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异种钢焊接材料选用原则

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表5-5-32 异种钢焊接材料的选用原则
异种钢 焊材选用原则 说明 事例及释义
类别 定义 工况 原则

同种异材钢低碳钢和低合金钢有时又称为铁素体钢，它们之间的焊接以及不同材质的低合金钢之间的焊接都属于同种异材钢的焊接 － 按低匹配原 则选用焊接 材料 选用与强度级别较低或合金元素含量较低侧相匹配的焊接材料 20#钢与19Mn6焊接，可以选用与20#钢相匹配
的焊接材料，如E5015、ER49-1等进行焊接

－ 按照中匹配 原则选用材 料 选用介于两者质之间的焊接材料 SA213-T91与SA213T22焊接如选用2.25Cr-1Mo
焊接材料焊接，在T91侧的熔合线附近会产生严
重碳迁移现象，造成T91钢焊缝侧严重脱碳，组
织软化，硬度偏低，而母材侧严重增碳，造成硬
度增加、组织淬硬，易产生裂纹，使焊接接头性
能恶化，所以应该选用中间化学成份的5Cr-1Mo
焊接材料进行焊接。有的资料介绍，这种情况下
也可以选用高匹配的焊接材料进行焊接，因为焊
缝金属与高合金钢性能基本相同，而低合金钢侧
热影响区由于塑性较好，即使有增脱碳层，也不
容易产生裂纹，因此可以选用9Cr-1Mo焊接材料
焊接

异种异材钢两侧有一侧为奥氏体不锈钢的焊接称为异种异材钢的焊接，如碳钢、低合金钢与奥氏体不锈钢的焊接。 承载承压的异种钢接头工作温度低于325℃ 选用高Cr、Ni含量的奥氏体焊接材料 按照舍非勒组织图，并根据Cr、Ni当量加以选择 异种异材钢存在的问题 两种钢材在化学成份上差异较大，造成焊
缝金属的稀释，在过渡区会形成马氏体带

承载承压的异种钢接头工作温度高于325℃时 选用镍基焊接材料 因为镍会使过渡区减小，从而最大限度地减少马氏体组织，并限制碳迁移，以减少增、脱碳现象。此外，镍基材料的热膨胀系数介于两者之间，这样可降低接头的热应力，大大改善接头的高温性能 两种钢材的Cr、Ni含量差距造成碳迁移，
形成增、脱碳层，使焊接接头高温持久强
度和塑性降低

两种钢材的热膨胀系数相差较大，焊接接
头必然产生较大的热应力

工作在高温下应选用价格便如果选用镍基材料， 事例
的非承载的异种异材钢焊接接头 宜，性能匹配的焊接材料 则制造成本太高 锅炉受热面管子与附件之间的角焊缝，如
果管子为碳素钢或低合金钢，附件为不锈
钢，则手工电弧焊时可以选用AWS 的
E7018-A1（GB E5018-A1）作为焊接材料；
如果管子为不锈钢，附件为碳素钢或低合
金钢，则手工电弧焊时可选用E309Mo（L）
作为焊接材料

5.2 新型铁素体耐热钢与其它耐热钢异质接头焊接及焊后热处理工艺
新型9%~12%Cr铁素体耐热钢与低合金耐热钢焊接（以P91与P22钢为例）
(1) 焊接材料选用的可能类型
美国AWS D10.8和英国BS2633工艺标准提供了一些指导性意见。在AWS D10.8中列
举了四种可能的选择。
a) 焊缝成分与低合金钢一侧材料的成分一致（低匹配）。
b) 焊缝金属与高合金材料侧成分一致，用9Cr-1Mo-V合金系统焊材（即高匹配）。
c) 焊缝金属取两种材料中间的成分如5CrMo或9CrMo（各部中间匹配）。
d) 焊缝金属采用镍基合金焊材。
(2) 焊接材料选用的原则及规范
a) 基本原则 焊缝金属须至少等于或高于两种材料中强度较低的一种钢，一般选择均
偏向取低合金成分。
b) BS2633规范与基本原则相似，但建议涉及P91钢的异种钢焊接时，宜选用9CrMo
焊材。尤其强调了镍基合金材料的采用。
c) AWSD 10.8规范则认为无须使用镍基，除非P91钢是与奥氏体不锈钢或镍基合金相
焊接。
d) 镍基合金的使用在一定程度上影响NDT检测的范围。
(3) 焊接及焊后热处理工艺规范的规定
a) 最合适的焊后热处理规范在P91异种钢焊接中极为重要。
b) 回火温度要兼顾平衡P91与P22（或其他低合金钢）的适用范围以及焊缝金属的最
佳温度范围。如P91为730℃~790℃，而P22为680℃~720℃，因此BS2633标准提出P91
这种异种钢接头的热处理规范应是一种折衷的效果。
c) 回火温度具体确定一般采用P91钢的最低允许回火温度，但为取得最佳的抗蠕变性
能，则应采用低合金钢侧的最高允许温度。
d) P91与P22异种钢常用回头规范为720℃~730℃，保温时间要应壁厚确定。
i.此规范能对P91钢HAZ进行足够的回火，而不会造成对P22钢的过回火；但不能有
效地对采用2CrMo或9CrMo焊材的焊缝进行热处理。
ii.此规范对采用P91类材料的焊缝回火温度则过低，此时，可采用746℃×2h规范。
iii.对尺寸小一些的管道（δ<10mm）保温时间0.5h。
e) 焊后热处理对接头成分与性能的影响
i.焊后热处理的不利影响是由于它会促使熔合线附近的碳元素向含Cr高的一侧扩散偏
析，其结果将导致靠近含Cr低的合金钢一侧的焊缝脱碳软化，依成分不同，这一脱碳区可
能处于焊缝中或低合金母材一侧的HAZ。
ii.脱碳程度不严重，受冲击断裂区一般仍会落在低合金一侧的母材HAZ（如P22钢的
“第四类”软化区）。
iii.目前，不同机构对焊接材料的选择大都受到他们对这一问题的判断的影响。
f) 试验表明，用2CrMo焊接材料焊接P91与P22钢异种接头可获得满意的性能。这也
支持了许多机构的看法和AWSD10.8规范的推荐意见。
g) P22与P91焊先在P22侧堆焊P91（过渡层）经760℃热处理后用P22材料焊接的接
头的进行720℃处理对现场十分有意义。
h) 工艺规范（参考文献[12]P7 图6、图7、图11）。
综上所述对不同化学成分的新型铁素体耐热钢（异种）焊接，要获得优质的焊接接头必
须首先选择合理的焊接材料，其次是确定科学合理的焊后热处理工艺规范。这是异种钢焊接
工艺的两个关键，对异种钢焊接接头性能具有决定性作用。

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S31603和Q345R异种钢焊接工艺

S31603和Q345R异种钢焊接工艺

S31603和Q345R异种钢焊接工艺史维琴【摘要】某再生塔塔体由两部分组成,上部分材特Q345R,下部分材料S31603,其终止焊缝为S31603和Q345R异种钢焊接,在工艺评定弯曲试验时Q345R侧发生开裂.从选择合适的焊接方法、焊接坡口、焊接材料、焊接热输入、预热和层间温度等方面分析、探讨,并制作模拟件,确定合适的焊接工艺,保证了S31603和Q345R异种钢焊接接头的性能.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2013(043)009【总页数】3页(P75-77)【关键词】S31603;异种钢;模拟件;焊接工艺【作者】史维琴【作者单位】常州工程职业技术学院机械系,江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TG457.10 前言某再生塔塔体由两部分组成，上部分为12 mm的低合金钢Q345R，按照产品技术要求必须进行620℃±20℃热处理；下部分为16 mm的奥氏体不锈钢S31603，不允许进行热处理。

产品的终止焊缝是S31603和Q345R异种钢对接。

为此进行了焊接工艺评定试验，其弯曲试样在Q345R侧发生开裂，如图1所示。

为此，从Q345R与S31603异种钢的焊接性，以及选择焊接方法、焊接坡口、焊接材料、焊接热输入、预热和层间温度等方面分析、探讨产生开裂的原因，并焊接模拟件，确定合适的焊接工艺，来保证其焊接接头的性能。

1 焊接性分析图1 开裂的弯曲试样Q345R是低合金钢，常温组织是珠光体，S31603是奥氏体不锈钢。

其化学成分、金相组织、物理性能和力学性能等方面有较大差异[1]，焊接时容易出现以下问题：（1）焊缝金属受到Q345R钢的稀释，在紧靠Q345R钢一侧熔合线的焊缝金属中，会形成和焊缝金属内部成分不同的过渡层。

离熔合线越近，Q345R钢的稀释作用越强烈，过渡层中含铬、镍量也越少，此时过渡层可能会出现高硬度的马氏体或奥氏体+马氏体区组织。

（2）在焊接高温下，Q345R钢与S31603钢界面附近发生反应扩散而使碳迁移，在Q345R钢侧形成脱碳层而软化，在S31603钢侧形成增碳层而硬化。

常用异种钢焊接选用的焊接材料

常用异种钢焊接选用的焊接材料

E309—15（GB/T983）
A307
H1Cr24Ni13
HJ260
Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与1Cr5Mo
E4315
（GB/T5118）
J427
H10MnSi
（GB/T14957）
H08MnA
（GB/T14957）
HJ401—H08A
（GB/T5293）
07MnNiCrMoVDR、10Ni3MoVD
E4315
J427
H10MnSi
（GB/T14957）
H08MnA
（GB/T14957）
HJ401—H08A
（GB/T5293）
HJ431
H08Mn2SiA
（GB/T14958）
Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与0Cr18Ni9（304）、0Cr18Ni10Ti（321）、
E310—16
E310—15
（GB/T983）
A402
A407
H1Cr26Ni21
12CrMo、12CrMoG、15CrMo、15CrMoG、15CrMoR、14Cr1Mo、14Cr1MoR、12Cr1MoV、12Cr1MoVG与12Cr2Mo、12Cr2MoG、12Cr2Mo1、12Cr2MoR
E5515—B1
E5015
E5515—G
（GB/T5118）
J507J557
E310—15
（GB/T983）
不热处理时
A407
H1Cr24Ni13
13MnNiMoNbR、18MnMoNbR、
20MnMoNb、07MnMoVR与0Cr18Ni9（304）、0Cr18Ni10Ti（321）、
T91与12Cr1MoV异种钢焊接选用焊丝TiG

T91与12Cr1MoV异种钢焊接选用焊丝TiG

T91与12Cr1MoV异种钢焊接选用焊丝TiG-R40 φ2.5焊条R407 φ3.2]T91是一种改进的9Cr-1Mo钢，属于马氏体耐热钢，由于具有良好的热强性和热物理性能，在我国新建高参数机组及部分老机组的改造中，以其代替价格昂贵的TP304H、焊接性差的F12钢，及热强性较低的T22、P22钢已成为一种趋势。

该钢将在我国电站用钢中具有广泛的应用前景。

我公司承建禹州电厂2X350MW机组中，锅炉过热器管排焊口就为T91/12Cr1MoV异种钢的焊接。

对于12Cr1MoV钢的焊接，已有成熟的焊接工艺，但对T91/12Cr1MoV异种钢的焊接，我们施工中还是首次碰到，本文主要针对T91/12Cr1MoV异种钢Ws/Ds的焊接进行试验，取得科学的焊接工艺用于指导现场生产。

1、焊接性分析T91钢属空冷马氏体钢，其合金元素总含量超过13%，淬硬倾向大，冷裂纹敏感性大。

12Cr1MoV钢是一种综合性能较好的珠光体耐热钢，其碳当量Ceq=0.59%，焊接性能相对较好，淬硬及冷裂倾向小。

T91与12Cr1MoV异种钢之间的焊接难度大，易产生各种缺陷，尤其是冷裂纹的倾向大，与T91同种钢的焊接对冷裂纹的倾向相当。

必须采用合理的焊接工艺才可保证焊缝的焊接质量。

2 焊接工艺试验2.1试验主要材料T91 钢管φ51X712Cr1MoV 钢管φ51X7 氩气纯度99.95%焊丝TiG-R40 φ2.5焊条R407 φ3.2试验用焊接钢材的化学成分见表1表1试验所用母材、焊材化学成分（Wt%）2.2 焊接方法：Ws/Ds2.3 坡口型式：V型坡口角度α=35°；对口间隙2.5~3.5mm2.4 焊接工艺参数（1）水平固定，焊接工艺参数见表2（2）垂直固定，焊接工艺参数见表32.5焊接加热规范试验国内外不同资料对T91小径管的焊接加热规范要求不一，如国外某些资料对8mm以下的T91小径管的焊接要求层间温度为180~250℃，焊后回火为760℃X0.5h；而国内国家电力瓮火电建设部的《T91/P91钢管焊接工艺暂行规定》则规定的焊接层间温度为300~350℃，焊后回火为750±℃X1h。

异种钢管道焊接施工工艺标准

异种钢管道焊接施工工艺标准

异种钢管道焊接施工工艺标准1 目的为了规范公司压力管道焊接施工工艺，保证焊接质量，特制定本工艺标准。

2 适用范围本工艺标准适用于公司承接的碳钢与不锈钢、碳钢与低合金钢、碳钢与耐热钢等异种钢管道焊接施工。

焊接方法包括：钨极氩弧焊、焊条电弧焊等。

本工艺标准与下列技术条件同时使用：a)产品图样；b)有关焊接技术条件。

3 引用标准GB50236 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》QJ/JA113.1 《一级库焊接材料管理制度》QJ/JA113.2 《二级库焊接材料管理制度》QG/JA33.01 《压力管道安装质量保证手册》《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》4 施工准备4.1 焊工要求焊工必须预先经过焊接基本知识和操作技能培训，并按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》进行考试，取得相应焊接方法、钢材种类、厚度、焊缝位置的特种设备作业人员资格项目，方能上岗施焊。

4.2 机具要求4.2.1 焊接设备满足焊接工艺要求，电流表、电压表等仪表处于正常工作状态。

4.2.2 予热及热处理设备完好，性能可靠，检测仪表处于正常工作状态。

4.2.3 焊工所用的焊条保温筒、角向磨光机、刨锤、钢丝刷齐全。

4.3 材料要求4.3.1 焊接材料应有产品质量证明书，并符合相应标准的规定。

有受潮、雨淋、破损现象的焊条不得入库。

4.3.2 焊条必须在干燥通风良好的室内仓库中存放。

施工现场应配有符合要求的固定或移动焊条库。

焊条的贮存与保管按QJ/JA113.1《一级库焊接材料库管理制度》中的规定执行。

4.3.3 焊条使用前必须烘干，烘干工艺和领用要求按QJ/JA113.2《二级库焊接材料管理制度》中的规定执行。

4.3.4 焊丝使用前，应去除表面的油、锈等污物。

4.3.5 氩气纯度应不低于99.96%。

4.4 环境要求4.4.1 焊接环境出现下列任一情况时，须采用有效的防护措施，否则禁止施焊。

a)风速：氩弧焊时大于2m/s，焊条电弧焊时大于8m/s；b)焊接电弧1m范围内的相对湿度大于90%;c)雨雪环境；d)焊件温度低于-20℃；4.4.2 当焊件温度为0～-20℃时，应在始焊处100mm范围内预热到15℃以上。