奥氏体不锈钢与珠光体钢(碳钢或低合金结构钢)是两种组织和成分都不相同的钢种,因此,焊缝金属是由两种不同类型的母材金属以及填充金属材料熔合而成。这就产生了焊接同一金属所不同的一系列新问题:
(1)焊缝的稀释 由于珠光体钢中不含有合金元素或合金元素含量较低(低合金结构钢),所以对整个焊缝金属的合金具有稀释作用,使焊缝中的奥氏体形成元素含量减少,可能会出现马氏体组织,严重时甚至可能出现裂纹。
(2)过渡层的形成 在焊接热源作用下,熔化的母材金属和填充金属相互混合的程度,在熔池内部和熔池边缘是不相同的。在熔池边缘,液态金属温度较低,流动性较差,在液态停留时间较短。由于珠光体钢与奥氏体填充金属材料的成分相差悬殊,在熔池的边缘上,熔化的母材金属与填充金属不能很好地熔合,结果在珠光体钢这一部分焊缝金属中,珠光体钢母材金属所占的比例较大,而且越靠近熔合线,母材金属所占的比例越大。因此,在紧靠珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属中,会形成和焊缝金属内部成分不同的过渡层。
(3)熔合区扩散层的形成 由奥氏体不锈钢和珠光体钢组成的焊接接头中,由于珠光体钢的含碳量较高,但合金元素含量较少(主要指碳化物形成元素),而奥氏体不锈钢则相反,这样在熔合区珠光体钢一侧的边缘形成了碳和碳化物形成元素的浓度层。当这两类异种钢的焊接接头在温度高于350-400℃长期工作时,熔合区便出现明显的碳的扩散,即碳从珠光体钢通过熔合区向奥氏体焊缝扩散。结果,在靠近熔合区的珠光体母材金属上形成了脱碳层而软化,在奥氏体焊缝一侧产生了与脱碳层相对应的增碳层而硬化。
(4)热应力大 由于奥氏体母材金属和焊缝金属的线胀系数比珠光体母材金属大30%-50%,而热导率却只有珠光体母材金属的50%左右。因此,这类异种钢的焊接接头会产生很大的热应力,特别当温度变化速度较快时,由热应力引起的热冲击力像合金钢淬火一样容易引起焊件开裂。
(5)延迟裂纹 氢在不同的组织中,溶解度不相同,并且与温度有关。当温度为500℃时,氢在奥氏体中的溶解度为100px3/100g,而在铁素体中(珠光体是渗碳体和铁素体的机械混合物)的溶解度为18.75px3/100g;在100℃时,氢在奥氏体中的溶解度降到22.5px3/100g,在铁素体中只有5px3/100g。这类异种钢的焊接熔池在结晶过程中,既有奥氏体又有铁素体,两者相互接近,气体可以进行扩散,使扩散氢得以聚集,为产生延迟裂纹创造了条件。