搅拌摩擦焊技术在异种金属连接中的研究和发展趋势
搅拌摩擦焊技术在异种金属连接中的研究和发展趋势
100343班10030125 李晓朋
[摘要]文章对搅拌摩擦焊技术概况和技术特点进行了简要介绍，对搅拌摩擦焊技术在国内外异种技术连接中的研究现状进行了分析。文章认为搅拌摩擦焊技术在铝铜、铝镁等异种金属的连接具有广泛的的应用价值，有利于提高中国工业在国际市场的竞争能力。
[关键词]搅拌摩擦焊；异种金属；研究；发展趋势；
0前言
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊接技术一种固相焊接技术，1991 年由英国焊接研究所（The Welding Institute，简称TWI）发明。搅拌摩擦焊在飞机制造、机车车辆和船舶制造中已经得到应用，主要用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和铝基复合材料的同种或异种材料的焊接。与其他传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊消耗的能源更少，无需填充焊丝，无飞溅，无烟尘，这使得这一技术更加的环保，具有很好的实际应用价值。
1搅拌摩擦焊原理
与常规摩擦焊一样,搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于,搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(welding pin)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化,同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的，由此可见搅拌摩擦焊的焊缝是在热－机联合作用下形成的固态焊缝。具有界面温度低、加热冷却速度快、在高温停留时间短、有利于控制金属间化合物生长等显著特性。搅拌摩擦焊原理如图1所示[1-2]。
异种材料连接结构具有两种材料综合的优异性能，搅拌摩擦焊对材料的适应性很强，几乎可以焊接所有类型的铝合金材料，也可以较容易的实现异种材料连接，目前研究较多的是镁－铝异种材料搅拌摩擦焊技术，此外，利用搅拌摩擦焊还可以较方便的实现铜铝复合焊接接头和铝－钢板材之间
的连接等。图 1 搅拌摩擦焊原理
2搅拌摩擦焊技术在异种金属连接中的研究
2.1钢/铝异种金属的搅拌摩擦焊
李辉凤，李建萍等人[3]通过实验得出铝-钢搅拌摩擦可选的工艺参数选择范围较小，搭接接头较对接接头参数范围要宽些，铝-钢搅拌摩擦焊所需n/v在10附近，钢置于前进边时，铝-钢更容易连接。可用作铝-钢搅拌摩擦焊的搅拌头材料很多,如热处理的工具钢、模具钢、镍基合金、wc-co合金钢等。铝钢搅拌摩擦焊工艺参数如表1所示。
表1 铝钢搅拌摩擦焊工艺参数
2.2 铜/铝异种材料搅拌摩擦焊技术的研究[4]
南昌航空大学（原名南昌航空工业学院）的柯黎明、刘鸽平等人[5]利用搅拌摩擦焊技术成功地焊接了防锈铝LF6 和工业纯铜T1 对接接头。结果表明：搅拌头旋转速度与焊接速度的比值大小是保证接头质量的关键因素，选择合适的焊接工艺参数可以获得组织、性能优良的Al／Cu 接头。Al ／Cu 搅拌摩擦焊接头包含涡流状交迭区，说明在搅拌摩擦焊过程中接头金属发生了塑性动，接头局部点硬度突变的主要原因是Al3．892Cu6．108型金属间化合物的生成。
2.3铜/钢异种材料搅拌摩擦焊技术的研究
铜与钢的焊接有熔化焊和固态焊[6-7]。用熔化焊焊接铜与钢时，焊接工艺复杂，接头易产生缺陷；惯性摩擦焊焊接铜与钢，可获得良好接头质量，但其焊接对象主要是回转体，受被焊工件几何形状的限制。
黄春平、邢丽等人[8]用搅拌摩擦焊方法通过改变焊接方向成功焊接了10 mm厚的紫铜板与低碳钢板，得到了内部无缺陷、外观成形良好、无变形的接头，接头抗拉强度达233 MPa,为铜母材强度的95%，断裂位置在铜侧热影响区，焊缝区抗拉强度达296 MPa,远超过紫铜母材的强度。不同焊接方向时的焊缝表面形貌如图2。
3 搅拌摩擦焊发展趋势
搅拌摩擦焊技术以其消耗的能源少，无需填充焊丝，无飞溅，无烟尘等特点，使得这一技术更加的环保，具有很好的实际应用价值。
近年来，与搅拌摩擦焊有关的新技术及其应用研究比较多，如搅拌摩擦点焊、搅拌摩擦表面改性技术、细晶材料制备、搅拌摩擦焊接修复、搅拌摩擦-激光复合焊接技术和搅拌摩擦焊接机器人技术等[9]。中国搅拌摩擦焊中心正在全力开发搅拌摩擦焊点焊技术。该技术的推广应用将对汽车制造、飞机制造等产生革命性的影响。
图2 不同焊接方向时的焊缝表面形貌
4 参考文献
[1] 史耀武,唐伟.搅拌摩擦焊的原理与应用焊接[J]．电焊机，2000(1)：6－9．
[2] 张田仓，郭德伦，栾国红，等．固相连接新技术——搅拌摩擦焊技术[J]．航空工艺技术，1999(2)：35－36．
[3] 李辉凤，李建萍，鲁贞华.铝_钢异种金属搅拌摩擦焊研究.现代焊接，2011，10: 12－16．
[4] 沈璐，陈影，葛继平，等.异种金属材料搅拌摩擦焊的研究现状及展望[J] ．电焊机，2010(6)：53－56．
[5] 柯黎明，刘鸽平，邢丽，等．铝合金LF6 与工业纯铜T1的搅拌摩擦焊工艺[J]．中国有色金属学报，2004，14(9)：1534－1538．[6] Yilmaz O, CelikH. Electrical and thermal properties of the interface at diffusion-bonded and soldered 304 stainless steel and copper bimet-al [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2003, 141(1):67-76.
[7] Fu L, Du S G. Effects of external electric field onmicrostructure and property of friction welded joint between copper and stainless steel [J]. Journal of Materials Science, 2006, 41(13): 4137-4142.
[8] 黄春平, 邢丽, 柯黎明, 等.紫铜与低碳钢厚板搅拌摩擦焊工艺分析[J].焊接学报，2009(12)：37－41．
[9] 赵熹华, 冯吉才. 压焊方法及设备[D]. 机械工业出版社. 2008：279.
致谢
本文是焊接技术新进展讲座课程的结课论文，本文中大量引用柯黎明、邢丽、黄春平等老师发表的文章，在此，谨向上述各位老师和学者致以最崇高的敬意和衷心的感谢!
在撰写论文期间,承蒙余爱武师兄的悉心指导和帮助，在此致以由衷的谢意。谨以此文献给所有对搅拌摩擦焊技术在异种金属连接的研究人员表示崇高的敬意。
第三章 搅拌摩擦焊
第三章搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding 缩写为FSW） 1. 搅拌摩擦焊的基本原理是什么? 它是利用带有特殊形状的硬质搅拌指棒的搅拌头旋转着插入被焊接头，与被焊金属摩擦生热，通过搅拌摩擦，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压，使接头金属处于塑性状态，搅拌指棒边旋转边沿着焊接方向向前移动，在搅拌头的压力作用下,热塑性金属从其前端向后部塑性流动,从而形成致密的金属间结合，实现材料的连接。 简要说法：“非消耗搅拌工具，顶锻挤压连接面形成焊缝” 2. 搅拌头由哪几部分组成？各由什么材料制成？有何作用？ （一）搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成。 （二）日本采用了SUS440 （三）搅拌头的轴肩的作用： （1）可以保证搅拌指棒插入的深度； （2）轴肩与被焊材料的表面紧密接触，防止处于塑性状态的母材表面的金属排出而造成的损失和氧化； （3）与母材表面摩擦生热，提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热。 3. 搅拌摩擦焊具有哪些特点？ 最主要是固相焊，无熔化缺陷等 4. 搅拌摩擦焊主要焊接哪些金属材料？ 5. 搅拌指棒的尺寸大小根据什么来决定？ 被焊母材厚度 7. 搅拌摩擦焊的热输入是如何定义的？ 即1mm 焊缝长度的搅拌头的转数。 比值越大，说明对母材的热输入越大 8. 在搅拌摩擦焊焊接时，对搅拌头中心与焊缝中心线以及接头精度有何要求？为什么? 接头间隙在0.5mm以下，搅拌头的中心位置大致允许偏差2.0mm。 9. 搅拌摩擦焊焊接接头由哪几个区域组成？它的断口呈何形状组织？为什么？ （1）搅拌摩擦焊焊接接头依据金相组织的不同分为四个区域。即图中A区为母材，B区为热影响区（HAZ），C区为塑性变形和局部再结晶区（TMAZ），D区（焊核）即焊缝中心区为完全再结晶区 （2）圆柱状和焊点状：焊核细小等轴晶；强烈塑性变形特征；洋葱环特征等
高焊工艺第二章异种金属的焊接
河北省技工学校表5—1 教师课时授课计划 学校：唐山劳动技师学院授课序号
●课时安排：2课时（90分钟） ●教学方法：讲授、举例、探究、提问●旧课复习：（3分钟） 1、钛及钛合金焊接接头脆化的解决途径。 2、提问：①钛及钛合金焊接产生气孔的原因及措施？ ②钛及钛合金焊接产生裂纹的原因？ ●引入新课：（2分钟） 随着科学技术发展，异种金属焊接越来越广泛。许多情况，要求构件，不同的部位承受不同的工作条件，如载荷、温度或介质。通常几种不同金属焊接起来，又能满足要求，又能发挥各种技术的作用，有经济效益。 ●新课内容： §2-1 异种金属焊接概述 一、异种金属焊接的概念（5分钟） 异种金属焊接：各种物理常数和金属组织等性质各不形同的母材金属之间的焊接。 从材料角度分类： 异种钢焊接 三类异种有色金属焊接 钢与有色金属焊接 从接头形式分类： 两种不同金属母材的接头 三种被焊母材金属相同采用不同焊缝金属的接头 复合金属板的接头 二、异种金属的焊接性（25分钟） 金属焊接性：金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备检查上次课知识点的掌握情况 通过举例讲解异种金属的应用及焊接的意义 讲授异种金属的概念及分类
一定使用性能的焊接接头的特性。 焊接过程接头是否容易形成缺陷（结合性能）两方面 焊后满足使用条件的能力（使用性能）两种金属能够熔合或通过中间过渡层的填充材料熔合，都认为具有焊接性。差别在于焊接工艺的简单、复杂程度；焊后接头的性能好坏。 1、异种金属组合的金相结构 固溶体 合金结构 化合物 1）固溶体：是指二组元在液态相互溶解，结晶以一组元为基体保持原有晶格类型，另一组元是原子分布在基体组元晶格里，形成一致的固体合金。 特点：组织均匀，力学性能（主要塑性、韧性）好，理想的焊缝组织。 无限固溶体如：铜-镍铁-镍 分类 有限固溶体析出另一固溶体（两相）铁-铜 析出化合物铁-铝铝-铜 2）化合物：是指合金组元按一定的原子数量比，化合成一种完全不同于原来组元晶格的新相，且具有金属特性的固体合金。 特点：硬而脆，不能用于连接金属。 焊缝出现塑性、韧性下降。 2、异种金属间的热物理性能差异讲授焊接性的概念 提问金属材料有关金相结构的知识 借助板图讲解
浅析异种金属材料物理性质对焊接的影响
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/7d18088721.html, 浅析异种金属材料物理性质对焊接的影响 作者：花雷生 来源：《中国高新技术企业》2016年第08期 摘要：异种的金属材料由于其物理性的不同对焊接的结果会产生不同的影响。在实际的工程焊接中，异种金属焊接的需求非常多，根据焊接金属材料的不同可以将焊接分为异种钢材料焊接、异种有色金属焊接、钢材料与有色金属的焊接。鉴于异种金属对焊接的影响，在进行异种金属的焊接过程中通常需要注意一些事项，文章对此进行了研究。 关键词：异种金属材料；物理性质；焊接质量；相溶性；焊接工艺文献标识码：A 中图分类号：TG453 文章编号：1009-2374（2016）08-0061-02 DOI：10.13535/https://www.360docs.net/doc/7d18088721.html,ki.11-4406/n.2016.08.032 异种金属材料焊接指的是两种或者多种金属材料进行的焊接工作，最为常见的是铜和铝的焊接。除了金属的物理性质不同，对同种金属材料而言，同种材料的不同种性质的存在，比如钢材料的Q235和16Mn焊接，物理性质的不同使得同种金属在焊接时也要采用不同的焊接技术，只有这样才会保障焊接的质量。 1 金属的物理性质不同对焊接的影响 1.1 金属的熔点 在两种金属焊接的过程中，要将两种金属融化。假如这两种金属的熔点相差较小，都在100℃之内的话，焊接就非常容易；但是如果金属的熔点相差很大，比如一种金属的熔点在100℃之内，另一种金属的熔点在100℃以上或是两种金属熔点温度差在100℃以上，在焊接的时候就会出现这样的情况：熔点温度低的金属在加热的过程中熔化成液体，而熔点高的金属由于没有达到熔点就没有熔合；熔点高的金属在焊接过程中会出现凝固收缩情况，对部分凝固的金属形成压力，导致在焊接的过程中出现裂缝。 1.2 热导率和比热容的差异 不同种金属的热导率和比热容存在着差异，当两种金属的热导率和比热容差异比较大的时候，会出现热输入不平衡的情况。在焊接的过程中金属熔化的不均匀，导致焊接的缝隙出现变化，两侧金属的结晶情况也会发生转变。比如热导率比较高的金属在焊接的过程中容易受到热的影响，在冷却的过程中也会迅速发生冷却出现淬硬现象，而热导率较低的金属在焊接的过程中会出现过热的情况。 1.3 线膨胀系数
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究 摘要：搅拌摩擦焊是一种新型的固相方法，在异种材料连接方面有广阔的应用前景。本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展，为其深入研究提供了依据。采用搅拌摩擦焊，异种金属铝-钢可以实现连接，但工艺参数选择范围较小，钢置于前进边时,铝-钢更易连接。由于铝-钢物理性能的差异，二者流动状态不同，焊核两侧呈现不同结构，接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。 前言 在航空航天、交通运输、船舶制造等工业中，为了减轻重量、节约能源、降低成本、满足不同的工作条件, 异种材料的焊接技术日益受到人们的重视[1]。利用铝及铝合金密度小（大约是钢的1/3），耐腐蚀性、导热率和导电性好的优势，用铝合金代替钢可以减轻结构件的重量，在重型装备轻量化方面具有良好应用前景，然而如何解决铝-钢异种材料间的连接是决定其安全使用的关键问题。 目前，铝-钢的主要连接方法有熔焊中的爆炸焊[2]、焊[3]、熔钎焊[4], 还有固相连接的摩擦焊[5]。通常爆炸焊接只适用于铝-钢复合板。采用激光焊和熔-钎焊时，由于铝和钢的熔点、导热性能差异很大，在接头过渡区容易形成多种脆性的金属间化合物，无法获得高质量的接头。旋转摩擦焊焊接铝-钢又只适用于柱形材料，接头受限制。以上各种方法都难以保证制备出质量良好的铝-钢焊接接头，限制了其大规模应用。 搅拌摩擦焊（friction stir welding, FSW）是一种新型的固相连接方法，具有高效、环保、热变形和残余应力小等综合优点[6]。它是利用搅拌头和工件之间的摩擦热，一般低于母材的熔点，因此焊接过程中工件没有熔化，与传统的焊接方法相比，能够有效避免气孔、裂纹等组织缺陷。此外，搅拌摩擦焊基本不受材料物理化学性能、机械性能及晶体结构等因素的影响，对克服不同材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势[7]，因此在异种金属连接中具有广阔前景，相关机理研究也越来越受到重视。本文将从工艺、组织、性能三分面分析铝-钢搅拌摩擦焊的研究现状。 1铝-钢工艺过程及参数 1.1搅拌头 在搅拌摩擦焊中，搅拌头的尺寸和形状对焊缝成形质量和金属流动有重要的影响。在铝-钢的搅拌摩擦焊过程中，由于钢的硬度较大，且熔点为1500℃左右，因此对搅拌头的材料提出了更高的要求，即具有良好的耐高温及耐磨性以提高搅拌头的使用寿命。合适材料的搅拌头能够增加摩擦，提高热量的输入，有利于焊缝金属塑化和提高焊接质量。据文献显示，可用作铝-钢搅拌摩擦焊的搅拌头材料很多, 如热处理的工具钢[8]、钢[9,10,11]、镍基合金[12]、wc-co合金钢[13]等。
异种金属焊接注意事项
异种金属焊接注意事项 一、异种金属焊接存在的问题 异种金属焊接所存在的一些固有问题也阻碍了它的发展，如异种金属熔合区的 构成和性能，异种金属焊接结构的破坏多半发生在熔合区，由于靠近熔合区各 段上焊缝结晶特点不同，又易形成性能不好的，成分变化的过渡层。 另外，由于处在高温的时间长，这一区域的扩散层会扩大，会进一步使金属的 不均匀性增加。而且异种金属焊接时或焊后经热处理或经高温运行后，经常发 现低合金一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中“迁移”的现象，分别在熔合 线两侧形成脱碳层和增碳层，在低合金一侧母材形成脱碳层，在高合金焊缝一 侧形成增碳层。 防碍和阻止异种金属结构的使用和发展主要表现在以下几个方面： (1)在室温下，异种金属焊接接头区的机械性能(如拉伸、冲击、弯曲等)一般优于被焊母材的性能，但高温下或高温长期运行后，接头区的性能劣于母材。 (2)在奥氏体焊缝与珠光体母材之间存在一个马氏体过渡区，该区韧性较低，是 一个高硬度脆性层，也是导致构件失效破坏的薄弱区，它会降低焊接结构的使 用可靠性。 (3)焊后热处理或高温运行过程中碳迁移会导致在熔合线两侧分别形成增碳层和 脱碳层。一般认为脱碳层由于碳的减少而导致该区域组织、性能发生较大变化
(一般是劣化)，从而使得该区域容易在服役过程中发生早期失效。很多服役中的高温管线或者试验中的高温管线的失效部位都集中在脱碳层。 (4)失效与时间，温度和交变应力等条件有关。 (5)焊后热处理不能消除接头区的残余应力分布。 (6)化学成分的不均匀性。 异种金属焊接的时候，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有着明显的差别，焊接过程中，母材和焊材都会熔化并相互混合，混合的均匀程度随着焊接工艺的改变而改变，而且焊接接头不同的位置，混合均匀程度也有很大差异，这就造成了焊接接头化学成分的不均匀性。 (7)金相组织的不均匀性。 由于焊接接头化学成分的不连续，经历了焊接热循环后，焊接接头各个区域出现不同的组织，往往在某些区域出现极其复杂的组织结构。 (8)性能的不连续性。 焊接接头的化学成分和金相组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同。沿焊接接头的各个区域强度、硬度、塑性、韧性、冲击性能、高温蠕变、持久性能都有很大差别。这种显著的不均匀性使得焊接接头不同区域在相同的条件下，表现出来的行为有很大的差异，出现弱化区域和强化区域，尤其是在高温的条件下，异种金属焊接接头在服役过程中经常出现早期失效。
异种金属激光焊接关键问题研究
异种金属激光焊接关键问题研究 现代工程结构要求对异种金属材料进行焊接。激光焊接具有密度高、焊缝深宽比大、热影响区窄以及变形小等特点，成为异种金属材料焊接的有效方法。异种金属激光焊接过程包含多种效应，机制复杂。比如，材料性能差异对焊缝微观组织与宏观性能的影响；焊接熔池的形成、演化机制；熔池凝固过程焊接缺陷及残余应力形成等。围绕异种金属激光焊接过程中的关键问题，国内外开展了诸多研究工作，对此进行了全面阐述。在此基础上，指出异种金属材料激光焊接研究中的不足及发展方向。 1 引言 异种金属材料焊接是解决构件同时满足多方面性能要求的有效途径。焊接方法有多种，比如氩弧焊(TIG)、电阻焊、摩擦焊、电子束焊以及激光焊等。与其他焊接方法相比，激光焊具有热源密度集中、焊缝深宽比大、热影响区小、可控性好等特点，而且相对电子束焊，激光焊接气压要求低，通常不需要真空环境。异种金属激光焊接始于20世纪70年代，目前成为航空航天、船舶制造、汽车制造诸领域重要的先进制造技术之一。 异种金属激光焊接过程包含多种物理效应。具体表现为：金属材料对激光的吸收；激光材料相互作用引起的材料相变；能量与动量的传递与转换；光致等离子体对激光的散射与吸收；熔池形成及演化；匙孔(keyhole)效应以及熔池凝固等。从复杂物理现象中提取科学问题，并对这些科学问题开展研究工作具有重大意义。 2 异种金属激光焊接关键问题 异种材料激光焊接机制复杂。比如，焊接材料热物性随温度变化差异；异种金属对于激光的吸收率差异及其随温度变化特性；熔池形成及演化机制；凝固过程焊缝熔化区与热影响区组织演化；激光焊接接头缺陷的形成、焊接残余应力与变形产生等。但其关键问题可归结为材料性能差异对焊缝微观组织与宏观性能的影响；焊接熔池的形成、演化机制和熔池凝固过程焊接缺陷及残余应力形成。 2.1 材料性能差异对焊接接头微观组织与宏观性能的影响 异种金属材料具有热物性差异（常见金属热物性见表1所示），这种差异是影响焊接过程的最主要因素。具体表现为：异种材料熔点不同，熔点低的材料达到熔化状态时，熔点高的材料仍呈固体状态，这时已经熔化的材料容易渗入过热区的晶界，造成低熔点材料的流失、合金元素烧损或蒸发，使焊缝的化学成分发生变化，力学性能难以控制，尤其是焊接异种有色金属时更为显著。异种材料线膨胀系数差异导致熔池结晶时产整较大焊接应力与焊接变形，由于焊缝两侧材料承受的应力状态不同，容易导致焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝金属与母材的剥离。材料的热导率和比热容差异使焊缝金属的结晶条件变坏，晶粒严重粗化，并影响难熔金属的润湿性能。异种材料焊接时易产生金属间化合搦，同时会发生组织变化，导致焊接接头力学性能下降，尤其是热影响区容易产生裂纹，甚至发生断裂。向时，材料膨胀系数、热导率和比热容等热物性参数随温度变化而变化，导致异种材料激光焊接过程更加复杂。 表1 部分常用金属热物性参数（室温） 点击图片查看大图
异种钢焊接的特点及工艺
异种钢焊接的特点及工艺 摘要：由于异种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异，因此，焊接时，要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多。正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。本文通过对异种钢焊接的特点及工艺的描述，以供同行业参考。 关键词：异种钢焊接特点工艺 一、异种钢焊接概述及其焊接特点 1.异种钢焊接概述 两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢（如奥氏体不锈钢）。对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头，也属于第二类接头。 2.焊接特点 2.1预热、缓冷、焊后热处理，特别是针对中厚板、拘束力较大的焊接，采用一定温度的预热、缓冷以及焊后消应力热处理的措施，可以有效地减小焊接应力，降低冷裂倾向。 2.2焊缝金属化学成分的不均匀，熔焊时，焊缝是由局部熔化的母材和熔化的焊条金属形成，不同的坡口型式和焊接参数，熔合比也不同，为确保焊缝金属成分的稳定性，防止焊缝因熔合比过大在熔合区产生马氏体组织，因此在焊接时要控制焊接参数等，减小熔合比的影响。 2.3熔合区碳的迁移，异种钢焊接在焊后热处理后往往会在低合金钢侧母材上形成脱碳层，高合金钢侧形成增碳层，导致熔合区接头的塑性下降，硬度增加，可能在熔合区产生破坏，所以在异种钢焊接时，采用隔离层堆焊，防止碳迁移现象。 2.4熔合区应力的形成，由于异种钢焊接两种金属的线膨胀系数不一样，焊接时可产生较大的残余应力，这种应力即使通过消应力热处理也无法消除，而熔合区这个薄弱地带往往受到这个应力的影响，极易在此附近造成焊接接头的破坏，所以我们要控制这种异种钢的焊接接头，可采用隔离层堆焊后用同种钢焊条焊接则接头的性能可大为改善。 二、异种钢焊接工艺要点 1.焊材选择 正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。异种钢接头的焊缝和熔合区，由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区，过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀，而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异，可能会引起焊接缺陷（如裂纹等）或严重降低性能。为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。其焊材选用的基本原则有以下几点： 1.1在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊材。
异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择讲解
第二节异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择 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往往介于两者之间，实际上形成了化学成分的过渡层(图3-2-1。如果焊条（或焊丝）成分和母材成分，或者两种母材的成分相差很大时，熔合区的性能将对焊接接头的性能有着很大的影响。所以，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却是很大的。 实际上熔合区可分为未混合区和半熔化区。如果焊缝金属和母材金属化学成分差别愈大，愈不容易充分混合，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、热处理工艺来进行适当的改善。 图3-2-1化学元素的含量在过渡区的分布 1—化学元素在母材中的含 量大于在焊缝中的含量 时的理论分布曲线 2—化学元素在母材中的含量 小于在焊缝中的含量 时的理论分布曲线 3—实际分布曲线 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，只是在焊接参数及措施方面需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，又要尽可能考虑效率和经济。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。埋弧焊则生产效率高。焊接金相组织不同的钢，如珠光体钢和奥氏体钢焊接时，还应考虑尽量使金属熔化量降到最小限度，即尽可能地降低熔合比，以防止过渡区出现脆性的淬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。高合金异种钢焊接一般采用惰性气体保护焊，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用闪光对焊。形状
搅拌摩擦焊
目录 1绪论 (2) 2搅拌头的设计 (4) 2.1搅拌头材料的选择 (4) 2.2搅拌头结构尺寸设计 (5) 2.2.1轴肩 (5) 2.2.1搅拌针 (6) 3搅拌头的具体设计 (7) 3.1搅拌头的材料选择 (7) 3.2轴肩及搅拌针的具体设计尺寸 (7) 3.3轴肩及搅拌针的几何形状设计 (8) 3.3.1设计原理 (8) 3.3.2形状设计 (9) 参考文献 (10)
1绪论 搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding，简称 FSW) 是由英国焊接研究所(The Welding Institute，简称 TWI)于1991年研究发明的一种先进的固相连接技术，被认为是自激光焊接问世以来最引人注目和最具潜力的连接技术[1]。其焊接工作原理如图1-1 所示，高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化金属在搅拌头的旋转作用下填充后方空腔并在轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接。 图1.1 搅拌摩擦焊工作原理 FSW与弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊和扩散连接等传统焊接方法相比，FSW具有高效低耗、焊接温度低、接头残余应力小、焊接工件变形小、环境友好等特点，特别在大规格薄板焊接中是其他焊接方法远不可相比的。经过20多年的发展，搅拌摩擦焊已经从技术研究迈向高层次的工程化和工业化应用阶段。被焊材料也已从铝合金逐渐扩展到镁合金、铅合金、铜合金、钢、钛合金以及复合材料等。目前，搅拌摩擦焊设备的制造和产品的加工在国内外已经成为一类高技术新兴产业。搅拌摩擦焊不仅具备普通摩擦焊技术的优点，由于搅拌头的灵活性还可以适应不同接头形式和位置的焊接。由于焊接过程中的热量仅仅能使被焊金属达到塑性状态，故焊接过程焊件的变形量小，焊接无需添料，焊接过程绿色环保、耗材少。应用方面，因为搅拌摩擦焊焊接过程操作简便，焊接缺陷少接头性能好，自动化程度高且生产周期短，现已被广泛用于造船业、车辆制造、飞机制造、航天制造等工业领域。
异种钢的焊接要点
异种钢的焊接 第一节焊接接头的特点、成分、和组织的控制 一，焊接接头的特点 异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，主要是熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材存在的不均匀性，主要有： 1.化学成分不均匀。这是因为在焊接加热过程中，两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因“稀释”作用会发生变化。接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的影响，易采用小电流、浅熔深。 2.组织的不均匀性。在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构。 参见舍夫勒图Nieq-- 镍当量；Creq—铬当量 （学会看舍夫勒图） 熔合比（稀释率）θ-在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。用实验测得的。 θ＝A/A+B=A1+A2/A1+A2+B θ取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）的性质以及焊条（焊丝）的倾角等因素 3.性能的不均匀性。由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大。
4.应力场分布不均匀。由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；导热系数不同会引起热应力不同。在组织应力和热应力的共同作用下发生叠加后会产生应力峰值，导致接头发生断裂。 总之，对于异种钢焊接接头，其成分、组织、性能和应力场的不均匀是主要特点。 二，异种钢焊缝金属的成分、组织的控制 1.焊缝成分与舍夫勒组织图的关系。异种钢焊接时由于选择的焊材与母材不同，要推算焊缝金属的成分、组织及性能。舍夫勒组织图就有这个功能。（图2-3） 奥氏体形成元素的镍当量计算公式： Nieq＝wNi+30wC+0.5wMn 铁素体形成元素的铬当量计算公式： Creq＝wCr+wMo+1.5wSi+0.5wNb 也可以由母材、填充金属的成分和稀释率求出焊缝金属的成分。 2.影响稀释率的因素。 2.1预热的影响.预热温度高，稀释率大，因为熔深增加了；反之就小。要适中。 2.2焊接参数.电流大，稀释率大；焊接速度小，稀释率小。由于母材熔化的单位面积的大小的影响。见（图2-4） 2.3焊接方法.见（图2-5） 2.4接头形式.坡口大，稀释率小；坡口窄，稀释率变化不大。见
搅拌摩擦焊的原理及其应用
搅拌摩擦焊的原理及其应用 摘要：摩擦焊是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性变形所产生的热量使接触面及附近区域的材料达到热塑性状态，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接，文章分析了搅拌摩擦焊的工作原理，并论述了其相关的应用。 关键词：搅拌摩擦焊焊接变形焊接工艺 引言 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所发明的新型固态塑化焊接技术，是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短并且发展最快的一项连接技术。搅拌摩擦在材料的熔点以下进行，属于固相焊接，因此可以避免熔化焊所产生的气孔、裂纹、变形和氧化等问题。更重要的是焊接加热温度低，使焊接接头软化程度得到减轻，性能得到改善。 搅拌摩擦焊在国外铝合金车体制造方面得到了一定的应用，日本、法国、德国、瑞典等国车辆制造商己经采用搅拌摩擦焊技术制造列车车体，焊接接头性能得到改善，效果良好。国内搅拌摩擦焊在铁道车辆制造方面的应用尚属空白。文章分析了搅拌摩擦焊的工作原理，并论述了其相关的应用。 1 搅拌摩擦焊的工作原理及特点 搅拌摩擦焊接时，搅拌头一边高速旋转，一边沿着焊接方向前进，焊接过程中，搅拌头轴肩与被焊工件表面摩擦产生热量使工件达到塑性状态，塑性状态的金属在搅拌头旋转压力的挤压作用下，沿搅拌针从前进侧被搅拌到后退侧，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的金属流向搅拌头的后部，冷却后形成焊缝。在实际工作中，搅拌摩擦焊的焊核由于受到搅拌头的高速旋转挤压作用，该区原始的组织晶粒被搅拌破碎，同时在轴肩与母材摩擦产生的热作用下，发生动态再结晶，由母材轧制状组织变为细小的等轴晶。热机械影响区在搅拌头的高速旋转作用下发生明显塑性变形，受到的摩擦热低于焊核，不足以使组织发生再结晶，因此只发生部分长大。热影响区在热循环作用下，组织晶粒发生二次长大，该区组织明显粗化，甚至比母材还粗大。焊接时搅拌头缓慢插入母材中，摩擦头的轴肩与板材的表面紧密接触并压入一定深度。焊接时摩擦头高速旋转并沿待焊板材的接缝向前运动。摩擦头的轴肩、搅拌针与试件摩擦生热，产生的摩擦热使搅拌针周围金属处于热塑性状态。在摩擦搅拌过程中轴肩一方面提供了大部分的摩擦热，另一方面轴肩的下压作用防止了塑性状态金属的溢出，搅拌针前方塑性状态下的金属在摩擦头的驱动下向后方流动。在搅拌头的摩擦搅拌作用下，搅拌针周围的材料形成塑性层，从而形成了搅拌摩擦焊焊缝，使待焊件焊为一个整体。同时，因为搅拌摩擦焊焊接温度在铝合金熔点以下，使其与普通熔化焊有不同的本质，相应地带来了一系列优点：
异种金属焊接问题及焊接工艺分析 付贵
异种金属焊接问题及焊接工艺分析付贵 发表时间：2019-08-29T17:22:58.047Z 来源：《云南电业》2019年2期作者：付贵 [导读] 为确保能够更好满足工业发展需求，对异种金属焊接工艺技术进行研究。 （菏泽市特种设备协会山东菏泽 274000） 摘要：随着我国的科学技术的不断创新，各种新设备、新技术、新工艺应运而生，随之对我国的工程构件的质量提出了更高的要求。但是在进行工程施工时，不论是哪一种材料，都不可能全面满足施工的需求。为了能够满足施工的需求，人们开始将不同的材料进行有效融合，让这些材料的性能得到了充分的发挥。同时还能够有效替代贵重金属，减少不必要的经济投入，提升企业的经济效益。所以在社会的各个行业之中，经常可以看到异种金属焊接的广泛应用。但是，近几年我国经常发生异种金属焊接失效的情况，造成了一定的财产损失和人员伤亡。 关键词：异种金属；焊接问题；焊接工艺 引言 现代工程中大多数零件的工作环境都为高温、低温、电磁场、腐蚀介质或放射性环境，其中金属材料成为零件的主要原料之一。而随着技术的发展，对零件要求也不断提升，一种金属材料已经无法满足实际使用需求。因此在金属零件锻造中，不仅需要对同种材料进行焊接，同时需要对异种材料进行焊接。在焊接过程中，不仅需要满足不同工作条件对金属材料的不同需求，考虑到成本问题，同时需要节约金属资源，发挥不同金属材料的性能优势。焊接作为一种金属材料加工的重要技术，在特定情况下，异种金属构件的性能远远高于单一金属。异种材料目前已经在电子、机械、化工、航天、造船以及多种其他领域得到广泛应用，异种金属焊接已经成为工业发展的一种趋势。为确保能够更好满足工业发展需求，对异种金属焊接工艺技术进行研究。 1 异种钢焊接特点 1）焊缝金属会被珠光体母材稀释，易产生马氏体组织，恶化接头质量。2）奥氏体焊缝金属紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2~0.6mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其它部分，通常称为熔合区脆性交界层，会降低冲击韧性。3）焊接接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，焊缝的熔合线附近会出现碳的扩散迁移现象，即在熔合线的珠光体一侧产生脱碳层，而在相邻的铬镍奥氏体焊缝中产生增碳层，使接头变脆，会降低接头的高温持久强度和耐蚀性。4）由于存在线膨胀系数的差别（奥氏体钢的线膨胀系数比珠光体钢大30％~50％），会在焊后的冷却、热处理和使用过程中产生热应力。 2 异种金属焊接常见问题 2.1性能不连续 由于金相组织和化学成分的不同，造成了焊接接头位置的力学性能的差异性。在焊接接头的不同位置，其硬度、韧性、塑性、强度、持久性能、高温蠕变、冲击性能等都存在着差异性。由于这种不均匀性，使得在同样的环境条件之下，不同位置的性能也存在明显差异，也就是人们常说的强化区域和弱化区域。特别是在温度极高的环境之下，焊接接头经常会过早地失去使用价值。 2.2温度问题 如果是长时间呆在室内，接受的是比较正常的温度，那么焊接的接头位置的性能（比如弯曲、拉伸等）就比焊母材料高很多。但是如果长期在中温或者高温的环境下运行，那么接头位置的性能就要低于母材料。 2.3焊缝熔合区问题 焊接结构之所以会被破坏，主要是由于焊缝熔合区造成的。如果熔合区的性能无法得到保证，就会直接影响焊接结构的正常使用，减低其使用性能。 2.1焊接工艺 焊接异种金属并没有特殊的工艺需求，一般我们常见的焊接方法都可以用来进行焊接。但是，工作人员最好要结合金属的焊接特点，选择相应的焊接方法每以此来保障其焊接质量。1）焊接方式。在焊接异种金属时，最常见的焊接工艺就是熔焊，包括激光焊、电子焊、电渣焊、埋弧焊等。为了能够有效降低稀释，一般选择激光焊、电子束焊等工艺。为了能够有效降低熔深，工作人员一般借助摆动焊丝、间接电弧，带状电极等工艺。但是不管怎么样，只要有熔焊操作，那么就肯定会出现母材料溶入焊缝造成稀释的情况，可能还会产生共晶体、金属间化合物等。为了提升焊接质量，要合理减少金属在高温环境下的停留时间。和熔焊相比较而言，压焊具有着明显的优势，只要接头满足标准，且能够保障焊接质量，那么就可以选择压焊。2）焊接材料。选择焊接材料时，重点考虑的内容是焊缝金属的性能和成分。当接头没有明显缺陷时，最好选择韧性和塑性较高的材料；焊缝金属的性能比较一般时，可以选择不低于母材性能的焊材，同时还要考虑焊接的工艺性能；焊接异种钢时，可以选择低氢型的焊条，保持其干燥性。3）坡口角度。按照母材的融合比和厚度进行想应的选择。坡口的角度越大，熔合比就越小。4）焊接参数。为了能够有效降焊缝金属的稀释情况，可以选择小电流与高焊接速度焊接。5）焊前预热。焊缝金属合金化进程和母材的淬火倾向的大小，决定了预热的温度。6）氩弧焊打底层焊道施焊时，必须采用填充焊丝的焊接方法，不允许采用自熔的焊接方法。7）焊条电弧焊盖面焊道施焊时应采用较快焊接速度，以缩短焊接区在450～850℃温度区间的停留时间。8）尽可能选择较小的焊接电流，较快的焊接速度，以减少焊缝金属的熔合比和降低稀释率。9）严禁在焊件的非焊接部位引燃电弧，收弧时必须将弧坑填满。10）珠光体钢和奥氏体钢相焊时，可按珠光体钢的预热条件预热而焊后不进行热处理。11）焊后热处理。可以有效增强淬硬区的塑性，降低焊接的应力。 2.2 异种金属薄板的全自动焊接 异种金属薄板的全自动焊接目前主要使用焊接机器进行全自动焊接，焊接机器在实际应用中较为广泛，且都拥有预定焊接轨道。焊接机器的焊枪沿着预定轨道对金属薄板进行动作。焊接过程主要针对运用聚氨酯材料对薄板焊接处进行处理，确保接口不会出现裂痕。在进行焊接前，需要对金属材料表面进行处理。部分金属材料在焊接过程中容易在表面形成一层氧化膜，容易吸收水分的同时阻碍焊缝熔合。导致焊接后的金属薄板表面容易被污染。因此，对金属薄板在焊接前的表面清理主要采用脱脂去油清理、机械清理以及化学清洗等几种方
异种金属材料焊接接头常识
异种金属材料焊接接头常识 一、异种金属材料焊接接头的特点 异种金属材料焊接接头和同种金属材料焊接接头的本质差异和特点，在于熔敷金属两侧焊接热影响区和母材有如下诸方面的不均匀性。 1、化学成分的不均匀性 异种金属焊接时，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显的差别。随着焊缝形状、母材厚度、焊条药皮或焊剂、保护气体种类的不同，焊接熔池的行为也不一样。因而，母材的熔化量也将随之而不同。熔敷金属与母材熔化区的化学成分由于相互稀释也将发生变化。由此可见，异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程度，不仅取决于母材和填充材料各自的原始成分，同时也随焊接工艺而变化。例如异种金属施焊时所用的焊接电流要尽量小，熔深要浅则受稀释的影响就小。 2、组织的不均匀性 由于焊接热循环的作用，焊接接头各区域的组织也不同，而且，往往在局部的地方出现相当复杂的组织结构。根据舍夫勒组织图（见图1）和稀释率（见图2）可以确定异种金属焊接接头中焊缝区的组织结构。组织的不均匀性，决定于母材和填充材料的化学成分，同时也与焊接方法、焊道层次、焊接工艺以及焊后热处理过程有关。若能在工艺上适当调整，可以使焊接接头的组织不均匀程度得到一定的改善。
其中，θ按下式计算： 式中，B——填充材料的熔入量（用焊缝中填充材料熔化的截面面积表示）；A——母材的熔入量，同样用焊缝中母材熔化的截面面积表示，A=A1+A2；A1、A2——分别为母材1、2熔入的截面面积。 3、性能的不均匀性 焊接接头各区域化学成分和组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同，沿接头各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的差别。有时在3～5个晶粒的范围内，显微硬度出现成倍的变化；在焊缝两侧的热影响区，其冲击值甚至有几倍之差。高温下的蠕变极限和持久强度也会因成分和组织的不同，相差极为悬殊。 物理性能对焊接接头影响最大的因素有热膨胀系数和热导率，它们的差异很大程度上决定着焊接接头在高温下的使用性能。 4、应力场分布的不均匀性
搅拌摩擦焊资料
搅拌摩擦焊 一、搅拌摩擦焊的定义及原理 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相连接技术。与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。与传统的熔化焊方法相比，搅拌摩擦焊接头不会产生与熔化有关的如裂纹、气孔及合金元素的烧损等焊接缺陷；焊接过程中不需要填充材料和保护气体，使得以往通过传统熔焊方法无法实现焊接的材料通过搅拌摩擦焊技术得以实现连接；焊接前无须进行复杂的预处理，焊接后残余应力和变形小；焊接时无弧光辐射、烟尘和飞溅，噪音低；因而，搅拌摩擦焊是一种经济、高效、高质量的“绿色”焊接技术，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。 搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样，搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。 不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。 二．搅拌摩擦焊焊接过程 搅拌摩擦焊是利用摩擦热作为焊接热源的一种固相连接方法，但与常规摩擦焊有所不同。在进行搅拌摩擦焊接时，首先将焊件牢牢地固定在工作平台上，然后，搅拌焊头高速旋转并将搅拌焊针插入焊件的接缝处，直至搅拌焊头的肩部与焊件表面紧密
接触，搅拌焊针高速旋转与其周围母材摩擦产生的热量和搅拌焊头的肩部与焊件表面摩擦产生的热量共同作用，使接缝处材料温度升高而软化，同时，搅拌焊头边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动，搅拌焊头前面的材料发生强烈的塑性变形。随着搅拌焊头向前移动，前沿高度塑性变形的材料被挤压到搅拌焊头的背后。在搅拌头轴肩与焊件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密的固相连接接头。搅拌摩擦焊接过程如图所示: 三．搅拌摩擦焊工艺 （一）、搅拌摩擦焊接头形式 搅拌摩擦焊可以实现棒材一棒材、板材一板材的可靠连接，接头形式可以设计为对接、搭接、角接及T形接头，可进行环形、圆形、非线性和立体焊缝的焊接。由于重力对这种固相焊接方法没有影响，搅拌摩擦焊可以用于全位置焊接，如横焊、立焊、仰焊、环形轨道自动焊等。
0Cr13与Q235异种金属焊接工艺
0Cr13/Q235异种金属焊接工艺 一、前言 毕业设计题目为“0Cr13/Q235异种金属焊接工艺与组织研究”，针对题目，设计焊接工艺。由于两种材料的热导率和线膨胀系数有很大差异，为了保证焊接质量，认真分析了两种材料的焊接性能及存在的问题，并据此制定了具体的焊接工艺措施。 二、焊接性能分析 0Cr13不锈钢和Q235碳钢的化学成分及物理性能如表1、2所示。 表1 Q235碳钢和0Cr13不锈钢的化学成分表 表2 Q235碳钢和0Cr13不锈钢的物理性能表 0Cr13不锈钢的Cr含量在11．5％～13．5％，同时匹配有不大于0．08％的C，Cr 本身能增加钢的奥氏体稳定性，加入碳后经固熔再空冷会发生马氏体转变，因此0Cr13不锈钢焊缝和热影响区焊后状态的组织为硬脆的马氏体组织。另外，0Cr13的碳当量约为2．76％，因此它的焊接性较差。由于0Cr13不锈钢的导热性较Q235碳钢差，焊接残余应力较大，所以从高温直接冷却到100～120℃以下时很容易产生冷裂纹。由于焊接热循环的作用，0Cr13不锈钢有较大的过热倾向，晶粒易粗化，热影响区会出现粗大的铁素体和
炭化物组织，塑性降低，冷却时能引起脆化，如果再有氢的作用，冷裂纹的倾向就更加明显。 三、焊接中的主要问题 由于0Cr13不锈钢和Q235碳钢化学成分差异很大，因此它们的焊接属于异种钢焊接，在熔焊的条件下获得的焊接接头存在许多问题。 1、热导率和比热容的差异 金属的热导率和比热容强烈地影响着被焊材料的熔化、熔池的形成，以及焊接区温度场和焊缝的凝固结晶。0Cr13不锈钢热导率约为Q235碳钢的一半，这么大的差异可使两者的熔化不同步，熔池形成和金属结合不良，导致焊缝结晶条件变坏，焊缝性能和成形不良。 2、线膨胀系数的差异 由于0Cr13不锈钢与Q235碳钢的线膨胀系数不同，造成它们在形成焊接连接之后的冷却过程中，焊缝两侧的收缩量不同，导致焊接接头出现复杂的高应力状态，进而加速裂纹的产生。 3、0Cr13不锈钢和Q235碳钢焊接时同样存在焊缝稀释和形成过渡层的问题，导致Q235碳钢一侧焊缝形成脱碳层而0Cr13不锈钢一侧形成增碳层，随着扩散的持久，使Q235碳钢一侧的含碳量降低，变成了铁素体组织，并使焊接接头的焊缝组织成为奥氏体加铁素体。 四、焊接工艺措施 为了获得无裂纹的焊接接头，应尽量避免焊接接头熔合线组织与焊缝金属的不一致性，使0Cr13不锈钢一侧没有显著的稀释现象，在工艺上应采用以下措施： 1、正确选择焊接材料 0Cr13不锈钢与Q235碳钢焊接接头的焊缝金属化学成分主要取决于填充金属。为了保证结构使用性能的要求，焊缝金属的成分应尽力接近于其中一种钢的成分。为了尽量减小构件的焊接变形，应采用对称焊接的手工电弧焊方法，焊条选用E5015（或E309），焊缝
异种金属和镀层金属的焊接
采用机器人M IG焊工艺对多构件高强度铝合金型材组成的座椅底架焊接进行了探索和研究,经过多次实践和优化,得到了较佳的焊接工艺参数,保证了产品的焊接质量,减小了产品的变形,并应用于生产实践。图2表1参2 20094224 铝合金2A16的激光焊接工艺研究/李建莉 //热加工工艺. 2009,38(1):139~140,143以1.2mm厚2A16铝合金薄板为对象,研究了工作电流、焊接速度、离焦量、保护气体流量对焊缝成形的影响。焊后进行金相观察、显微硬度测定以及对焊缝组织中出现的弯曲状形貌进行研究和分析。结果表明:离焦量是影响是否焊透的主要参数。焊缝组织的弯曲状形貌是由于受到焊接热循环影响所得到的等温面与晶粒成长方向正交形成。焊缝为细晶组织,焊缝窄,热影响区小。图3参4 20094225 7A52超硬铝合金焊接参数与人工时效参数的优化/何 静 //热加工工艺. 2009,38(3):91~92采用自动双丝M IG焊焊接7A52超硬铝合金,保护气体为纯氩气,焊后进行人工时效。通过正交试验分析,得出最优的工艺参数为时效温度120 、时效时间20h、摆动频率40t imes/min、焊接电流240A,在此工艺条件下所得焊接接头的冲击韧度为21.3J/ cm2,拉伸强度为269.2M Pa。图2表3参2 20094226 铝合金搅拌摩擦焊与熔化极氩弧焊接头组织性能比较/刘雪梅 //热加工工艺. 2009,38 (3):93~94 搅拌摩擦焊和熔化极氩弧焊是航空航天领域两种常用的铝合金焊接工艺方法。以70mm厚5A06铝合金作为试验材料,研究比较了用这两种方法得到的焊接接头的微观组织和性能。结果表明,搅拌摩擦焊接头晶粒细化,合金元素烧损减少,具有较高的力学性能和抗腐蚀性能。比较结果有利于根据要求选择合适的焊接方法。图1表2参3 20094227 人工时效后2816铝合金电子束焊接接头的组织与性能/黄 锐 //金属热处理. 2009,34 (1):43~45 通过金相分析、室温拉伸试验对人工时效2816铝合金电子束焊接接头组织和性能进行了研究.结果表明,电子束焊接2816铝合金薄板和厚板接头分别呈"漏斗形"及"典型钉形";焊缝区及热影响区由基体 (Al)相及 (Al) (CuAl2)等共晶相组成;人工时效后21 mm厚2816铝合金电子束焊接接头室温强度系数达到母材的77.8%.图3表2参7 20094228 脉冲固体激光器焊接铝合金工艺研究/徐 劼 //新技术新工艺. 2009(2):23~24 利用平均功率400W的脉冲固体激光器,对材料为6A02铝合金的一种焊接结构件护套进行了激光焊接工艺研究。结果表明:N d:YAG激光器可以用于铝合金护套的焊接,但应采用自动焊,要配备自动变心转动夹具或机械手及自动送丝系统。还应充气压保护,以提高焊接质量及稳定性。图1表2参1 20094229 含Nd钛合金中富Nd第二相颗粒在电子束焊接过程中的演化及其对拉伸断裂行为的影响/蔡建明 //航空材料学报. 2009,29(1):27~31采用光学金相显微镜(O M)和扫描电子显微镜(SEM)等手段,研究了一种含稀土元素N d的T i60钛合金在电子束焊接过程中富,N d第二相颗粒的演化及室温拉伸时的断裂特征。经过电子束焊接过程的快速熔化和凝固,T i60钛合金中富N d第二相颗粒经历了回溶和重新形核析出的过程,由原来的分散分布变为与凝固方向平行的断续串状分布,尺寸由原来的约10 m细化至约0.3 m。电子束焊接的焊缝及焊缝与母材的连接部位在室温拉伸时表现出了明显的沿晶脆性断裂特征。图8表2参12 20094230 TA15钛合金电子束焊平行焊缝的获得方法/赵明书 //新技术新工艺. 2009(2):105~107截面平行的焊缝是保证中大厚度焊接结构熔合区组织均匀性及力学性能连续性的重要条件,在工程中有着重要应用。在对焊缝形貌进行观察及分析的基础上,研究获得平行焊缝的工艺方法。结果表明,对焊接速度、电子束流及聚焦电流等焊接参数进行综合调节,可以有效改变焊缝形貌,使焊缝逐步趋于平行。增加偏摆扫描并控制扫描的频率和幅度,可以获得一系列具有不同熔宽的平行焊缝。图7表3参6 异种金属和镀层金属的焊接 20094231 异种金属的钎焊/庄鸿寿//焊接. 2009 (2):22~25 34