将不锈钢和碳钢焊接到一块的技巧

      理想情况下，焊接应用中使用的基础材料将在化学和机械成分方面完美匹配。 但是，制造，制造，建筑和其他行业的公司有时可能会发现有必要（出于成本和服务条件的要求）将异种材料焊接在一起。 焊接不同的材料（例如不锈钢和碳钢）可能比完全用不锈钢制造结构更经济。

      异种材料的焊接在某些发电设施（例如石化精炼厂）以及许多采矿和矿物加工设施中很常见。 对于那些设施中的设备，通常需要由不锈钢提供的耐腐蚀性。 但是，在环境或使用条件允许的情况下，可以将材料焊接到价格较低的碳钢上。 在这些应用中，包括低碳和低合金的碳钢在降低建造和运营这些制造工厂的成本方面起着重要的作用。

与任何焊接应用一样，在焊接异种钢时要获得成功，需要仔细选择填充金属和适当的焊接程序。 无论焊接应用程序使用哪个过程，这都是正确的。

       注意，连接异种金属的主题涉及大量的材料和制造过程。 本文提供的建议和建议适用于各种不锈钢和碳钢，包括常用的304L奥氏体不锈钢和低碳钢的组合，以及双相不锈钢和其他此类不锈钢的提法。 不确定应用场合的焊接操作人员应始终向焊接经销商或填充金属制造商咨询有关特定焊接和填充金属的建议。

要记住的三个因素
在将不锈钢焊接到碳钢时，至关重要的是要注意化学，机械性能和耐腐蚀性，以避免潜在的麻烦。 对于这三个因素，选择正确的填充金属可以帮助减少担忧。

例如，将304L不锈钢与低碳钢连接时，最常用的填充金属是309L。 在焊接过程中，焊缝被焊缝一侧的一些不锈钢稀释，而另一侧焊了一些低碳钢，从而在焊缝的每一侧混合了材料。 目的是创建一种最终的焊缝熔敷层，其化学成分与焊缝的每一侧都兼容。 将304L不锈钢与低碳钢连接时，使用309L填充金属可达到此目标。

同样，如果不确定正确的填充金属选择，请记住在尝试进行异种焊接之前，先咨询焊接经销商或填充金属制造商。

匹配每种材料的机械性能也很重要。 获得机械匹配是具有正确化学性质的功能，并且还反映了焊接过程产生的热量。 通常，将任何类型的不锈钢焊接到碳钢时，填充金属应与两种材料中较弱的一种相匹配或略高于其机械性能。

      最后，在焊接不锈钢和低碳钢时，重要的是要保持焊接接头和附近的不锈钢母材的耐腐蚀性。

热输入很重要
为了解决化学，机械性能和耐腐蚀因素，重要的是要遵循适当的焊接程序，以限制输入到焊缝和不锈钢基材的热量。 限制热量输入可减少焊接接头的低碳钢部分对焊缝沉积物的稀释。 反过来，这有助于保持焊缝中的合金含量及其所需的耐腐蚀性。

对于某些不锈钢，适度的热量输入还可以通过避免在接头的不锈钢侧产生不良相来保护耐蚀性。 例如，如果300系列奥氏体不锈钢在800华氏度至1400华氏度的临界温度范围内保持时间过长，则碳化物会析出。 最小化此范围内的时间，并选择低碳贱金属和填充金属，可以防止此问题的发生。 也可能需要使用稳定等级的填充金属（例如，ER321或ER347），并且可以作为避免碳化物沉淀的附加保证。
    如果在高温下放置太长时间，其他不锈钢牌号可能会形成不良相，从而导致脆性或差的耐腐蚀性。 某些高温下，某些不锈钢等级可能会形成Sigma相（一种具有高硬度的脆性金属间相），并且会严重损害机械性能和耐腐蚀性。 例如，在双相不锈钢中，热量输入负责最终焊缝和热影响区（HAZ）中铁素体和奥氏体之间的平衡。 适当的热量输入水平可以帮助在成品焊缝和基础金属热影响区中保持所需的各相量。

应避免的陷阱：翘曲，破裂和氧化
不锈钢具有很高的热膨胀系数，这是指材料随温度变化而膨胀的速率。 简而言之，与碳钢相比，不锈钢随着温度变化而膨胀和收缩更大。

不锈钢的导热率也约为碳钢的一半。 由于缺乏导热性，一块热的不锈钢会保持更长时间的热，因为它不会很快地将热量从源头传导出去。 由于碳钢具有更高的导热性，热量沿该零件传导相对较快，从而将热量从焊接区带走。

当焊接不同的材料时，热膨胀系数和导热系数的差异会引起一些困难。 由于焊接过程中出现的高热量，不锈钢自然会希望更多地膨胀和收缩。 相反，碳素钢（尤其是低碳钢）是良好的热导体，因此会更快地冷却，并且随着接头的冷却而收缩更快。 这些差异会增加接头的应力，这是由于两侧都随着热量膨胀而随着冷却收缩而产生的。 这可能导致异种金属焊缝变形或错位。 如果由热膨胀和收缩差异产生的应力超过任何一种材料的强度，也会导致破裂。

为了在将不锈钢焊接到碳钢时解决这两个问题，请避免在焊接处受热和冷却时，受过约束的接头会产生高应力。 如果需要高度约束的接头配置，请使用适度的热量输入和一些预热来延迟焊接完成后接头的冷却。 在最后一次焊道焊接之后对焊缝进行绝缘也将减慢冷却速度，并有助于防止热应力使焊缝破裂。

焊接接头的污染和产生的焊缝是一个严重的问题，通常会导致“热”裂纹。 污染物会与碳钢或不锈钢发生反应，从而产生微量的焊接材料，而熔化温度却大大降低。 这些低熔点污染物的微观区域是焊缝冷却时最后冻结的区域。 结果，当焊接金属冷却和收缩时，它们可能会成为裂纹。 如果问题很严重，则很容易看到这些热裂纹，但是它们也可能是肉眼看不到的微裂纹。

在保护材料免受氧化时，这些异种金属焊缝应像不锈钢焊缝一样处理。 根部开口的焊缝应远离焊缝背面的气体（背面吹扫）。 在TIG焊接中最常使用的背面吹扫做法有助于防止接头后部的焊缝受到污染。 否则，氧化会损坏焊缝和焊缝的不锈钢面，这是与大气中的氧气和氮气反应的结果。 氧化会损坏焊缝和不锈钢热影响区的耐腐蚀性。 为防止这种情况的发生，请用惰性气体（例如氩气）吹扫接头的背面，或使用可在焊接之前涂在焊接接头背面的市售涂层之一。

不锈钢到碳钢焊接的准备
正确的清洁和准备工作是帮助确保不同材料成功焊接的关键步骤。 在接缝的每一侧都将铣刀鳞片或涂层磨碎至少1/2英寸。 通过使用酒精或丙酮等溶剂清洁该区域来完成此任务。 这些步骤有助于消除油脂和油脂，油脂和油脂往往携带磷和硫，而磷和硫是热裂解的主要原因。

焊接异种金属需要计划
焊接异种金属可能是一个挑战。 重要的是，要获得尽可能多的有关基材和填充金属特性的信息，以便做出能够成功焊接的适当选择。 如有疑问，请咨询可信赖的焊接经销商以获取有关过程的建议。 这样做可以帮助确保在不锈钢和碳钢同时使用的应用中追求的耐用性和成本节约。