3-10焊接压力装置223异种金属

1、2/23 异种金属焊接Joining dissimilar materials主要内容异种金属焊接冶金原理与焊接性异种金属连接工艺特点异种金属连接典型应用举例异种金属焊接的分类异种金属焊接的主要困难异种金属焊接性异种金属焊接冶金原理与焊接性从材料上：异种金属焊接的分类异种有色金属焊接 有色金属与黑色金属焊接 异种黑色金属焊接 铁与钢焊接 异种钢焊接a） 金相组织类型相同但化学成分不同的钢 b） 不同金相组织类型的钢（黑与白） 珠光体钢与奥氏体钢组合珠光体钢与铁素体钢组合奥氏体钢与铁素体钢组合奥氏体钢与马氏体钢组合铁素体钢与马氏体钢组合从接头形式上：两种不同母材金属的接头母材金属相同而填充金属不

2、同的接头复合板焊接和堆焊异种金属焊接的主要困难异种金属的熔点差异异种金属的线胀系数差异异种金属的热导率和比热差异异种金属的电磁性能差异异种金属的氧化性差异异种金属的相溶性差异线胀系数大的金属热膨胀率大，冷却时收缩也大，在熔池结晶时会产生很大的残余应力。由于焊缝两侧金属承受的应力状态不同，所以易使焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝与母材金属剥离。金属的热导率和比热容差异会使焊缝的结晶条件变化，晶粒粗化严重，并影响难熔金属的润湿性能。因此，应选用强力热源进行焊接，焊接时热源的位置要偏向导热性能好的母材金属一侧。熔点低的金属达到熔化状态时，熔点高的金属仍呈固体状态，这时已经熔化的金属容易深入过热区

3、的晶界，使过热区的力学性能降低；当熔点高的金属熔化时，就会造成熔点低的金属流失，合金元素烧损或蒸发，使焊接接头难以愈合。金属电磁性相差越大，焊接电弧越不稳定，焊缝成形变坏。用熔焊方法焊接铜与铝时，熔池中极易形成铜和铝的氧化物，冷却结晶时，存在于晶界的氧化物能使晶间结合力降低。使焊缝产生夹杂和裂纹。当两种金属元素之间不但在液态而且在固态下都互相溶解，能形成一种新相固溶体，那么这两种金属元素之间便具会了冶金学上的“相溶性”，原则上是可以焊接的。如果在固溶体焊缝中出现了金属间化合物，则接头的塑性和韧性下降。影响程度决定于它的类型，数量、形态及其分布。常用金属材料物理性能金属名称熔点/热导率 / Wm

4、-1K-1线胀系数 / 10-6.C-1Fe153766.711.76Cu1083359.216.6Al660206.923.8Ti167713.88.2Zr185221.95.05Mg650144.625.8Nb249748.17.5V185726.98.3Zn420103.829.7异种金属焊接性异种金属的焊接性主要是指不同化学成分、不同组织性能的两种或两种以上金属，在限定的施工条件下焊接成符合设计要求的构件，并满足服役环境的要求。异种金属焊接方法：熔焊、压焊、钎焊熔焊的焊接性焊接区是否会形成对力学性能及化学性能等有较大影响的不良组织和金属间化合物？能否防止产生焊接裂纹及其它缺陷？是否会由

5、于熔池混合不良形成溶质元素的宏观偏析及熔合区脆性相？在焊后热处理和服役中熔合区发生不利的组织变化？异种金属的熔焊焊接性异种金属连接工艺特点异种金属焊接的基础知识 堆焊时 对接焊时母材定为G，焊接填充材料定为Z 母材定为G1和G2，填充材料部份定为Z熔合比=G/（Z+G1+G2）100%母材1的熔合比=G1/（Z+G1+G2）100%母材2的熔合比=G2/（Z+G1+G2）100% 焊接线能量越大，母材熔入焊缝越多。为了减少焊缝金属的稀释率，一般采用小电流和高焊接速度进行焊接。！焊接工艺参数的选择应以减少母材金属的熔化和提高焊缝的堆积量为主要原则。焊接方法熔合比（%）碱性焊条电弧焊2030酸性焊

6、条电弧焊1525熔化极气体保护焊2030埋弧焊3060带极埋弧焊1020钨极氩弧焊10100不同焊接方法的熔合比范围碳迁移：珠光体钢与奥氏体钢焊接形成脱碳层碳形成增碳层应力集中接头的常温和高温瞬时力学性能影响不大，但会降低接头10%20%左右的高温持久强度。在珠光体一侧增加碳化物形成元素（如Cr、Mo、V、Ti和W等）或在奥氏体焊缝中减少这些元素在珠光体钢侧预先堆焊含强碳化物形成元素或镍基合金的隔离层提高奥氏体焊缝中的镍含量，利用镍的石墨化作用阻碍形成碳化物减少焊缝及热影响区的高温停留时间防止碳迁移接头按应力分为三个组别对接头设计来说，重要的是要有足够的韧性，并达到不锈钢的屈服极限值。焊接填充

7、材料，要根据舍菲勒图、焊接方法来选择。使焊接金属达到奥氏体或奥氏体铁素体组织。焊接热输入，既要注意母材要求，也要注意焊接填充材料的要求。一方面，对黑色金属一侧，那些硬化敏感性的材料，需要预热，另一方面，由于焊接金属热裂纹的敏感性，要控制层间温度。 应力组别-接头受300以下的工作应力作用，并且只承受机械负荷。组应力的黑色白色金属接头 化工容器设备制造中的支柱地脚或架子应力组别-接头除了承受机械应力之外，还承受腐蚀应力。堆焊时，选择焊接填充材料中，必须注意对不同型式的腐蚀（如晶间腐蚀，点状腐蚀和应力裂纹腐蚀）有足够的抵抗能力，并兼顾工艺方法与熔合比。低合金复合材料焊接时，要注意选择过渡层和复层的

8、焊接材料，采用低熔合比的焊接工艺方法，焊接复合板时，焊接坡口准备是非常重要的。低合金复合材料的焊接与堆焊应力组别-接头除了有机械/或腐蚀负荷之外，另外还有较高或较低的工作温度。接头的问题：主要是碳会从黑色金属向白色金属扩散，在接头处产生增脱碳层，接头会产生马氏体组织，因材料有不同的热膨胀，会在黑白金属交界处引起明显的附加应力，这一问题在低温时仍然存在。采用镍基焊接材料，一方面阻止碳向奥氏体扩散，也就阻止了晶间腐蚀的倾向，另一方面，减小热应力和马氏体带宽度。用这种填充材料时，必须特别注意清洁度、较低的工作温度以及混合比，以减少热裂纹形成的危险。化学工业与电站工业组应力的黑色-白色金属接头 例如：

9、电站锅炉中过热器和再热器管的接头，在600左右的高温下工作，甚至受交变温度的影响，同时受到载荷和腐蚀的共同作用，工艺上需选用熔合比较低的焊接方法，选择镍基填充材料，采用合适的焊接参数来焊接。母材：13CrMo4-5+X5CrNi18-8（15CrMo+SA213TP304H）规格：634mm焊接方法：手工氩弧焊填充材料：S-NiCr20Nb（ERNiCr-3），2.5mm工艺要求：采用小电流、低的层间温度、大的坡口角度，防止热裂纹。 异种金属连接典型应用举例异种钢的焊接举例相同金相组织类型的异种钢焊接：焊接材料的选择原则是：要求焊缝金属化学性能、耐热性能等其他性能不低于母材中性能要求较低一侧的

10、指标。预热温度和层间温度按照碳当量较高一侧母材的要求确定。热处理一般按照合金含量较高侧母材确定，两者热处理温度范围不同，应根据热处理温度范围高的下限和热处理温度范围低的上限来确定，如果热处理温度范围高的下限高于热处理温度低的上限，且温度相差太大，应考虑堆焊过渡层。例1：S235+S355（碳钢）厚度：30mm焊材：ISO2560-A E 38 3 B预热温度：100-150层间温度：200选择焊接材料的要点是焊缝金属力学性能等其他性能不低于母材中性能要求较低一侧的指标 。例2：S690QL+S355（调质细晶粒钢+碳钢）厚度：20mm焊材：ISO2560-A E 42 3 B预热温度：100-

11、150层间温度：220-250预热温度和层间温度按照碳当量较高一侧母材的要求确定 例3：13CrMo4-5+10CrMo9-10（热强钢）厚度：15mm焊材：ISO3580-A E CrMo1 B预热温度：200层间温度：300焊后热处理温度：680热处理一般按照合金含量较高侧母材确定，两者热处理温度范围不同，应根据热处理温度范围高的下限和热处理温度范围低的上限来确定，如果热处理温度范围高的下限高于热处理温度低的上限，且温度相差太大，应考虑堆焊过渡层或增加过渡材料。不同组织的异种钢（黑与白）的焊接：接头存在四个问题接头的焊接材料选择要点接头按应力分为三个组别焊缝金属的稀释过渡区马氏体组织碳迁移

12、形成扩散层接头残余应力珠光体钢（非合金钢或低合金钢）奥氏体不锈钢选择焊材时可以根据舍夫勒组织图，按照熔合比来估算，以获得纯奥氏体或奥氏体加少量铁素体组织的焊缝成分。在珠光体钢侧熔合区铬、镍含量远低于焊缝中心的平均值 ，按照舍夫勒组织图估算这一区域是硬度很高的马氏体或奥氏体+马氏体组织。在焊接、热处理或使用过程中长时间处于高温时，珠光体和奥氏体钢界面附近产生碳迁移，在珠光体钢侧形成脱碳层发生软化，奥氏体钢侧形成增碳层发生硬化，降低接头承载能力。因珠光体钢与奥氏体钢的线膨胀系数不同，焊后冷却时收缩量的差异，必然导致接头产生残余应力。在常温和温度不是很高的条件下运行，可按照舍夫勒组织图选择奥氏体不锈

13、钢焊接材料。Q235钢 b1Cr18Ni9钢 a188型（A102） c2513型（A307）d2520型（A407） e在高温运行，应选用镍基合金焊接材料，因为： a）奥氏体不锈钢线膨胀系数是珠光体钢的1.5倍左右，镍基合金的线膨胀系数介于两者之间，可减少热应力和热疲劳； b）镍基合金能阻止碳化物生成，减少碳迁移； c）采用镍基合金材料能减少异种钢接头中马氏体带过渡区的宽度，改善接头熔合区质量，提高接头的综合性能组：工作温度350，承受机械载荷例如S235-X5CrNi18-10（碳钢+不锈钢）问题：M，热裂纹填充材料：ISO3581-A E18 8 Mn（1.4370） ISO3581-A

14、 E23 12 L（1.4332）注意：碳钢一侧是否予热 控制层间温度组：接头除机械载荷外，还受腐蚀介质的作例如：复合板的焊接S275J2+X6CrNi18-10 （SB42/SUS321）焊接材料：基层焊材 ISO14171-A S2 ISO14174 MS（H08MnA+HJ431 ） ISO2560-A E 38 3 B （J507）过渡层焊材 ISO3581-A 23 12L （E309Mo, A312）复层焊材 ISO3581-A 19 9 （E308, A132） 组：接头除机械载荷外/或腐蚀介质外，还受高温，甚至交变温度的作用例如： 13CrMo4-5+X5CrNi18-8 （6

15、34mm） （15CrMo+SA213TP304H）焊接方法：手工氩弧焊填充材料：S-NiCr20Nb （ERNiCr-3）注意：采用小电流、低的层间温度、大的坡口角度，防止热裂纹。钢与铝的焊接焊接组织物理性能的差异焊接方法及焊材的选择形成固溶体和共晶体，以及FeAl、FeAl2、FeAl3、Fe2Al7、Fe3Al 和Fe2Al5等金属间化合物，对接头的力学性能有明显影响。铝还能与钢中的Mn、Cr、Ni等元素形成有限固溶体和金属间化合物，与钢中的碳形成化合物等，使焊接接头强度和硬度提高，使接头的塑性和韧性下降。熔点相差8001000热导率相差213倍线膨胀系数相差1.42倍铝及其合金加热时在表面迅速形成稳定氧化膜（Al2O3）钨极氩弧焊，焊接前待焊表面需彻底清理。交流电源和铝合金焊丝。钢与铜的焊接铁（钢）和铜在高温时的晶格类型、晶格常数和原子半径等都很接近，它们之间的焊接比较有利。两者物理性能方面的差异，给焊接造成许多困难。液态铜或铜合金对近缝区钢的晶界有较强的渗透作用，在拉应力作用下易形成渗透裂纹。大多数熔焊方法，如气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、电子束焊等都可用于钢与铜及铜合金的焊