5-2异种金属焊接材料与方法选择.ppt

1、焊工技师、高级技师培训,5-2 异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,一、熔合区的特点 异种金属焊接时，在母材和焊缝之间有一个成分和母材或焊缝都不相同且介于两者之间，实际上形成了化学成分的过渡层。如图所示。 如果焊条或焊丝成分和母材成分，或者两者母材的成分相差很大时，熔合区的性能对焊接接头的性能有着很大的影响。,异种金属焊接材料与方法选择,在选择焊接材料和确定焊接工艺时，不仅要考虑焊缝金属本身的成分和性能，还要考虑熔合区成分和性能。虽然熔合区的厚度极小，通常只有几个晶粒或者更小，但它对接头的性能影响缺很大。,异种金属焊接材料与方法选择,实际上，熔合区可分为未混合区和半熔化区。

2、如果焊缝金属和母材金属化学成分差别很大，越不容易充分混合，则熔合区越明显。熔合比和稀释率高时，熔合区也更明显。熔合区金属液体存在时间越长，或者 液体金属流动性越好，则成分越均匀，熔合区会有所减小。 熔合区成分的不均匀性，可通过调整焊接参数、热处理工艺进行适当改善。,异种金属焊接材料与方法选择,二、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，只是在焊接参数和措施方面需要适当考虑异种钢的特点。在选择焊接方法时，既要保证满足异种钢焊接的质量要求，又要考虑效率和经济性。在一般生产条件下使用焊条电弧焊最为方便，因为焊条的种类很多，便于选择，适应性强，可以根据不同的异种钢组合确

3、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。,异种金属焊接材料与方法选择,二、异种钢焊接时焊接方法的选择原则 堆焊可以降低熔合比，埋弧焊生产效率高。焊接金相组织不同的钢，如珠光体钢与奥氏体钢焊接时，应该考虑尽量使金属熔化量降到最小限度，即尽可能的降低熔合比，以防止过渡区出现脆性的脆硬组织和裂纹等缺陷。不同的珠光体钢焊接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，具有广泛实用性。,异种金属焊接材料与方法选择,二、异种钢焊接时焊接方法的选择原则 高合金异种钢焊接一般采用惰性气体保护焊

4、，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。电子束焊可以用于制造异种钢真空设备薄壁构件。小直径的异种钢管可以用闪光对焊。形状复杂的异种材料构件可用摩擦焊、扩散焊、爆炸焊和钎焊焊接。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。,异种金属焊接材料与方法选择,二、异种钢焊接时焊接方法的选择原则 选用合适的焊接材料或有关措施，可以调整焊缝成分和性能，防止产生裂纹，提高焊接接头的性能，用各种电阻焊焊接异种钢时，要特别注意控制母材的熔化量。,异种金属焊接材料与方法选择,三、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

5、材料关系十分密切。 异种钢接头的焊缝和熔合区，由于有合金元素被稀释和碳迁移等因素的影响，存在着一个过渡区段，不但化学成分和金相组织不均匀，而且物理性能也不同，甚至力学性能也有极大的差异，可能引起缺陷或严重降低性能。所以必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求正确的选择焊接材料。,异种金属焊接材料与方法选择,三、异种钢焊接时焊接材料的选择 从使用要求来说，对于金相组织较为接近的异种钢接头，其焊接材料的选择原则是要求焊缝金属的力学性能及其他性能不低于母材中性能较低的一侧的指标。,异种金属焊接材料与方法选择,三、异种钢焊接时焊接材料的选择 但从焊接工艺来说，有时需要按性能较高的母材选择焊接材料。

6、比如，铬的质量分数为12%的Cr12型复杂合金化的高铬热强钢与低合金的12Cr1MoV钢的焊接实践表明，如果选择用性能较低的12Cr1MoV钢常用的E5515-B2-V这种工作温度低于540的焊条，在Cr12热影响区会出现裂纹。而选用性能较高的Cr12钢常用的E11MoVNiW-15这种工作温度低于580的焊条，可以避免热影响区裂纹。,异种金属焊接材料与方法选择,三、异种钢焊接时焊接材料的选择 选择异种钢焊接材料时的基本原则： 1）在焊接接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

7、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。,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 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性的马氏体组织和渗碳层，若再受到热应力的作用，就很易产生裂纹。焊接参数、接头形式、预热温度及操作技术等直接决定着焊缝的稀释率。而稀释率又取决于母材金属的熔合比。 当用E308-16

8、、E308-l5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 20左右，也容易在熔合线附近出现脆性的过渡层，其宽度为0108mm，金相组织属于马氏体类型，显著地恶化了接头的质量。,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的减少，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚的焊件对接焊时适宜采用X形坡口或双U形坡口，这样稀释率及焊后产生的内应力较小，但坡口的根部必须焊透。如受结构限制而只能采用单面焊双面成型工艺时，则先用手工钨极氩弧焊进行打底层焊接，从第二层开始改用焊条电弧焊。厚度相差较大的焊件，为防止产生过大的应力

9、集中，不推荐采用异种钢焊接。,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 焊缝的稀释率与钢材的合金含量有关，在同样的熔化面积下，随着合金含量的增多而稀释率增大。珠光体耐热钢单层对接焊的稀释率在20%-40%。奥氏体不锈钢的稀释率比珠光体钢约高10%-20%。,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方法和焊接层数的选择，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。为减少焊缝金属的稀释率，一般采用小电流、细直径焊条及高的焊接速度进行焊接。随着焊接电流的增加，焊缝稀释率增大。采用多层多道焊，对于避免接头中的冷裂纹有着

10、显著的效果。,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 当被焊的两种钢材之一是淬硬钢时，必须进行预热，其温度应根据焊接性差的钢材选择。用奥氏体钢焊条焊接异种钢接头时，可适当降低预热温度或不预热。 焊接复杂结构时，先分件组装焊接，然后再整体拼装焊接比整体组装焊接好，有助于减小刚度及焊接残余应力。装配时的定位焊截面不能太薄。,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 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，焊条牌号选用E30916、E30915。堆焊后再用相应的奥氏体不锈钢焊条焊接。 根据焊接性试验的结果，在对非不锈

11、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，堆焊层数为12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序如图所示。,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 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56mm。淬硬性强的钢材，表面堆焊层厚度为78mm。厚度超过30mm的刚性堆焊时，建议首先在高合金钢一侧采用与母材金属成分相近的焊条堆焊一层5-6mm厚的过渡层，然后再堆焊

12、层上用与另一个金属成分相近的焊条堆焊一层6-8mm 厚的过渡层。目的是将高合金钢堆焊层的成分稀释，使随后对接焊时所产生的淬硬层组织处于次过渡层上。在完成上述两堆焊层后，加工成适当的坡口，然后用接近母材的焊条进行对接焊。 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冷却硬化。,异种金属焊接材料与方法选择,四、异种钢焊接时焊接材料的选择 焊后热处理的目的是提高接头淬硬区的塑性及减小焊接应力，热处理规范的选择必须考虑到加热、冷却时对接头中两种钢材及焊缝性能的影响。用奥氏体钢焊条焊成的异种钢接头，焊后一般不进行热处理。 异种钢焊接接头的热处理是一个比较复杂的问题，一般根据

13、组合的母村金属、焊缝的合金成分和结构类型等具体情况来确定。若两种母村金属均有淬硬倾向，则必须进行焊后热处理。热处理规范大多参照淬硬倾向较大的钢来确定 两种母村金属的性能差别较大时，接头的焊后热处理并不能消除焊接应力，而只能使应力进行重新分布。例如由1Cr18Ni9Ti不锈钢与12CrMo耐热钢焊成的接头，不宜采用焊后热处理。,异种金属焊接材料与方法选择,低碳钢与低合金钢的焊接,一、焊接性 低合金钢是在碳钢的基础上，加人少量或微量的合金元素（合金元素质量分数不超过3），使碳钢的组织发生变化，从而获得较高的屈服强度和较好的冲击韧度。随着钢中合金元素的增加，低合金钢的强度等级逐步提高，碳当量随之增加

14、，因此钢的淬硬性增加，焊接性变差。 低碳钢具有最优良的焊接性。因此，低碳钢和低合金钢焊接时的焊接性仅决定于低合金钢本身的焊接性。 对于这两种异种钢焊接时的焊前准备、焊接工艺和焊后热处理等工艺措施，根据低合金钢来拟定。,异种金属焊接材料与方法选择,一船体结构某部位由12MnCrNiVCu与Q235连接而成，板厚为24mm，试制定焊接工艺。,12MnCrNiVCu？,和16Mn类似，属于350MPa级普低钢,异种金属焊接材料与方法选择,低碳钢与低合金钢的焊接性,低 合 金 钢,合金元素增加,淬硬组织,冷裂纹,氢,应力,异种金属焊接材料与方法选择,低碳钢与低合金钢的焊接工艺,异种钢的焊接工艺应根据焊

15、接性较差的一种来拟定,焊前准备,焊前清理,焊条烘干,焊前预热,气割下料,异种金属焊接材料与方法选择,二、焊前准备 300400MPa级别的低合金钢，如 Q345（16Mn）钢，焊接性和低碳钢相差不多，随着钢种强度等级的提高，焊接性相对会下降。 强度等级为 450MPa级的 Q420（15Mn VN）钢，在环境温度不太低时，可以不预热，采用氧乙炔火焰进行切割，切割后不需要加工，即可直接进行施焊，焊缝金属也决不会因焊接坡口是气割的而产生裂纹。 强度等级超过500MPa级的钢种，如 18MnMoNb，14MnMoV和 14MnMoVB等钢，由于碳当量比较高，气割后在气割边缘用磁粉探伤时，常会发现有微

16、裂纹，这些微裂纹必须用砂轮将其磨掉，才能进行施焊。 对于强度等级更高或厚度较大的钢材，焊接坡口若用气割加工而成，为防止产生裂纹，可采用与焊接时相同的预热参数进行预热。,异种金属焊接材料与方法选择,三、焊接工艺 1装配和定位焊 不允许强制装配，对角变形和错边量要严格控制，避免因未焊透和应力集中而引起的裂纹。为了防止装配定位焊的开裂，一般定位焊的焊缝长度为20100mm。如发现定位焊点有裂纹时，要立即清除，并移位重新进行定位焊。定位焊所选用的焊接工艺和材料应与正式焊接要求相同,异种金属焊接材料与方法选择,2预热和层间温度 低碳钢和低合金钢进行焊接时，要根据低合金钢选用预热温度。当Q345（16Mn

17、）钢的厚度超过25mm时以及强度等级超过500MPa级的低合金钢与低碳钢焊接时，均应进行预热。预热时，可以单独对低合金钢进行，也可以与低碳钢装配定位焊后预热。预热温度不应低于100。预热的宽度为焊缝两侧各100mm左右为宜。其方法可以用氧乙炔火焰或远红外加热。 为了保持预热的作用，并促进焊接过程中氢的扩散逸出，层间温度通常应等于或略高于预热温度。但预热温度和层间温度不应过高，否则，可能会引起某些钢种焊接接头组织和性能的恶化。,异种金属焊接材料与方法选择,预热 层间温度,预热作用,预热温度选择,预热方法,层间温度,异种金属焊接材料与方法选择,3焊接材料 低碳钢和低合金钢焊接时，要求焊缝金属及焊接接头的强度应大于低碳钢的强度；其塑性和冲击韧度不应低于低合金钢。因此，焊接材料选择的原则是：强度、塑性和冲击韧度都不能低于被焊钢材中的最低值。,异种金属焊接材料与方法选择,焊接材料,低碳钢,低合金钢,强度、塑性和韧性只要满足被焊钢中较差的一种即可,异种金属焊接材料与方法选择,异种金属焊接材料与方法选择,4焊接热输入 为了减少这两类钢焊接接头热影响区的淬硬倾向和消除冷裂纹，使氢能从焊缝金属中逸出，可以采用较大的热输入（线能量），即在电弧电压不变的情况下，可用较大的焊接电流和较慢的焊接速度。施焊时，允许焊条作横向摆动，焊接熔池缓慢凝固，以