熔合比对焊缝金属组织性能有较大的影响，尤其是在奥氏体不锈钢和珠光体钢异种钢焊接时，要得到理想的焊缝金属组织，必须通过研究影响熔合比的因素，严格控制熔合比。

4.1  坡口型式对熔合比的影响
4.1.1坡口角度的影响 

一般说来，坡口角度越大，熔合比越小，坡口角度越小熔合比越大；如不开坡口或I型坡口的熔合比大于X型坡口，X型坡口的熔合比大于V型坡口。
对于异种钢焊接，在压力容器制造过程中还经常遇到图2所示的奥氏体不锈钢与珠光体钢的异种钢焊接结构

 图2    异种钢接管角接接头

该焊接接头属于角接接头，焊缝两侧厚度差比较大，根据NB/T47014-2011的规定，不等厚焊接接头的焊接工艺评定要用等厚度对接试件进行评定，而且坡口型式为次要因素，改变坡口型式不需要重新评定。等厚度异种钢对接焊接时，焊接电弧一般正对坡口中心，仅由于焊缝两侧磁性的差别而造成电弧偏吹，即焊缝两侧母材熔化量不同，如珠光体钢一侧分配系数为0.6，奥氏体一侧分配系数为0.4。图2所示焊接接头中，由于奥氏体接管侧厚度较薄，熔化量很小，焊条不能正对坡口中心，而要倾向于珠光体钢一侧，其分配系数大于0.6，则图1舍弗勒相图中的c点左移，由于焊接材料没有变化，b点和d点不发生变化，随着c点左移，得到需要的室温组织时，熔合比相应变小；尤其使用A102焊条焊接时，即舍弗勒相图中的b点，要得到奥氏体加不超过5%的铁素体，熔合比的可控范围非常小，熔合比的少量增大，即会造成室温组织的变化，而该类焊接接头熔合比的变化与坡口角度密切相关，坡口角度变小，熔合比迅速增加，对焊缝金属组织变化有显著的影响。

4.1.2  钝边高度的影响

异种钢焊接时，尤其是单面焊时，钝边高度影响焊缝金属的熔合比，为了保证焊透且成型良好，必须将钝边完全融化，对于对接接头来说坡口两边的钝边熔合量基本是对称的，考虑到分配系数，熔化的母材的成分基本上位于舍弗勒相图中C点的位置，钝边高度的变化对于C点位置基本没有什么影响。

而对于图2所示角接接头结构，只有珠光体侧钝边的熔化，而奥氏体不锈钢侧无钝边的熔化，钝边高度增加，珠光体侧熔化金属增加，而奥氏体侧熔化金属不变，则舍弗勒相图中的c点进一步左移，熔合比控制范围进一步缩小。

4.1.3  坡口间隙的影响

坡口间隙越大，焊接材料的熔化量增加，相应的母材熔化量减少熔合比降低；反之，坡口间隙过小，为保证根部焊透，需要提高焊接电流，熔化更多的母材金属，使熔合比增加。

4.2  焊接工艺参数对熔合比的影响

焊接工艺参数主要是焊接电流、焊接电压及焊接速度。焊接电流增加，熔合比增加。如图3所示为埋弧自动焊焊接电流与熔合比的关系，可见随着焊接电流的增加，熔合比显著增加。

图3  焊接电流与熔合比的关系

增加电弧电压，则电弧功率增大，焊件热输入有所增大，但弧长拉长，从而熔宽增加，而熔深略有减小，余高减小，熔合比变化不大。

提高焊接速度，焊接热输入相应减小，熔宽和熔深也随之减小，熔合比几乎不变。

4.3 导电嘴至工件的距离

对于埋弧自动焊和熔化极气体保护焊来说，导电嘴至工件的距离影响焊丝伸出长度，焊丝伸出长度增加，由于电阻热的预热作用加强，焊丝的熔化速度增加，焊缝余高增大；此外，由于焊丝伸出长度增加，焊接电流减小，使熔合比降低。

4.4  焊接电流的种类和极性

焊接电流的种类和极性对于异种钢焊接的熔合比也有较大的影响，通常，直流反接时，熔敷速度稍低，熔深较大，熔合比大；直流正接时，熔敷速度较高，但熔深较浅，熔合比小；交流焊接时，熔合比介于直流正接与直流反接之间。

对于钨极氩弧焊则恰好相反，直流正极性时熔深最大，直流反极性时熔深最小。

5、焊接工艺评定标准对异种钢焊接工艺评定的适用性

目前承压设备焊接工艺评定均执行NB/T47014-2011，该标准中对Fe-1至Fe-5A类母材焊接工艺评定时，高类别号母材相焊评定合格的焊接工艺，适用于该高类别号母材与低类别号母材相焊，对于其他类别号异种材料焊接工艺评定没有给出特殊规定，仍按照各种焊接方法的通用评定规则和专用评定规则进行评定。

结合上述焊接材料、熔合比对异种钢尤其是奥氏体不锈钢和珠光体不锈钢焊接时焊缝金属组织和性能的影响，对焊接工艺评定标准各因素对异种钢焊接的适用性进行探讨。

5.1  焊接材料

焊接材料属于填充金属，根据NB/T47014填充金属评定规则，变更填充金属类别号需要重新进行焊接工艺评定，而填充金属类别号的划分分别按照表2对焊条进行分类，按照表3对钨极气体保护焊和熔化极气体保护焊的焊丝进行分类，按照表4对埋弧自动焊焊丝进行分类。不锈钢焊接材料分类的依据为熔敷金属组织，熔敷金属组织为奥氏体的焊接材料划分为同一类别，即只要熔敷金属为奥氏体的焊接材料，相互之间可以代替，而不需重新进行焊接工艺评定。

而焊接材料因素属于焊接工艺评定中的重要因素，影响焊接接头的力学性能，奥氏体不锈钢与珠光体钢异种钢之间的焊接时，虽然选择的焊条A102和A302，其熔敷金属组织均为奥氏体，但由于熔合比不同，其焊缝金属化学成分和组织也不相同，当然力学性能也不相同，可见NB/T47014中该条评定规则无法完全适用于奥氏体不锈钢与珠光体钢之间的焊接工艺评定。应对同一类焊接材料不同牌号或型号的焊接材料对异种钢焊接接头的组织性能的影响规律进行深入研究，制定出同一类别焊接材料进一步分组，制定出同一类别不同组别的替代规则以用于异种钢焊接工艺评定。

5.2  焊接工艺参数

在NB/T47014标准中，对于焊接电流、焊接电压及焊接速度单独变化均作为次要因素，仅线能量作为补加因素控制，而线能量为：

E= UI/q

式中：E—焊接线能量；

          U—焊接电压；

           I— 焊接电流；

           q—焊接速度；

可见，线能量是焊接电流、焊接电压及焊接速度共同作用的结果，单一的参数变化不控制。而对于奥氏体钢和珠光体钢异种钢焊接，焊接电流对焊缝金属熔合比最大，而焊接电压、焊接速度则对熔合比的影响较小，按照NB/T47014的标准仅对线能量进行控制而焊接电流的单独变化不予控制则不能满足要求，而应深入研究焊接电流对熔合比的影响程度，结合熔合比对焊缝金属组织的影响，确定焊接电流的焊接工艺评定适用范围，超出评定范围需重新进行评定，将焊接电流作为重要因素进行控制。

5.3 坡口型式

坡口型式在NB/T47014中对于各种焊接方法来说，均属于次要因素，即既不影响焊接接头的力学性能也不影响冲击性能，只影响焊工的操作，因此坡口型式发生改变时，不需要重新进行焊接工艺评定，而只需要重新编制焊接作业指导书即可。

而对于奥氏体不锈钢与珠光体钢之间的异种钢焊接，通过上述分析可知，坡口角度、钝边高度及坡口间隙等均影响异种钢焊接时的熔合比，通过熔合比的变化影响焊接接头的力学性能，而影响力学性能的因素应为重要因素，显然再按NB/T47014将其作为次要因素对异种钢焊接进行工艺评定难以保证焊接接头力学性能，因此，应对坡口型式参数进行划分，如坡口角度、钝边高度、坡口间隙等参数分别作为焊接工艺评定因素，研究其对熔合比及焊缝金属组织的影响程度，制订评定规则。

5.4  导电嘴至工件的距离

如前所述，导电嘴至工件的距离对熔合比有一定的影响，而在NB/T47014中，在埋弧自动焊、熔化极气体保护焊及气电立焊中，将导电嘴至工件的距离作为次要因素，也就是说导电嘴至工件的距离变化不影响焊缝金属力学性能，但影响焊工操作，无论焊丝伸出长度如何变化，无需重新进行焊接工艺评定，只要重新编制焊接作业指导书即可。显然用于奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢异种钢焊接时，难以满足要求，因为如果不对焊丝伸出长度进行限制，当伸出长度影响熔合比超过一定限度，焊缝金属组织会发生变化，从而影响其力学性能，此时仍将导电嘴至工件的距离作为次要因素进行控制，无法保证焊缝金属力学性能，应作为重要因素进行控制。

建议通过进一步研究导电嘴至工件距离对熔合比的影响程度，限定焊丝伸出长度范围作为重要因素，当焊丝伸出长度超出该范围，熔合比的变化使焊缝金属组织性能发生变化时，应重新进行焊接工艺评定。

5.5  焊接电流种类和极性

焊接电流的种类和极性对于焊缝金属的熔合比也有着重要的影响，而且对于不同的焊接方法之间也有不同的影响，如对钨极气体保护焊和熔化极气体保护焊，其对熔合比的影响是相反的。NB/T47014中将焊接电流的种类和极性作为补加因素进行控制，即对于通常的焊接工艺评定来说，焊接电流的种类和极性影响焊接接头的冲击韧性；而对于奥氏体不锈钢与珠光体钢异种钢来说，焊接电流的种类和极性通过对熔合比的影响，对焊缝金属的组织性能也产生了影响，因此，应将其作为重要因素进行控制，即焊接电流的种类和极性与焊接工艺评定发生变化时，应重新进行评定。

6、结束语

奥氏体钢与珠光体钢异种钢焊接应通过合理选择焊接材料、控制熔合比等方法制定合理的焊接工艺方能保证焊接接头的力学性能。通过上述分析，可见现有的承压设备焊接工艺评定标准NB/T47014-2011的评定规则不能完全适用于奥氏体钢与珠光体钢异种钢焊接工艺评定，因此应针对影响该类异种钢焊缝金属组织和性能的各种要素进行深入的研究，制订适用的焊接工艺评定标准，指导异种钢生产实际，保证异种钢焊接接头性能。