铁素体—奥氏体异种钢接头界面组织及力学性能
化，热影响区和焊缝容易形成脆性马氏体，还有可能出现475℃脆性。
（1）焊接方法
普通纯度铁素体钢的焊接方法通常可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊。无论采用何种焊接方法，都应以控制热输入为目的，以抑制焊接区的铁素体晶粒过分长大。工艺上可采取多层多道快速焊，强制冷却焊缝的方法，如通氩或冷却水等。超高纯度铁素体钢的焊接方法有氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊。采用这些方法的目的主要是净化熔池表面，防止沾污。
（2）焊接材料的选择
在焊接铁素体不锈钢及其与异种钢焊接时填充金属主要有三类：同质铁素体型、奥氏体型和镍基合金。
采用同质焊接材料时，焊缝与母材金属有相同的颜色和形貌，相同的线膨胀系数和大体相似的耐蚀性，但焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织，韧性较差。为了改善性能，应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化。
（3）低温预热及焊后热处理
铁素体不锈钢在室温的韧性本就很低，且易形成高温脆化，在一定条件下可能产生裂纹。通过预热，使焊接接头处于富有韧性的状态下焊接，能有效地防止裂纹的产生。但是，焊接热循环又会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，从而引起脆化。因此，预热温度的选择要慎重，一般控制在100～200℃，随着母材金属中铬含量的提高，预热温度可相应提高。但预热温度过高，又会使焊接接头过热而脆硬[18～20]。
此外，铁素体不锈钢的晶粒在900℃以上极易粗化且难以消除，因为热处理工艺无法细化铁素体晶粒。因此，焊接时应尽量采取小的热输入和较快的冷却速度；多层焊时，还应严格控制层间温度。
2.4 铁素体与奥氏体异种钢对焊性能分析
奥氏体与铁素体类钢的焊接[21]，关键是焊接材料与两侧钢材各种性能的匹配问题。要获得可靠的异种金属接头，焊接材料就应满足以下若干条件：
（1）物理性能 焊缝金属的物理性能应该与两种母材性能相匹配，其中热膨胀
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问题是非常重要的。为了使运行的热应力降到最小程度，焊接材料的热膨胀系数应介于两种母材之间
（2）防止焊接缺陷 焊接材料必须有能力承受两种母材的稀释而不形成对裂纹敏感的组织或其他缺陷
（3）组织稳定性 焊缝金属必须在所有使用温度下保持组织的稳定性，尽量不发生碳扩散以及产生有害碳化物相
（4）抗腐蚀性 焊缝金属的抗腐蚀能力应高于其中一侧母材，以防止焊缝被优先腐蚀。
奥氏体与铁素体的焊接可采用手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊、脉冲氩弧焊等方法进行。选择原则是优先选择能在保证焊接质量的情况下，输入较小的线能量的焊接方法。焊接线能量在保证焊接质量的前提下应尽可能降低，因为奥氏体的柱状晶具有明显的方向性，晶界有利于杂质的偏析和缺陷的聚集，同时奥氏体的线膨胀系数大，冷却缩应力大，易产生热裂纹。另外合金元素Cr、Ti等元素易烧损，所以要求的线能量不能太高。奥氏体与铁素体钢焊接时，线能量输入过大，容易在铁素体钢热影响区的过热区产生粗大的晶粒，降低接头的机械性能，易产生再热裂纹；线能量的输入过大还会增加焊缝的稀释率，可能在靠近铁素体一侧焊缝产生一定量的马氏体组织，增大产生冷裂纹的倾向。焊前是否选择预热是十分重要的。对于铁素体钢来说，预热可以减少热影响区的淬硬倾向，减缓冷却速度，防止冷裂纹的产生，但预热实际上增加了线能量，对奥氏体钢则易产生热裂纹及增大熔合比。综合考虑，对于淬硬性较大的铁素体钢与奥氏体钢焊接时，还是采取预热措施为好，担预热的温度应适当控制，不宜过高。焊后是否进行热处理，也是十分重要的问题。一般来讲奥氏体钢热处理会带来一系列的问题，如475 ℃脆化、σ相析出、碳化物析出及晶间腐蚀能力降低等，所以奥氏体钢焊后一般不需要进行热处理。异种钢焊接要做热处理是根据铁素体钢的特性提出的，铁素体钢焊后进行热处理的目的是消除焊接应力，降低硬度，改善组织等。对于薄壁管如12Cr2MoWVTiB，壁厚小于6 mm时，采取一定措施（氩弧焊、预热、缓冷） 后，按电力部《焊工技术考核规程》规定可免做热处理。另外，异种钢焊口在热处理过程中，会发生碳扩散。温度越高，时间越长，碳扩散越严重，结果在铁素体钢一侧熔合线两边形成脱碳[22～24]与增碳层，降低接头的蠕变性能，并在高温下长期使用，该熔合区易产生显微裂纹。因此异种钢焊后是否要做热处
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理要慎重。
2.5 焊接接头的组织与性能
焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。熔池金属在经历了一系列化学冶金反应后，随着热源远离温度而迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝，并在继续冷却中发生固态相变。熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将发生不同的组织变化。许多焊接缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等都是在上述这些过程中产生，因此，了解接头组织与性能变化规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。
2.5.1 熔池凝固与焊缝金属的固态相变
（1）熔池的凝固
焊接熔池的凝固过程服从于金属结晶的基本规律。宏观上，金属结晶的实际温度总是低于理论的结晶温度，即液体金属具有一定的过冷度是凝固的必要条件。微观上，金属的凝固过程是由晶核不断形成和长大这两个基本过程共同构成。此外，这个过程还受到焊接热循环特殊条件的制约。因此，研究焊接熔池的凝固过程，必须结合焊接热循环的特点与具体施焊条件。
焊接熔池与铸锭相比，具有如下的优点：
① 焊接熔池体积小 一般在电弧焊条件下，熔池的体积最大不过几十立方厘米，质量不过100g，与以吨为单位的铸锭相比是微乎其微的
② 焊接熔池温度极不均匀 熔池中部处于热源中心呈过热状态，一般钢可达2300℃；而熔池边缘紧邻未溶化的母材处，是过冷的液体金属，因此，从熔池中心到边缘存在了很大的温度梯度
③ 熔池在运动状态下凝固 熔池随热源运动，对凝固过程带来两方面的影响。一是使熔池各部分在液态停留的时间非常短，而且溶化与凝固同时进行。二是随热源的运动及焊条的连续给进，熔池中不断有新的液体金属补充并进行搅拌。因此，熔池金属的凝固过程总是在新的基础上开始，固液相界面以比铸锭高出10～100倍的速度向前推进，同时在运动中不断排出气体
④ 焊接熔池凝固以溶化母材为基础 在溶化母材基础上的凝固过程与熔池
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的形状、尺寸密切相关，并取决于焊接工艺。此外，母材形成的“壁模”与熔池之间不存在空气隙，而具有较好的导热条件与形核条件。
（2）焊缝金属的化学不均匀性
在熔池的凝固过程中，由于冷速高，合金元素来不及扩散，而在每个温度下析出的固溶体成分都要偏离平衡图固相线所对应的成分，同时先后凝固的固相成分又来不及扩散均匀。这中偏离平衡条件结晶称为不平衡结晶。在不平衡结晶下得到的焊缝金属，其化学成分是不均匀的，即存在了偏析。焊缝中的偏析主要有三种形式：显微偏析、区域偏析、层状偏析。
（3）焊缝组织与性能的改善
焊缝质量是焊接质量的重要指标。优质焊缝首先要保证性能满足要求，而性能则取决于化学成分与组织形态。为此改善焊缝的性能就应从调整成分和控制组织两方面入手。常用的措施如下：
① 焊缝金属的变质处理 在液体金属中加入少量合金元素使结晶过程发生明显变化，从而使晶粒细化的方法叫做变质处理
② 锤击坡口或焊道表面 锤击坡口表面或多层焊层间金属使表面晶粒破碎，熔池以被打碎的晶粒为基面形核、长大、而获得较细晶粒的焊缝。此外。逐层锤击焊缝表面，还可以起到减小残余应力的作用
③ 调整焊接工艺 实践证明，当功率P不变时，增大焊速V可使焊缝晶粒细化；而当线能量E不变而同时提高P和V，也可以使焊缝晶粒细化
④ 多层焊 根据多层焊热循环的特点可知，通过调整焊层数n可以在较大范围内调整焊接参数，从而比单道焊调整焊接参数时细化晶粒的作用更为明显。同时多层焊逐层焊道间的后热作用还可以改善焊缝二次组织
⑤ 焊后热处理 按热处理规范不同，焊后热处理可分别起到改善组织、性能、消除应力或排除扩散氢的作用
⑥ 跟踪回火 跟踪回火就是在焊完每道焊缝后用气焊火焰在焊缝表面跟踪 ⑦ 振动结晶 振动结晶是通过不同的途径使熔池产生一定频率的振动，打乱柱状晶的方向并对熔池产生强烈的搅拌作用，从而使晶粒细化并促进气体排出。
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2.5.2 焊接熔合区的特征
熔合区是焊接接头中焊缝与母材交界的过渡区。在焊接接头横截面低倍组织图中可以看到焊缝的轮廓线，这就是通常所说的熔合线。而在显微组镜下可发现，这个所谓的熔合线实际上是具有一定宽度的半熔化区，就是熔合区。过去习惯上把熔合区作为焊缝或热影响区的一部分，近年来随着对熔合区的深入研究，发现熔合区的组织与性能有其本身的特点，而将熔合区单独列为焊接接头的一个组成部分。在一般条件下，熔合区通常会变成为整个接头的薄弱环节，对接头质量起到决定性作用，很多焊接结构失效的起源往往就在熔合区。
2.5.3 焊接热影响区
在焊接或切割过程中，材料因受热的影响而发生金相组织和力学性能变化的区域叫做热影响区。在焊接技术用于结构制造的早期，所用金属材料主要是低碳钢，热影响区一般不会出现什么问题，因此焊接质量取决于焊缝质量，当时人们的主要精力用于解决焊缝中可能出现的问题。在当前焊接技术应用材料的品种不断扩大，结构尺寸与板厚不断增加，对焊缝质量的要求越来越高，不仅大量应用了低合金高强度钢、高合金特殊钢，还用了铝、铜、钛等有色金属的合金。这些材料大多对加热敏感，因此，在焊接热源作用下热影响区的组织与性能将发生较大的变化，甚至产生严重的缺陷。在焊接过程中热影响区组织变化有如下特点：
（1）加热温度高 （2）加热速度快 （3）高温停留时间短
（4）各点的温度随时间与位置而变化 （5）自然条件下的连续冷却。
热影响区组织转变的基本原理与规律与热处理时一样，但焊热循环的特点必将带来一定的特征。因此，必须将金属相变的普遍规律与焊接热循环的特点相结合，才能正确掌握焊热影响区组织转变的情况。
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