异种钢的焊条选用

福州电校焊接班 2022-12-16 发布于福建

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异种钢的焊条选用

1、异种钢焊接的主要问题：

●焊接接头的化学不均匀性及由此引起的组织和力学性能的不均匀性

●界面组织的不稳定性

●应力变形的复杂性

2、获得优质异种钢焊接接头的焊接工艺要点：

●避免淬火钢的复合结构近缝区产生裂纹；

●保证焊缝金属中没有热裂纹；

●保证不使高合金钢有显著的稀释；

●保证焊接接头与基本金属有较近的膨胀系数。

3、异种钢焊接材料选择的基本原则：

●所选择的焊接材料必须能够保证异种钢焊接接头设计所需要的性能，如力学性能、耐热、耐蚀性能等；

●所选择的焊材必须在有关稀释率、熔化温度和焊接件其他物理性能要求等方面能保证焊接性需要；

●在焊接接头中不产生裂纹等缺陷的前提下，当不可能兼顾焊缝金属的强度和塑性时，应优先选用塑性好的填充金属；

●焊接材料应经济、易得，并具有良好的焊接工艺性能。

4、碳钢与低合金结构钢或异种低合金结构钢焊接时的焊条选用：

（1）选用的焊条应能保证焊缝金属及接头的强度高于强度较低一侧的钢材，而焊缝的塑性及冲击韧性不低于强度较高而塑性、韧性较低一侧的钢材。即强度、塑性和韧性都不应低于被焊材料的最低值。

（2）一般选用低氢型焊条，以保证焊缝金属的抗裂性能和塑性。

（3）要求焊丝中的碳含量低些，而锰的含量高些，希望锰/硅的比值提高，以减少热裂纹产生。

★JB/T4709-2000规定：不同强度钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能，且其抗拉强度不应超过强度较高母材标准规定的上限值。

5、碳钢、低合金结构钢与珠光体耐热钢焊接时的焊条选用：

（1）通常这类异种接头的使用温度不很高，一般选用与合金含量较低一侧的母材相匹配的焊材，并保证焊接接头的常温力学性能，接头强度不低于两种母材标准规定值的较低者。

（2）可选用碳钢焊条，也可选用耐热钢焊材。但焊接工艺应遵循珠光体耐热钢的要求。如A3或16Mn与15CrMo焊接时，可采用J507或R207焊条。

（3）结构刚性大、焊后不进行热处理的场合，可采用A307焊条，但这类异种钢接头的最高工作温度不得超过350℃。

6、异种珠光体耐热钢焊接时的焊条选用：

（1）在同工作温度下，应满足强度较低一侧钢材的要求，又要考虑使焊缝合金元素的含量不低于合金元素较少的一侧母材，但焊缝的热强性应等于或高于母材金属。一般情况下均选用低氢型焊条。

（2）在某些情况下，为防止焊接时、焊后热处理时或使用过程中碳的迁移，保证接头的高温性能，应选用介于两种母材金属之间的焊条。

■举例：

12Cr1MoV与10CrMo910管道焊接，当选用R307、R407、R317、J507时，焊接接头的室温力学性能均能满足（焊接工艺评定结果）。但按高温持久强度要求，选用R407、R317焊条可以满足使用要求；而用R307、 J507则不能满足要求。

（3）若产品不允许或施工现场无法进行焊前预热和焊后热处理时，可选用奥氏体焊材。但对于高温状态下的珠光体异种接头，要慎用奥氏体焊材。

（4）若该类异种钢接头在使用温度下可能产生扩散层时，则最好在坡口面堆焊隔离层，隔离层金属应含有Cr、V、Ti等强烈碳化物形成元素。

7、珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时的焊条选用：

☆通常把碳钢、低合金结构钢、珠光体耐热钢统称为珠光体钢。

●焊接特点：

珠光体钢与奥氏体钢接头的熔合线两侧出现碳和碳化物形成元素的浓度差，它处于350-400℃温度下长期工作时，或在焊后热处理过程中，往往会在熔合线区域出现碳元素的扩散：

◇在珠光体钢母材金属边缘形成脱碳层，脱碳层晶粒甚粗大，导致软化。

◇在奥氏体钢母材金属一侧形成增碳层，增碳层中的碳元素以铬的碳化物形态析出，并导致硬化。

★实践证明，脱碳层是接头中的薄弱环节，对高温持久强度的影响较大，约降低10-20%

●奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接材料的选择要考虑的因素：

（1）克服珠光体钢对焊缝的释释作用。

■举例：

比较J507、A132、A302、A402四种焊条焊接时的焊缝组织：

□用J507施焊，组织为马氏体，不允许采用；

□用A132施焊，焊缝基本上也是马氏体组织，而且越靠近碳钢侧，马氏体数量越多，是脆性破坏的起始区域，也不适用；

□用含镍大于12%的A302、A402施焊时，组织基本上是奥氏体或全部为奥氏体，可用。

（2）抑制熔合区中碳的扩散。提高焊材的奥氏体形成元素，是抑制熔合区中碳扩散最有效的手段。随着工作温度的提高，要阻止碳扩散，必须提高镍含量：

◇350℃以下：焊缝金属的镍含量可以不超过10%；

◇350-450℃：镍含量应为10-19%；

◇450-550℃：镍含量应为19-31%；

◇550℃以上：镍含量应为31%以上。

（3）改变焊接接头的应力分布。

◇国外常用与珠光体钢线膨胀系数相接近的Cr15Ni70镍基焊材来焊接该类异种钢，使得高温应力集中在奥氏体不锈钢一侧的熔合区，减轻了珠光体钢一侧熔合区的压力，对接头比较有利。

◇在坡口面堆焊隔离层也有效。但用于堆焊的焊条合金成分应高于焊缝金属。如：在珠光体钢一侧坡口上堆焊两层A302或A307焊条，然后与奥氏体不锈钢焊接。

（4）提高焊缝金属的抗裂纹能力：在不影响使用性能的前提下，最好使焊缝金属中含有一定数量的铁素体组织。

★试验表明，A302、A307焊条的抗裂性能比单相的A402、A407焊条优越。

★综上所述，此类异种钢焊接所选用的焊条只有A302、A307或A402、A407适宜，不仅能克服珠光体钢对焊缝的稀释，对抑制熔合区中碳扩散和改变焊接接头应力分布也有利。但A402、A407的热裂纹倾向较大，生产上比较少用。

★JB4709-2000规定：奥氏体高合金钢与碳素钢或低合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能。宜采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。

■工程应用实例：

（1）12CrMo、15CrMo珠光体钢与1Cr18Ni9Ti奥氏体钢焊接时，若选用A307、A407焊条，则即使稀释率达25-30%，焊缝金属中也不致出现马氏体组织。

（2）结构刚性大、板厚超过20mm的珠光体钢与奥氏体钢的焊接接头，在焊后热处理过程中或周期性的加热、冷却运行条件下，将产生很大的热应力，导致珠光体钢一侧的熔合线出现热疲劳裂纹。为消减热应力，采用热膨胀系数与珠光体耐热钢相接近的含镍量高的A507或Ni307焊条。

（3）运行温度高于400-500℃的异种钢结构焊接时，在珠光体钢（如15Cr1MoV）坡口上采用含V、Nb、Ti、W等碳化物形成元素的珠光体耐热钢焊条（如R317、R337）堆焊一层厚约5-6mm的过渡层，以限制珠光体钢中的碳向奥氏体焊缝扩散。然后再用相应的奥氏体钢焊条（如A307）焊接对接接头。

（4）为提高高温下运行的珠光体与奥氏体钢管焊接接头的高温持久强度，可在异种钢管间加一段含V、Nb、Ti等强碳化物形成元素的珠光体钢中间过渡管段（如12Cr1MoV）。先用铬钼钢焊条（如R317）焊接珠光体钢与中间过渡管段的连接焊缝，焊后在700-760℃下进行退火处理，再用奥氏体钢焊条（如A307）焊接奥氏体钢管与中间过渡管段的焊缝。

（5）用A407焊成的12Cr2Mo1与1Cr18Ni9Ti异种钢接头，在600℃长期试验时，由于碳的强烈扩散，使熔合线附近的性能降低。但若用含铌的12Cr2Mo1焊条R337在珠光体钢一侧堆焊一层过渡层，则碳的扩散能力显著减弱，高温持久强度提高，试样断裂位置移至珠光体母材金属一侧。

（6）珠光体耐热钢管与奥氏体钢过热器管的焊接结构，采用镍基合金焊条及加衬环的方法进行焊接，可消除熔合线区域的应力突变，提高接头的工作能力。

8、奥氏体不锈钢与铁素体低温钢焊接时的焊条选用：

☆此类异种钢焊接接头的主要问题是：碳的迁移和合金元素的扩散。

■资料介绍：对于中强度低温钢如06MnNb、3.5Ni等与奥氏体不锈钢焊接时，不论用A402、A302、A102或A202焊条，都不可避免在熔合线产生马氏体组织。而用超低碳的A022焊条焊接06MnNb与1Cr18Ni9Ti时是可行的。

（1）选择含碳量相同的不同牌号焊条时，应选用含镍量较高的焊条，对控制碳的迁移和提高低温冲击韧性都有利。

（2）选择含镍量相同的不同牌号焊条时，应选用含碳量较低的铬镍奥氏体焊条，可以控制焊缝中的碳迁移和改善力学性能。

（3）当不同钢号的低温钢焊接时，应选择与低温韧性较高的钢材相匹配的焊条。

（4）考虑到母材对焊缝的稀释作用，可对焊缝金属的化学成分进行适当的调整。

9、奥氏体不锈钢之间焊接时的焊条选用：

☆此类异种奥氏体钢的焊接，主要是防止焊接接头内产生热裂纹、晶间腐蚀及σ相脆化等问题。

（1）根据合金含量较低一侧母材或介于两者之间选用焊条。