在壓力容器焊接生產中,通常會遇到不同鋼種相互焊接的問題,即異種鋼焊接。如復合鋼板壓力容器的焊接、容器不銹鋼襯里塞焊、換熱器的不銹鋼換熱管與管板不同鋼種的焊接等。
1. 稀釋問題
如果是珠光體鋼與奧氏體鋼形成的異種鋼焊接接頭,一般均應用Cr-Ni奧氏體鋼或N基合金作為焊接材料。
假設用18-8鋼(s)與低碳鋼(m)焊接,如圖3-13所示,焊接時兩種母材都要熔人熔池。若不填充焊接材料,兩種鋼以同比例熔入焊縫,由圖3-14(舍夫勒圖)求得圖中點'通常認為這就是待焊母材。具有點d成分的母材再與成分為點f或點f'的焊條金屬相熔合后,構成焊縫金屬,相應組成應在a-f或a-f'的連線上并由熔合比的大小來決定。采用分為f'的焊條,熔合比高達0.7仍可保證焊縫不出現馬氏體組織,而是單獨相奧氏體,組織具有一定的熱裂傾向。采用成分為f的焊條,則由a-f連線可得,如果熔合比控制在0.3以下,可得到A+F(δ+γ)雙相組織。同樣,應用焊條18-8型,其組成與母材相同,則焊縫金屬的組成將在a-s線上,這時,只有控制熔合比小于0.15才能避免焊縫有馬氏體產生。
因此,必須正確選擇高合金的焊接材料,控制熔合比或稀釋率。
2. 凝固過渡層的存在
前面敘述的焊縫金屬成分指的是平均成分。靠近熔合線的焊縫金屬的成分有一定的濃度梯度。這種成分上的過渡變化區是由于熔池凝固特性造成的,所以稱為凝固過渡層。一般增加焊縫金屬的鎳含量可以縮小過渡層。
3. 碳遷移過渡層的形成
在異種鋼焊接時,一般可以出現低合金鋼一側的碳通過焊縫邊界向高合金焊縫中遷移擴散的現象,分別在焊縫邊界兩側形成脫碳層和增碳層。即在低合金鋼母材側形成脫碳層,另一側為增碳層,它們總稱為碳遷移過渡層。由硬度試驗可以測定碳遷移的存在,如圖3-15所示。增碳層是由于碳擴散遷移而析出碳化物所造成的。由此形成的硬度突變現象對焊接接頭性能有害。
4. 殘余應力的形成
異種鋼焊接時,由于兩種鋼的線脹系數相差很大,不僅在焊接時會產生較大的殘余應力,而且在使用中若有循環溫度作用,也會形成熱應力。由于殘余應力的存在,常常影響工作性能。