2.2.6 奥氏体型不锈钢与珠光体钢及耐热钢组合的焊接应用实例
1.乙烯裂解炉不同炉温段使用12Cr5Mo钢、20Cr25Ni20钢与12Cr18Ni9组合的焊接（12Cr5Mo+20Cr25Ni20，20Cr25Ni20+12Cr18Ni9组合的TIG焊和焊条电弧焊）
（1）工况 乙烯裂解炉炉温600～700℃区域，选用12Cr5Mo（1Cr5Mo）珠光体耐热钢，炉温950～1050℃区域，使用20Cr25Ni20奥氏体型不锈钢，连接法兰用12Cr18Ni9锻件。于是产生了20Cr25Ni20钢+12Cr18Ni9钢与20Cr25Ni20钢+12Cr5Mo钢两类焊接接头。即在同一管路中出现了奥氏体型不锈钢与珠光体耐热钢的焊接，同时也出现了不同牌号的奥氏体型不锈钢的焊接。
（2）焊接性分析 由于20Cr25Ni20钢与12Cr18Ni9钢或12Cr5Mo钢相焊，易产生热裂纹、冷裂纹和σ相析出等。且20Cr25Ni20在600～900℃长期受热，易产生σ相。
（3）焊接工艺 采用手工TIG焊打底焊，焊条电弧焊填充焊。手工TIG焊使用H06Cr23Ni13焊丝。焊条电弧焊对20Cr25Ni20与12Cr5Mo用E309-16（A302）焊条，对20Cr25Ni20与12Cr18Ni9用E310-16（A402）焊条焊第一层，其后采用在A402基础上研制的特种焊条（提高C、N含量，限制Mo、Nb含量），以抗热裂并减少σ相析出。采用V、U形坡口，钝边p为1.0～1.5mm。预热温度对20Cr25Ni20钢与12Cr5Mo钢为360～400℃，层温300℃；对20Cr25Ni20钢与12Cr18Ni9钢为100℃，层温＜150℃。焊后进行1070℃×2h热处理对已生成的σ相进行固溶处理，以减少冷裂纹倾向。
2.Q345（16Mn）锻厚板与06Cr18Ni11Ti的焊接（Q345+06Cr18Ni11Ti组合的焊条电弧焊和埋弧焊）
（1）工况 沥青换热器筒体、封头材料为板厚δ26mm的06Cr18Ni11Ti（0Cr18Ni10Ti）奥氏体型耐热钢，法兰为Q345（16Mn）锻件，每台换热器有两条环缝需焊接。其筒体结构如图2-15所示。
图2-15 换热器筒体结构简图
（2）焊接试验 进行了同组别母材16MnR钢与06Cr18Ni11Ti耐热钢试板的三组焊接工艺试验，前二组均为HJ260焊剂+H12Cr23Ni13（ϕ5mm）焊丝的埋弧焊，以常规热输入焊接出现了穿透性裂纹，以小热输入焊接的侧弯试验不合格。第三组试验先以ϕ4mmA302焊条堆焊过渡层，然后以HJ260焊剂+H06Cr18Ni11Ti（ϕ4mm）焊丝直流正接埋弧焊，结果达到预期目的。
（3）焊接工艺评定 以上述第三组试验为依据，做焊接工艺评定，焊接工艺评定及产品焊接坡口与焊接层次如图2-16a所示，焊接工艺评定的焊接参数见表2-55。试板性能试验及无损检测均合格。
图2-16 焊接工艺评定及产品焊接坡口与焊接层次
a）工艺评定坡口与焊接层次 b）产品焊接坡口与焊接层次
表2-55 焊接工艺评定的焊接参数
（4）产品焊接
1）堆焊过渡层
①在法兰内壁堆焊过渡层，并使之延伸至坡口内侧，堆焊前用丙酮仔细清理坡口内侧的油污等杂物，并用氧乙炔进行烘烤，以防止堆焊时产生气孔等缺陷。
②堆焊时采用小电流、快速多层多道焊，每焊道焊后应及时清理焊渣，以防止夹渣等缺陷产生。
③焊接时分区域进行对称焊，每道相邻焊道重叠1/2，层与层之间交错90°，每焊道焊后冷却至100℃以下，再焊下一焊道。
④每层堆焊后进行100%的着色检测，确认了无任何缺陷后再堆焊下一层，堆焊层厚度为7mm。
⑤堆焊过渡层后，将焊件放上车床进行加工，使坡口面光洁，便于埋弧焊。
2）埋弧焊填充焊
①焊前首先检查焊机是否正接，因直流正接可减少焊缝金属的熔合比。
②焊接时应严格控制焊接热输入，特别是焊接电流和焊接速度，因两者对熔合比的影响最大，在保证焊接质量情况下，尽量选用小电流、大焊接速度。
③正面焊接时背面铺焊剂垫，以防止焊穿。
④每层焊后需及时清理焊渣，层间温度控制在100℃以下。
⑤正面焊后，其背面用碳弧气刨清根，彻底打磨渗碳层后，进行背面焊条电弧焊焊接，再用埋弧焊盖面。盖面层的焊接参数与焊接1～7层时相同。
焊后进行100%的X射线检测，一次合格率为95%，其返修部位也基本是堆焊过渡层时产生的夹渣，经焊条电弧焊一次返修全部合格。
（5）结论
1）不锈钢与低合金异种钢厚板的焊接，通过焊条电弧焊堆焊过渡层，再用埋弧焊焊接完全可以保证产品质量，大大提高了劳动生产率。
2）焊条电弧焊堆焊过渡层时，焊渣应及时清理干净，避免产生夹渣。
3）采用埋弧焊时应严格控制焊接热输入，以便将熔合比控制在最小值，选用铬、镍含量较高的焊接材料，可以得到满意的焊接接头，适用于批量生产。