肖楊

本鋼機(jī)電安裝公司 遼寧本溪 117000

所謂異種金屬的焊接是指各種母材物理常數(shù)和金屬組織等性質(zhì)各不相同的金屬之間的焊接，異種金屬材料焊接接頭和相同金屬焊接接頭的本質(zhì)差異和特點(diǎn)在于熔敷金屬兩側(cè)焊接熱影響區(qū)和母材在組織、化學(xué)成份的不均勻性與性能的不均勻性，以及應(yīng)力場的分布的不均勻性，是其表現(xiàn)出的明顯特征。

1 化學(xué)成份和組織的不均勻性問題

1.1 造成化學(xué)成份和組織不均勻性的因素分析

經(jīng)過多年焊接工作的摸索，綜合“北營公司35000Nm3/h制氧機(jī)外網(wǎng)DN400氧氮管道工程06Gr19Ni10材質(zhì)法蘭與20#鋼以及煉鋼廠減溫減壓站15GrMo與20g鋼焊接的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，個人認(rèn)為在異種鋼焊接時，制約和影響母材熱影響區(qū)和焊接接頭化學(xué)成分和組織的不均勻性的因素如下：①焊縫和焊縫兩側(cè)母材合金成份；②焊縫形狀；③母材厚度；④焊條藥皮以及焊材合金成份；⑤焊接電流及運(yùn)條速度方法；⑥焊接熔池、坡口角度及熔深；⑦焊接工藝方法；⑧焊道層數(shù)。

以上因素很大程度上決定了異種金屬焊接接頭的質(zhì)量。依據(jù)以上條件在焊接工藝上適當(dāng)調(diào)整，可以使焊接接頭的化學(xué)成份和組織的不均勻性，一定程度上得到改善[1]。

1.2 化學(xué)成份和組織不均勻性的處理方法

如在北營公司35000Nm3/h制氧機(jī)外網(wǎng)DN400氧氮管道工程中，06Gr19Ni10材質(zhì)法蘭與20#鋼進(jìn)行焊接，開坡口角度應(yīng)隨母材厚度的增大而增大，8-10mm厚度的母材角度，一般為35-45度為好，打底焊時，為避免夾渣和降低稀釋率可選用小直徑焊材（φ3.2為好）進(jìn)行打底或填充，焊接電流不易過大，這樣可以控制熔深，減小稀釋率的影響，達(dá)到從焊接工藝手法上控制和緩解化學(xué)成份和組織成份不均勻性的處理方法。

2 性能不均勻性問題

2.1 性能不均勻性的分析

焊接接頭因溫度、稀釋率的變化等原因?qū)е潞附咏宇^各區(qū)域化學(xué)成份和金相組織的差異，從而帶來了焊接接頭等力學(xué)性能的不同，順應(yīng)焊接接頭各區(qū)域的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性都有相當(dāng)大的差別，在焊縫熱影響區(qū)兩側(cè)其沖擊值甚至有幾倍之差，在高溫條件下，其蠕變極限和持久強(qiáng)度也會因成份和金相組織的不同，相差也極為懸殊。

2.2 性能不均勻性的處理實(shí)踐

綜合長期在煉鋼廠減溫減壓站維保檢修經(jīng)驗(yàn)，談一下站內(nèi)15GrMo與20g鋼焊接經(jīng)驗(yàn)，15GrMo中含碳量校少，合金元素較多，而20g鋼剛好相反，這導(dǎo)致在20g鋼一側(cè)的熔合區(qū)兩邊形成碳的濃度差，在焊接接頭長期處于300——400℃的工作溫度下，碳從20g母材一側(cè)通過熔合區(qū)向15GrMo一側(cè)擴(kuò)散，導(dǎo)致20g鋼因脫碳而軟化，而15GrMo一側(cè)因增碳而變的硬化的現(xiàn)象，無論軟化現(xiàn)象還是硬化現(xiàn)象都降低了焊接接頭在高溫條件下的持久硬度，都是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)的具體表現(xiàn)。在焊接時焊縫熔入的20g鋼將對焊縫中合金成份產(chǎn)生稀釋作用，使焊縫金屬的成份組織與焊縫兩側(cè)母材金屬有很大的差異，稀釋率嚴(yán)重時，焊縫中將出現(xiàn)馬氏體組織，嚴(yán)重惡化了焊接接頭的力學(xué)性能[2]。

綜上分析，在焊材選擇上有A102（E308-16）、A307（E309-15）和A407（E310-15）三種可供選擇：

（1）如果選擇A102（E308-16）焊條，則焊縫會出現(xiàn)馬氏體組織，用這種焊條需用極小的熔合比才能避免，但這在焊接工藝上是很難實(shí)現(xiàn)的，最后焊縫得到的組織是奧氏體加馬氏體。

（2）如果選用A407（E310-15）焊條，則焊縫通常為單相奧氏體組織，這會使焊接接頭的熱裂傾向變大。

（3）如果選用A307（E309-15）焊條，只要把母材金屬的熔合比控制在40%以下，就能得到具有較高抗裂性能的奧氏體加鐵素體雙相組織，這是比較理想的組織，由此選用A307（E309-15）是最為理想的，其烘干溫度250-300℃，烘干時間1小時，采用直流反接，焊接電流不易過大，采用短弧焊。

3 應(yīng)力場分布不均勻性問題

3.1 應(yīng)力場分布不均勻性的分析

異種金屬焊接接頭中，焊接殘余應(yīng)力分布不均勻，這是由于焊接接頭各區(qū)域有不同的塑性決定的，另外母材導(dǎo)熱性的差異，也是殘余應(yīng)力分布不均勻的因素之一。

由于異種金屬焊接接頭各區(qū)域熱膨脹系數(shù)不同，焊接接頭在正常工作條件下，由于溫度循環(huán)變化而出現(xiàn)在各區(qū)域界面上的附加熱應(yīng)力，其分布也是不均勻的，甚至由于各種因素還會出現(xiàn)應(yīng)力高峰，這會成為焊接接頭斷裂的重要原因，這是異種鋼焊接必須要面對的，還有異種鋼焊接接頭各區(qū)域因?yàn)榻鹣嘟M織的不同也必然會還來各區(qū)域應(yīng)力的差異，總之異種鋼焊接接頭因成份、組織、性能等原因帶來應(yīng)力場的不均勻性，這是其表現(xiàn)的主要特征[3]。

3.2 應(yīng)力場分布不均勻性的處理實(shí)踐

如北營建制氧機(jī)外網(wǎng)工程中，因室外溫差原因，焊前須對母材進(jìn)行預(yù)熱處理，06Gr19Ni10與20#鋼的預(yù)熱溫度應(yīng)選擇兩種母材各自預(yù)熱溫度中高的溫度作為預(yù)熱溫度.焊后熱處理溫度，則反之.著重說明一下，在熱處理時，只是松馳原有已存在的焊接應(yīng)力，但由于母材金屬與焊縫金屬的物理性能差異，在冷卻過程中又會產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力，所以并不能消除焊接應(yīng)力，只是焊接應(yīng)力的重新分布。

而15GrMo與20g鋼因焊接接頭中擴(kuò)散層很弱，無須進(jìn)行熱處理，如把焊接接頭重新加熱，并且隨著加熱時間延長會導(dǎo)致擴(kuò)散層的加寬加大，20g焊縫一側(cè)金屬軟化加大，不利于焊接接頭的性能。

4 結(jié)語

以上是結(jié)合煉鋼廠減溫減壓站15GrMo與20g鋼焊接與北營新建35000Nm3/h制氧機(jī)外網(wǎng)06Gr19Ni10與20#鋼焊接經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)，在這與廣大焊接人分享，不足之處希望大家指出作為身在第一線的焊接作業(yè)者，在完成生產(chǎn)任務(wù)的同時，更加應(yīng)該將質(zhì)量作為重中之重，嚴(yán)格要求，并時刻從實(shí)踐中學(xué)習(xí)，善于總結(jié)，努力提高自身專業(yè)水平，為本鋼的振興作出貢獻(xiàn)。