题目

什么算异种金属焊接,不同钢材的,如SA508-3和SA533-B算异种金属焊接吗?

提问时间：2020-08-27

答案

两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接,目前随着我国工业步伐的不断加快,在机械电力石油化工等行业中,异种钢焊接结构被越来越多的广泛使用.使用异种钢焊接结构,能合理的使用材料,充分发挥每一种材料的特性.不但可以节约大量的高合金钢,减轻设备的重量,降低成本而且能提高结构的工作性能.因此使用异种钢焊接结构,具有很大的经济意义和技术价值.
异种钢焊接接头中应用最广泛的是奥氏体 /珠光体、铁素体异种钢接头即奥氏体类不锈钢与珠光体类钢（碳素钢、Cr-Mo耐热钢、低合金高强钢）、铁素体钢（高铬钢）之间的焊接,或采用奥氏体型填充材料焊接或堆焊珠光体纲和铁素体钢.对于异种钢焊接接头可分为两种情况,第一类为同类异种钢组成的接头,这类接头的两侧母材虽然化学成分不同,但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成,即接头两侧的母材不属于同一类钢,例如一侧为铁素体类钢,另一侧为奥氏体类钢(如奥氏体不锈钢).对于母材都属于铁素体类钢,其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头,也属于第二类接头.
一、异种钢焊接易产生的问题
异种钢焊接接头的焊缝金属成分、组织、性能明显不同于母材.所以,在焊接过程中以及接头进行焊后热处理时,或在低温高温腐蚀介质等条件下运行时会发生许多不同于同种钢焊接接头的特殊问题.这些问题主要集中在以下几个方面：
（一）接头中存在着化学成分的不均匀性.
异种钢焊接接头的化学成分不均匀性及由此而导致的组织和力学性能不均匀性问题极为突出.由于异种钢焊缝金属成分是由填充金属成分、母材金属成分及其融合比所确定的.不仅焊缝与母材的成分往往不同,就连焊缝本身的成分也是不均匀的,这主要是由于焊接时稀释率的存在所造成的.这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大.譬如珠光体刚和奥氏体钢焊接时,通常是使用含高铬、镍的奥氏体钢或镍基合金等作填充金属.熔焊时母材的熔入,使填充金属受到稀释,经熔池的搅拌后形成的焊缝金属成分大体是均匀的,但是过度稀释的焊缝金属就会在焊缝底部靠近母材边缘出现马氏体脆性组织.
(二)接头熔合区组织和性能的不稳定性.
在母材与焊缝金属之间的熔合区由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性,因此就引起组织极大的不均匀性,给接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响.焊接或焊后热处理或在高温下长期运行时发生元素的迁移尤其是碳元素的迁移.通常是在焊缝底部形成增碳层,在母材一侧形成脱碳层.脱碳层会使焊接接头在高温下长期工作时称为蠕变断裂最危险区域.比如用奥氏体不锈钢焊条焊接低合金钢与奥氏体不锈钢之间的异种钢接头,在熔合区就存在着“碳迁移”现象,使熔合区靠焊缝一侧形成增碳层,而低合金钢一侧形成脱碳层,在此区域内硬度变化剧烈,同时力学性能下降,甚至引起开裂.
（三）焊后热处理是较难处理的问题.
异种钢接头的焊后热处理是一个比较难处置的问题,如果处置不当,会严重损坏异种钢接头的力学性能,甚至造成开裂.由于焊缝和母材的线胀系数不同在焊缝和母材之间产生很大的焊接残余应力.这一残余应力不能通过焊后热处理来消除.热处理后形成的回火残余应力比处理前的焊接残余应力还要大.对于同类异种钢接头,一侧母材强度较低,要求的焊后热处理温度也较低,而另一侧母材强度及合金元素含量较高,要求的焊后热处理温度较高,此时如果PWHT温度选择不当,会使强度低的一侧母材强度下降过度.
二、 异种钢焊接工艺措施
（一） 焊材选择 .
正确地选用焊材是焊接异种钢的关键,焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关. 异种钢接头的焊缝和熔合区,由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区,过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀,而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异,可能会引起焊接缺陷(如裂纹等)或严重降低性能.为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材.即在接头区域不能出现热裂纹、冷裂纹及其它超标的焊接缺陷,保证焊缝金属具有所有要求的综合性能.因此焊材选用的基本原则有以下几点：
1、在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下,若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时,则应选用塑性和韧性较好的焊材.
2、焊缝金属性能只需要符合两种母材中的一种,即可认为满足使用技术要求.一般情况下,选用焊材使焊缝金属的力学性能及其他性能不低于母材中性能较低一侧的指标,即认为满足了技术要求.但在某些情况下还应从焊接工艺性能(如抗裂性等)方面来考虑.
3 、结构钢的异种钢号焊接时,对相同强度等级的结构钢焊条,一般应选用抗裂性能好的低氢焊条.对于金相组织差别比较大的异种钢接头,如珠光体－奥氏体异种钢接头,则必须充分考虑填充金属受到稀释后焊接接头性能仍然得到保障.
4、在满足性能要求的条件下,选用工艺性能好、价低、易得的焊材.
5、 对于异类异种钢接头,一般均选用高铬镍奥氏体不锈钢焊条或镍基合金焊条.对于工作条件苛刻的重要接头,首推选用镍基合金焊条,因为虽然它价格较贵,但可以减少或避免碳迁移,且其焊缝金属的线膨胀系数介于铁素体钢和奥氏体钢之间,对接头的组织及力学性能都有好处.
（二）减少焊缝稀释率控制熔合比.
异种钢焊接前,坡口角度的设计应有助于焊缝稀释率的减少,应避免在某些焊缝中产生应力集中.焊接参数的选择应以减少母材金属熔化和提高焊缝的堆积量为主要原则.对于异类异种钢接头,在选择焊接规范时,因设法降低熔合比.为此,应选择小直径焊条或焊丝,尽量选用小电流快速焊.
（三）焊接预热要求和焊后热处理温度的确定. 1、异种钢焊前的预热主要是为了降低焊接接头的淬火裂纹倾向当被焊的异种钢中有淬硬钢时则必须预热,具体的预热温度应根据焊接性差的钢种来选择.同类异种钢预热温度的确定,一般按预热要求高的一侧来确定焊接预热温度,但对于异类异种钢接头,可以适当降低预热温度,必要时经试验后确定. 2、焊后热处理.对于异种钢焊接接头进行焊后热处理的目的是提高接头淬硬区的塑性及减少焊接应力.一般是当母材的金相组织相同且焊缝金属的金相组织也基本相同可以按照热处理温度要求高的一侧母材来选定异种钢接头的PWHT温度,但当金相组织不同时若按上述原则进行热处理就有可能使接头局部应力升高而产生裂纹.异种钢焊后热处理是一个比较复杂的问题,因此焊后的热处理规范选择一定要事先做焊接工艺评定,以防使强度低的一侧母材强度严重下降,出现强度不合格.
（四）、 采用预堆边焊的方法进行焊接 .
有时为了解决异种钢接头预热和焊后热处理难的问题,往往采用预堆边焊的方法进行焊接.其工艺顺序为：在需要热处理的一侧母材坡口先预堆边焊1 ~2层与焊缝同种钢的焊条→此侧进行PWHT→冷态焊接整个焊缝,然后接头不再进行PWHT. 这种做法,可减少熔合区成分不均匀所带来的一些问题,也给接头的热处理带来方便,但切记此时预堆边焊层的厚度一定要保证大于或等于4mm,以起到隔离层的作用.
异种钢接头工作条件的特殊化,决定了异种钢焊接的复杂性,如果能够严格按照上述工艺措施进行施焊一定能获得良好的焊接接头.但施工时也必须根据现场实际情况采用合理的焊接材料、焊接方法和焊接工艺等,方能满足使用.