不锈钢和碳钢焊接的技巧探讨

不锈钢和碳钢焊接的技巧探讨

逄淑峰 王峰 胡保华

青岛中车四方轨道车辆有限公司 山东 青岛 266000

摘要：不锈钢具有耐腐蚀性的应用优势，在工业生产中和碳钢相互连接，需要满足一定的环境条件、服务条件。焊接中要选择恰当的焊接工艺和合适的焊接程序，把握焊接技巧，将不锈钢的优势利用起来。焊接技巧应用中，作业人员要保证态度谨慎，合理、细致的做好焊接技巧的应用，规范焊接程序，提高焊接工艺水平，增强焊接效果，本文重点对不锈钢和碳钢焊接的技巧进行了探讨。

关键词：不锈钢；碳钢；焊接；技巧

前言：焊接中，需要将不锈钢材料与碳钢材料相连接，为了节约运行费用和生产费用，经常会选和低碳钢、低合金钢等原材料。不锈钢和碳钢的焊接中，在金属填充物的选择以及焊接工艺的应用中，应在焊接作业之前，要计划制定科学、合理的焊接工艺参数，在施工现场对焊接参数进行合理的调整。使用焊接试件测试的方式，保证最终的焊接工艺参数合理性，明确焊接工艺的规程，做好前期的技术交底工作，由施工作业人员把握技术要点、工艺要点，在焊接工艺的参数检查中，通过现场监督等方式，保证最终可靠的焊接效果。

一、合理选用填充金属

因为不锈钢和碳钢焊接过程中会受到填充金属适应性的影响，并形成焊接效果的改变，如：化学成分、耐腐蚀性、力学性能等，所以要选择合适的填充金属，保证其焊缝化学成分的合理性，增强不锈钢和碳钢焊接后的耐腐蚀性和力学性能，例如304L不锈钢和低碳钢的焊接作业中，选择金属材料时最理想的材料为309L金属材料，选择该材料作为填充金属，有助于增强不锈钢与低碳钢的焊接效果。在焊接作业过程中，分别在不锈钢侧和低碳钢侧形成了焊缝逐步的稀释，两侧材料渐渐的相互融合，该过程当中焊缝两侧的化学成分要与焊缝熔敷金属之间相互兼容，才能保证良好的焊接效果，强调化学成分匹配性、兼容性，才能提高焊接性能。如果存在对于金属的选择模糊不清的情况，及时咨询焊接材料的制造商及分销商，明确异种材料的化学成分及作业目标，保证金属填充材料的化学成分合理性。

不锈钢和碳钢的焊接中，力学性能和耐腐蚀性能是需要保证的重要因素，应保证不同材料的力学性能之间具有正确匹配，才能实现焊件力学性能的匹配，在焊接操作工艺的实施过程中，产生的热反应能完成正确的化学反应，增强焊接效果，焊后形成匹配的力学性能。通常情况下，在不锈钢和碳钢焊接作业过程中，选择的填充金属材料的力学性能应具备等同于母材中力学性能较弱一方金属的力学性能，对比两种母材，选择合理的力学性能相匹配的填充金属，保证焊接过程中形成正确的化学反应，保证焊缝的耐腐蚀性能跟不锈钢母材的耐腐蚀性要保持邻近^[1]。

二、加强热输入管理

1适当的焊接工艺流程是不锈钢和碳钢焊接中要把握的关键技巧，选择适当的焊接工艺过程，在焊接过程中尽量能够将不锈钢和碳焊钢的力学性能、耐腐蚀性、化学成分相关的问题进行有效的改进，预防可能存在的焊接不理想的问题。

2合理的热输入是十分重要的，对焊缝和不锈钢母材的热输入量要形成一定的约束作用，以防止接头处发生焊缝熔敷金属稀释的风险。部分类型的不锈钢焊接作业中，要保证焊接接头及不锈钢侧的耐腐蚀性，所以要保证热输入值控制在中等及以下，才能保证其原有的耐腐蚀性。例如300系列奥氏体不锈钢的焊接作业中，要对800-1400温度区间的停留时间进行有效的控制，因为在该区间内，若是停留时间较长，会导致碳化物析出而脆化，因此要降低在此温度区间内的停留时长，防范此类问题的发生^[2]。

选择不锈钢侧的母材时以低碳材料为主，填充金属的含碳量也需要相应降低，保证有效防范碳化物析出和沉淀，填充金属中具有较高稳定性的材料，能够进一步降低碳化物的析出和沉淀。在不锈钢的焊接作业中，不锈钢材料若是高温区间内停留的时间过长，有可能形成耐腐蚀性变差和脆化的风险，因为在高温时，部分不锈钢会形成特殊的脆而硬的金属间相，对焊后工件的抗腐蚀性形成了严重的损害，破坏了工件的力学性能^[3]。

三、预防缺陷问题

不锈钢和碳钢的焊接中，有可能会发生氧化、开裂、翘曲等缺陷，这是因为不锈钢有着较高的热膨胀系数，在温度的变化下，不锈钢的尺寸也会发生改变，处于相同温度区间内，面临着相同的温度变化时，不锈钢和碳钢相比，有着更大的收缩和膨胀系数的变化，对比不锈钢和碳钢的热传导率可以发现，碳钢的热传导率更高，不锈钢的热传导率仅有碳钢的1/2，不锈钢一侧的热度会在焊接作业中保持更长的时间。这是由于不锈钢热传导率小导致的后果，不锈钢一侧的热扩散速度慢，不会在热源位置迅速的扩散消失，而碳钢一侧由于热传导率高，因此热传导速度快，在热影响区内，碳钢会迅速的进行热量传递，导出热影响区。不锈钢和碳钢的焊接作业中，因受到两种材料热传导率特性的影响，导致了焊接作业中容易形成缺陷问题。不锈钢侧的热量高一些，焊接过程中发生膨胀的系数就会大一些，产生氧化、弯曲等现象，冷却时碳钢很快的发生了冷却，在碳钢良好的导热性能下，结构快速的收缩，形成了异种钢焊接中的错位、翘曲问题和开裂等现象

^[4]。

开裂问题的发生是在两种母材金属的共同作用下产生的，热膨胀和收缩的差异会形成内应力，一旦超出了焊缝金属的强度，便形成了开裂现象，在焊接作业的过程中，对不锈钢和碳钢材料的性能要加强把握，防范焊接缺陷，防止焊接接头出现拘束度较高的情况，消除焊接接头高应力的风险。结合实际的焊接作业情况，要保证焊接结构科学性，为了防止出现焊接接头加热和冷却时的高应力问题，要尽可能的将接头冷却速度延迟，利用中等热输入的方式和预热的方式，在焊缝作业完成之后进行延迟冷却，完成最后一道焊道作业之后，通过对接头的保温，也能够降低热应力开裂风险，因为在保温工作中，冷却速度得到了延缓，可以有效地防范热应力开裂现象的发生。异种钢焊接作业中，接头污染问题是需要防范的一大要点，因为出现接头污染会增加开裂风险，污染物在不锈钢或碳钢之间形成了化学反应，产生微量焊缝金属导致熔化温度被降低，在此类微观区域内低熔点污染物可发生凝固，导致焊缝金属在冷却收缩环节发生开裂现象，作为微观裂纹，是难以使用肉眼观察到的，但是一旦出现严重的开裂，则可以看到热裂纹现象的发生^[5]。

结论：综上所述，不锈钢和碳钢的焊接过程中应注重对焊接技巧的把握，防范在力学性能和腐蚀性方面可能存在的问题，避免发生开裂、氧化、变形超量等现象，应由专业的人员进行不锈钢和碳钢的焊接施工，把握技巧，结合影响焊接效果的各项因素，保证焊接过程中的焊接工艺和程序规范，增强焊接过程的正确性，保证最终焊接产品的实用效果，使其能够投入到更高效的生产和运营中。

参考文献：

[1]韦青平.碳钢与承载不锈钢异种钢焊接的焊材选用[J].山西冶金,2021,44(03):174-175.

[2]李学成.不锈钢/碳钢层状金属材料焊接技术要点[J].知识文库,2018(06):222.

[3]张保林,宋丽平.不锈钢与碳钢复合钢管的焊接工艺[J].焊接技术,2019,48(06):47-49.

[4]陈今良.0Cr18Ni9奥氏体不锈钢与Q235碳钢异种金属焊接接头的组织与性能[J].塑性工程学报,2019,26(03):179-184.

[5]杨钊,但龙,马君.不锈钢与碳钢的异种钢焊接技术研究[J].中国金属通报,2019(02):116-117.