材料焊接性第8章异种材料的焊接

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1、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8.1.1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

2、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

3、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

4、学性能的差异材料的表面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”。材料的表面状态，如表面氧化层（氧化膜）、结晶表面层、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

5、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”，若比例增加则称为“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

6、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残余应力，这属于“回火残余应力”。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

7、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