奧氏體不銹鋼與珠光體鋼焊接是最常見的異種鋼焊接。異種鋼接頭使用環(huán)境也特別復(fù)雜，有的是在低溫環(huán)境下使用，也有的在高溫下使用；有的要求耐腐蝕，有時則要求耐疲勞，這些都要求在選擇焊接材料時必須認(rèn)真考慮。
1. 稀釋問題
在異種鋼的焊接過程中，由于基體金屬的熔化而使焊縫金屬受到稀釋，焊縫金屬的成分是由填充金屬的成分、母材成分及熔合比確定，這樣可以在不銹鋼組織圖上，大致預(yù)測出焊縫金屬的組織狀態(tài)，也能大致知道焊縫的性能，保證接頭的機(jī)械性能和抗裂性能。
2. 熔合區(qū)的塑性
奧氏體不銹鋼與珠光體焊接時，一般選擇奧氏體焊縫金屬，由于稀釋作用，往往會在過渡區(qū)產(chǎn)生脆性的馬氏體組織，即在焊縫金屬中靠近珠光體母材一側(cè)熔合區(qū)附近存在一個窄的低塑性帶，低塑性帶的化學(xué)成分和組織均不同于焊縫的其他部位，寬度一般為0.2~0.6mm,位置在熔合區(qū)中靠熔合線的邊緣。熔合區(qū)的寬度隨填充金屬的種類不同而不同，見表3-32。熔合區(qū)中低塑性的馬氏體組織存在，明顯地降低接頭的沖擊韌性，對于在低溫下工作和承受沖擊載荷的異種鋼接頭，應(yīng)選用鎳基合金材料作為填充金屬、以減少熔合區(qū)的脆性馬氏體層的寬度和熔合線附近沖擊韌性的降低幅度。
3. 碳的擴(kuò)散
前面已經(jīng)提及異種接頭，在焊后熱處理或高溫環(huán)境中使用時，由于兩側(cè)強(qiáng)碳化物形成元素含量和組織的不同而產(chǎn)生碳的遷移。這樣在珠光體一側(cè)形成脫碳層，由于碳的減少。珠光體組織將變成鐵素體組織而軟化，同時促使脫碳區(qū)的晶粒長大，沿熔合線形成一層粗晶粒區(qū)。增碳層中的碳除溶入基體以外，剩余的碳元素則以鉻的碳化物形態(tài)析出，使組織硬化。研究表明，焊縫金屬中含鎳量提高，脫碳層寬度減小。當(dāng)含鎳量提高到25%時，脫碳層寬度顯著減小。
碳的擴(kuò)散遷移對接頭的常溫和高溫瞬時強(qiáng)度的不良影響比較小，但對持久強(qiáng)度和疲勞極限的影響較大，而且斷裂部位大部分發(fā)生在熔合區(qū)的脫碳層上。隨著碳擴(kuò)散的發(fā)展、接頭在熔合區(qū)發(fā)生脆性斷裂的傾向增大。
4. 熱應(yīng)力及其影響
奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)比珠光體鋼大30%~60%,導(dǎo)熱系數(shù)卻只有珠光體鋼的30%~40%.這樣兩種材料的接頭，焊后會引起熱應(yīng)力。而這種熱應(yīng)力是不可能通過熱處理來消除的，這種永存的熱應(yīng)力對接頭性能影響很大。
奧氏體不銹鋼與珠光體鋼異種材料的接頭在周期性加熱和冷卻條件下工作時，接頭承受著嚴(yán)重的熱應(yīng)變應(yīng)力，由于珠光體一側(cè)的熔合區(qū)或熱影響區(qū)韌性相對較差，所以很容易沿這一側(cè)熔合線產(chǎn)生熱疲勞裂紋。熱疲勞裂紋會在熱應(yīng)力的作用下，沿著弱化的脫碳層擴(kuò)展而導(dǎo)致接頭破壞。由于鎳基合金的熱膨脹系數(shù)介于奧氏體鋼與珠光體鋼之間，且接近珠光體鋼，這樣就分散了接頭因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，在接頭性能要求高的情況下，采用鎳基合金焊接材料是非常有效的。
珠光體與奧氏體鋼焊接時，必須選用奧氏體焊接材料。若選用珠光體型焊接材料，則由于奧氏體鋼的稀釋作用，就會產(chǎn)生整個焊縫金屬形成馬氏體而脆化，并引起裂紋。若選用308型焊接材料，由于母材的稀釋作用，焊縫金屬產(chǎn)生大量的馬氏體組織，抗裂性能較差。一般來說，選用309型焊接材料，焊縫金屬為奧氏體＋少量鐵素體組織，則抗裂性能好、應(yīng)用最為廣泛。在實際工作中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)接頭的具體材料和接頭的使用環(huán)境，確定焊縫金屬的化學(xué)成分和組織，利用已知的熔合比和不銹鋼組織狀態(tài)圖，來選擇焊接材料。表3-33推薦的焊接材料選擇僅供參考。
