304L不锈钢管和碳钢管焊接的技巧介绍

 在我国异种材料焊接也非常普遍。这些工厂的设施设备需要应用到不锈钢的耐腐蚀性。当环境和服务条件允许，不锈钢材料会与较便宜的碳钢相连接。在这些应用中，使用碳钢，包括低碳钢和低合金钢，能大大减少制造费用和运行费用。无论何种焊接应用，要想成功焊接异种钢，都必须仔细选择填充金属和制定恰当的焊接工艺程序，这点无论采用哪种焊接工艺都同样如此。浙江至德钢业有限公司就针对304L不锈钢管和碳钢管焊接的技巧进行分析。

一、不锈钢和碳钢焊接技巧

 焊接304L不锈钢管和碳钢管时，关键是要注意化学成分、力学性能和耐腐蚀性，避免由此产生焊接问题。对于所有这三个因素，应选择合适的填充金属予以解决。比如，当焊接304L不锈钢管与低碳钢管时，最理想的填充金属材料是309L，如图所示。焊接时，焊缝分别被一侧的不锈钢和另一侧的低碳钢稀释，两侧材料逐渐混合在一起，最终焊缝熔敷金属的化学成分要与焊缝每一侧化学成分相兼容。同样，如果异种材料焊接时不清楚该选择哪种填充金属，应在焊接前提前咨询焊接分销商和填充金属制造商。匹配每种材料的力学性能也同样重要。力学性能的匹配是正确化学反应作用的结果，也是焊接工艺过程中所产生热的反映。通常，无论是那种类型的不锈钢与碳钢焊接时，填充金属的力学性能应该与两种母材中力学性能较弱的母材金属相同或略好一点。最后，不锈钢和低碳钢焊接时，保持焊缝和不锈钢母材邻近的耐腐蚀性也非常重要。

二、热输入非常重要

 为解决化学成分、力学性能和耐腐蚀性等问题，一定要遵循适当的焊接工艺过程，限制焊缝和不锈钢母材的热输入量。限制热输入会减低焊缝熔敷金属在接头低碳钢部分的稀释，反过来，却有助于保持焊缝熔敷金属的合金成分和它的耐腐蚀性。在某些不锈钢焊接中，中等热输入量也能保护接头不锈钢一侧的耐腐蚀性，避免其组织产生不希望的相成分。比如，焊接300系列奥氏体不锈钢时，如果在800～1400℃温度区间停留时间过长，会析出碳化物沉淀。减少该温度区间的停留时间——选择含碳量低的母材和填充金属——能防止类似问题产生。同时，使用稳定性高的填充金属（例如ER321或ER347）也能保证并且进一步防止碳化物析出。焊接其他牌号不锈钢时，如果高温停留时间过长也可能产生不良相成分导致脆化或耐腐蚀性变差。某些不锈钢在高温时会形成σ相（一种脆而硬的金属间相），将严重损害材料的力学性能和抗腐蚀性。比如双相不锈钢焊接时，热输入量多少要能保持焊缝和热影响区（HAZ）的铁素体和奥氏体的平衡。合适的热输入量能帮助保持各相在最终焊缝和母材熔合区的理想含量。

三、避免缺陷：翘曲、开裂和氧化

  不锈钢的热膨胀系数高，随着温度变化尺寸也会变化。也就是说，与碳钢相比，在相同温度变化情况下，不锈钢的膨胀和收缩更大。不锈钢的热传导率是碳钢的一半。因为热传导率小，不锈钢一侧的热将保持更长时间，它的热不会从热源迅速扩散掉。因为碳钢的热传导率更高，沿着碳钢一侧的热传导也相对更快，热量迅速传递出热影响区。由于焊接异种钢时，两种材料的热膨胀和热传导系数不同，会引起一些困难。焊接过程中由于不锈钢侧热量较高，导致其自然膨胀和收缩。相反地，碳钢（尤其是低碳钢）由于具有良好的导热性，因此在焊接接头冷却时冷却速度更快，结构收缩也更快。这势必会造成异种钢焊接时产生翘曲和错位。当两种母材金属的热膨胀和收缩差异所产生的内应力超过了任一种母材的强度时，就会引起开裂。

  焊接304L不锈钢管和碳钢管时，针对这两个问题，要避免较高拘束度的焊接接头，以免焊接接头加热和冷却时产生的高应力。如果确实要焊接高拘束度焊接结构，采用中等热输入和预热来延迟焊缝完成后接头的冷却速度。最后一道焊道完成后对接头进行保温也能减缓冷却速度，防止热应力开裂。接头污染也是异种钢焊接时的一个重要问题，通常会导致“热”开裂。污染物会与碳钢或不锈钢反应，产生大大降低熔化温度的微量焊缝金属。当焊缝冷却时，这些低熔点污染物的微观区域会最后凝固，最终在焊缝金属冷却和收缩时会造成开裂。如果问题严重，这些热裂纹很容易被看到，但它们仍是微观裂纹，无法用肉眼看见。

四、对策实施

 1. 提高焊工对不锈钢与碳钢插入式焊接的技巧

  a. 请专家讲述304L不锈钢管与碳钢管插入式焊接的理论与操作要点：①. 多层焊时，底层焊道的焊缝表面应呈凹形或略凸形，为下一层焊道创造熔合的条件。②. 在运条时，若板料是不锈钢，焊条摆动幅度应大致相同，但在不锈钢侧应稍停留长些，焊条角度应多朝向不锈钢侧，以保证组织成分的均匀和融合。③. 适当拉长电弧，增大电流以保证底层母材与母材间、中间层母材与焊缝间、焊缝与焊缝间得到充分熔合。④. 层间清理必须彻底，避免未熔合、夹渣的发生。

  b. 多次组织焊工试验练习，共同讨论交流技法，对成熟部分督促焊工加强练习，使其能够熟练掌握。

  c. 为了增强焊工对技术难点钻研的积极性，我们质量小组在中心领导大力的支持下，共同议定了奖励表彰制度，根据贡献程度的不同对先进者给予表彰奖励。

  2. 查阅不锈钢材料的性能对焊接的影响料，制定应对措施

 根据目前存在的304L不锈钢管焊接的问题，通过小组查阅资料收集信息：

  a. 从化学成分看，304L不锈钢管中铬和镍是碳钢的几十倍，碳大约是普通碳钢的1/2｡

  b. 从物理特性比较，304L不锈钢管的热导率时碳钢管的1/2左右；线膨胀系数比碳钢大约50%｡通过调整工艺参数和改变焊接技法来促进熔合速度，提高元素的熔合比，以保证完全熔合､焊透｡

  3. 制定出合理的焊接工艺参数

   a. 现场通过焊接试件测试调整焊接参数。

   b. 制作焊接工艺规程，加强对施焊人员在焊前的技术交底。

   c. 现场监督检查施焊人员所用的焊接工艺参数。