材料焊接性第8章异种材料的焊接

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 异种材料的焊接,8.1 异种材料的分类,、组合及焊接性特点,异种材料的分类和组合,表,8.1,异种材料焊接的分类、组合及特点,不同,化学,成分,和金,相组,织的,异种,钢,母材金相,组织相同,复合钢焊,接结构件,母材金相,组织不同,的异种钢,焊接构件,例低碳钢与铬钼耐热钢、1Cr18Ni9Ti,与高镍奥氏体钢如Cr25Ni20、,Cr16Ni36之间的焊接。,最常见的有珠光体钢与铬镍奥氏体,钢、珠光体钢与高铬铁素体钢的焊,接结构件等,这类结构件是用低碳钢或低合金钢做,基层，用不锈钢或有色金属Ti、Cu、,Al等做复层，采用复合轧制、爆炸,焊、堆焊等工艺制成的双金属板材。,不同,用途,的异,种材,料焊,接结,构件,用于耐磨的,异种金属,焊接构件,用于耐热的,异种金属,焊接构件,用于耐腐蚀,的异种金属,焊接构件,用于减轻装备,重量的异种,金属焊接构件,提高电磁性,能的异种金,属焊接构件,如不锈钢、耐热钢、镍基合金、钴,基合金、耐热超合金、复合材料、金,属间化合物以及钽、铌、钼合金等,如高碳钢、各种合金钢、高锰钢、,超合金、碳化钨等硬质合金,如各种不锈钢、镍基合金、,铜、铝、钛、钽及其合金等。,如钛、铝、镁及其合金等，主要用于,航空航天、运载火箭、导弹、运输,设备等。,如银、铜、铍及其合金等，主要用于,制造电器、计算机、电子工业零件等,8.1.2 异种材料的焊接性特点,指将不同化学成分、不同组织性能的,两种或两种以上金属，在一定的工艺,条件下焊接成规定设计要求的构件，,并使形成的接头满足预定的服役要求。,异种材料,的焊接,异种材料,的焊接性,取决于两种材料的组织结构、物理化学,性能等，两种材料的这些性能差异越,大，焊接性越差。,异,种,材,料,焊,接,的,困,难,异种材料的线膨胀系数不同，容易引起热应,力，而且这种热应力不易消除，结果会使接,头处产生裂纹或很大的焊接变形。,异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化,以及新生成的组织或化合物，可使焊接接头,的性能恶化，给焊接带来很大的困难。,异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能,较差，特别是塑性和韧性明显下降。,由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，,异种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接,热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。,影响,异种,材料,焊接,性的,因素,热物理,性能的,差异,结晶化,学性能,的差异,材料的,外表,状态,两种材料热物理性能的差异主要是指,熔化温度、线膨胀系数、导热系数等,的差异，它们将影响焊接热循环过程、,结晶条件，降低焊接接头的质量。,结晶化学性能的差异主要是指晶格的类,型、晶格参数、原子半径、原子的外层,电子结构等的差异，也就是通常所说,的“冶金学上的不相容性。,材料的外表状态，如外表氧化层氧化,膜、结晶外表层、吸附的氧离子,和水份、油污、杂质等，,异,种,材,料,焊,接,方,法,熔焊,压焊,熔焊在异种材料焊接中应用很广，,主要的熔焊方法有电弧焊、气体,保护焊、电子束焊、激光焊等。,异种材料焊接常采用压焊方法,主要有电阻焊、冷压焊、扩散,焊、摩擦焊等。,还可以采用,钎焊方法来连接异种材料构件,8,.2,异种钢的焊接,8.2.1,异种钢的焊接性分析,焊缝成分,的稀释,熔合比,焊缝金属实际上是熔敷金属与熔化的基体金属混,合在一起的合金。基体金属母材溶入焊缝后,使其合金元素比例发生变化，焊缝中合金元素比,例减小称为“稀释，假设比例增加那么称为“合金化。,表,8.2 焊条电弧焊和堆焊时基体金属的熔合比 /%,熔合过,渡区的,形成,异种钢焊接接头塑性和韧性降低的,主要原因是熔合区出现马氏体脆性,层。熔合区马氏体脆性层的宽度与,焊接工艺和填充材料等有关。,马氏体,脆性层,碳迁移,扩散层,奥氏体和珠光体异种钢在焊接过程,中，特别是接头处于热处理及高温,运行过程中，熔合区附近存在碳的,扩散迁移，在熔合区靠珠光体钢一,侧产生脱碳层，而在相邻的靠奥氏,体焊缝一侧产生增碳层。,接头区,应力状态,异种钢接头在回火加热时发生了应力松弛,过程，但在随后冷却过程中，随着弹性性,能的恢复，异种钢焊接接头不均匀的热收,缩性会重新引起剩余应力，这属于“回火,剩余应力。,8.2.2,异种钢的焊接工艺特点,焊接方法,及焊接材料,焊接工艺,要点,珠光体钢与奥氏体钢焊接时，,常规的手工电弧焊和气体保护焊,都可采用。,针对奥氏体和珠光体异种钢的,焊接，一般选用,Cr25-Ni13,系焊条，,如,E309-15,、,E309-16,等。,焊接珠光体和奥氏体异种钢接,头时，应尽量降低熔合比，减少焊缝,金属被稀释。为此应减小焊条或焊丝,直径，采用大坡口、小电流、快速多,层焊等工艺。,8.2.3,不锈复合钢的焊接,不锈复合钢板是由较厚的珠光体钢基体和较薄,的不锈钢复层复合轧制而成的双金属板。基体,多为碳钢或低合金钢，复层多为奥氏体不锈钢，如,1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等，,主要满足耐蚀性能要求。复层通常是在容器里层，,厚度一般只占复合钢板总厚度的10%-20%。,不锈,复合,钢的,焊接,性分析,焊缝容,易产生,结晶裂纹,热影响区,易产生,液化裂纹,稀释率的影响,结晶区间的影响,复合钢焊接时，奥氏体钢热影响区,由于受焊接热循环影响，低熔点,杂质或共晶液化，在焊接应力作,用下产生液化裂纹。,表,8.5 不锈复合钢焊接材料的选用,复层,钢的,焊接,工艺,要点,坡口形,式和焊,接顺序,工艺,要点,焊后,热处理,对于复合钢板接头设计和坡口形式，,薄件可采用I形坡口，较厚的复合钢,板可采用V形、U形、X形、V和U复合,坡口。一般尽可能采用X形坡口双面焊。,复合钢的焊接顺序：先焊基层，再焊过,渡层，最后焊复层，同时考虑过渡层的,焊接特点，尽量减少复层一侧的焊接量。,首先必须保证复合钢工件装配的质量，,一般对接接头间隙约1.52mm，保证不,错边。先焊基层，第一道基层焊缝不应,熔透到复层金属，基层焊完后，用碳弧,气刨、铲削或磨削法清理焊根，经X射,线探伤合格后，才能焊接过渡层。,在不锈复合钢的焊接接头中，不进行复层,的固溶处理，一般也不进行消应力热处理。,但是，在极厚的复合钢的焊接中，往往要,求中间退火和消应力热处理。,8.3 钢与有色金属的焊接,8.3.1 钢与有色金属的焊接性特点,焊接,裂纹,生成脆性,化合物,焊缝中,的气孔,钢与有色金属的熔点、导热系数、线膨胀系,数、力学性能都有很大的差异。焊接时低熔,点的母材先熔化，而高熔点的母材仍处在固,体加热状态，二者难以熔合。,钢与有色金属焊接时，由于Al、Cu、Ti等在,Fe中的溶解度不同，接头处除形成固溶体,外，还会形成脆性化合物，影响接头性能。,钢与钛、镍及其合金焊接时，焊缝中很容易,产生气孔。这是因为,Ti,、,Ni,基体在高温下易,吸收、溶解较多的,H、O、N,，熔池凝固结晶,时这些气体来不及析出，就会形成气孔。,表8.9 有色金属与钢焊接常出现的问题、产生原因及防止措施,8.3.2 钢与铝及铝合金的焊接,焊接性,分析,钢与铝及其合金焊接时，由于Fe在固态Al中,的,溶解度极小，室温下，Fe几乎不溶于Al，所以,冷却过程中会产生FeAl3，并且随着Fe含量的增,加，还会出现Fe,2,Al、Fe,2,Al,7,、Fe,2,Al,5,、FeAl,2,等脆性金属间化合物，降低接头的塑韧性，甚,至会引起焊接裂纹。,焊接工,艺要点,焊接方法,和焊接材料,焊前准备,焊接工艺,及参数,钢与铝及其合金熔焊一般采用氩弧焊、,电子束焊等方法。此外，采用摩擦焊、,超声波焊、扩散焊和冷压焊等压焊方法,焊前必须彻底清理待焊工件外表，消除,氧化物薄膜。对铝件的外表处理可以用,15%-20%NaOH或KOH溶液浸蚀，浸蚀后用,清水冲洗，然后在20%的HNO3水溶液中,钝化，冲洗和枯燥之后，放在干净的,环境中待焊。,钢与铝及其合金氩弧焊时，电弧,要指向铝及其合金一侧的焊丝上,采用摩擦焊时，应尽量缩短接头,的加热时间并施加较大的挤压力,采用冷压焊焊接钢与铝及其合金，有两,种焊接工艺，一种是在Al+Al3Fe的共晶,温度以上焊接；另一种工艺是先在钢件,上涂敷,Cu、Ag或Zn，然后再进行冷压焊。,8.3.3 钢与铜及铜合金的焊接,焊接性,分析,钢与铜焊接存在的主要问题是焊缝易,产生热裂纹、热影响区易产生渗透裂纹。,钢与铜焊缝金属的化学成分对渗透裂纹,的形成及裂纹长度有很大影响。,热裂纹主要与低熔共晶、晶界偏析以及,钢与铜的线膨胀系数相差较大有关。焊缝,中出现低熔点共晶或是铜的晶界偏析，在,较大的焊接应力作用下，产生热裂纹。,焊接工,艺要点,焊接方法,和焊接材料,坡口,形式,焊接工艺,及参数,可以采用手工电弧焊、埋弧焊、,钨极氩弧焊和电子束焊等。,低碳钢板厚度小于4mm，一般不开坡,口，厚度大于4mm时要开V形坡口，坡,口角度为60-70，钝边为1-2mm，,可不留间隙。厚度大于10mm的开不对,称V形坡口，坡口角度为60-70，,铜一侧角度稍大于钢一侧，钝边3mm，,间隙0-2mm,。,钢与铜及其合金焊接应采用小直径焊条,或焊丝、小电流、快速焊，不摆动的焊,接工艺。施焊过程中，控制焊接电弧必,须指向铜及其合金一侧，偏离钢一侧，,距坡口中心约为5-8 mm，尽量减少钢,一侧的熔化量，采用熔焊-钎焊工艺。,1.珠光体钢与奥氏体钢焊接时，从焊接性角度分析应注意哪几个问题，为什么？,2.如果低合金结构钢焊缝根部第1层用不锈钢焊条焊接，第2层用结构钢焊条焊接，分析这种组合焊缝是否合理？两层焊缝交界区的组织性能有什么特点？所用的不锈钢焊条应选用何种合金系，为什么？,3.什么是碳迁移过渡层？焊接异种钢时如何防止碳的扩散迁移？,4.低合金钢Q345与0Cr18Ni9Ti不锈钢焊接时，为什么有时要在低合金钢母材一侧的坡口面上堆焊过渡层？ 5.异种钢焊接时，可否在奥氏体钢一侧的坡口面上用低合金钢或碳钢焊条堆焊过渡层，然后再与低合金钢或碳钢焊接？为什么？,6.为什么采用熔焊方法很难实现有色金属与钢的可靠连接？分析有色金属与钢焊接时出现的问题有哪些，应采取什么措施？,7.低合金钢与不锈钢焊接时，应选择什么型号或合金系的填充材料？,8.珠光体-奥氏体异种钢焊接时，过渡区出现脆化是什么原因，如何防止？,9.简述复合钢板的焊接程序。采用焊条电弧焊焊接0Cr13与Q235复合钢板时，应选用什么型号或合金系的焊条焊接过渡层？,10.采用埋弧焊焊接20g与1Cr18Ni29Ti的复合钢板，针对基层、复层和过渡层，给出焊丝与焊剂的型号或牌号及焊接工艺要点。,