摘要：本文针对低碳钢与奥氏体不锈钢焊接中容易产生裂纹的问题，对低碳钢与奥氏体不锈钢焊接中裂纹产生的机理进行简要分析，并进一步探讨了低碳钢与奥氏体不锈钢焊接中的防裂措施，仅供参考。
关键词：低碳钢；奥氏体不锈钢；防裂措施
1低碳钢与奥氏体不锈钢焊接中裂纹产生的机理分析
1.1补焊时，由于时间太紧，开的坡口小，造成焊接接头中熔入过多的Q235钢成分，熔入的母材对焊缝金属有稀释作用，使焊缝中的奥氏体形成元素的含量减少，出现了淬硬的马氏体组织，导致焊缝产生裂纹。焊缝的稀释程度主要取决于母材金属的熔入量，即“融合比”。异种金属焊接时应尽量减小融合比。因为融合比越小，焊缝金属中填充材料占的比例就越大，可有效地防止裂纹产生[1]。
1.2焊接接头的塑性和韧性降低，导致焊接接头产生裂纹。焊接Q235钢与1Cr18Ni9Ti不锈钢时，在融合区出现脆性层，其原因有：①在焊接时，由于熔池边缘金属的温度较低，流动性较差，使熔化的母材金属和填充材料不能充分混合，其结果是在Q235钢一侧的焊缝金属中，Q235钢的成分所占比例较大，而且越靠近熔合线，母材所占比例越大。这样，在碳素钢母材一侧的熔合区金属中，容易形成与焊缝金属内部成分不同的脆性层，层的宽度为0.2mm~0.6mm。②由于Q235钢含碳量1Cr18Ni9Ti不锈钢高，合金元素含量较少，因而使得Q235钢对焊缝金属的稀释作用较强，使熔和区的脆性层中含铬、镍量减少，形成组织为高硬度的马氏体，造成脆性增加，塑性和韧性下降。③在焊接Q235钢与1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，由于不锈钢的线膨胀系数、电阻率都比低碳钢大，而热导率又比低碳钢小，焊接后焊缝内部会产生很大的热应力，当热应力值超过焊缝金属的强度极限时，就会沿熔合线产生裂纹[2]。
2低碳钢与奥氏体不锈钢焊接中防裂措施分析
2. 1克服母材对焊缝稀释作用
⑴严格控制母材的熔合比。焊接Q235钢与1Cr18Ni9钢时，将两种钢的熔合比控制在30% 以下，能有效防止母材对焊缝的稀释作用，并可获得奥氏体+ 铁素体的双相组织，焊接抗裂性显著提高。⑵焊接时采用过渡层。焊接Q235钢与1Cr18Ni9钢时，可先在Q235钢的坡口表面用含铬镍量高的焊条堆焊一层奥氏体过渡层，再将过渡层与1Cr18Ni9钢进行焊接。这种方法不但能防止Q235钢母材对焊缝的稀释作用，增加了焊缝的抗裂性能，而且焊接时不易产生缺陷，焊接质量容易保证[3]。
2. 2提高熔合区塑性和韧性
熔合区宽度与焊接电流有很大关系。采用大电流焊接时，由于液态金属高温停留时间延长，相应加强了熔池的搅拌作用和熔池边缘金属的流动性，从而改善了结晶条件，使熔合区脆性层的宽度减小。另外，选用的焊条种类不同，对熔合区脆性层的宽度影响也不同。由于镍是决定焊缝奥氏体化的主要元素，因此，焊缝中的含镍量对熔合区脆性层的宽度影响最大，当使用镍基填充材料时，脆性层的宽度会完全消失。所以，为防止脆性层的产生，常选用奥氏体化能力强的镍基填充材料[4]。
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2. 3防止碳迁移现象
⑴采用过渡层。焊接低碳钢与奥氏体不锈钢时，在碳钢母材一侧先用含碳化物较多元素的珠光体焊条或镍基焊条堆焊一层过渡层，以防止碳钢热影响区的碳向熔合区迁移，然后再用奥氏体焊条将过渡层与奥氏体不锈钢焊接起来。⑵采用中间过渡段。焊接碳钢与奥氏体不锈钢时，选用含碳化物较多元素的珠光体钢做中间过渡段，然后将中间过渡段分别与碳钢和奥氏体不锈钢焊接起来。
2. 4防止焊缝剥离
为了改善低碳钢与奥氏体不锈钢焊接接头的应力分布，必须合理选用填充金属。如果填充金属的线胀系数与奥氏体不锈钢母材接近，则高温应力将集中在碳钢母材的熔合区内；反之，如填充金属的线胀系数与碳钢母材接近，则高温应力将集中在奥氏体不锈钢母材熔合区内。由于碳钢具有塑性变形的特征，降低应力的能力较弱，因此，高温应力集中在奥氏体不锈钢母材熔合区内相对有利，故焊接时最好选用线胀系数接近碳钢的镍基填充材料[5]。
3低碳钢与奥氏体不锈钢焊接工艺分析
3.1焊接低碳钢与奥氏体不锈钢时，为了减少母材对焊缝的稀释作用，常采用小电流、高电压和快速焊的焊接工艺。
3.2采用奥氏体填充金属。若选用碳钢或低合金钢焊填充材料，会使整个焊缝成为马氏体组织，容易产生裂纹。使用18 - 8型填充材料，能提高熔合区的塑性，但焊缝的抗裂性能较差，因此，必须采用含镍、铬比较高的25 - 13型或25 - 20型填充材料。采用A102（18 - 8型）焊条焊接时，当母材熔合比为40% ~ 30% 时，焊缝组织为奥氏体+ 马氏体，只有熔合比小于15%，才可避免焊缝出现马氏体组织；采用A307（25 - 20型）焊条焊接时，当母材熔合比为40%，则焊缝组织为单相奥氏体；当母材熔合比为30%，则焊缝组织为含5% 铁素体的双相组织（A + F）；采用A407（25 - 20型）焊条焊接Q235钢和1Cr18Ni9钢时，母材熔合比为30% ~ 40%，焊缝组织为单相奥氏体，熔合比高达70% 时仍可保证焊缝不出现马氏体组织，而为单相奥氏体组织[6]。
参考文献：
[1]张运祥，王勇，张利红.低碳钢与奥氏体不锈钢焊接裂纹的预防措施[J].内江科技，2009（10）.
[2]张妍华，刘敏.低碳钢与奥氏体不锈钢焊接工艺改进研究[J].人民长江，2015（20）.
[3]黄治军，陈方玉，繆凯.超低碳钢与奥氏体不锈钢的电阻点焊[J].钢铁研究，2000（04）.
[4]沈宏谋.低碳钢与奥氏体不锈钢焊接中的防裂措施[J]中小型电机，1995（01）.
[5]吴安如，夏长清，戴晓元.低碳钢芯奥氏体不锈钢代用焊条的研究[J].热加工工艺，2005（08）.
[6]刘政军，傅迎庆，郝雪枫.高效低碳钢芯（H08A）奥氏体不锈钢焊条优化及研制[J].焊接学报，2002（06）.
论文作者:罗森
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
标签：奥氏体论文; 低碳钢论文; 不锈钢论文; 焊条论文; 脆性论文; 金属论文; 裂纹论文; 《基层建设》2019年第24期论文;