[发明专利]一种异质奥氏体系钢材焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢材焊接技术领域，尤其涉及一种异质奥氏体系钢材焊接方法。

背景技术

奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18％、Ni 8％～10％、C约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。

发电厂用的锅炉中，通常会选择将备用管材的材质选为1Cr18Ni9Ti，其他管件材质一般选为：备用管材材质选为P22、主蒸气管材质选为A335P91、主给水管材质选为WB36等等。备用管材座焊接接头属于异种钢焊接接头。由于两种材料的化学成分和金相组织存在很大的差异，而且物理性能差别较大，很容易出现大面积焊接缺陷，在运行过程中经常出现开裂现象，形成很大的安全隐患。

例如：

在许多文献资料介绍中，P22+1Cr18Ni9Ti的焊接可采用TIG-R40，也可采用TGS-347焊丝。但这两种工艺在使用过程中比不理想，二者都出现开裂现象。我们在现场处理类似问题时采用Inconel 182焊丝，效果比较好，也有5、6年的成功使用经验，可适用于生产现场。

1Cr18Ni9Ti属奥氏体型不锈耐蚀钢，其具有较高的抗晶间腐蚀性能。在不同浓度，不同温度的一些有机酸和无机酸中、尤其是在氧化性介质中都有良好的耐腐蚀性能。这种钢经过热处理(1050～1100℃在水中或空气中淬火)后，呈单相奥氏体组织，在强磁场中不产生磁感应，该钢具有良好的耐腐蚀性和焊接性。热导率小,在600℃时热导率λ＝24.7/w·(m·k),且线膨胀系数很大，在600℃时其线膨胀系数为18.2×10^-6/℃^-1，易于产生较大的焊接变形，易引起较大的焊接应力。由于导热系数小，在同样焊接电流下得到的焊缝熔深要比耐热钢的大。为了防止焊缝过热，焊接电流应合金耐热钢小10％～20％左右，并且采用小直径焊丝。

P22+1Cr18Ni9Ti焊接时存在的问题：

P22属于Cr-Mo低合金钢，1Cr18Ni9Ti属于奥氏体不锈钢，Cr-Mo低合金钢和奥氏体异种钢焊接，由于两种不同成分、不同晶体结构的金属互相混合，在其熔合线附近出现了化学成分、金相组织、机械性能和物理性能的不均匀性。由于这些不均匀性的存在，给接头的使用安全性造成很大的隐患。珠光体和奥氏体钢焊接时，存在以下主要问题：

1)物理性能的差异：Cr-Mo低合金钢和奥氏体钢的热膨胀系数(20℃～600℃：奥氏体钢的线膨胀系数为18.5×10-6/℃，Cr-Mo低合金钢的线膨胀系数为12.5×10-6/℃)，相差50％左右，在部件承受热循环影响时将会在熔合面处产生较高的热应力，这种高温应力也是造成界面形成焊接裂纹，造成破坏的主要原因。

2)合金元素的过渡：

(1)在焊接过程中通过机械混合和液态的扩散是合金元素溶解。

(2)珠光体钢与奥氏体钢焊接时，形成过渡层将导致：靠金熔合线的珠光体母材上形成脱C层而软化，在奥氏体钢焊缝的一侧则形成高硬度的黑色渗C层，造成该区抗蠕变能力、持久强度和塑性等的下降，造成接头的早期失效。

3)焊接接头的界面应力：焊接接头各区域，由于化学成分和金相组织不同，塑性和硬度韧性也不同，使残余应力分布不均匀，在热循环作用下易产生疲劳裂纹。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够焊接效果好，而且没有焊接裂纹的异质奥氏体系钢材焊接方法。

本发明提供的技术方案是：

一种异质奥氏体系钢材焊接方法，包括以下步骤：一、选择高铬镍奥氏体不锈钢焊丝或镍基焊丝作为焊接材料；二、在备用管材的母材侧用步骤一中的焊接材料堆焊过渡层，并且过度层至少包括两层；三、找好备用管材与备用管材的焊接中心，通过电焊在步骤一中的焊接材料，备用管材与备用管材焊接在一起。

优选地，在步骤二之前还包括对备用管材的清洁步骤，其中清洁步骤之后，备用管材会露出金属光泽。

优选地，在步骤二之前还包括对备用管材加工步骤；对备用管材的机械加工步骤包括将备用管材的开口加工成具有一敞开的开口，并且敞开的开口包括一个与备用管材轴线倾斜的斜面。