随着化工、电力及原子能等工业的发展,不锈钢与碳钢、低合金钢等材料之间的焊接,以及不锈钢复合钢板的焊接等,即所谓异种钢的焊接,正日益为人们所关注。正确选择药芯焊丝是异种钢焊接的关键。
一、焊接问题与基本原则
异种钢焊接的问题主要是焊缝金属成分的稀释及显微组织的变化引起的。这些变化会对焊接接头的性能产生诸多不良影响。
一般要考虑以下基本原则:
1、保证焊接接头的使用性能,即保证焊缝金属过渡区、热影响区等接头区域具有良好的力学性能和综合性能。
2、保证焊接接头具有良好的焊接性能,即在接头区域不能出现热裂纹、冷裂纹及其他超标的焊接缺陷。
3、保证焊缝金属具有所要求的综合性能,如耐蚀性、耐热性、热强性及抗氧化性等。
4、在焊接工艺(如焊前预热或焊后热处理)受到限制时,要合理选择镍基合金或奥氏体不锈钢,以提高焊缝金属的塑性和韧性。
5、异种钢焊接时,药芯焊丝的选用通常是就高不就低,即药芯焊丝成分尽可能接近高成分的母材一方。如碳钢、低合金钢与不锈钢焊接时,要选用不锈钢药芯焊丝;铬不锈钢与铬镍不锈钢焊接时,要选用铬镍不锈钢药芯焊丝。
二、药芯焊丝选用指南
1、碳钢、低合金钢与铬不锈钢焊接
碳钢、低合金钢与铬不锈钢焊接时,可选用铬不锈钢焊材或铬镍不锈钢焊材。当低合金钢与 Cr12% 型钢焊接时,采用低合金钢焊材易在热影响区产生裂纹,而铬不锈钢焊材能基本避免。由于电弧搅拌作用,焊接接头过渡层在焊后冷却过程中会产生淬硬的马氏体组织。因此,这类异种钢焊接不仅需要预热,还需要焊后缓冷或及时进行回火处理。若无法进行预热或回火处理,宜选用奥氏体不锈钢焊材。
2、铬不锈钢与铬镍不锈钢焊接
铬不锈钢与铬镍不锈钢焊接的工艺,和低合金钢与铬不锈钢焊接工艺基本相同。药芯焊丝的选用原则上既可以采用铬不锈钢药芯焊丝(如 G202、H0Cr14 等),也能采用各种铬镍奥氏体不锈钢药芯焊丝。鉴于奥氏体不锈钢药芯焊丝对焊接工艺适应性强,即便熔合比大,过渡区仍能保持与熔敷金属相近的微观组织,具备较好的抗裂性能和塑韧性,所以实际生产中一般选用奥氏体不锈钢药芯焊丝。为防止碳的扩散迁移,还可采用镍基合金药芯焊丝。
3、碳钢、低合金钢与奥氏体不锈钢焊接
碳钢、低合金钢与奥氏体不锈钢焊接是最为常见的异种钢焊接,其产品使用环境复杂,有的在低温环境,有的在高温环境,有的要求耐腐蚀,有的要求耐疲劳。选择不锈钢焊材时,需考虑以下问题:
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焊缝金属成分稀释:成分稀释会影响焊缝性能。
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熔合区的塑性:焊缝金属靠近低合金钢一侧,熔合区附近存在 0.2 - 0.6mm 的低塑性带,其中的马氏体组织会降低接头塑韧性。
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碳的扩散迁移:可能导致接头在熔合区发生脆性断裂。
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热应力及其影响:热应力会对焊接接头产生不良作用。
碳钢、低合金钢与奥氏体不锈钢焊接时,必须选用奥氏体不锈钢药芯焊丝。若选用低合金钢药芯焊丝,由于奥氏体钢的稀释作用,焊缝金属会形成马氏体而脆化并引发裂纹。若选用 18 - 8 型焊材,因低成分侧母材的稀释作用,焊缝金属会产生一定量马氏体组织,抗裂性能较差。一般选用 24 - 13 型焊材,焊缝金属为奥氏体+少量铁素体组织,抗裂性能好,应用广泛。实际工作中,应依据接头的具体材料和使用环境,确定焊缝金属的化学成分和组织,利用已知的熔合比和不锈钢组织状态图,来选择合适的不锈钢药芯焊丝。