康东青
艾默生过程管理天津阀门有限公司
摘要：奥氏体不锈钢焊件通常不需要 PWHT。当它们与需要PWHT的材料（碳钢和合金钢）焊接时，通常采用一种叫做堆焊隔离层的技术，以避免在可能导致敏感化的温度下对不锈钢进行热处理。堆焊处理需要将N06600或类似的合金填充材料沉积到需要PWHT的钢上，对该部件进行热处理，然后将奥氏体不锈钢焊接到堆焊处理后的连接端。N06600和不锈钢之间的焊缝无需PWHT就能获得优异的性能，并避免将不锈钢暴露在可能导致敏感化的热处理中。
关键词：奥氏体不锈钢；低合金钢；堆焊隔离层
前言
控制阀是世界上现代制造业里越来越重要的元件。控制阀广泛的应用在石油天然气、电力、化工和石化、炼油、金属与冶金、食品和饮料等工业生产中。由于流动介质的压力、温度、腐蚀性和冲刷性不同，选择阀体的材料也不同。由于客户工况情况会出现客户上游管道或者下游管道与阀体材料类型不同，对于焊接连接端阀门，为了方便客户现场的管道焊接，在阀门设计中为了保持与客户上游管道或者下游管道材料相同，满足客户需求方便客户阀门与管道的安装，阀门进口或者出口会增加与客户管道相同材质的过渡段，因此在很多实际应用中就产生了奥氏体不锈钢与低合金钢异种钢的焊接制造。
1内容
奥氏体不锈钢即化学成分上含18% Cr 和8%的Ni,通常称为18-8，由于Ni成分的存在保证了常温下基体为奥氏体。奥氏体不锈钢在各种类型不锈钢中应用最为广泛，品种也最多，由于奥氏体不锈钢的Cr，Ni含量较高，因此在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有良好的耐腐蚀性。奥氏体不锈钢的塑性优良，冷热加工性能俱佳，焊接性优于其他类型不锈钢，因而广泛应用在工业领域中；奥氏体不锈钢具有优良的焊接性能，对于锻件或者铸件的结构焊缝的焊接都不需要焊前的预热及焊后热处理,尤其是低含碳量的奥氏体不锈钢。控制阀中常用的奥氏体不锈钢有铸件CF3、CF8、、CF3M、CF8M、CG8M、CF8C；锻件形式S30403 S31600、S31603、S31700、S34700。
合金钢是一种类似于碳钢的材料系列，合金钢至少含有铬、钼、镍、硅或者其它元素，以提高强度、抗氧化性、抗冲击性等。这些材料在合金含量上介于碳钢和不锈钢之间。低合金钢由于其淬透性，焊接性比低碳钢差，但大多数可以通过适当控制焊接程序进行焊接。通常焊接前需要焊前预热及焊后进行热处理，以保证焊缝及热影响区具有足够的延展性。控制阀中常用在阀体、阀盖等承压的件的低合金-铬钼钢有WC6、WC9、F11、F22，C5；C12。
在实际阀门设计中由于上下游的工况不同，经常会遇到低合金钢与奥氏体不锈钢焊接的形式，为了优化焊接接头，使焊接接头的机械性能及抗腐蚀性能都优于焊接母材，另外为了使最终焊接接头免做热处理，在焊接制造中常采用在低合金刚上堆焊隔离层的焊接工艺，即堆焊镍基合金,常用的堆焊隔离层材料为SFA 5.11 ENiCrFe-3 或者SFA 5.14 ERNiCr-3，材质相当于N06600材料，N06600和不锈钢之间的焊缝无需PWHT就能获得优异的性能，并避免将不锈钢暴露在可能导致敏感化的热处理中。
2堆焊隔离层材料的选择
2.1按照焊缝高强度匹配原则，从下表中可以看出SFA 5.11 ENiCrFe-3 and/或者SFA 5.14 ERNiCr-3的机械性能优于奥氏体不锈钢及低合金钢。
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2.2 SFA 5.11 ENiCrFe-3 或者SFA 5.14 ERNiCr-3 这类焊接材料焊得焊缝金属的名义成分（wt.%）为65Ni,15Cr,8Fe,7.5Mn, 2Nb+Ta.用于在钢上进行镍-铬-铁合金的的堆焊。此类材料具有良好的高温性能，耐腐蚀性和抗氧化性，在耐腐蚀及抗氧化性方面要优于低合金钢和奥氏体不锈钢。
3焊接工艺过程
步骤一：机加工低合金钢端, 完成的对接接头应从完成尺寸上的任何一点向后粗加工至少0.25英寸（6.4mm）。
步骤二：预热待堆焊隔离层端低合金母材，为了减低焊接过程中开裂的可能性，焊前需要对低合金钢母材进行预热，预热温度需要达到200℃以上，并在焊接过程中保持最低预热温度。
步骤二：焊接堆焊隔离层：在低合金钢端堆焊隔离层，堆焊过程中会在焊缝附近母材上产生一个硬的热影响区，使用镍-铬-铁合金ENiCrFe-3 或者 ERNiCr-3作为堆焊材料，因为镍-铬-铁合金在焊接过程中不会形成坚硬的热影响区及熔敷金属，并且在随后的热处理过程中保持其固有特性。
步骤三：焊后热处理堆焊隔离层，热处理使低合金钢金属中的热影响区温度升高，使晶粒细化，使热影响区不那么脆，不容易开裂，这种热处理不会影响镍-铬-铁基合金焊缝。焊后热处理必须在焊后立即进行，以提高焊缝金属和热影响区的母材的韧性。
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步骤四：机加工堆焊端,在重新加工堆焊隔离层的低合金钢侧面时，必须留出至少5mm的堆焊层厚度，这是为了保证最终焊缝的焊接热影响区需要完全处于堆焊层中，这样低合金钢母材金属在最终焊缝的过程中不会重新硬化。
步骤五：采用堆焊隔离层的填充金属镍基合金完成最终焊缝的焊接，当最终奥氏体不锈钢与带有堆焊层的低合金钢焊接时，热影响区产生在奥氏体不锈钢及低合金钢端的隔离层镍-铬-铁合金上，因为镍-铬-铁基合金在焊接过程中不会形成坚硬的热影响区及熔敷金属，因此最终焊缝的热影响区及焊缝金属都不需要额外的焊后热处理。
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参考文献：
[1] ASME II Part C《焊条、焊丝及填充金属》
[2] ASME II Part A《铁基材料标准》
[3] ASME II Part B《铁基材料标准》
[4] ASME IX 《焊接和钎接评定》