20_碳钢与316L不锈钢异种钢的焊接.docx

20#碳钢与 316L 不锈钢异种钢的焊接潘正军(广船国际有限公司 )关键词 : 碳钢不锈钢焊接一前言随着社会进步及经济发展 ,近几年世界航运业对船舶的需求量越来越大 ,造船业乘此良机 ,在产品类型 、新材料应用 、新工艺实施等方面也取到了良好的进展 。其中 ,不锈钢作为一 种具有强度高 、塑性好 、耐腐蚀性好等优点的材料 ,在船舶产品建造过程中的应用范围不断 扩大 ,也使其与碳钢 、合金钢等异种材料的焊接机会越来越多 。本文针对我公司船舶产品在建造过程中遇到的 20 #碳钢管与 316L 纯奥氏体不锈钢进行对接焊的情况 ,从两种材料的焊 接性能分析着手 ,选择正确的焊接方法 ,确定了准确的焊接工艺参数 ,通过焊接工艺评定试验 ,最终使这两种异种材料的焊接在生产中得到成功的应用 。二材料性能20 #碳钢属于优质碳素结构钢 ,含碳量较低 ,并具有良好的机械性能和加工性能 ,一般以正火状态供货 ,可焊性能好 ,广泛应用于构件 、钢板 、管道等 。我公司在船舶建造中的液压管 一般使用温度和压力均不太高 ,且在无腐蚀介质中使用 ,因此大量选用了 20 #碳钢的无缝管 ,此类 20 #碳钢管是在正火状态下经冷拔成型 ,并经过热处理的优质碳素结构钢 。316L 不锈钢是属于纯奥氏体不锈钢中的一种超低碳不锈钢 ,它是在高铬不锈钢中添加 适当的镍而形成的具有奥氏体组织的不锈钢 ,由于含有较高的镍 、铬 、钼等合金元素 ,能够使金属表面形成一层不溶解于某些介质的坚固的氧化薄膜 (钝化膜 ) ,使金属与外界介质隔离而不发生化学作用 ,使其具有很好的耐腐蚀性能 、抗氧化性能 ,并具有塑性 、韧性和较好的机 械性能 、加工性能与焊接性能 ,目前在石油 、化工 、船舶等行业中得到广泛应用 。我公司目前建造的船舶中 ,在一定腐蚀介质下工作的管道大量选用了经冷轧成型并经过固溶 、酸洗处理的 316L 不锈钢管 。三异种材料焊接性能分析1 异种金属焊接的特点两种不同材料能否直接形成焊接连接 ,决定于构成该两种材料的原子或分子间的相互 作用力的强弱 ,简单来讲 ,在液态和固态都形成无限互溶的两种金属能够便利地形成性能良2005 年第 3期广东造船27好的焊接连接 ;液态无限互溶 、固态有限互溶的两种金属也能够形成焊接连接 ,不过其性能与两种金属间的组织过渡状况相关而有好坏之分 ; 形成金属间化合物或间隙化合物中间相 的两种合金 ,也是可以形成焊接连接的 ,其接头性能大半受到此种化合物脆性的影响 ; 如果 两种金属在液态或固态都完全不互溶 ,或者溶解度极微小 ,则不能形成真正的焊接连接 。一 般来讲 ,只要采取恰当的焊接手段 、精细的工艺措施 ,加上选用理想的焊接材料 ,可以说绝大部分异种材料是可以焊接连接的 。2 异种金属焊接的主要问题在可能形成焊接的前题下 ,特别要在熔焊条件下获得一个实际可用的焊接接头 ,还存在 许多问题要重视 。( 1 )熔点的差异 。当两种金属的熔点相差很大时 ,由于晶界的扩散系数不同 ,易造成焊 过热区的焊缝性能降低 ,同时熔点低的金属易流失 、蒸发和合金元素的大量烧损 ,难以获得满意的焊接接头 。( 2 )线膨胀系数的差异 。当一种线膨胀系数大的金属与另一种线膨胀系数小的金属焊 接成复合结构时 ,由于其冷却时收缩率不同 ,易造成焊缝或热影响区产生裂纹 ,甚至还会导 致焊缝与母材金属剥离 。( 3 )热导率和比热容的差异 。金属的热导率和比热容影响到被焊材料的熔化 、熔池的形成 、焊接区温度场和焊缝凝固结晶 ,当两种金属在这方面差异很大时 ,可使被焊材料熔化 不同步 ,熔池形成和金属结合不良 ,导致焊缝结晶条件变坏 ,焊缝性能和成形不良 。( 4 )电磁性的差异 。当两种金属电磁性相差很大时 ,易造成焊接时焊接电弧偏弧或者 电弧燃烧不稳定现象 ,造成焊缝成形变坏 。( 5 )形成脆性化合物 。异种黑色金属焊接可能会形成某些金属间的化合物 ,其中有的很脆 ,对焊接接头的力学性能影响很大 ,往往会降低焊缝的塑性和韧性 。( 6 )焊接接头难以达到母材金属性能 。为了实现异种金属的焊接性 ,往往选用塑性较 好的焊接材料 ,以避免焊缝金属开裂或脆化 ,但可能会降低焊接接头的强度 ,因此 ,为保证异 种金属焊接接头具有良好的综合使用性能 ,经常不得不放弃或降低一些次要性能指标要求 。四20 #碳钢与 316L 不锈钢异种钢的焊接1 焊接性能分析20 #碳钢与 316L 不锈钢在物理性能方面 ,如热导率 、线膨胀系数等方面有较大差异 ,要 想获得满意的焊接接头 ,就必须从焊接性能分析着手 ,正确选择焊接方法 、焊接材料和焊接工艺 。20 #碳钢与 316L 不锈钢异种钢的焊接时 ,焊缝金属平均成分由两种不同类型的母材同 填充金属混合所组成