1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術

1 某水庫檢修閘門門槽主軌設計采用的結構是斷面為40×60mm的1Cr13不銹鋼焊接固定在厚度為50mm的Q235鋼板上。由于兩種材料的熱導率和線膨脹系數有很大差異，為了保證焊接質量，認真分析了兩種材料的焊接性能及存在的問題，并據此制定了具體的焊接工藝措施。

2　焊接性能分析

1Cr13不銹鋼和Q235碳鋼的化學成分及物理性能如表1、2所示。

1Cr13不銹鋼的Cr含量在11．5％～13．5％，同時匹配有不大于0．15％的C，Cr本身能增加鋼的奧氏體穩定性，加入碳后經固熔再空冷會發生馬氏體轉變，因此1Cr13不銹鋼焊縫和熱影響區焊后狀態的組織為硬脆的馬氏體組織。另外，1Cr13的碳當量約為2．76％，因此它的焊接性較差。由于1Cr13不銹鋼的導熱性較Q235碳鋼差，焊接殘余應力較大，加之本閘門主軌的剛度較大，所以從高溫直接冷卻到100～120℃以下時很容易產生冷裂紋。由于焊接熱循環的作用，1Cr13不銹鋼有較大的過熱傾向，晶粒易粗化，熱影響區會出現粗大的鐵素體和炭化物組織，塑性降低，冷卻時能引起脆化，如果再有氫的作用，冷裂紋的傾向就更加明顯。

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術

3　焊接中的主要問題

由于1Cr13不銹鋼和Q235碳鋼化學成分差異很大，因此它們的焊接屬于異種鋼焊接，要在熔焊的條件下獲得可靠的焊接接頭存在許多問題。

3．1　熱導率和比熱容的差異

金屬的熱導率和比熱容強烈地影響著被焊材料的熔化、熔池的形成，以及焊接區溫度場和焊縫的凝固結晶。1Cr13不銹鋼熱導率約為Q235碳鋼的一半，這么大的差異可使兩者的熔化不同步，熔池形成和金屬結合**，導致焊縫結晶條件變壞，焊縫性能和成形**。

3．2　線膨脹系數的差異

由于1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的線膨脹系數不同，造成它們在形成焊接連接之后的冷卻過程中，焊縫兩側的收縮量不同，導致焊接接頭出現復雜的高應力狀態，進而加速裂紋的產生。

3．3　1Cr13不銹鋼和Q235碳鋼焊接時同樣存在焊縫稀釋和形成過渡層的問題，導致Q235碳鋼一側焊縫形成脫碳層而1Cr13不銹鋼一側形成增碳層，隨著擴散的持久，使Q235碳鋼一側的含碳量降低，變成了鐵素體組織，并使焊接接頭的焊縫組織成為奧氏體加鐵素體。

4　焊接工藝措施

為了獲得無裂紋的焊接接頭，應盡量避免焊接接頭熔合線組織與焊縫金屬的不一致性，使1Cr13不銹鋼一側沒有顯著的稀釋現象，在工藝上采取了以下措施：

4．1　正確選擇焊接材料

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼焊接接頭的焊縫金屬化學成分主要取決于填充金屬。為了保證結構使用性能的要求，焊縫金屬的成分應力求接近于其中一種鋼的成分。為了盡量減小構件的焊接變形，采取了兩名電焊工對稱焊接的手工弧焊方法，焊條選用E5015（或E309），焊縫金屬的Cr當量為5％～6％，經回火處理后具有良好的力學性能。

4．2　預熱溫度和層間溫度

焊前預熱和層間溫度的控制對減少裂紋的形成有一定影響。預熱溫度過高，會導致焊縫的冷卻速度變慢，有可能引起焊接接頭晶粒邊界碳化物的析出和形成鐵素體組織，大大地降低接頭的沖擊韌性。預熱溫度過低，則起不到預熱的作用，無法防止裂紋的形成。1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼焊接的預熱溫度和層間溫度要控制在150～300℃。

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術

4．3　焊后溫度的控制及回火熱處理

焊后必須緩慢冷卻至100～150℃，保溫0．5～1h，使焊接接頭的組織全部轉變為馬氏體，隨后才能升溫回火，進行熱處理。回火溫度應控制在700～730℃范圍內，保溫時間在4～5h。1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術

4．4　操作工藝

為防止不銹鋼焊接一側晶體粗大，產生脆化和裂紋，還要采取以下工藝措施：1選用小的熱輸入，小的焊接電流，較快的焊接速度。2采用短弧焊，電弧稍偏向碳鋼母材側，使兩母材金屬受熱均勻一致。3由于需要多層焊，前一層焊縫冷卻至200～300℃后焊下一道焊縫。4焊后進行緩冷。具體焊接工藝參數選擇如表3。

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術

5　結語

對于1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接，采用手工電弧焊，焊條選用E5015或E309，選擇合適的焊前預熱溫度、焊接電流及速度等焊接工藝參數并進行適當的焊后熱處理，就能獲得良好的焊接效果，滿足焊接結構的使用要求。1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術

本工程由于采用了合理的焊接材料和焊接工藝，焊接接頭成形良好，未見裂紋的產生。