压力管道工程中的异种钢焊接要点

文章来源：压力管道人 编辑：西安华道安创

参考规范

      SH3526-2015 石油化工异种钢焊接规范
      DL752-2010 火力发电厂异种钢焊接技术规程

碳钢与不锈钢复合钢板的焊接

      首先应该清楚，碳钢-不锈钢复合板是利用其较薄的不锈钢复层具有抗腐蚀性能较好的特点来工作的，此时不能在焊缝处破坏其耐蚀性，也就是说，焊缝处的内侧应保留不锈钢的成分和耐腐蚀性。对此，工程上常采用加过渡层的方法进行焊接，即复层的焊接材料应选用相应的不锈钢材料，在焊完复层后，清除干净焊渣和飞溅物，然后再焊接过渡层。过渡层的焊接材料应选用合金含量(尤其是镍含量)较高的材料，以防止由于基层的稀释而产生不良影响。最后焊接基层(即碳钢层)。焊接基层的过程中，应尽可能采用小电流、小直径、高速度的焊接参数，以免基层金属溶人到复层中。

碳钢与碳钼钢的焊接

      可以肯定地说，此时的焊接接头不会用于高于碳钢使用条件的工况下，故焊缝金属的性能只要不低于碳钢的性能即可。由于常用铬钼钢的合金含量比较低，经碳钢稀释后，其性能没有发生太大的变化。而碳钢(一般为低碳钢)又与铬钼钢的含碳量差别不太大，也就是说铬钼钢对碳钢的含碳量不敏感，故此接头的组织和性能均不会产生突变。焊接时只要按照焊接性较差的铭钼钢选择焊接工艺条件即可。一般情况下，焊接材料宜选比铬钼钢合金元素含量稍低的焊接材料，以降低碳钢侧的淬硬性。焊前预热和焊后热处理按碳钼钢的来执行。

碳钢与不锈钢的焊接

      它与碳钢-不锈钢复合钢板不同，其焊接接头不要求具有不锈钢的耐腐蚀性能，因此不必采用过渡层焊接，也不要求在超过碳钢允许的温度以上工作。因此，此时的焊接接头性能只要不低于碳钢母材金属即可。但是，由于不锈钢合金含量较高，而它的含碳量又比碳钢低许多，因此，虽然二者单独焊接时，可焊性比较好，但二者相互交融稀释的结果，会形成一系列不同组分的高碳合金，这些合金当中有些具有较大的淬硬倾向。又由于碳钢和不锈钢的热胀系数差别较大，故存在较大的热应力，此时的焊接接头可能会出现热裂纹和冷裂纹等一系列问题。
      首先，在焊缝金属中，由于同时熔入了碳钢和不锈钢，因为稀释作用而产生部分马氏体组织，使焊接接头的塑性和韧性变差，容易产生冷裂纹;其次是由于不锈钢侧含碳量较低，碳钢侧含碳量较高，在高温下(无论是焊接过程，热处理过程,还是正常的工作中)，碳元素会发生由碳钢侧向不锈钢侧的迁移，从而造成碳钢侧因含碳量降低而强度下降，而不锈钢侧因含碳量的增加而耐蚀性降低;第三，由于碳钢和不锈钢的热膨胀系数差别较大，故会在接头的径向产生一个较大的热应力，这个热应力与其他应力叠加的结果会导致热裂纹的产生。如果此类接头工作在有温度循环的工况，其热应力会使它很快发生疲劳破坏。由此可见，工程中应尽可能避免碳钢和不锈钢的焊接接头，因为它不仅具有一般的焊接缺陷，还存在上述的一些特有缺陷。事实上，对于所有的异种钢接头，都有不同程度的特别缺陷，故在设计中，尤其是重要的管道设计中，应尽可能采用法兰连接去实现材料的分界。
      解决或缓解碳钢与不锈钢接头缺陷的办法是采用高铬镍焊接材料。高铬镍焊接材料可以补偿碳钢对不锈钢的稀释作用，同时镍又能阻止碳的迁移。焊接接头最好进行焊后热处理，以消除马氏体可能带来的延迟裂纹。

碳钼钢与不锈钢的焊接

      铬钼钢与不锈钢的焊接既具有碳钢与不锈钢焊接相似的特殊问题，又具有铬钼钢本身可焊性差的问题，并且这样的接头又是用在使用条件较苛刻(一般是用在高温下，例如加热炉炉管与工世管道的连接处)的情况下，故工程上应力求避免这种按头的出现。如果不可避免倍钼钢与不锈钢的连接时，应采用法兰连接。

总结

      一、异种钢没有什么不可以焊接的。但要看使用的环境和场合。对于强调强度的场合，如管道支架，任何不与工艺管道直接相连的焊口若可异种钢焊接。
      二、对于工艺管道之间的连接、工艺管道与管架附着件的连接，任何不恰当的接头，可能影响管道的密封进而导致安全风险，应慎重考量。
      三、但即便用于强调密封的与主工艺管道焊缝，比如碳钢与低碳钼钢的焊接，合金含量相当的钢种之间焊接是不存在大的技术问题的，但热处理、焊接材料选用等要参考较高等级的钢种要求，使用环境要参考较低等级钢种的要求。但碳钢与不锈钢、碳钼钢与不锈钢原则上应避免在与工艺管道直接相连的焊口上采用异种钢焊接。
      四、类似于SH3526的标准，各组别间的钢种尽管为异种钢，直接焊接是没有问题的。再进一步，各类别间焊接，认真策划焊接技术方案，进行焊接工艺评定也是可以接受的。
      五、对于苛刻工况（高温高压高腐蚀场合），若介质既非同级、又非同组，合金含量也不相近，还是尽量避免法兰连接为好。

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