不锈耐热钢与铸钢管头焊接工艺探讨
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摘要：本文介绍了运用奥氏体填充材料焊接不锈耐热钢与铸钢管接头的工艺和操作方法，分析了焊接过程中易出现的问题及其解决方法，实践证明采用该工艺指导实际生产有着良好的效果。
关键词：焊接工艺 铸钢 奥氏体钢
目前，异种钢焊接已广泛应用于机械制造与维修等领域，但是在具体焊接中遇到的突出问题是异种钢材料在成分与性能上的差异直接影响着焊接的效果。本文就奥氏体钢的可焊性进行了分析，并对这种异质钢接头的焊接工艺进行了说明。
1.奥氏体钢与铸钢的焊接性分析
1.1.两种材料在成分与性能上的差异：两种材料的可焊性是指在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力和在焊接加工中形成完整的焊接接头的能力。炉管的焊接就是这种异种钢焊接，铸钢ZG25的碳当量较低，可焊性较好，所以炉管焊接质量主要取决于奥氏体钢1Cr5Mo，它属于中合金耐热钢，焊接时在熔合区将产生马氏体组织，马氏体硬度高具有较高的脆性，焊接时容易出现冷裂、热裂、热影响区脆化以及再热裂纹等缺陷，可焊性较差。
1.2.奥氏体焊材的特点：
1.2.1.避免在熔合区产生马氏体脆化层：ZG25与1Cr5Mo相对于奥氏体填充材料来说合金元素含量较少，因此它们对焊缝金属有一定的稀释作用，使焊缝中出现马氏体组织而降低焊接接头的质量，严重时可能出现裂纹，为保证焊接质量确定选用24-13型焊接材料。
1.2.2.避免熔合区碳的扩散：由于ZG25与1Cr5Mo相对于奥氏体焊材来说碳含量较高而合金元素含量较少，焊接过程中接头长期处于高温状态时，1Cr5Mo与24-13、24-13 与ZG25的界面就会发生反应使碳产生扩散，结果在靠近母材一侧形成脱碳层导致软化，而在焊缝金属另一侧形成增碳导致硬化。温度是碳扩散的重要因素，在低于425℃的条件下焊接，碳扩散现象不十分明显。
1.2.3.在热物理性能方面：1Cr5Mo钢的线膨胀系数比24-13型焊材大30%，而导热系数则小40%左右，24-13型焊材导热系数约为ZG25的1/3，而线膨胀系数比ZG25大50%，这三种材料所构成的焊接接头在温度变化较大的环境下工作，必然受到较大的热应力作用，导致接头提前失效，但减压炉工作环境温度较稳定，热应力影响不明显。
综上，选用24-13型焊材。
2.奥氏体钢与铸钢焊接工艺分析：
2.1.焊接工艺要求：为了保证异种钢的焊接质量，在编制工艺规程时，必须考虑备料、装配、焊接等因素的影响，炉管焊接采用氩弧焊的方法，选用焊丝H1Cr24Ni13、焊条A302、电极选用直径2.5mm的铈钨极，氩气流量9L/min，焊缝背面充氩气，保护气流量5 L/min，氩气纯度大于99.9%，焊工必须具备相应的操作资格。
2.2.操作要领：
2.2.1.焊前准备：
2.2.1.1.下料时为避免低熔点杂质集中于晶界处，防止产生热裂纹，一般不使用氧乙炔，选用机械方法切割、等离子切割及碳弧气刨等方法。
2.2.1.2.坡口的几何形状和接头形式、尺寸、设备方法都会直接影响到接头的质量和生产成本，在设计焊件坡口形状和尺寸时，应充分考虑奥氏体不锈钢的线膨胀系数，适当减小坡口角度，防止焊缝根部缺口出现裂纹，尽量减少焊件材料的消耗量，提高生产率。
2.2.1.3.焊件清理：焊前要对坡口边10-20mm范围内的油污、水分、锈蚀、氧化物的杂质清除，直至露出金属光泽。
2.3.组对点焊：
2.3.1.点焊时要保证单面焊双面成型，点焊时焊丝向根部下压并稍作停顿，听到电弧击穿坡口根部的“噗噗”声后移动焊丝，钝边每侧应熔化0.5-1mm，形成熔孔。
2.3.2.焊丝与管下侧的夹角应为80°-85°，与管切线方向成70°-75°，焊接方向从左向右，采用锯齿形或椭圆形运丝。
2.3.3.采用连弧焊手法时，焊丝在坡口两侧停留时间不一样，上坡口停留时间比下坡口长些，为防止熔池下坠，焊接电弧1/3保护在熔池前，而2/3覆盖在熔池上，以保持熔池大小一致。若采用断弧焊，应逐点将液体金属送到坡口根部，迅速向侧后方灭弧，时间间隔要短，灭弧频率以79-80次/min，每次接弧时焊丝中心要对准熔池2/3处。
2.4.焊接时，引弧应在ZG25一侧，引弧后控制弧长2 mm -3 mm，焊枪、喷嘴与炉管呈5°-15°，焊枪与焊丝的夹角约为80°，焊接时电弧应交替加热坡口根部，由于ZG25熔点比1Cr5Mo稍低，在1Cr5Mo一侧应多停留一会，待钝边熔化形成熔孔后，即可加入焊丝，焊丝端部必须始终处于氩气保护范围内，并且不能插入熔池，应位于熔池前方，变熔化边送丝。
由于此种焊丝熔化时的粘度比碳钢焊丝大在焊接时应注意观察，确保在电弧的吹力作用下，焊丝与母材完全融合。在收弧时适当增加熔滴，以防止出现冷错孔，同时将电弧移到ZG25母材一侧收弧，待熔池颜色完全变暗后停止送气。为防止填充焊时将打底焊的焊道烧穿，打底焊的厚度以3 mm为宜，填充焊时以月牙形运条，焊丝摆动到坡口两侧时要稍作停留，熔化坡口1 mm -2 mm以防咬边，，焊接时层间温度应控制在150℃以内。
3.焊接后的热处理：
不锈耐热钢与铸钢焊接接头，焊后焊缝成形美观，组织均匀，一般不需要热处理，因为热处理后不但不会消除由于两种材料线膨胀系数不同而引起的附加应力，而且焊后的加热还会使扩散层加宽。
结论：不锈耐热钢与铸钢管头的焊接工艺有广泛的推广和应用价值，此操作法易于掌握，高效实用，在同行业处于领先地位，，并在多家电厂设备维修工程中得到验证。
参考文献：
[1]郭军《火力发电厂异种钢焊接技术规程》中国电力出版社2003年9月第一版
[2]张佩良《火力发电厂焊接技术规程》中国电力出版社2004年6月第一版
作者简介：戴安国，男，1971年10月生，安徽淮北人，学历：本科，职称：讲师
单位：安徽省淮北工业学校