在動(dòng)力裝置、石油化工和造紙?jiān)O(shè)備中,有許多焊接結(jié)構(gòu)是采用不銹鋼與低碳鋼或低合金鋼焊接而成。例如,在各種容器和罐體結(jié)構(gòu)內(nèi)壁與腐蝕介質(zhì)接觸的部位常采用不銹鋼,而不與腐蝕介質(zhì)接觸或要求不甚苛刻的部位(如基座、法蘭等)可采用低碳鋼或低合金鋼,這種異種鋼的焊接結(jié)構(gòu)既能節(jié)省大量的不銹鋼,又能大大降低設(shè)備的成本,在實(shí)際生產(chǎn)中得到了大量廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)焊接方法可用于異種金屬,如熔焊、壓焊、釬焊和擴(kuò)散焊。熔焊是其中應(yīng)用較多的也是本節(jié)要介紹的。手工電弧焊和氣體保護(hù)焊是熔焊中應(yīng)用最廣、使用最為方便的兩種方法,具有焊接材料多、便于選擇和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。若有異種金屬的大構(gòu)件或批量生產(chǎn)時(shí),可采用機(jī)械化的氣體保護(hù)自動(dòng)焊或埋弧焊。

  由于異種金屬的化學(xué)成分、金相組織、物理性能及力學(xué)性能都有差別,特別是在異種金屬接頭的焊縫和熔合區(qū)存在一個(gè)過渡區(qū),此處不但化學(xué)成分和金相組織不均勻,而且物理性能也不同,力學(xué)性能也有很大的差異,這可能引起接頭缺陷或嚴(yán)重降低性能。所以,必須按照母材的化學(xué)成分、性能、接頭形式和使用要求正確地選擇焊接材料。一般選擇異種金屬焊接材料,有以下基本原則:

第一,保證焊接接頭的使用性能,即保證焊縫金屬過渡區(qū)、熱影響區(qū)等接頭區(qū)域具有良好的滿足使用要求的性能。如低合金耐熱鋼與1Cr18N9Ti焊接,在許多情況下,采用309型奧氏體不銹鋼焊接材料就可以滿足要求。當(dāng)設(shè)計(jì)要求接頭有良好的冷熱疲勞性能時(shí),若還采用309型奧氏體不銹鋼焊接材料,雖然能形成完整的焊接接頭,但由于奧氏體焊縫與低合金耐熱鋼熱膨脹系數(shù)差別較大,在熔合區(qū)兩側(cè)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,隨著冷熱的變化,熱應(yīng)力也不斷交替變化,加之低碳或低合金鋼一側(cè)的塑性較低,這就降低了接頭的冷熱疲勞性能。若選用鎳基合金焊接材料,可以大大提高其接頭冷熱疲勞性能。這主要是由于鎳基合金的熱膨脹系數(shù)介于兩種被焊材料之間,且更接近低碳或低合金鋼,使熱應(yīng)力分散,而且塑性較差的低碳或低合金鋼一側(cè)的應(yīng)力相對較小。另外,鎳基合金能有效地阻止碳的遷移,降低了過渡層的危害。

第二,保證焊接頭具有良好的工藝性能,即在接頭區(qū)域不能出現(xiàn)熱裂紋和冷裂紋。

第三,保證焊縫金屬具有一定的致密性,不得有超標(biāo)的焊接缺陷。

第四,保證焊縫金屬具有所要求的綜合性能,如耐蝕性、耐熱性、熱強(qiáng)性、抗氧化性等。

第五,在焊接工藝(如焊前預(yù)熱或焊后熱處理)受到限制時(shí),要注意選擇鎳基合金或奧氏體不銹鋼焊接材料,以提高焊縫金屬的塑性及韌性。

第六,異種材料焊接時(shí),焊接材料的選擇通常是就髙不就低。如低合金鋼與不銹鋼焊接時(shí),選用不銹鋼焊接材料;低合金鋼與鎳基合金焊接或不銹鋼與鎳基合金焊接時(shí),選用鎳基合金焊接材料。

異種材料焊接和焊接材料的選擇都要基于實(shí)驗(yàn),要以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn),故常常需要進(jìn)行必要的工藝試驗(yàn)和性能測試,以滿足使用要求。

不銹鋼的種類和鋼號很多,本文因篇幅有限,僅就①奧氏體不銹鋼與低碳鋼、低合金鋼的焊接;②不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的焊接;③壓力容器內(nèi)壁不銹鋼堆焊三個(gè)典型問題.