁本溪 117000

所谓异种金属的焊接是指各种母材物理常数和金属组织等性质各不相同的金属之间的焊接，异种金属材料焊接接头和相同金属焊接接头的本质差异和特点在于熔敷金属两侧焊接热影响区和母材在组织、化学成份的不均匀性与性能的不均匀性，以及应力场的分布的不均匀性，是其表现出的明显特征。

1 化学成份和组织的不均匀性问题

1.1 造成化学成份和组织不均匀性的因素分析

经过多年焊接工作的摸索，综合“北营公司35000Nm3/h制氧机外网DN400氧氮管道工程06Gr19Ni10材质法兰与20#钢以及炼钢厂减温减压站15GrMo与20g钢焊接的实际工作经验，个人认为在异种钢焊接时，制约和影响母材热影响区和焊接接头化学成分和组织的不均匀性的因素如下：①焊缝和焊缝两侧母材合金成份；②焊缝形状；③母材厚度；④焊条药皮以及焊材合金成份；⑤焊接电流及运条速度方法；⑥焊接熔池、坡口角度及熔深；⑦焊接工艺方法；⑧焊道层数。

以上因素很大程度上决定了异种金属焊接接头的质量。依据以上条件在焊接工艺上适当调整，可以使焊接接头的化学成份和组织的不均匀性，一定程度上得到改善[1]。

1.2 化学成份和组织不均匀性的处理方法

如在北营公司35000Nm3/h制氧机外网DN400氧氮管道工程中，06Gr19Ni10材质法兰与20#钢进行焊接，开坡口角度应随母材厚度的增大而增大，8-10mm厚度的母材角度，一般为35-45度为好，打底焊时，为避免夹渣和降低稀释率可选用小直径焊材（φ3.2为好）进行打底或填充，焊接电流不易过大，这样可以控制熔深，减小稀释率的影响，达到从焊接工艺手法上控制和缓解化学成份和组织成份不均匀性的处理方法。

2 性能不均匀性问题

2.1 性能不均匀性的分析

焊接接头因温度、稀释率的变化等原因导致焊接接头各区域化学成份和金相组织的差异，从而带来了焊接接头等力学性能的不同，顺应焊接接头各区域的强度、硬度、塑性、韧性都有相当大的差别，在焊缝热影响区两侧其冲击值甚至有几倍之差，在高温条件下，其蠕变极限和持久强度也会因成份和金相组织的不同，相差也极为悬殊。

2.2 性能不均匀性的处理实践

综合长期在炼钢厂减温减压站维保检修经验，谈一下站内15GrMo与20g钢焊接经验，15GrMo中含碳量校少，合金元素较多，而20g钢刚好相反，这导致在20g钢一侧的熔合区两边形成碳的浓度差，在焊接接头长期处于300——400℃的工作温度下，碳从20g母材一侧通过熔合区向15GrMo一侧扩散，导致20g钢因脱碳而软化，而15GrMo一侧因增碳而变的硬化的现象，无论软化现象还是硬化现象都降低了焊接接头在高温条件下的持久硬度，都是焊接接头的薄弱环节的具体表现。在焊接时焊缝熔入的20g钢将对焊缝中合金成份产生稀释作用，使焊缝金属的成份组织与焊缝两侧母材金属有很大的差异，稀释率严重时，焊缝中将出现马氏体组织，严重恶化了焊接接头的力学性能[2]。

综上分析，在焊材选择上有A102（E308-16）、A307（E309-15）和A407（E310-15）三种可供选择：

（1）如果选择A102（E308-16）焊条，则焊缝会出现马氏体组织，用这种焊条需用极小的熔合比才能避免，但这在焊接工艺上是很难实现的，最后焊缝得到的组织是奥氏体加马氏体。

（2）如果选用A407（E310-15）焊条，则焊缝通常为单相奥氏体组织，这会使焊接接头的热裂倾向变大。

（3）如果选用A307（E309-15）焊条，只要把母材金属的熔合比控制在40%以下，就能得到具有较高抗裂性能的奥氏体加铁素体双相组织，这是比较理想的组织，由此选用A307（E309-15）是最为理想的，其烘干温度250-300℃，烘干时间1小时，采用直流反接，焊接电流不易过大，采用短弧焊。

3 应力场分布不均匀性问题

3.1 应力场分布不均匀性的分析

异种金属焊接接头中，焊接残余应力分布不均匀，这是由于焊接接头各区域有不同的塑性决定的，另外母材导热性的差异，也是残余应力分布不均匀的因素之一。

由于异种金属焊接接头各区域热膨胀系数不同，焊接接头在正常工作条件下，由于温度循环变化而出现在各区域界面上的附加热应力，其分布也是不均匀的，甚至由于各种因素还会出现应力高峰，这会成为焊接接头断裂的重要原因，这是异种钢焊接必须要面对的，还有异种钢焊接接头各区域因为金相组织的不同也必然会还来各区域应力的差异，总之异种钢焊接接头因成份、组织、性能等原因带来应力场的不均匀性，这是其表现的主要特征[3]。

3.2 应力场分布不均匀性的处理实践

如北营建制氧机外网工程中，因室外温差原因，焊前须对母材进行预热处理，06Gr19Ni10与20#钢的预热温度应选择两种母材各自预热温度中高的温度作为预热温度.焊后热处理温度，则反之.着重说明一下，在热处理时，只是松驰原有已存在的焊接应力，但由于母材金属与焊缝金属的物理性能差异，在冷却过程中又会产生新的残余应力，所以并不能消除焊接应力，只是焊接应力的重新分布。

而15GrMo与20g钢因焊接接头中扩散层很弱，无须进行热处理，如把焊接接头重新加热，并且随着加热时间延长会导致扩散层的加宽加大，20g焊缝一侧金属软化加大，不利于焊接接头的性能。

4 结语

以上是结合炼钢厂减温减压站15GrMo与20g钢焊接与北营新建35000Nm3/h制氧机外网06Gr19Ni10与20#钢焊接经验与总结，在这与广大焊接人分享，不足之处希望大家指出作为身在第一线的焊接作业者，在完成生产任务的同时，更加应该将质量作为重中之重，严格要求，并时刻从实践中学习，善于总结，努力提高自身专业水平，为本钢的振兴作出贡献。