异种金属在施工过程中焊接分析

异种金属在施工过程中焊接分析

孙文会

河北石家庄050000

摘要：文章详细阐述异种全属的坏接性及影响异种金属坏接的主要因素，同时提出了异种全属炸接工艺的要求。通过对异种钢的焊接性分析，再进行焊接工艺评定试验，得出最佳焊接工艺方案。重点介绍化工装置中异种金属工艺管道（15CrMo）（06Cr18Ni11Ti）的焊接特性，并对异种金属工艺管道在高温、高压、腐蚀性强的工作条件下，焊缝金属不能满足生产工艺需求问题进行分析研究，通过焊接试验得出可满足异种金属焊接要求的焊接工艺。

关键词：耐热钢与奥氏体不锈钢；异种钢；焊接；工艺

1?奥氏体不锈钢的焊接特点

（1）具有良好的耐蚀性，较好的塑性和高温性能，焊接性优良。

（2）焊接奥氏体钢时主要是其枝晶方向性强，线膨胀系数大，焊缝冷却时收缩应力大，容易出现热裂纹，并且变形倾向大。

（3）当焊缝及热影响区在450~850℃范围保持一定时间后，可能在晶间会析出铬的碳化物，发生晶间腐蚀倾向。

2异种钢焊接特点

（1）焊缝金属会被珠光体母材稀释，易产生马氏体组织，恶化接头质量。

（2）奥氏体焊缝金属紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2~0.6mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其它部分，通常称为熔合区脆性交界层，会降低冲击韧性。

（3）焊接接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，焊缝的熔合线附近会出现碳的扩散迁移现象，即在熔合线的珠光体一侧产生脱碳层，而在相邻的铬镍奥氏体焊缝中产生增碳层，使接头变脆，会降低接头的高温持久强度和耐蚀性。

（4）由于存在线膨胀系数的差别（奥氏体钢的线膨度升高而降低。胀系数比珠光体钢大30％~50％），会在焊后的冷却、热处理和使用过程中产生热应力。

3焊接工艺条件与冶金反应的关系

焊接冶金过程与焊接工艺条件有着密切的关系。影响焊缝金属成分的主要因素有2个，一是焊接材料（焊丝、焊剂、焊条），它们不仅影响冶金全过程的发展而且决定了焊缝金属的合金系统，所以调整焊接材料是控制焊缝金属成分的主要手段。二是焊接工艺规范，它在一定程度上影响冶金过程的发展，所以调整焊接工艺规范是控制焊缝金属成分的辅助手段。在选择焊接材料和焊接工艺时，不仅要考虑焊缝金属的成分和性能，同时也要考虑过渡层的成分和性能。焊缝金属与母材金属化学成分差别愈大愈不容易充分混合，则过渡层愈明显；熔合比或稀释率愈高时，过渡层也愈明显；熔合区金属液态存在的时间愈长或液体金属流动性愈好，则愈易于混合均匀，过渡层也有所减小。因此，可以通过增大焊接电流、延长熔池的高温停留时间、加强熔池的搅拌等工艺措施对过渡层进行适当控制。

4焊接工艺方法及材料选择

由于化工生产装置存在高温、高压、腐蚀性强等特点，在选择焊接方法时应考虑生产率和焊接条件，还应考虑熔合比的影响，采用手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充盖面的焊接方法是比较理想的，因为手弧焊时熔合比较小，且方便灵活，不受焊件形状的影响。

奥氏体不锈钢和珠光体耐热钢焊接时，焊缝及熔合区的组织和性能主要取决于填充金属材料，选用含镍量≥12％的A302焊条施焊时焊缝金属得到的组织基本上是奥氏体或全部是奥氏体组织。由于镍的含量较高，能起到稳定奥氏体组织的作用，不仅能克服珠光体钢对焊缝的稀释，并且对抑制熔合区中碳扩散和改变焊接接头应力分布也有利，是比较理想的填充金属材料。

5焊接工艺参数的选择

（1）焊件材质为15CrMo＋06Cr18Ni11Ti异种钢。（2）采用手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充、盖面的焊接方法。（3）焊道层数3～4层，根部间隙2.5～4.0.mm，钝边厚度1.0～1.5mm。（4）氩气流量9～16L/min，喷嘴孔径8～12mm，喷嘴与工件间距离5～10mm。（5）焊接电流80A～100A，焊接速度10～14cm/min，极性；DC。（6）钨极伸出长度3～5mm。钨极Φ2.4mm。（7）焊丝牌号ER309H12Cr24Ni13Si，焊丝Φ2.5mm。（8）焊条型号E309-16，焊条牌号A302，焊条Φ2.5mm～3.2mm。（9）焊接电流60A～85A，极性；DC﹣，焊接速度8～12cm/min。（10）焊道背面必须充氩保护或涂抹涂敷焊剂，焊条经250℃～280℃烘烤1小时。7.2?操作要点（1）施焊前坡口两侧各20～30mm必须清理干净，并涂上白垩粉以减少熔滴焊渣附着在管壁上难以清理。（2）氩弧焊打底层焊道施焊时，必须采用填充焊丝的焊接方法，不允许采用自熔的焊接方法。（3）焊条电弧焊盖面焊道施焊时应采用较快焊接速度，以缩短焊接区在450～850℃温度区间的停留时间。（4）尽可能选择较小的焊接电流，较快的焊接速度，以减少焊缝金属的熔合比和降低稀释率。（5）严禁在焊件的非焊接部位引燃电弧，收弧时必须将弧坑填满。（6）珠光体钢和奥氏体钢相焊时，可按珠光体钢的预热条件预热而焊后不进行热处理。

6影响异种金属焊接的主要因素

异种金属因化学成分、物理和化学性质有明显不同，因而焊接异种金属时有许多困难。

（1）异种金属的熔点相差愈大，愈难进行焊接。焊接熔点相差很大的异种金属，由于熔点低的金属达到熔化状态时.熔点高的金属仍呈固体状态.因此已熔化的金属容易渗入过热区的晶界.使过热区的组织性能降低。当熔点高的金属熔化时，势必造成熔点低的金属流失，合金元素的烧损和蒸发。因此，焊接接头难以焊合。

（2）异种金属的线膨胀系数相差愈大.愈难进行焊接。由于线膨胀系数愈大，金属热膨胀率愈大，冷却时收缩率也愈大；相反，则反之。因此.在异种金属的熔池结晶时，会产生很大的热应力。焊缝两侧金属承受的应力状态不同，容易使焊缝及

热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝与母材剥离。目前.在生产中常用焊前将膨胀系数小的金属预热，或者加中间金属过渡接头的措施来克服这一困难。

（3）异种金属的导热率和比热相差愈大，愈难进行焊接.金属的导热率和比热能改变焊缝的温度场和结晶条件.并影响难熔金属的润湿性能。此外.异种金属的导热率和比热相差愈大，愈易使焊缝的结晶条件变坏.晶粒粗化严重。因此，对导热至和比热相差大的金属.应采用强力热源进行焊接。焊接时热原的位置应移向导热性好的母材一侧。如焊接妮与铜时.锅的导热率比妮大8倍，因而必须把热原的大部分热量集中在铜母材上，即热源的位置移向铜母材侧。

（4）异种金属的电磁性相差愈大，愈难进行焊接。

电磁性相差愈大.焊接电弧愈不稳定，焊缝成形愈容易变坏。例如用电子束焊接铜与镍时，电子束发生横向波动.这种横向波动是由镍的残余磁性和外部磁效应引起的。

7结束语

在化工装置的检修过程中，由于异种钢接头工作条件的特殊性，决定了异种钢焊接的复杂性，合理选用焊接材料、焊接方法和焊接工艺才能够保证焊接质量，才能够保证化工装置的安稳运行。

参考文献

[1]孙立东．异种金属材料物理性质对焊接的影响[J]．中国高新技术企业，2014，（17）．

[2]向锋，于治水，陈洁，等．异种金属物理性质对激光焊接熔池的影响[J]．上海工程技术大学学报，2014，（9）．

[3]黄本生，黄龙鹏，李慧．异种金属焊接研究现状及发展趋势[J]．材料导报，2013，（23）．

[4]雷振，秦国梁，林尚扬，等．铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况[J]．焊接，2014，（3）．