结构常用异种钢焊接材料选择及工程应用赵卫强

结构常用异种钢焊接材料选择及工程应用赵卫强

赵卫强

唐山市开平区辰泰建筑工程有限公司河北唐山063000

摘要：在实际的焊接钢结构工程中，低合金高强度结构钢、碳素结构钢以及不锈钢经常需要进行焊接，我国钢结构设计规范中规定在进行建筑钢结构的施工时，必须要焊接材料的型号标注出来，选择合理高效的焊接材料会直接对结构常用异种钢的结构强度和使用寿命等产生直接的影响。本文分析了结构常用异种钢的焊接原理，并就各种不同类型的结构异种钢焊接材料基本用途进行了分析，为异种钢焊接材料的选择提供了依据。于此同时笔者还介绍了实际工程中异种钢焊接的应用，希望可以为设计、施工人员选择焊接材料提供借鉴。

关键词：碳素结构钢；不锈钢异种钢；焊接材料；工程应用

一、结构常用异种钢焊接机理

根据焊接理论，我们可以得知异种钢的焊接质量与焊接效果主要是由焊接加工出使用的结构常用异种钢在物理性质、力学性能已经内部化学结构组织方面的差异决定，而在实际情况中，不同的钢材在这些特性方面的差异性往往比较显著，碳素结构钢或低合金高强度结构钢与不锈钢之间在各方面的差异性都比较大，且这些钢材的特性又与其内部化学结构组织方面的特点有着直接关系。同时，在焊接过程中所使用的焊接接头在金相组织由于焊接材料的特性息息相关，金相组织的差异就会早焊接过程中产生不同于焊接母材的材料，导致焊接性能受到影响。此外，需要注意的是，如果在焊接过程中，异种钢材在熔化状态下并不相容，那么就不能用常规方法进行焊接。需要在在焊接中加入能够与两种异种钢分别相容的第三种钢材进行焊接。

二、结构常用异种钢焊接材料

2.1不锈钢焊条

我国于2012年对原有的不锈钢焊条标准进行了修订，这类焊条一般用于手工电弧焊接不锈钢，铁的含量最高，铬的含量一般在11.0%以上。不锈钢焊条E240、E219在同种不锈钢和异种钢焊接中都可以应用，还可以直接堆焊于低碳钢的外表面用来防腐蚀和磨损。E309焊条可以对不锈钢和碳素钢进行焊接，E16-25MoN一般用于中合金钢、低合金钢与高刚性钢的结构焊接，焊接常在淬火状态下进行。焊条E309Nb用于结构常用异种钢的焊接中可以提高焊缝的耐高温、抗腐蚀能力，因而除了复合钢板的焊接之外还可以被用在碳素钢的堆焊。

2.2不锈钢药芯焊丝

我国钢结构焊接标准中的不锈钢药芯焊丝可以在电弧焊不锈钢焊接和钨极惰性气体保护不锈钢焊接中进行应用，该类焊接材料中非金属组分约占焊丝总重量的5%，其中铁的含量最高，铬的含量在10.5%以上。在结构常用异种钢焊接中使用的焊丝主要有六种，包括E309MoTX-X、E309LMoTX-X、E410TX-X、R309LT1-5、E309TX-X和E309LNbTX-X。其中前两种焊丝对于工作温度有一定的限制，可以对低合金钢和碳素钢进行焊接。

2.3埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂

将焊丝和焊剂编订在同一个国家标准中主要是为了提高工程异种钢焊接材料选择的效率额准确性。埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂的镍含量在37%以下，铬含量与不锈钢焊条相同，都需要在11%以上。这类焊接材料在埋弧自动焊、气焊、气体保护焊用以及电弧焊中都比较常用。目前缺乏相关的不锈钢焊丝焊剂的异种钢焊接资料，因而无法给出器具体的用途，因而在工程中需要先对焊接材料进行实验，确保其满足工程要求后再将其应用于结构常用异种钢焊接。

2.4焊接用不锈钢钢丝

焊接用不锈钢钢丝一般作为焊接原材料而不是焊接成品材料。焊接用不锈钢钢丝的用途较为广泛，在埋弧焊、电渣焊等中可以应用，冷拉或者是软状态都可以交货。国家标准中对于冷拉交货状态的不锈钢钢丝抗拉强度进行了规定。H05Cr22Ni11Mn6Mo3VN不锈钢钢丝在同类不锈钢焊接以及异种钢焊接中都可以使用，该焊丝的耐磨性和韧性都十分出色。H05Cr18Ni5Mn12N不锈钢钢丝也可以应用于不锈钢和低碳钢的异种钢焊接，但是与前者相比耐腐蚀性要稍弱，但是耐磨性更强。除此之外还有多种焊接用不锈钢钢丝都可以应用于异种钢焊接。

2.5焊接用不锈钢盘条

国家钢结构设计中规定的焊接用不锈钢盘条可以被用作埋弧焊焊丝、气体保护焊焊丝、电焊条焊芯和电渣焊焊丝。不锈钢盘条在结构常用异种钢焊接中的应用较少，国家标准中列举了进60种不锈钢盘条，钢结构设计人员如果需要的异种钢焊接中使用不锈钢盘条必须要在设计图纸中进行标注，方便施工人员进行选择和采购。非必要情况下可以采用其他焊接材料代替不锈钢盘条，必须使用该类材料进行焊接时需要在正式施工之前设计相应的试验对其焊接性能进行评价。

三、结构常用异种钢焊接的工程应用

3.1高炉水渣排气筒异种钢焊接

工业高炉在生产过程中会产生水渣蒸汽，这些蒸汽内含有大量的腐蚀性介质，会对高炉内壁产生巨大的危害。高炉水渣排气筒往往高度比较高，可以达到上百米，为了降低生产的难度，一般是将其分成几个部分分别进行加工，之后工厂再将其焊接起来，制作成完整的排气筒。排气筒的内外部都需要涂刷防腐材料，确保其使用寿命，但是也有一些工厂采用了现场高空拼接接头，这类排气筒内部钢结构焊缝的防腐涂层质量较差，容易在高温的影响下自身抗腐蚀性被削弱，因而现场焊接的排气筒十分容易出现腐蚀，增加生产的危险性。因而高炉水渣排气筒的异种钢焊接和防腐涂层涂刷应当进可能在金属结构厂进行，确保材料的抗腐蚀寿命。

3.2管道滑动支座异种钢焊接

不同的工程管道系统所采用的异种钢机构类型不同，在焊接材料和工艺的选择上也会存在明显的差别。一些复杂的工程管道系统的单、双向滑动支座的数量比较多，管道平台、支架、管托和摩擦钢板采用的异型钢可能并非同一种，不锈钢和碳素结构钢的焊接就属于结构常用异种钢焊接，这类焊接不可以使用E43型碳素钢焊条，可以根据工程设计和成本要求选择一种恰当的不锈钢焊条。设计单位可以在屋盖滑动支座、通廊滑动支座等类似的钢结构工程设计说明中标注适宜的不锈钢焊条，避免施工中焊接材料的选择错误造成的工程质量问题，提高设计图纸表达的科学性和严谨性，提高异种钢焊接质量。

3.3其他结构常用异种钢焊接

在实际的工程施工中，需要应用到异种钢焊接的结构十分常见，包括广告架、扶梯、钢架、避雷针、灯杆、防滑地板、栏杆以及幕墙等等。这些结构一般为不锈钢材质，这类不锈钢结构既可以与结构常用异种钢进行焊接，也可以与混凝土结构中的结构常用钢预埋件进行焊接。钢结构设计人员要严格按照国家行业规范和标准进行异种钢焊接材料的选择，确保工程质量。

四、结束语

综上所述，不锈钢、碳素结构钢和低合金高强度结构钢在化学成分和力学性能等方面都存在显著的差异，在实际的钢结构工程设计施工中要根据实际需求和材料性质，选择恰当的焊接材料。为了避免钢结构施工出现问题，设计单位应当尽可能对异种钢焊接所需的不锈钢焊接材料类型进行标注，严格按照国家钢结构设计规范和标准进行不锈钢焊接材料的选择。

参考文献：

[1]王大伟.焊接温度对碳钢/奥氏体不锈钢扩散焊接头界面组织及性能的影响[J].金属学报，2017（05）

[2]刘彦峰.TC4钛合金/304不锈钢异种材料扩散焊研究[J].兵器材料科学与工程，2017（03）