赵朋
一重集团大连核电石化有限公司技术中心 辽宁大连 116113
摘要：低合金钢和不锈钢异种金属焊接，能够充分发挥各自材质的优点，从而能够达到降低成本、增大材料耐蚀性的目的。然而，由于低合金钢和不锈钢的物理性能及化学成分差异较大，焊接后的性能很难满足使用要求。本文针对20MnNiMo低合金钢和316H不锈钢钢板异种金属，采用在低合金钢侧堆焊不锈钢隔离层之后，再对低合金钢和不锈钢采用焊条电弧焊进行对接焊，经过力学性能及组织分析，试验结果满足使用要求。
关键词：低合金钢；不锈钢；焊条电弧焊
引言
异种结构材料制造的零部件能够充分发挥各自优异的材料物理性能，在船舶、化工、核能、车辆制造等行业中，满足极限条件下服役，或实现节能、低成本运行，是装备制造业中主要采用的实施方案。不锈钢具有耐腐蚀、耐氧化等优良性能，在压力容器等制造中常需要不锈钢与低合金钢焊接成部件，但因低合金钢与不锈钢熔合时，奥氏体形成元素不足，易形成暂稳态的奥氏体或马氏体组织，导致焊缝在近低合金钢侧熔合区易开裂，所以如何解决熔合区附近成分不均、晶粒粗大是低合金钢与不锈钢异质接头亟待解决的重要问题。
1 试验方法
20MnNiMo低合金钢和316H不锈钢对接焊，钢板厚度为40mm，采用低合金钢侧堆焊不锈钢隔离层，单V型坡口进行焊接，焊接接头形式如图1所示。采用规格为Φ4.0mm的ENiCrF-3焊条，以直流反接的形式进行焊接，焊接电流为100-140A，电弧电压为22-28V，焊接速度为100-250 mm/min。在20MnNiMo低合金钢侧隔离层堆焊前对试板进行预热，预热温度大于150°C，堆焊厚度大于5mm的隔离层，道间温度控制在250℃以下，5mm的隔离层堆焊完成后进行大于4小时的后热，后热温度为250-400℃。后续隔离层堆焊无需进行预热，隔离层堆焊厚度保证打磨后至少12mm。20MnNiMo低合金钢隔离层堆焊完成后，与316H不锈钢进行对接焊。焊接完成后试板经过目视检测、渗透检测以及射线检测焊缝均满足探伤要求。试板探伤合格后进行分解试样，按照相关标准进行后续力学性能及组织分析。
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2 试验结果分析
2.1力学性能分析
2.1.1拉伸试验结果分析
依据GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》及GB/T228.2-2015《金属材料 高温拉伸试验》对焊接接头和焊缝金属分别进行常温和350℃高温拉伸试验，试验结果表明：拉伸试样断裂位置均在母材，焊接接头及焊缝金属的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面缩率均满足验收值要求。
2.1.2冲击试验结果分析
依据GB/T 2650-2008《焊接接头冲击试验方法》，将试样制成55mm×10mm×10mm的V型缺口试样，取样位置在T/2板厚，缺口分别开在隔离层、焊缝、两侧热影响区及母材，各取1组进行试验，3个试样为一组。试验结果表明：在常温状态下，隔离层、焊缝、316H侧热区、316H侧母材、低合金钢侧热区、低合金钢侧母材的实际冲击功均大于验收值，满足使用要求。
2.1.3弯曲试验结果分析
依据GB/T 2653-2008《焊接结构弯曲试验方法》，将试样制备成尺寸为10×40×200的弯曲试样4件，压头直径为160mm，弯曲角度为180°，进行侧弯试验。试验结果表明：试样弯到180°后，拉伸面上没有出现特征性开裂，长度在0.4mm以上裂纹为2个，最大单个裂纹长0.77mm，弯曲试验结果满足验收值要求。
2.1.4硬度试验结果分析
依据GB/T 2654-2008《焊接结构硬度试验方法》，采用维氏硬度，试验载荷为10kg，对焊缝、隔离层、两侧热影响区及母材进行硬度测定，测定部位包括：距上、下表面2mm的平行线；与母材表面平行，T/2处的接头平行线；与母材表面垂直的离焊缝截面中心线一定距离的母材测定线，在上下近表面、T/2处各测量3点；测点距离：母材为1mm，热影响区为0.5mm，各区的测点数为3点。测量结果表明：维氏硬度值均小于210，满足验收值要求。
2.2金相检验分析
2.2.1宏观检测分析
依据GB/T 226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》将试样制备成尺寸为10×40×100的试样1个，经10倍放大检查，试样无未熔合、未焊透、裂纹和尺寸及其他有害缺陷，结果表明宏观检测满足验收要求。
2.2.2微观检测分析
依据GB/T13298《金属显微组织检验方法》将试样制备成尺寸为20×20×20的金相试样1个，经显微镜200倍观察发现，20MnNiMo侧母材及热区的组织为索氏体+贝氏体。隔离层、焊缝、316H侧热区及316H侧母材的组织为奥氏体。同时低合金钢侧无显微裂纹和其他异常组织，不锈钢侧、对接焊缝区、隔离层无显微裂纹及影响接头性能的沉淀物，试验结果满足微观检测验收要求。
3 结论
本文通过对20MnNiMo低合金钢和316H不锈钢钢板采用焊条电弧焊，在低合金钢侧堆焊不锈钢隔离层再与不锈钢进行对接焊，焊后试样依据相关标准，经过拉伸、冲击、弯曲及硬度力学性能检测，以及宏观及微观金相检验，试验结果均满足标准要求，表明此种焊接工艺方法具有良好的使用性能和组织稳定性，能够在实际产品焊接中进行应用。
参考文献
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