异种金属焊接

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1、异种金属焊接讨论异种金属焊接讨论 首钢矿业公司高级焊工继续教育首钢矿业公司高级焊工继续教育 景士伟景士伟 2012年年6月月2日日 异种金属的焊接异种金属的焊接n所谓异种金属的焊接，是指各种母材的物所谓异种金属的焊接，是指各种母材的物理常数和金属组织等性质各不相同的金属理常数和金属组织等性质各不相同的金属之间的焊接。之间的焊接。 异种金属的焊接主要包括三种情况：异种金属的焊接主要包括三种情况： 钢与铜焊接接头 采用镍合金焊条焊接铸铁接头 奥氏体不锈复合钢板焊接接头第一节 异种金属材料焊接接头的特点n 一、异种金属材料焊接接头的特点一、异种金属材料焊接接头的特点n1化学成分的不均匀性化学成分的不

2、均匀性 异种金属焊接时，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成异种金属焊接时，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显的差别。随着焊缝形状、母材厚度、焊条药皮分有明显的差别。随着焊缝形状、母材厚度、焊条药皮或焊剂、保护气体种类的不同，焊接熔池的行为也不一或焊剂、保护气体种类的不同，焊接熔池的行为也不一样。因而，母材的熔化量也将随之而不同。熔敷金属与样。因而，母材的熔化量也将随之而不同。熔敷金属与母材熔化区的化学成分由于相互稀释也将发生变化。由母材熔化区的化学成分由于相互稀释也将发生变化。由此可见，异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程此可见，异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程度，不仅取决于母

3、材和填充材料各自的原始成分，同时度，不仅取决于母材和填充材料各自的原始成分，同时也随焊接工艺而变化。例如异种金属施焊时所用的焊接也随焊接工艺而变化。例如异种金属施焊时所用的焊接电流要尽量小，熔深要浅则受稀释的影响就小。电流要尽量小，熔深要浅则受稀释的影响就小。n2组织的不均匀性 由于焊接热循环的作用，焊接接头各区域的组织也不同，而且，往往在局部的地方出现相当复杂的组织结构。根据舍夫勒组织图和稀释率可以确定异种金属焊接接头中焊缝区的组织结构。组织的不均匀性，决定于母材和填充材料的化学成分，同时也与焊接方法、焊道层次、焊接工艺以及焊后热处理过程有关，若能在工艺上适当调整，可以是焊接接头的组织不均匀

4、程度得到一定改善。n3、性能的不均匀性、性能的不均匀性 焊接接头各区域化学成分和组织的差异，带来了焊接接焊接接头各区域化学成分和组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同，沿接头各区域的室温强度、硬度、头力学性能的不同，沿接头各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的差别。有时在塑性、韧性都有很大的差别。有时在35个晶粒的范围个晶粒的范围内，显微硬度出现成倍的变化；在焊缝两侧的热影响区，内，显微硬度出现成倍的变化；在焊缝两侧的热影响区，其冲击值甚至有几倍之差。高温下的蠕变极限和持久强其冲击值甚至有几倍之差。高温下的蠕变极限和持久强度也会因成分和组织的不同，相差极为悬殊。度也会因成分和组织的不同

5、，相差极为悬殊。 物理性能对焊接接头影响最大的因素有热膨胀系数和热物理性能对焊接接头影响最大的因素有热膨胀系数和热导率，它们的差异很大程度上决定着焊接接头在高温下导率，它们的差异很大程度上决定着焊接接头在高温下的使用性能。的使用性能。n4应力场分布的不均匀性应力场分布的不均匀性 异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不均匀，这是因为接头各区域具有不同的塑均匀，这是因为接头各区域具有不同的塑性决定的；另外，材料导热性的差异，将性决定的；另外，材料导热性的差异，将引起焊接热循环温度场的变化，也是残余引起焊接热循环温度场的变化，也是残余应力分布不均匀的因素之一。应力分

6、布不均匀的因素之一。第二节 异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择n 一、异种钢焊接时焊接方法的选择原则一、异种钢焊接时焊接方法的选择原则 大部分的焊接方法都可以用于异种钢的焊接，在一般大部分的焊接方法都可以用于异种钢的焊接，在一般生产条件下使用焊条电弧焊最为方便，因为焊条的种类生产条件下使用焊条电弧焊最为方便，因为焊条的种类很多，便于选择，适应性强，可以根据不同的异种钢组很多，便于选择，适应性强，可以根据不同的异种钢组合确定适用的焊条，而且焊条电弧焊熔合比小。堆焊可合确定适用的焊条，而且焊条电弧焊熔合比小。堆焊可以降低熔合比。不同的珠光体钢焊接以及珠光体钢与高以降低熔合比。不同的珠光体钢焊接

7、以及珠光体钢与高铬马氏体钢焊接，采用二氧化碳气体保护焊，具有广泛铬马氏体钢焊接，采用二氧化碳气体保护焊，具有广泛实用性。高合金异种钢焊接一般采用惰性气体保护焊，实用性。高合金异种钢焊接一般采用惰性气体保护焊，一般薄件采用钨极氩弧焊，厚件采用熔化极惰性气体保一般薄件采用钨极氩弧焊，厚件采用熔化极惰性气体保护焊。如采用熔焊时，应尽量采用小电流快速焊，以降护焊。如采用熔焊时，应尽量采用小电流快速焊，以降低母才金属的熔化量，保证较小的熔合比。低母才金属的熔化量，保证较小的熔合比。n二、异种钢焊接时焊接材料的选择 正确选择焊接材料是异种钢焊接时的关键，接头质量和性能与焊接材料关系十分密切。 1）在焊接接

8、头不产生裂纹等缺陷的前提下，如果不可能兼顾焊 缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的焊接材料。 2）在许多情况下焊缝金属性能只需符合两种母材中的一种，即认为满足技术要求。 3）焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成形美观。 4）焊接材料应经济、易得。 （12GrMoV+Q235 R317?E5015?） 第三节 异种钢的焊接要点n 异种钢焊接的主要问题是熔合线附近的金属韧性下降。异种钢焊接的主要问题是熔合线附近的金属韧性下降。由于焊件经受加热和冷却的作用，在熔合线附近产生脆由于焊件经受加热和冷却的作用，在熔合线附近产生脆性的马氏体组织和渗碳层，若再受到热应力的作用，就性的马氏体组织和渗碳层，若

9、再受到热应力的作用，就很易产生裂纹。焊接参数、接头形式、预热温度及操作很易产生裂纹。焊接参数、接头形式、预热温度及操作技术等直接决定着焊缝的稀释率。技术等直接决定着焊缝的稀释率。 当用当用E308-16、E308-l5型焊条焊接奥氏体钢与低碳钢，型焊条焊接奥氏体钢与低碳钢，或焊接异种低合金钢时，即使焊缝的稀释率控制在或焊接异种低合金钢时，即使焊缝的稀释率控制在 20左右，也容易在熔合线附近出现脆性的过渡层，其宽度左右，也容易在熔合线附近出现脆性的过渡层，其宽度为为0108mm，金相组织属于马氏体类型，显著地，金相组织属于马氏体类型，显著地恶化了接头的质量。恶化了接头的质量。 奥氏体不锈钢与其他

10、钢材对接焊时，可在非不锈钢一侧奥氏体不锈钢与其他钢材对接焊时，可在非不锈钢一侧的坡口边缘预先堆焊一层高铬高镍的金属，焊条牌号选的坡口边缘预先堆焊一层高铬高镍的金属，焊条牌号选用用E30916、E30915。堆焊后再用相应的奥氏体不锈。堆焊后再用相应的奥氏体不锈钢焊条焊接。钢焊条焊接。 根据焊接性试验的结果，在对非不锈钢一侧钢材进行预根据焊接性试验的结果，在对非不锈钢一侧钢材进行预热及焊后热处理时，焊前应在坡口上预热、堆焊，堆焊热及焊后热处理时，焊前应在坡口上预热、堆焊，堆焊层数为层数为12层。堆焊后施以消除应力的退火处理，用着层。堆焊后施以消除应力的退火处理，用着色探伤检查堆焊层。再用相应的不

11、锈钢焊条焊接对接接色探伤检查堆焊层。再用相应的不锈钢焊条焊接对接接头，此时不需预热。有预堆焊层的异种钢接头的焊接顺头，此时不需预热。有预堆焊层的异种钢接头的焊接顺序如图所示。序如图所示。堆焊层的厚度以能隔离以后几层焊接时电弧热对母村金属的作用，能防止产生淬硬倾向。堆焊层的厚度以能隔离以后几层焊接时电弧热对母村金属的作用，能防止产生淬硬倾向。在低合金钢坡口表面堆焊时，堆焊层的厚度为在低合金钢坡口表面堆焊时，堆焊层的厚度为56mm。淬硬性强的钢材，表面堆焊层厚。淬硬性强的钢材，表面堆焊层厚度为度为78mm。 焊接过程中断或收尾时，必须填满弧坑，以免产生弧坑裂纹。焊后还应防止焊缝受到焊接过程中断或收