同种异材钢及异种钢的焊材选用规则

低碳钢与低合金钢同种异材钢的焊接

　　低碳钢与低合金钢都属于普通铁素体钢，它们之间的焊接以及不同材质的低合金钢之间的焊接属于同种异材钢的焊接。这类钢之间的焊接按低档材质，指强度级别或合金元素含量低的材质选择焊接材料，以保证焊缝金属性能满足低档材料就可以。选择低档材料也比高档材料焊接性能好，价格较为便宜，有利于降低制造成本。

　　例如20#钢、SA106碳钢与16Mn、19Mn6、15MnMoV、BHW35等低合金钢的同种异材钢的焊接，焊接材料与低碳钢本身相焊的焊接材料完全相同。即手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊对应的焊接材料分别为J507,H08MnA+HJ431,H08Mn2Si。

　　低合金与中合金钢耐热钢的焊接

　　由于同种异材钢焊缝化学成份的不连续性，会产生性能的不连续性。如果这种不连续性对使用性能产生较大影响，就不能按低档原则选择焊接材料。

　　例如SA213-T91与SA213-T22材料的焊接，如果按通常的低档原则，选择2.25Cr-1MO的焊接材料进行焊接，那么在T91一侧的熔合线附近的T91母材会严重增碳，产生脱增层，同时T91一侧的熔合线附近的焊缝严重脱碳，产生脱碳层。这是由于T91含铬量9%左右，2.25Cr-1Mo焊丝含碳量2.25％左右，那么在焊后退火处理后，T91一侧的热影响区铬的含量远远大于焊缝一侧铬的含量，大量的碳会向母材偏移产生增碳层，造成硬度增加，组织更加淬硬，而焊缝一侧严重脱碳，硬度偏低，组织软化，使接头性能恶化。如果选用9Cr-1Mo焊接材料，在T22熔合线一侧又会产生焊缝增碳，母材脱碳现象。

　　特别指出的是，当这样接头的部件在高温下运行时，这种化学成分严重不连续性，会使碳的迁移长时间地不断进行，导致接头性能严重恶化，发生运行故障。为避免和减少上述现象发生，有关研究表明，可选用中间化学成份5Cr-1Mo的焊接材料进行焊接，或则在焊接材料中添加碳化物稳定元素Nb、V来固化碳元素，减少碳偏移现象发生。国内一公司通过初步试验，选用含Nb、V的T91焊接材料，例如CM-9cb、TGS-9cb、MGS-9cb来焊接上述同种异材钢，也能取得较好的效果。

　　异种钢焊接的焊接材料选择

　　碳素钢、低合金钢与奥氏体不锈钢异种钢焊接，应根据接头的工作温度，接头的受力工况来选择焊接材料。

　　当承载承压的这类异种钢接头工作温度在315℃以下，可选用高Cr、Ni合金含量的奥氏体不锈钢焊接材料。按照碳素钢（合金钢）与奥氏体钢的化学成份多少和焊接的熔合比大小，根据某种镍当量、铬当量组织图选择合适Cr、Ni含量的奥氏体不锈钢焊接材料，以避免焊缝产生大量的马氏体组织。当然在碳素钢或低合金钢熔合线附近会产生狭小的马氏体带，通过减少焊接材料的碳含量，使马氏体组织为塑性较好的低碳马氏体，也能保证接头具有良好的性能。

　　当承载承压的异种钢接头，在温度315℃以上工作时，应选用镍基焊接材料。例如ECrNiFe-2,ERCrNiFe-3等，主要原因如下。

　　如果选用普通的奥氏体不锈钢焊接材料，会产生下列问题：

　　a) 由于铁素体与奥氏体热膨胀系数相差较大，在高温下运行会产生热应力和热疲劳破坏。

　　b) 由于合金元素含量的差异较大，在高温下工作焊接接头会产生严重的脱碳层和增碳层，使高温性能恶化。

　　c) 由于在熔合线附近的马氏体带组织，使焊缝局部组织淬硬。

　　选用镍基焊接材料，可以避免上述现象发生，理由如下：

　　a) 镍基材料的热膨胀系数介于铁素体和奥氏体之间。

　　b) 镍基材料不会时焊接接头产生脱碳和增碳。

　　c) 镍基材料焊接不会产生马氏体组织。

　　但是对于高温工作下的非承载的焊接接头，选用镍基焊条尽管也能满足性能要求，但是制造成本昂贵，也无使用的必要。使用其它价格便宜的焊接材料也能达到目的。

　　国外通过大量的试验研究表明，对于锅炉制造中的管子与附件非承载角焊缝，当管子为碳钢和低合金钢材质，附件为奥氏体不锈钢时，应按低档材质选择焊接材料。

　　例如SA210C管与SA240－304附件焊接，手工电弧焊选用AWS E7018-A1(GB E5018－A1)，气体保护焊选用MGS-M或TGS－M（KOBE焊材）而不选用奥氏体不锈钢焊材。主要原因是选用奥氏体不锈钢焊材会在管子一侧熔合线产生马氏体带，接头在运行中，如果在管子一侧产生裂纹，会引起管子泄漏。而选用普通低档焊材，在附件一侧的熔合线产生马氏体带，即使产生裂纹，由于在附件一侧也不会危害管子。反过来，当管子为奥氏体不锈钢，附件为低碳钢或低合金钢时，应选用E309Mo(L)焊接材料，使马氏体带产生在附件一侧的熔合线附近。