將不銹鋼和碳鋼焊接到一塊的技巧

      理想情況下，焊接應用中使用的基礎材料將在化學和機械成分方面完美匹配。 但是，制造，制造，建筑和其他行業的公司有時可能會發現有必要（出于成本和服務條件的要求）將異種材料焊接在一起。 焊接不同的材料（例如不銹鋼和碳鋼）可能比完全用不銹鋼制造結構更經濟。

      異種材料的焊接在某些發電設施（例如石化精煉廠）以及許多采礦和礦物加工設施中很常見。 對于那些設施中的設備，通常需要由不銹鋼提供的耐腐蝕性。 但是，在環境或使用條件允許的情況下，可以將材料焊接到價格較低的碳鋼上。 在這些應用中，包括低碳和低合金的碳鋼在降低建造和運營這些制造工廠的成本方面起著重要的作用。

與任何焊接應用一樣，在焊接異種鋼時要獲得成功，需要仔細選擇填充金屬和適當的焊接程序。 無論焊接應用程序使用哪個過程，這都是正確的。

       注意，連接異種金屬的主題涉及大量的材料和制造過程。 本文提供的建議和建議適用于各種不銹鋼和碳鋼，包括常用的304L奧氏體不銹鋼和低碳鋼的組合，以及雙相不銹鋼和其他此類不銹鋼的提法。 不確定應用場合的焊接操作人員應始終向焊接經銷商或填充金屬制造商咨詢有關特定焊接和填充金屬的建議。

要記住的三個因素
在將不銹鋼焊接到碳鋼時，至關重要的是要注意化學，機械性能和耐腐蝕性，以避免潛在的麻煩。 對于這三個因素，選擇正確的填充金屬可以幫助減少擔憂。

例如，將304L不銹鋼與低碳鋼連接時，最常用的填充金屬是309L。 在焊接過程中，焊縫被焊縫一側的一些不銹鋼稀釋，而另一側焊了一些低碳鋼，從而在焊縫的每一側混合了材料。 目的是創建一種最終的焊縫熔敷層，其化學成分與焊縫的每一側都兼容。 將304L不銹鋼與低碳鋼連接時，使用309L填充金屬可達到此目標。

同樣，如果不確定正確的填充金屬選擇，請記住在嘗試進行異種焊接之前，先咨詢焊接經銷商或填充金屬制造商。

匹配每種材料的機械性能也很重要。 獲得機械匹配是具有正確化學性質的功能，并且還反映了焊接過程產生的熱量。 通常，將任何類型的不銹鋼焊接到碳鋼時，填充金屬應與兩種材料中較弱的一種相匹配或略高于其機械性能。

      最后，在焊接不銹鋼和低碳鋼時，重要的是要保持焊接接頭和附近的不銹鋼母材的耐腐蝕性。

熱輸入很重要
為了解決化學，機械性能和耐腐蝕因素，重要的是要遵循適當的焊接程序，以限制輸入到焊縫和不銹鋼基材的熱量。 限制熱量輸入可減少焊接接頭的低碳鋼部分對焊縫沉積物的稀釋。 反過來，這有助于保持焊縫中的合金含量及其所需的耐腐蝕性。

對于某些不銹鋼，適度的熱量輸入還可以通過避免在接頭的不銹鋼側產生不良相來保護耐蝕性。 例如，如果300系列奧氏體不銹鋼在800華氏度至1400華氏度的臨界溫度范圍內保持時間過長，則碳化物會析出。 最小化此范圍內的時間，并選擇低碳賤金屬和填充金屬，可以防止此問題的發生。 也可能需要使用穩定等級的填充金屬（例如，ER321或ER347），并且可以作為避免碳化物沉淀的附加保證。
    如果在高溫下放置太長時間，其他不銹鋼牌號可能會形成不良相，從而導致脆性或差的耐腐蝕性。 某些高溫下，某些不銹鋼等級可能會形成Sigma相（一種具有高硬度的脆性金屬間相），并且會嚴重損害機械性能和耐腐蝕性。 例如，在雙相不銹鋼中，熱量輸入負責最終焊縫和熱影響區（HAZ）中鐵素體和奧氏體之間的平衡。 適當的熱量輸入水平可以幫助在成品焊縫和基礎金屬熱影響區中保持所需的各相量。

應避免的陷阱：翹曲，破裂和氧化
不銹鋼具有很高的熱膨脹系數，這是指材料隨溫度變化而膨脹的速率。 簡而言之，與碳鋼相比，不銹鋼隨著溫度變化而膨脹和收縮更大。

不銹鋼的導熱率也約為碳鋼的一半。 由于缺乏導熱性，一塊熱的不銹鋼會保持更長時間的熱，因為它不會很快地將熱量從源頭傳導出去。 由于碳鋼具有更高的導熱性，熱量沿該零件傳導相對較快，從而將熱量從焊接區帶走。

當焊接不同的材料時，熱膨脹系數和導熱系數的差異會引起一些困難。 由于焊接過程中出現的高熱量，不銹鋼自然會希望更多地膨脹和收縮。 相反，碳素鋼（尤其是低碳鋼）是良好的熱導體，因此會更快地冷卻，并且隨著接頭的冷卻而收縮更快。 這些差異會增加接頭的應力，這是由于兩側都隨著熱量膨脹而隨著冷卻收縮而產生的。 這可能導致異種金屬焊縫變形或錯位。 如果由熱膨脹和收縮差異產生的應力超過任何一種材料的強度，也會導致破裂。

為了在將不銹鋼焊接到碳鋼時解決這兩個問題，請避免在焊接處受熱和冷卻時，受過約束的接頭會產生高應力。 如果需要高度約束的接頭配置，請使用適度的熱量輸入和一些預熱來延遲焊接完成后接頭的冷卻。 在最后一次焊道焊接之后對焊縫進行絕緣也將減慢冷卻速度，并有助于防止熱應力使焊縫破裂。

焊接接頭的污染和產生的焊縫是一個嚴重的問題，通常會導致“熱”裂紋。 污染物會與碳鋼或不銹鋼發生反應，從而產生微量的焊接材料，而熔化溫度卻大大降低。 這些低熔點污染物的微觀區域是焊縫冷卻時最后凍結的區域。 結果，當焊接金屬冷卻和收縮時，它們可能會成為裂紋。 如果問題很嚴重，則很容易看到這些熱裂紋，但是它們也可能是肉眼看不到的微裂紋。

在保護材料免受氧化時，這些異種金屬焊縫應像不銹鋼焊縫一樣處理。 根部開口的焊縫應遠離焊縫背面的氣體（背面吹掃）。 在TIG焊接中最常使用的背面吹掃做法有助于防止接頭后部的焊縫受到污染。 否則，氧化會損壞焊縫和焊縫的不銹鋼面，這是與大氣中的氧氣和氮氣反應的結果。 氧化會損壞焊縫和不銹鋼熱影響區的耐腐蝕性。 為防止這種情況的發生，請用惰性氣體（例如氬氣）吹掃接頭的背面，或使用可在焊接之前涂在焊接接頭背面的市售涂層之一。

不銹鋼到碳鋼焊接的準備
正確的清潔和準備工作是幫助確保不同材料成功焊接的關鍵步驟。 在接縫的每一側都將銑刀鱗片或涂層磨碎至少1/2英寸。 通過使用酒精或丙酮等溶劑清潔該區域來完成此任務。 這些步驟有助于消除油脂和油脂，油脂和油脂往往攜帶磷和硫，而磷和硫是熱裂解的主要原因。

焊接異種金屬需要計劃
焊接異種金屬可能是一個挑戰。 重要的是，要獲得盡可能多的有關基材和填充金屬特性的信息，以便做出能夠成功焊接的適當選擇。 如有疑問，請咨詢可信賴的焊接經銷商以獲取有關過程的建議。 這樣做可以幫助確保在不銹鋼和碳鋼同時使用的應用中追求的耐用性和成本節約。