【正文】 的焊接工藝 ?(1)焊接熱循環(huán)的控制 ?與奧氏體鋼相比，雙相不銹鋼具有導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)低的特點(diǎn)，因此不會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，具有更高的抵抗熱裂紋的能力，可以采用較大線能量焊接，最大的層間溫度在 150℃ 。當(dāng)焊接量很大時(shí)，應(yīng)合理地安排焊接順序以保證焊層之間有足夠的時(shí)間冷卻。 ?焊接熱循環(huán)的最高溫度和快速冷卻可促使雙相不銹鋼組織鐵素體化，由于 δ鐵素體含量的增加導(dǎo)致了沖擊韌性和耐蝕性降低，可以采用增加氮含量以穩(wěn)定奧氏體組織和促使從 δ鐵素體中析出奧氏體的方法，來改善雙相不銹鋼的焊接性。 2205雙相不銹鋼在焊接過程中，最為突出的問題也是熱循環(huán)對(duì)焊接接頭微觀組織及其塑韌性和抗腐蝕性的影響。 ?(2)焊前預(yù)熱 與奧氏體不銹鋼的焊接相比， F+A雙相不銹鋼的焊接對(duì)污染更敏感，特別是對(duì)濕氣和水分。任何類型的油污、油脂和水分等污染會(huì)影響材料的抗腐蝕性及力學(xué)性能，因此在焊接前要對(duì)材料嚴(yán)格清理。 ?雙相不銹鋼的焊接接頭形式應(yīng)預(yù)先經(jīng)過很好的準(zhǔn)備，焊接坡口最好采用機(jī)械加工，不宜采用砂輪打磨的方法，要避免坡口表面粗糙與間隙不均勻。 ?通常情況下，雙相不銹鋼的焊接不采用預(yù)熱，因?yàn)轭A(yù)熱會(huì)降低焊接熱影響區(qū)的冷卻速度。 ?如果焊縫的冷卻速度太快，使得焊接熱影響區(qū)的鐵素體含量增加太大時(shí)，采用預(yù)熱是有意義的。 167。 3. F+A雙相不銹鋼的焊接工藝 167。 4 珠光體鋼與奧氏體不銹鋼異種鋼的焊接 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展往往要求同一物體的不同部位具有不同的工作條件，如載荷或介質(zhì)。用單一的金屬材料制造這樣的物件不僅不經(jīng)濟(jì)，而且有時(shí)是不可能的，因此出現(xiàn)了不同金屬的連接，即異種鋼的焊接。 常見的異種鋼焊接主要有珠光體鋼 (包括碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、 CrMo珠光體耐熱鋼等 )與奧氏體鋼焊接、珠光體鋼與馬氏體鋼焊接、鐵素體鋼與奧氏體鋼焊接等（珠光體鋼與奧氏體鋼焊接更為多見 )。 本節(jié)著重闡述珠光體耐熱鋼與奧氏體不銹鋼焊接時(shí)的結(jié)合性能問題，包括焊縫化學(xué)成分的控制、凝固過渡層的形成及碳遷移過渡層的形成、接頭應(yīng)力等。 167。 4 異種鋼焊接的主要問題 167。 焊縫化學(xué)成分的控制 珠光體鋼與奧氏體鋼相連接的異種鋼接頭，一般都是采用超合金化焊接材料或高合金材料 （ CrNi 奧氏體鋼或 Ni基合金）作為焊接材料，典型的異種鋼焊接接頭的金相組織如圖 3－ 15所示。 圖 315 188類焊條 /15CrMo異種鋼接頭金相組織 60x 167。 焊縫化學(xué)成分的控制 圖 316 異種鋼焊接示意圖 s188不銹鋼 m低碳鋼 e焊接金屬 焊接時(shí)有大體相當(dāng)數(shù)量的 s與 m熔入焊接熔池 沒有焊條金屬填充時(shí)，這兩種鋼的 s與 m同等比例混合后的成分由舍夫勒?qǐng)D（ Schaeffler） 317求得。 167。 焊縫化學(xué)成分的控制 圖 點(diǎn) a可以認(rèn)為是待焊母材，具有點(diǎn) a成分的母材再與成分為 f或fˊ 的焊條金屬相熔合后，即構(gòu)成焊縫金屬，具體組成應(yīng)落在 af或afˊ 的連線上，并取決于熔合比的大小。若焊條金屬為 fˊ( 相當(dāng)于焊條 E2262115，即 2520)，熔合比高達(dá) 氏體組織，而為單相奧氏體。從抗熱裂角度考慮，這種組織并不理想。若焊條金屬為 f(相當(dāng)于焊條 E1231315，即 2513)，則由 af連線可知，如希望焊縫具有 A+F（即 γ +δ ）雙相組織，熔合比必須在 （圖 317中 d為臨界點(diǎn)）。假如焊條金屬也為 188鋼，其組成與母材 s相同，則焊縫金屬的組成必在 as連線上，此時(shí)只有熔合比小于 。顯然，用碳鋼焊條是根本避免不了的 167。 焊縫化學(xué)成分的控制 ｓ — 188不銹鋼 ｍ — 低碳鋼 ａ — ｓ與ｍ等量混合的組成 圖 317 利用舍夫勒?qǐng)D確定異種鋼焊縫組 由此可知，異種鋼焊接時(shí)，為確保焊縫成分合理 (保證塑性、韌性及抗裂性 )，必須做到： （ 1） 正確選擇高合金化的焊接材料 。 （ 2） 適當(dāng)控制熔合比或稀釋率。 應(yīng)當(dāng)指出，珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時(shí)，由于電弧磁偏吹現(xiàn)象的存在，兩者的熔化量不可能完全相同，珠光體鋼一側(cè)的熔化量可能大一些。圖 317中所示出的點(diǎn) a位置實(shí)際還要向左側(cè)移動(dòng)一些，則熔合比的限制就要更嚴(yán)格一些。 另外，在采用 E1231315焊條時(shí)，熔合比也不可過小，否則焊縫組成靠近 f 點(diǎn)（見圖 317）時(shí)，所得組織中 δ 相可能偏多，易于導(dǎo)致 σ 相脆化。因此，多層焊時(shí)，后幾層焊條金屬中的 Cr、 Ni含量可以減少一些，如 188型焊條（ E0191015）也許適用。 167。 焊縫化學(xué)成分的控制 167。 2 、 凝固過渡層的形成 焊縫化學(xué)成分是指焊縫中間部位的平均成分，實(shí)際上，靠近焊縫邊界 (熔合線 )的成分常常顯示出濃度梯度的特征。如圖 318所示，在低碳鋼與奧氏體鋼焊縫的邊界附近，在 100μ m寬度中濃度梯度很顯著，其中特別要注意 Creq、 Nieq的變化。利用 Schaeffler考察一下這 10um寬度范圍的組織，應(yīng)是馬氏體。由于焊縫受到母材熔入金屬的稀釋，在熔池的邊緣，母材所占的比例較大，化學(xué)成分比內(nèi)部差別大，奧氏體形成元素含量不足而出現(xiàn)馬氏體組織。這個(gè)區(qū)域位于熔合線焊縫一側(cè)。 圖 318 低碳鋼與奧氏體鋼 (Cr23Ni13)焊縫邊界的濃度梯度 167。 凝固過渡層的形成 熔化的母材金屬和熔化的填充金屬，在熔池內(nèi)部和熔池邊緣相互混合的情況是不同的，在熔池靠近焊縫邊界的很窄范圍內(nèi)存在一個(gè)“不完全混合區(qū)”。填充金屬與母材在化學(xué)成分上差異越大，不完全混合區(qū)越明顯，即濃度梯度越顯著。因這種成分上的過渡變化區(qū)是因熔池凝固特性而造成，故可稱為凝固過渡層。 試驗(yàn)表明，填充金屬或焊縫金屬平均 Cr， Ni含量對(duì)凝固過渡層中馬氏體的形成有明顯影響。對(duì)同一母材 (低合金鋼 )選用 Cr、 Ni當(dāng)量不同的填充金屬，凝固過渡層中形成不同寬度的馬氏體脆化層。表 311列出 18 251 2520型奧氏體不銹鋼和 13CrMo44鋼接頭熔合區(qū)馬氏體組織在熔合線上的平均分布情況。圖 319為接頭熔合區(qū)的硬度分布。由 表 311和 圖 319表明， Creq/Nieq值越小，馬氏體脆化層間寬度越小。一般來說，在 Cr含量大體一定的條件下，提高焊縫 Ni含量是有利的。 167。 2 、 凝固過渡層的形成 奧氏體 /鐵素體接頭熔合區(qū)的硬度分布 167。 2 、 凝固過渡層的形成 167。 2 、 凝固過渡層的形成 表 311 馬氏體組織在整個(gè)熔合線上的平均分布情況 167。 3. 碳遷移過渡層的形成 異種鋼焊接時(shí) (特別是多層焊 )或焊后回火處理以后，往往可以看到低合金鋼一側(cè)的碳通過焊縫邊界向高合金焊縫中“遷移” (Migration)的現(xiàn)象，分別在焊縫邊界 (熔合線 )兩側(cè)形成脫碳層和增碳層。在低合金一側(cè)的母材上形成脫碳層，在高合金焊縫一側(cè)則形成增碳層，這種脫碳層與增碳層總稱為碳遷移過渡層。 167。 碳遷移過渡層的形成 2Cr13葉片與奧 132的 焊接接頭熔合區(qū) (A202條 ) 400x 如圖 ： 188類焊條/15CrMo 異種鋼接頭組織 圖左端為焊縫枝晶狀?yuàn)W氏體，其余為 15CrMo鋼板母材熱影響區(qū)，中間熔合區(qū)黑色組織為增碳區(qū)。 ? 增碳層 是由于碳擴(kuò)散遷移而析出碳化物 (在 CrNi奧氏體焊縫中主要是 Cr的碳化物 )所造成。由此形成的硬度突變對(duì)接頭工作性能是有害的，易在此部位造成破壞。 ?為了減少碳遷移現(xiàn)象或減少碳遷移過渡層的寬度，除了合理選擇成分合適的珠光體鋼 (如應(yīng)含有較多強(qiáng)碳化物形成元素 Cr Mo V Nb Ti)外，應(yīng)力求焊縫中存在能增大碳活度系數(shù)的元素 (Si Al Ni)。 ?焊縫中含有一定量 Ni可較顯著地減小增碳層和脫碳層寬度。 ?焊后加熱溫度與加熱時(shí)間對(duì)碳遷移的影響非常顯著，尤其是溫度的影響?；鼗饻囟仍礁?，脫碳層與增碳層的寬度也越大。顯然異種鋼接頭的焊后熱處理，從碳遷移角度考慮是不適宜的，必須控制焊后熱處理 167。 3. 碳遷移過渡層的形成 167。 異種鋼焊接接頭，由于兩種鋼的線膨脹系數(shù)相差很大，不僅焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，而且在使用中如有循環(huán)溫度作用，也會(huì)形成熱應(yīng)力。異種鋼焊后接頭中的殘余應(yīng)力，即使通過焊后熱處理也難以消除。 圖 321示出了異種鋼接頭熔合區(qū)附近的焊接殘余應(yīng)力分布。 殘余應(yīng)力的存在，對(duì)接頭的工作性能往往是不利的。特別是循環(huán)溫度下工作時(shí)，由于形成熱應(yīng)力或熱疲勞而可能產(chǎn)生裂紋。若不能避免異種鋼接頭時(shí)，應(yīng)盡量選用線膨脹系數(shù)介于珠光體鋼和奧氏體鋼之間的 Inconel鎳合金焊接材料，應(yīng)用梯度效應(yīng)可以減輕熱應(yīng)力的產(chǎn) 生。 167。 異種鋼焊接的工藝 167。 珠光體鋼與奧氏體鋼異種鋼的焊接 (1) 隔離層堆焊法 為防止形成凝固過渡層，在珠光體鋼的坡口面上先堆焊一層Cr25Ni13之類的奧氏體金屬隔離層。這樣可使最易出問題的那部分焊縫 (即在珠光體上 )是在拘束度極小的情況下完成。在隔離層堆焊完成并經(jīng)過檢查后，奧氏體鋼與隔離層間的連接就成為奧氏體鋼與奧氏體鋼之間的焊接，于是可選用普通的奧氏體不銹鋼填充金屬，如圖 322。 異種鋼焊接隔離層的堆焊焊后結(jié)構(gòu)圖 167。 珠光體鋼與奧氏體鋼異種鋼的焊接 為避免出現(xiàn)碳遷移現(xiàn)象，也應(yīng)進(jìn)行隔離層堆焊。此時(shí)先在珠光體鋼的坡口面上用 V、 Nb、 Ti等含量較高的焊條堆焊第一隔離層，然后再用適當(dāng)?shù)膴W氏體焊條堆焊第二隔離層。 隔離層堆焊方法廣泛用于不銹鋼管與低合金鋼管的焊接。 (2) 過渡段接頭法 為了防止連接界面碳遷移現(xiàn)象，選用 V、 Ti、 Nb含量較高的珠光體鋼作為過渡段，先與原珠光體鋼焊接起來，然后再與奧氏體鋼焊接。過渡段與奧氏體鋼的焊接可采用隔離層堆焊法，或者采用直接施焊法。也可以先在車間有利條件下用隔離層堆焊法焊成一個(gè)短的珠光體鋼與奧氏體鋼的異質(zhì)接頭過渡段，待工地施工時(shí)已是珠光體鋼與珠光體鋼同質(zhì)接頭的焊接問題，施工方便，易于保證質(zhì)量。 167。 珠光體鋼與奧氏體鋼異種鋼的焊接 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 不銹復(fù)合鋼板是較厚的珠光體鋼 (基體 )和較薄的不銹鋼 (覆層 )復(fù)合軋制 (或焊接 )而成的雙金屬板，基體多為碳鋼或低合金鋼，覆層多為 1Cr18Ni9Ti、 Cr18Ni12Mo2Ti、 Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等奧氏體不銹鋼，主要滿足耐蝕性能要求。覆層通常作為腐蝕介質(zhì)容器里層，厚度一般只占復(fù)合鋼板總厚度的 10%～ 20%。 不銹復(fù)合鋼板間的焊接問題主要是保證接頭區(qū)可滿足耐蝕性能的要求。 (1)焊接材料的選擇 焊接材料選擇不合適，不銹鋼焊縫就可能嚴(yán)重稀釋，形成馬氏體淬硬組織；鉻、鎳強(qiáng)烈深入珠光體鋼基層而嚴(yán)重脆化，產(chǎn)生裂紋。因此，焊接過渡層時(shí)，要使用含鉻、鎳量較高的焊接材料，保證焊縫金屬含一定量的鐵素體組織，以提高抗裂性。 不銹復(fù)合鋼板焊接材料的選用 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 注：括號(hào)內(nèi)為 GB/T 9831989型號(hào)。 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 表 313 不銹復(fù)合鋼板雙面焊和埋弧焊時(shí)焊接材料的選用 (2)不銹復(fù)合鋼的焊接工藝 根據(jù)復(fù)合鋼板材質(zhì)、接頭厚度、坡口尺寸及施焊條件等確定焊接工藝，通常選用手工電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等。目前常用氬弧焊焊接覆層，用埋弧焊或手工電弧焊焊接基層。 1) 坡口形式 焊接復(fù)合鋼板薄件可采用 I形坡口，較厚的復(fù)合鋼板可采用 V形、 U形、 X形、 V型和 U型復(fù)合坡口。一般盡可能采用 X形坡口雙面焊。也可以在接頭背面一小短距離內(nèi)進(jìn)行機(jī)械加工，去掉覆層金屬，以確保焊第一道基層焊道不受覆層金屬的過大稀釋。 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 ? 2)焊接順序 先焊基層，再焊過渡層，最后焊覆層，以保證焊接接頭具有較好的耐腐蝕性。同時(shí)考慮過渡層的焊接特點(diǎn)，盡量減少覆層一側(cè)焊接工作量。 ? 角接接頭無論覆層位于內(nèi)側(cè)或外側(cè)，均先焊接基層。焊覆層時(shí)，可先焊過渡層，亦可直接焊覆層，以復(fù)合鋼板厚度而定。 ? 為了防止第一道基層焊縫中熔入奧氏體鋼，可預(yù)先將接頭附近的覆層金屬加工掉一部分。 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 ? 過渡區(qū)高溫下有碳擴(kuò)散過程發(fā)生，在交界區(qū)形成了高硬度的增碳帶和低硬度的脫碳帶，使過渡區(qū)形成了復(fù)雜的金屬組織狀態(tài)，造成復(fù)合板的焊接困難。 ? 焊接過渡層時(shí)，為了減少基層對(duì)過渡層焊縫的稀釋作用，可采用小電流，降低熔合比，選用鉻、鎳當(dāng)量高的奧氏體焊接材料。 ? 當(dāng)復(fù)合板厚度小于 25mm時(shí)，基層也可全用奧 302等焊條，但焊接殘余應(yīng)力大，消耗不銹鋼焊條多。 ? 當(dāng)復(fù)合板厚度大于 25mm時(shí)，可先用純鐵焊條焊一層過渡層，然后用焊鋼焊條焊接基層。 167。 不銹復(fù)合鋼板的焊接 ?3)工藝要點(diǎn) 裝配時(shí)的點(diǎn)固焊在基層鋼上進(jìn)行，點(diǎn)焊焊縫不可產(chǎn)生裂紋和氣孔，否則應(yīng)鏟去重焊。點(diǎn)焊所用焊條及工