淺析火力發電廠建設中異種鋼焊接技術

楊桂榮 張曉麗

摘 要：異種鋼的焊接主要包括兩方面的內容：—是金屬組織相同而化學成分（或強度等級）不同的鋼之間的焊接；二是金屬組織和化學成分都不相同，而且理化性能差異較大的鋼之間的焊接。

關鍵詞：異種鋼；熔合區；組織；溫度；焊接接頭

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A

1 異種鋼的概念

異種鋼就是焊接接頭的兩側母材在化學成分或組織及性能上有差異的鋼，要把這兩種不同的鋼種焊接起來的焊接接頭叫異種鋼接頭。在大型火電站高參數機組中，異種鋼焊接結構應用較多，如主蒸汽管與主蒸汽集箱、主蒸汽管與汽輪機缸體、過熱器管或再熱器管與聯箱等。

2 異種鋼焊接的主要問題

異種鋼焊接技術及工藝方法比較復雜，在具體的接頭焊接中，要根據實際的鋼材特質選擇合理的焊接工藝。

2.1 奧氏體鋼與非奧氏體鋼之間的焊接容易在熔合區生成馬氏體

無論采用高強鋼焊條，還是采用高鉻鎳焊條進行焊接，在焊縫與母材的交界層上總會產生硬而脆的馬氏體組織，馬氏體組織在焊接中或使用中可能形成裂紋，使焊接接頭破壞。

2.2 熔合區的碳發生擴散

焊縫和母材由于合金成分相差較大時，焊接時熔合區合金元素要進行再分配。特別是含有大量的碳化物形成元素與碳的結合，導致碳的擴散和遷移，結果碳的濃度呈現極大的不均勻性。含鉻量低的一側產生脫碳層，含鉻量高的一側產生增碳層。通常在焊后冷卻條件下，碳來不及擴散遷移，所以焊態焊縫熔合區的擴散層是不明顯的。但在熱處理的受熱情況下，由于長時間的高溫作用，碳擴散層明顯，成為焊接中一個重要問題，因為它會大大降低異種鋼接頭的性能。

2.3 熔合區的熱應力較大

由于異種鋼的線膨脹系數不同，熔合線必然存在著熱應力。當理化性能相差越大，這種熱應力也就越大，有可能成為接頭損壞的主要原因之一。

綜上所述，異種鋼焊接的主要薄弱部位在于熔合區。

3 異種鋼焊接的工藝原則

解決異種鋼焊接問題主要從焊條、預熱溫度和回火溫度選擇上來考慮。

3.1 同類組織不同成分的異種鋼

在焊接組織為珠光體的異種鋼時.宜按合金元素成分較低的鋼材選用焊條。當被焊金屬合金元素含量差異較大時，可選用介于兩者之間的焊條成分。預熱溫度一般按含合金元素高的鋼材要求選取。回火溫度一般根據焊接性較差、合金元素含量較高的鋼材所推薦的溫度選取，同時尚應考慮鋼中強碳化物形成元素的含量多少，為盡量減少碳的擴散層，回火溫度應當低—些。因此，回火溫度以取兩種鋼作回火處理所要求溫度的平均值為宜。

3.2 不同組織的異種鋼

3.2.1 珠光體與馬氏體鋼焊接接頭

珠光體鋼與馬氏體鋼焊接接頭如低碳鋼或低合金鋼與12%鉻鋼的焊接。其焊條宜選用兩種鋼材之間的化學成分，這樣對一些厚壁大徑管可以采用預敷焊法和填補焊法進行焊接。即用上述焊條在高檔鋼材一側進行預敷焊后，再用低檔焊條在低檔鋼材與預敷焊道之間進行填補焊接。

預熱和熱處理規范應按12%鉻鋼接頭進行選擇。如碳的擴散嚴重時，則可按低檔合金鋼材接頭要求進行。

3.2.2 珠光體或馬氏體鋼與奧氏體鋼接頭

這種接頭必須選用奧氏體鋼焊條。這是因為珠光體的鋼材本身所具備的特質會對焊縫金屬起到一定的淡化效應，從而使焊縫出現脆化效應，最終形成一定的冷裂縫，影響到焊接質量。為此在焊接這類接頭時，最好選擇含鎳量比較高的奧氏體鋼焊條，如18—8型不銹鋼與碳鋼焊接，選用E1-15-23-15（A307）焊條較為適宜。因為其焊縫組織為奧氏體加少量的鐵素體雙相組織，抗裂性和機械性能較好。

當焊接件的剛性較大時，其接頭有可能在回火或使用過程中，于珠光體鋼和奧氏體焊縫的熔合區產生脆性破壞，采用含鎳高的焊條就能防止這種破壞的產生，當用提高含鎳量的奧氏體鋼焊條進行預敷焊時，同樣可以顯著減少剛性接頭熔合區內出現裂紋的可能性。

4 焊接接頭及其外形要求

4.1 對于強度比較高和易淬火的異種鋼焊接頭采用過渡接頭的方法效果較好，它可緩和熔合區熱應力的有害影響。前面提到預敷焊法即為形成過渡接頭的措施，它在焊接中具有重要的作用。

4.2在焊接接頭時需要注意，焊縫高度不能超出設計值，因為若焊縫太高，就會導致所有的應力都集中在接頭處，從而使接頭處的的應力過大，造成焊接質量下降。為此，在接頭處的焊接作業完成后，要對其外表進行相應的修整處理，使焊縫與母材之間可以實現平滑過渡。

5 典型異種鋼的焊接工藝

為直觀起見，常用異種鋼的焊接工藝列于表1。

參考文獻

[1]焊接手冊第2卷材料的焊接[M]. 北京：機械工業出版社，2008.