《焊接技术基础》课件-第6章常用金属材料焊接

第6章

常用金属材料焊接第6章

常用金属材料焊接6.1异种金属焊接概述6.1.1异种金属的焊接性异种金属焊接与同种金属焊接相比，一般较困难，它的焊接性主要由两种材料的物理性能、冶金相容性、表面状态等决定的。第6章

常用金属材料焊接物理性能的差异各种金属间的物理性能、化学性能及力学性能差异，都会对异种金属之间的焊接产生影响，其中物理性能的差异影响最大。当两种金属材料熔化温度相差较大时，熔化温度较高的金属的凝固和收缩，将会使处于薄弱状态的低熔化温度金属产生内应力而受损；线膨胀系数相关较大时，焊缝及母材冷却收缩不一致，则会产生较大的焊接残余应力和变形；电磁性相差较大时，则电弧不稳定，焊缝成形不佳甚至不能形成焊缝；导热系数相差较大时，会影响焊接的热循环、结晶条件和接头质量。第6章

常用金属材料焊接2.冶金相容性的差异“冶金学上的相容性”是指晶格类型、晶格参数、原子半径和原子外层电子结构等的差异。两种金属材料在冶金学上是否相容，取决于它们在液态和固态的互溶性以及焊接过程中是否产生金属间化合物。两种在液态下互不相溶的金属或合金不能用熔化焊的方法进行焊接，如铁与镁、铁与铅、纯铅与铜等，只有在液态和固态下都具有良好的互溶性的金属或合金（即固溶体），才能在熔焊时形成良好的接头；由于金属间化合物硬而脆，不能用于连接金属，如焊接过程中产生了金属间化合物，则焊缝塑性、韧性将明显下降，甚至不能完全使用。第6章

常用金属材料焊接3.表面状态的差异材料表面的氧化层、结晶表面层情况、吸附的氧离子和空气分子、水、油污、杂技等状态，都会直接影响异种金属的焊接性。焊接异种金属时，会产生成分、组织、性能与母材不同的过渡层，而过渡层的性能会影响整个焊接接头的性能。一般情况下，增大熔合比，则会提高焊缝金属的稀释率，使过渡层更为明显；焊缝金属与母材的化学成分相差越大，熔池金属越不容易充分混合，过渡层越明显；熔池金属液态存在时间越长，则越容易混合均匀。因而，焊接异种金属时，为了保证接头的性能，必须采取措施控制过渡层。第6章

常用金属材料焊接6.1.2异种金属焊接方法1.熔焊2.压焊3.钎焊第6章

常用金属材料焊接6.1.2异种金属焊接的组合类型异种金属的组合在工程应用中多种多样，最常用的组合有三种情况：①异种钢的焊接②异种有色金属的焊接③钢与有色金属的焊接第6章

常用金属材料焊接6.2异种钢的焊接6.2.1异种钢焊接的种类异种钢的焊接主要有金相组织相同的异种钢的焊接和金相组织不同的异种钢的焊接两大类，常见的有下列几种组合方式：（1）不同珠不体钢的焊接；（2）不同铁素体钢、铁素体-马氏体钢的焊接；（3）不同奥氏体钢、奥氏体-铁素体钢的焊接；（4）珠光体钢与铁素体钢、铁素体-马氏全钢的焊接；（5）珠光体钢与奥氏体钢、奥氏体-铁素体钢的焊接；（6）铁素体钢、铁素体-马氏体钢与奥氏体钢、奥氏体-铁素体钢的焊接；（7）铸铁与钢、复合钢的焊接。第6章

常用金属材料焊接6.2.2不锈复合钢的焊接不锈复合钢板是由较薄的不锈钢为覆层（约占总厚度的10~20%）、较厚的珠光体钢为基层复合而成，因而属于异种钢焊接问题。1.焊接特点不锈复合钢焊接时除了要保证钢材的力学性能外，还要保证复合钢板接头的综合性能，焊接时的主要问题是基层与覆层交接处的过渡层焊接，常见有下面两方面问题：①过渡层异种钢的混合问题②过渡区的组织特点及对焊接的影响第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺（1）焊接方法焊接不锈复合钢时常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊和等离子弧焊等。（2）坡口形式不锈复合钢薄件焊接可采用I形坡口，厚件可采用V形、U形、X形、V形和U形联合坡口等（3）焊接材料

第6章

常用金属材料焊接（4）焊接工艺要点

①焊件准备②焊接顺序

③焊接操作要点

第6章

常用金属材料焊接6.2.3珠光体钢与奥氏体钢的焊接1.焊接特点（1）焊缝出现脆性马氏体组织

（2）过渡层形成及熔合区塑性降低

（3）碳的扩散影响高温性能（4）热应力的产生降低接头性能第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺（1）焊接方法珠光体与奥氏体钢焊接时，应选择烚合比小、稀释率低的焊接方法。（2）焊接材料珠光体钢与奥氏体钢焊接时，选择焊接材料的原则是：能克服珠光体钢对焊缝金属的稀释作用带来的不利影响；抵制碳化物形成元素的不利影响；保证接头使用性能，包括力学性能和综合性能；接头内不产生冷、热裂纹；良好工艺性能和生产效率，尽可能降低成本。（3）焊接工艺要点珠光体钢与奥氏体钢焊接时，为了降低熔合比，应采用大坡口、小电流、快速、多层焊等工艺。第6章

常用金属材料焊接6.3钢与有色金属的焊接6.3.1钢与铜及其合金的焊接1.焊接特点钢与铜及铜合金的熔点、导热系数、线膨胀系数等都有很大的不同，在焊接时易发生焊接热裂纹；同时，液态铜或铜合金有可能向其所接触的近缝区的钢表面内部渗透，并不断向微观裂口浸润深入，形成所谓的“渗透裂纹”。但由于铁与铜的原子半径、晶格类型等比较接近，对原子间的扩散、钢与铜及铜合金的焊接来说，又是有利的一面。第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺大多数的熔焊方法如气焊、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接。同样，在焊前也应对待焊部位及其附近清理干净，直至露出金属光泽。（1）焊条电弧焊

当板厚大于3mm需开坡口，坡口形式与尺寸与焊钢时相同。为了保证焊透，X形坡口不留钝边。单道焊缝施焊时，焊条应偏向钢侧，必要地可对铜件适当预热。第6章

常用金属材料焊接（2）钨极氩弧焊

主要用于薄件焊接，也常用在紫铜-钢的管与管、板与板、管板的焊接以及在钢上补紫铜的焊接。焊前焊件必须彻底清理，通常铜要酸洗，而钢件要去油污。（3）埋弧焊

当厚度大于10mm时，需开V形坡口，角度为600~700，铜一侧角度略大于钢侧，可为400，钝边3mm，间隙0~2mm。第6章

常用金属材料焊接6.3.2钢与铝及其合金的焊接1.焊接特点铝及其合金与钢的物理性能相差很多，给焊接造成了很大的困难。首先，熔点相差约800~10000C，焊接时，当铝及其合金已完全熔化，钢却还保持在固态；其次，导热系数相差2~13倍，很难均匀加热；此外，线膨胀系数相差1.4~2倍，在接头界面两侧必须造成残余热应力，并且无法通过热处理消除它，增强了裂纹倾向；再有，铝及其合金加热时能形成氧化膜（Al2O3），它不仅会造成焊缝金属熔合困难，还会形成焊缝夹渣。第6章

常用金属材料焊接为了解决钢与铝及其合金熔焊时的困难，常采取如下工艺措施：（1）为了减小钢与铝产生金属间化合物，在钢表面覆一层与铝能很好结合的过渡金属，如锌、银等，过渡层厚度为30~40μm，钢侧为钎焊，铝侧为熔焊；也可采用复合镀层，如Cu-Zn（4~6μm+30~40μm）或Ni-Zn（5~6μm+30~40μm），能使金属间化合物层的厚度更小。（2）对接焊时，使用K形坡口，坡口开在钢材一侧。焊接热源偏向铝材一侧，以使两侧受热均衡，防止镀层金属蒸发。（3）使用惰性气体保护，如用氩弧焊等。第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺钢与铝及其合金的熔焊时采用钨极氩弧焊。使用K形坡口，钢的一侧坡口角度为700。清理干净坡口后，在钢表面覆过渡层，在碳钢及低合金钢表面镀锌，奥氏体钢表面镀铝。第6章

常用金属材料焊接6.3.3钢与钛及其合金的焊接1.焊接特点（1）接头脆化

（2）易产生焊接第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺由于钢与钛及钛合金焊接时易产生脆性化合物，因而一般不能采用焊条电弧焊、埋弧焊与CO2气体保护焊等方法，可采用钨极氩弧焊，其焊缝结构如图6-6所示。第6章

常用金属材料焊接6.4异种有色金属的焊接6.4.1铝与钛的焊接1.焊接特点铝与钛在物理化学性能和力学性能方面有较大差异，焊接时易出现以下问题：（1）铝与钛易氧化，合金元素易烧损蒸发

（2）易产生脆性化合物（3）铝与钛相互溶解度小，高温时吸气性大

（4）铝与钛的变形大第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺铝与钛易形成金属化合物，因而很少采用熔焊方法。焊接时可利用钛与铝的熔点不同，采用熔焊—钎焊工艺，即铝一侧为熔焊，钛一侧为钎焊。由于采用熔焊—钎焊工艺要保持熔池温度不能过高，操作困难，目前采用一种先在坡口上渗铝的工艺措施。即焊前先在钛件的坡口上覆盖一层铝，用钨极氩弧焊进行快速焊接，以防止钛熔化。第6章

常用金属材料焊接6.4.2铜与钛的焊接1.焊接特点铜与钛由于物理和化学性能方面存在较大差异，焊接时主要问题是：①铜与钛的互溶性有限，在高温下能形成TiCu、Ti2Cu等多种金属间化合物，以及Ti+Ti2Cu（熔点10030C）、Ti2Cu+TiCu（熔点9600C）等低熔点共晶，使接头性能下降；②钛与铜对氧的亲和力很大，在常温和高温下都易形成氧化物；在高温下，钛与铜还能吸收氢、氮和氧等，在焊缝熔合线处形成氢气孔，并且在钛母材侧易生成片状氢化物TiH2产生氢脆等。第6章

常用金属材料焊接2.焊接工艺铜与钛的焊接，主要使用的熔焊方法是钨极氩弧焊。在焊接时，为了防止两种金属产生低熔点共晶，钨极电弧应指向铜的一侧。母材板厚/mm焊接电流/A电弧电压/V填充材料电弧偏离

/mm牌号直径/mmTA2+T23.05.02504001012QCr0.8QCr0.81.222.54.5Ti3Al37Nb+T22.05.02604001012T4T41.223.04.0钛合金与铜钨极氩弧焊焊接工艺参数第6章

常用金属材料焊接6.4.3铝与铜的焊接1.焊接特点铝与铜在熔焊时