异种钢焊接多少℃以上宜采用镍基焊材
原创
褚建伟
欧标美标压力容器设计
欧标美标压力容器设计
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主要针对国标，ASME,EN13445等国内外标准的压力容器的设计，偶尔会有些分析方面的内容；总结标准，交流分享设计心得和问题处理
前几天焊接群里在讨论异种钢焊接，多少℃用镍基焊材的问题；当时作为焊接的门外汉瞎掺和了一脚，因为十月份我也做了些这方面的工作。多位大牛直接说出什么标准怎么规定的，事后我去翻了标准整理了一下。
在化工的换热器的设计中由于经济原因，通常是腐蚀性介质走管程，低腐蚀或无腐蚀的介质走壳程。这样就只需要接触管程介质的部分用好一点的材料如不锈钢，壳程用碳钢或低合金就好了。近几年此类换热器有钱的业主开始直接选用不锈钢管板，而不是使用复合板或堆焊的管板了。
使用纯不锈钢管板对换热管管头和管程侧的耐腐蚀来说是有好处的，因为无论是复合板的复层还是堆焊层相对于原材料状态的不锈钢锻件/板材来说耐腐蚀能力都会差一些。但由此也引出了其它问题，不锈钢和碳钢/低合金钢的焊接问题。由于管板和壳体焊接连接的接头受力相对复杂，碳钢和不锈钢的线膨胀系数相差较大，管板的刚度相对较大，进一步加剧了不锈钢管板和碳钢壳体的焊接接头的应力。
异种钢焊接的疲劳问题最初是在WRC 432中提出在哪些情况下要考虑线膨胀差，推荐用镍基焊材。为啥推荐用镍基焊材呢，因为镍基材料的线膨胀系数是处于碳钢或低合金和不锈钢之间的，在环向焊接接头处能有个过渡来降低热膨胀差引起的应力。API标准做了进一步的细化规定.
低合金，不锈钢和镍基材料的线膨胀系数
WRC 432的规定
API 582的6.2.2条规定设计温度高于315℃时，奥氏体不锈钢和铁素体钢焊接时要使用镍基焊材；中国的HG/T 20581规定应该就是抄的API 582。
API 582 6.2.2
HG/T 20581
API 571的3.26.1条规定：1）当操作温度高于260℃时焊缝处的高热膨胀应力，会导致蠕变断裂和蠕变疲劳。2），3）,4）...
API 571
NB/T 47015的标准规定设计温度高于370℃时，碳钢/低合金钢与奥氏体不锈钢的焊接宜采用镍基焊材。据房总说370℃这个是上海工程公司要求加到NB/T 47015标准里的（个人初步猜测370是315和425平均得来的
）。
在我不常用的电力行业的标准中，这个规定的温度更高超过425℃才考虑用镍基焊材。
NB/T 47015的规定
其实无论哪个标准都应该以操作温度为界限，因为考虑热膨胀差是用金属壁温的，换热器壳程或罐子或塔金属壁温都是和操作温度接近的（炉子和炉子下游需要设置耐热材料的设备除外）。通过API 571的规定以及世界范围内实际运行的设备可以肯定API 582的规定过于严格了。综合一下：正常设备个人推荐315℃以上的操作温度宜采用镍基焊材，疲劳设备如果不能避免异种钢焊接操作温度260℃以上
宜采用镍基焊材
。
十月我非常非常非常简化（没建焊接接头，管板是按151的系数很粗的当量平板）的分析过一台设计温度350℃的换热器。不锈钢管板和碳钢壳体焊接接头的只有热，压力加热工况的应力。在压力和热的共同作用下会有个变形协调，焊接接头的应力更协调了些，应力云图没发回来就不贴了。
无压力仅有壳程壁温的工况（管板和壳体施加了相同的金属温度）
褚建伟
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