淺析火力發(fā)電廠建設(shè)中異種鋼焊接技術(shù)

楊桂榮 張曉麗

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

關(guān)鍵詞：異種鋼；熔合區(qū)；組織；溫度；焊接接頭

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 異種鋼的概念

異種鋼就是焊接接頭的兩側(cè)母材在化學(xué)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(lái)的焊接接頭叫異種鋼接頭。在大型火電站高參數(shù)機(jī)組中，異種鋼焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，如主蒸汽管與主蒸汽集箱、主蒸汽管與汽輪機(jī)缸體、過(guò)熱器管或再熱器管與聯(lián)箱等。

2 異種鋼焊接的主要問(wèn)題

異種鋼焊接技術(shù)及工藝方法比較復(fù)雜，在具體的接頭焊接中，要根據(jù)實(shí)際的鋼材特質(zhì)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(qū)生成馬氏體

無(wú)論采用高強(qiáng)鋼焊條，還是采用高鉻鎳焊條進(jìn)行焊接，在焊縫與母材的交界層上總會(huì)產(chǎn)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(qū)的碳發(fā)生擴(kuò)散

焊縫和母材由于合金成分相差較大時(shí)，焊接時(shí)熔合區(qū)合金元素要進(jìn)行再分配。特別是含有大量的碳化物形成元素與碳的結(jié)合，導(dǎo)致碳的擴(kuò)散和遷移，結(jié)果碳的濃度呈現(xiàn)極大的不均勻性。含鉻量低的一側(cè)產(chǎn)生脫碳層，含鉻量高的一側(cè)產(chǎn)生增碳層。通常在焊后冷卻條件下，碳來(lái)不及擴(kuò)散遷移，所以焊態(tài)焊縫熔合區(qū)的擴(kuò)散層是不明顯的。但在熱處理的受熱情況下，由于長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用，碳擴(kuò)散層明顯，成為焊接中一個(gè)重要問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)大大降低異種鋼接頭的性能。

2.3 熔合區(qū)的熱應(yīng)力較大

由于異種鋼的線膨脹系數(shù)不同，熔合線必然存在著熱應(yīng)力。當(dāng)理化性能相差越大，這種熱應(yīng)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(qū)。

3 異種鋼焊接的工藝原則

解決異種鋼焊接問(wèn)題主要從焊條、預(yù)熱溫度和回火溫度選擇上來(lái)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(shí).宜按合金元素成分較低的鋼材選用焊條。當(dāng)被焊金屬合金元素含量差異較大時(shí)，可選用介于兩者之間的焊條成分。預(yù)熱溫度一般按含合金元素高的鋼材要求選取?；鼗饻囟纫话愀鶕?jù)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(shí)尚應(yīng)考慮鋼中強(qiáng)碳化物形成元素的含量多少，為盡量減少碳的擴(kuò)散層，回火溫度應(yīng)當(dāng)?shù)汀?。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(xué)成分，這樣對(duì)一些厚壁大徑管可以采用預(yù)敷焊法和填補(bǔ)焊法進(jìn)行焊接。即用上述焊條在高檔鋼材一側(cè)進(jìn)行預(yù)敷焊后，再用低檔焊條在低檔鋼材與預(yù)敷焊道之間進(jìn)行填補(bǔ)焊接。

預(yù)熱和熱處理規(guī)范應(yīng)按12%鉻鋼接頭進(jìn)行選擇。如碳的擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí)，則可按低檔合金鋼材接頭要求進(jìn)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?yàn)橹楣怏w的鋼材本身所具備的特質(zhì)會(huì)對(duì)焊縫金屬起到一定的淡化效應(yīng)，從而使焊縫出現(xiàn)脆化效應(yīng)，最終形成一定的冷裂縫，影響到焊接質(zhì)量。為此在焊接這類接頭時(shí)，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?yàn)槠浜缚p組織為奧氏體加少量的鐵素體雙相組織，抗裂性和機(jī)械性能較好。

當(dāng)焊接件的剛性較大時(shí)，其接頭有可能在回火或使用過(guò)程中，于珠光體鋼和奧氏體焊縫的熔合區(qū)產(chǎn)生脆性破壞，采用含鎳高的焊條就能防止這種破壞的產(chǎn)生，當(dāng)用提高含鎳量的奧氏體鋼焊條進(jìn)行預(yù)敷焊時(shí)，同樣可以顯著減少剛性接頭熔合區(qū)內(nèi)出現(xiàn)裂紋的可能性。

4 焊接接頭及其外形要求

4.1 對(duì)于強(qiáng)度比較高和易淬火的異種鋼焊接頭采用過(guò)渡接頭的方法效果較好，它可緩和熔合區(qū)熱應(yīng)力的有害影響。前面提到預(yù)敷焊法即為形成過(guò)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(shí)需要注意，焊縫高度不能超出設(shè)計(jì)值，因?yàn)槿艉缚p太高，就會(huì)導(dǎo)致所有的應(yīng)力都集中在接頭處，從而使接頭處的的應(yīng)力過(guò)大，造成焊接質(zhì)量下降。為此，在接頭處的焊接作業(yè)完成后，要對(duì)其外表進(jìn)行相應(yīng)的修整處理，使焊縫與母材之間可以實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。

5 典型異種鋼的焊接工藝

為直觀起見(jiàn)，常用異種鋼的焊接工藝列于表1。

參考文獻(xiàn)

[1]焊接手冊(cè)第2卷材料的焊接[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.