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摘要：文章通过对低温钢与奥氏体不锈钢异种钢焊接性分析，介绍了A333GR.6与304L异种钢管道焊接接头的焊材选用、焊接工艺及焊接过程中的注意事项。实践证明，合理控制焊接工艺，能够获得满意的异种钢接头，保证工程的安全运行。
关键词：异种钢；焊接材料；焊接工艺
中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0076-02
在石油化工行业中，异种钢的焊接应用越来越多。异种钢焊接结构除了能满足耐高温、耐腐蚀和耐磨损的要求外，还能节省成本，节约使用大量的贵金属，因此，异种钢焊接方法已成为石油化工行业中非常重要的一种焊接方法。A333GR.6低温钢和304L奥氏体不锈钢都是美国ASTM牌号的钢种，已广泛应用于石油化工建设行业中，但这两种材质的异种钢焊接目前经验较少，为保证接头的焊接质量，对其焊接工艺进行具体的分析，并为同类焊接提供经验。
1 两种异种钢焊接性分析
A333GR.6属于低温用碳钢，通常在最低冲击温度为-46℃的条件下使用；A312GR.304L为奥氏体不锈钢，通常可用于温度达-196℃的工况。两种材质都可用于低温工况，分属低温用钢的无镍钢和含镍钢。
两种钢的化学成分和力学性能如表1和表2所示。
A333GR.6低温钢含碳量较低（一般在0.10%～0.24%之间），淬硬及冷裂倾向都较小，韧性和塑形较好，焊接时一般不易产生硬化组织和裂纹缺陷。A312GR.304L奥氏体不锈钢具有超低的碳含量，使得在近焊缝的热影响区中尽量少地析出碳化物，从而大大地降低晶间腐蚀的风险。
由于两种钢的组织形态完全不一样，物理性能和化学成分差别较大，在焊接过程中易出现以下问题：（1）焊缝金属的稀释。如果焊缝填充金属成分不当，易导致焊接接头合金元素被稀释，形成奥氏体的元素含量不足，接头出现淬硬组织，从而导致接头性能的下降；采用Ni>12%的焊接材料，能有效避免焊缝中淬硬组织的产生。（2）过渡层的形成。在焊缝熔池边缘部位，母材的稀释作用比焊缝中心突出，Cr、Ni含量会远低于焊缝中心的含量，从而形成与焊缝内部金属成分不同的过渡层。（3）C的高温扩散迁移。焊接接头处于高温过程中时，熔合区发生扩散，使C迁移，结果在碳钢母材侧形成脱碳层，在不锈钢母材侧形成增碳层，使该区抗蠕变能力、强度和塑形等力学性能下降，造成接头的早期失效。（4）接头残余应力。由于两种钢的线膨胀系数不同以及奥氏体钢较差的导热性，在焊接后容易产生较大的残余应力，所选择的焊接材料性能须介于两种钢的线膨胀系数之间，以降低接头的残余应力。
因此，为了保证焊接质量，避免上述问题的出现，必须制定出合理的焊接工艺。
2 异种钢焊接工艺
2.1 焊接方法的选择
A333GR.6与A312GR.304L焊接，应选用熔合比小、稀释率低的焊接方法。钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接方法可以尽量降低焊接接头的缺陷，并能保证管道内壁清洁和焊缝根部质量。
2.2 焊材的选用
异种钢焊接材料选用的基本原则可分以下三种：（1）低匹配原则。与异种钢焊接接头合金质量分数较低一侧母材金属成分相同的材料；（2）高匹配原则。与异种钢焊接接头合金质量分数较高一侧母材金属成分相同的材料；（3）等强匹配原则。介于异种钢焊接接头两侧母材金属中间成分的材料。
对于A333GR.6与A312GR.304L异种钢焊接，采用高匹配原则选择材料，即选用Cr-Ni奥氏体钢材料作为焊接材料。焊材的选用及成分见表3及表4。
2.3 焊接工艺
焊接接头的型式如图1所示。角焊缝焊接接头如（a）、（b）所示，对接焊缝焊接接头如（c）、（d）所示。其中（c）为薄壁厚接头，壁厚过厚时采用（d）型式接头，以保证焊缝熔合良好。
图1 焊接接头的型式
A333GR.6与A312GR.304L焊接时，线能量的控制应非常严格，线能量过大，会促使过渡层形成和碳迁移发生，线能量过小，造成冷却速度增加，会促使碳钢母材侧生成马氏体而形成冷裂纹。综合考虑，选择表5中的焊接工艺参数进行焊接。
层间温度应控制在80℃范围，采用小电流快速施焊。对于此类异种钢焊接接头不能采用焊后热处理的工艺，否则会因为碳的扩散导致焊缝组织的恶化。
2.4 力学性能试验及结果
按照《钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义》（ASTM A370）进行焊接试件的拉伸和弯曲试验。拉伸试验结果合格，试样断裂于母材侧；面背弯试样弯曲角度180°，未出现开裂现象。
3 焊接要点
（1）严格按照焊接工艺参数施焊，尽量保证每条焊缝一次焊完。如果焊接中断，应采取缓冷措施。
（2）母材表面严禁电弧擦伤。收弧过程中弧坑处易出现微裂纹，应注意控制收弧时的焊接质量。
（3）采用钨极氩弧焊打底时，焊接接头背部应充氩保护。焊枪喷嘴处应提前送气，滞后停气。
（4）采用小电流、低电压、快速焊的焊接方式，严格控制焊接热输入。根焊完成后应尽快进行填充层的焊接。
（5）手工电弧焊应及时清根，如发现裂纹、夹渣、未熔合、咬边等缺陷，应及时修补。
（6）焊接缺陷最多允许返修两次，若仍不合格，应割口，按照完整的焊接工艺重新进行焊接。
4 结语
采用以上焊接工艺对接头进行焊接，焊缝外观成形良好，目视检测无表面裂纹、无咬边。进行100%射线探伤，未发现裂纹、未熔合、夹渣等缺陷，焊缝Ⅱ级合格。实践证明，A333GR.6与A312GR.304L异种钢焊接接头焊材选用正确，焊接工艺参数制定合理，焊接质量良好。
参考文献
[1] 韩炜.低碳钢与不锈钢异种钢焊接性分析及应用[J].
宁夏机械，2005，（3）：10-13.
[2] 李志娟，田波清，肖志勇.A333-6低温钢管道的焊接
[J].石油工程建设，2009，（2）：58-59.
[3] 现场设备工业管道焊接工程施工规范（GB50236-
2011）[S].
关键词：异种钢；焊接材料；焊接工艺
中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0076-02
在石油化工行业中，异种钢的焊接应用越来越多。异种钢焊接结构除了能满足耐高温、耐腐蚀和耐磨损的要求外，还能节省成本，节约使用大量的贵金属，因此，异种钢焊接方法已成为石油化工行业中非常重要的一种焊接方法。A333GR.6低温钢和304L奥氏体不锈钢都是美国ASTM牌号的钢种，已广泛应用于石油化工建设行业中，但这两种材质的异种钢焊接目前经验较少，为保证接头的焊接质量，对其焊接工艺进行具体的分析，并为同类焊接提供经验。
1 两种异种钢焊接性分析
A333GR.6属于低温用碳钢，通常在最低冲击温度为-46℃的条件下使用；A312GR.304L为奥氏体不锈钢，通常可用于温度达-196℃的工况。两种材质都可用于低温工况，分属低温用钢的无镍钢和含镍钢。
两种钢的化学成分和力学性能如表1和表2所示。
A333GR.6低温钢含碳量较低（一般在0.10%～0.24%之间），淬硬及冷裂倾向都较小，韧性和塑形较好，焊接时一般不易产生硬化组织和裂纹缺陷。A312GR.304L奥氏体不锈钢具有超低的碳含量，使得在近焊缝的热影响区中尽量少地析出碳化物，从而大大地降低晶间腐蚀的风险。
由于两种钢的组织形态完全不一样，物理性能和化学成分差别较大，在焊接过程中易出现以下问题：（1）焊缝金属的稀释。如果焊缝填充金属成分不当，易导致焊接接头合金元素被稀释，形成奥氏体的元素含量不足，接头出现淬硬组织，从而导致接头性能的下降；采用Ni>12%的焊接材料，能有效避免焊缝中淬硬组织的产生。（2）过渡层的形成。在焊缝熔池边缘部位，母材的稀释作用比焊缝中心突出，Cr、Ni含量会远低于焊缝中心的含量，从而形成与焊缝内部金属成分不同的过渡层。（3）C的高温扩散迁移。焊接接头处于高温过程中时，熔合区发生扩散，使C迁移，结果在碳钢母材侧形成脱碳层，在不锈钢母材侧形成增碳层，使该区抗蠕变能力、强度和塑形等力学性能下降，造成接头的早期失效。（4）接头残余应力。由于两种钢的线膨胀系数不同以及奥氏体钢较差的导热性，在焊接后容易产生较大的残余应力，所选择的焊接材料性能须介于两种钢的线膨胀系数之间，以降低接头的残余应力。
因此，为了保证焊接质量，避免上述问题的出现，必须制定出合理的焊接工艺。
2 异种钢焊接工艺
2.1 焊接方法的选择
A333GR.6与A312GR.304L焊接，应选用熔合比小、稀释率低的焊接方法。钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接方法可以尽量降低焊接接头的缺陷，并能保证管道内壁清洁和焊缝根部质量。
2.2 焊材的选用
异种钢焊接材料选用的基本原则可分以下三种：（1）低匹配原则。与异种钢焊接接头合金质量分数较低一侧母材金属成分相同的材料；（2）高匹配原则。与异种钢焊接接头合金质量分数较高一侧母材金属成分相同的材料；（3）等强匹配原则。介于异种钢焊接接头两侧母材金属中间成分的材料。
对于A333GR.6与A312GR.304L异种钢焊接，采用高匹配原则选择材料，即选用Cr-Ni奥氏体钢材料作为焊接材料。焊材的选用及成分见表3及表4。
2.3 焊接工艺
焊接接头的型式如图1所示。角焊缝焊接接头如（a）、（b）所示，对接焊缝焊接接头如（c）、（d）所示。其中（c）为薄壁厚接头，壁厚过厚时采用（d）型式接头，以保证焊缝熔合良好。
图1 焊接接头的型式
A333GR.6与A312GR.304L焊接时，线能量的控制应非常严格，线能量过大，会促使过渡层形成和碳迁移发生，线能量过小，造成冷却速度增加，会促使碳钢母材侧生成马氏体而形成冷裂纹。综合考虑，选择表5中的焊接工艺参数进行焊接。
层间温度应控制在80℃范围，采用小电流快速施焊。对于此类异种钢焊接接头不能采用焊后热处理的工艺，否则会因为碳的扩散导致焊缝组织的恶化。
2.4 力学性能试验及结果
按照《钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义》（ASTM A370）进行焊接试件的拉伸和弯曲试验。拉伸试验结果合格，试样断裂于母材侧；面背弯试样弯曲角度180°，未出现开裂现象。
3 焊接要点
（1）严格按照焊接工艺参数施焊，尽量保证每条焊缝一次焊完。如果焊接中断，应采取缓冷措施。
（2）母材表面严禁电弧擦伤。收弧过程中弧坑处易出现微裂纹，应注意控制收弧时的焊接质量。
（3）采用钨极氩弧焊打底时，焊接接头背部应充氩保护。焊枪喷嘴处应提前送气，滞后停气。
（4）采用小电流、低电压、快速焊的焊接方式，严格控制焊接热输入。根焊完成后应尽快进行填充层的焊接。
（5）手工电弧焊应及时清根，如发现裂纹、夹渣、未熔合、咬边等缺陷，应及时修补。
（6）焊接缺陷最多允许返修两次，若仍不合格，应割口，按照完整的焊接工艺重新进行焊接。
4 结语
采用以上焊接工艺对接头进行焊接，焊缝外观成形良好，目视检测无表面裂纹、无咬边。进行100%射线探伤，未发现裂纹、未熔合、夹渣等缺陷，焊缝Ⅱ级合格。实践证明，A333GR.6与A312GR.304L异种钢焊接接头焊材选用正确，焊接工艺参数制定合理，焊接质量良好。
参考文献
[1] 韩炜.低碳钢与不锈钢异种钢焊接性分析及应用[J].
宁夏机械，2005，（3）：10-13.
[2] 李志娟，田波清，肖志勇.A333-6低温钢管道的焊接
[J].石油工程建设，2009，（2）：58-59.
[3] 现场设备工业管道焊接工程施工规范（GB50236-
2011）[S].