异种金属焊接概论
第一章+异种金属的焊接性(3)概论
焊接中,焊接接头中的各种物理化学反应是在 温度和化学成分都处于极不平衡的特定条件下 进行的，引起两方面的后果: 1.在焊接区内产生各种类型的缺陷，使焊接接 头丧失其连续性； 2.即使没有产生缺陷，也可能降低了某些必要 的性能，影响焊接结构的使用寿命。
因此，单从金属本身固有的基本成分和 性能，还不足以判断它在焊接时出现什 么问题，也不能直接表明焊后接头性能 是否满足使用要求。这样就要求人们从 焊接的角度来分析研究金属某些特有的 性能——焊接性。
例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头 的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数 量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状 态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。因此，结构 设计因素也是影响焊接性的重要因素。
❖ 在设计焊接结构时，应尽量使接头处于刚度、拘束度 较小的状态，以便焊缝能较为自由地收缩，防止裂纹， 改善材料的焊接性。
焊接冷裂纹敏感系数 除碳当量外，考虑到焊缝含氢量和接头拘束度
2）利用物理性能分析 金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容量等
因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响， 从而影响焊接性。
3）利用化学性能分析 考虑焊缝金属被有害元素侵害的倾向性，如铝、
钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而 需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真 空中焊接等，有时焊缝背面也需要保护。
各种焊接方法对焊接区的保护方式不同，其保护效果和 保护下的接头质量就有差别，因此保护方式对焊接性也 有影响。
工艺措施对防止焊接接头产生缺陷，提高接头使用性 能至关重要：
工艺措施
焊前预热 焊后缓冷 焊后热处理 后热 合理装配焊接顺序
3）结构设计因素（结构和接头形式、焊缝布置）
浅谈异种金属的焊接
浅谈异种金属的焊接随着人们对于金属材料需求的不断推进，金属材料的种类也变得多种多样，除了常见的铁、铝、铜等金属之外，异种金属的出现也逐渐增多，比如说钛合金、镍基合金、钨合金等。
然而，由于异种金属在性质上有着明显的差异，对于金属的连接也提出了挑战。
本文将就异种金属焊接这一话题进行讨论，让大家更好地了解异种金属的焊接技术以及影响焊接质量的参数。
一、异种金属焊接的难点一般情况下，在焊接过程中，想要较好地实现异种金属的连接，需要快速冷却过程中所产生的热应力精确掌握。
然而，异种金属的导热系数不同，这就导致了焊接中的材料温度差异过大，使得焊接材料在快速冷却的过程中产生了内应力，从而使焊接后的材料产生了部分或者全部的塑性损失。
此外，由于采用的焊接材料和基材不同，若没有采取合适的操作方法，则会出现焊缝溢铜、堆积、熔池不稳定等缺陷，从而导致焊接质量不达标。
二、异种金属焊接的方法1.钎焊法钎焊法是一种常用的异种金属焊接方法。
钎焊是通过钎料与金属接触，由于钎料的熔点较低，因此采用加热方法使钎料熔化，并在加热的同时，使得钎料与基材间有一定的接触。
在钎焊的过程中，钎料中液相沿着毛细作用向着焊缝两侧扩散，从而实现了金属的连接。
由于钎焊有着低热输入、宽焊缝等优点，因此也被广泛应用于异种金属的连接。
2.电弧焊法电弧焊法是一种通过电弧来完成金属连接的方法。
这种焊接方法通常适用于连接相对较厚的金属板材。
在焊接时，通过高压交流电形成一定的电弧，在钨极上集中高温点，然后将其焊接材料加热熔化，并实现异种金属的连接。
这种方法的优点是可焊接厚度大、连接牢固，而缺点则是加热温度高、变形容易，需要一定的技术经验和操作技巧才能操作。
3.激光焊法激光焊法是一种高能、高质量的焊接方法。
它通过聚焦激光束，实现异种金属的加热和熔化，从而完成焊接过程。
相比于其他一些焊接方法，激光焊法有着加热温度高、作业速度快、精度高的优点，因此在异种金属的焊接中，也有着广泛的应用。
2024年浅谈异种金属的焊接
2024年浅谈异种金属的焊接一、异种金属定义异种金属，顾名思义，指的是在化学成分、物理性能以及机械性能等方面存在显著差异的两种或多种金属。
在实际应用中，由于不同金属具有各自独特的优点，异种金属的连接需求应运而生。
这种连接不仅要求保持原有的金属特性，还需要确保连接处的强度和密封性，因此，异种金属的焊接成为一项重要技术。
二、焊接性评估在进行异种金属焊接之前，首先需要对两种金属的焊接性进行评估。
这包括对金属的化学成分、物理性能、机械性能以及热处理性能的全面分析。
通过对比两种金属在这些方面的差异，可以预测焊接过程中可能遇到的问题，并据此选择合适的焊接方法和材料。
三、焊接方法选择异种金属焊接的方法选择需要考虑多种因素，如金属的种类、厚度、结构形式以及焊接要求等。
常见的焊接方法包括电弧焊、激光焊、等离子焊等。
在选择焊接方法时，需要确保焊接过程中的热量输入、熔池形成和冷却速度等参数能够满足异种金属焊接的要求，以获得高质量的焊接接头。
四、焊接材料选用焊接材料的选择对于异种金属焊接的成功至关重要。
在选择焊接材料时，需要考虑母材的化学成分、力学性能以及焊接工艺要求。
通常情况下，焊接材料的成分应介于两种母材之间，以确保焊接接头在性能上能够与母材相协调。
此外，焊接材料的熔点和热膨胀系数等特性也需要与母材相匹配，以避免产生焊接缺陷。
五、焊接工艺参数焊接工艺参数的选择直接影响到焊接接头的质量和性能。
在异种金属焊接中，需要特别关注焊接电流、电压、焊接速度、预热温度等参数的设置。
这些参数的选择需要综合考虑金属的种类、厚度、热导率以及热膨胀系数等因素。
通过合理的工艺参数设置，可以获得良好的焊缝成形和焊接接头性能。
六、焊接接头设计焊接接头的设计对于异种金属焊接同样重要。
在接头设计时，需要充分考虑应力分布、热传递以及变形等因素。
合理的接头设计可以减少焊接过程中的应力集中和变形，提高焊接接头的强度和密封性。
同时，还需要考虑接头的可维修性和可检查性，以便在必要时进行修复或更换。
异种金属的焊接方法
第15章 异种金属的焊接方法
15.2 异种金属的焊接工艺
15.2.2 钢与铸铁的焊接 实例二：不锈钢与铸铁的焊接
（2）
铸铁与不锈钢的焊接工艺
两种母材金属的被焊接头必须清理干净，去掉油污 和锈斑等，使之露出金属光泽 焊接温度不能超过900℃，如温度过高，在不锈钢 母材金属侧的晶间腐蚀严重
1
2
3
扩散焊时的真空度要高，通常真空度不低于1 3332×10－7MPa
30CrMnSiA钢的屈服点为500MPa，抗拉强度为700MPa，碳当量(质量分数)为0 67％，
焊接性差；30CrMnSiNi2A钢的屈服点为570MPa，抗拉强度为760MPa，碳当量为0 81 ％，焊接性差。
第15章 异种金属的焊接方法
15.2 异种金属的焊接工艺
15.2.1 异种钢的焊接 实例一：异种钢的焊接
第15章 异种金属的焊接方法
15.2 异种金属的焊接工艺
15.2.3 钢与有色金属的焊接 实例三：钢与有色金属的焊接
（1）
钢与铝的焊接实例
(1)产品结构特点
其主要特点： ①铝管壁厚比钢管壁厚大1倍；
②铝管外径比钢管外径大4～10mm；
③铝管内径比钢管内径小4～10mm； ④要求焊接接头高强度和高气密性。
15.2 异种金属的焊接工艺
15.2.3 钢与有色金属的焊接 实例三：钢与有色金属的焊接
（2）
低碳钢与纯铜的埋弧焊
(2) 焊丝位置 为使铜充分熔化，焊丝必须偏向铜一侧，如图15-8所示。
第15章 异种金属的焊接方法
15.2 异种金属的焊接工艺
15.2.3 钢与有色金属的焊接 实例三：钢与有色金属的焊接
第15章 异种金属的焊接方法
第二节 异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择
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。
异种钢的焊接讲解
表1-18 不锈钢焊丝的铬镍当量值
焊丝牌号
化学成分（质量分数）（%）
铬当量 镍当量 图上
ω（C） ω（Mn）ω（Si）ω（Cr）ω（Ni）（%） （%） 位置
H1Cr19Ni9 0.07
1.22
0.46
19.2
8.50
19.89 11.15 c
H1Cr24Ni13 0.11 1.32 0.48 24.8 12.80 25.52 16.76 d
1、焊接方法选择
这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和 具体条件外，关键是控制 熔合比，焊接时尽量减小熔合 比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合 金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的 熔合比范围。
表1-19奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点 比较
序号 1 2 3 4 5
由图中可以看出,由于Q235低碳钢母材的稀释作用,焊缝
金属的铬镍当量减少,使得焊缝得到马氏体组织。为避免
焊缝得到马氏体组织,就必须选用含铬镍较高的填充材料
。
表1-17
1Cr18Ni9不锈钢和Q235低碳钢的铬镍当量值
母材
化学成分（质量分数）（%）
铬当量 镍当量 图上
ω（C） ω（Mn）ω（Si）ω（Cr）ω（Ni）（%） （%） 位置
计算公式为：
ω（Cr当量）=ω（Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb）% 图中纵坐标为镍（Ni）当量,即把焊缝金属中某些合金元
素的含量折算成镍的相当含量,其计算公式为:
ω（Ni当量）=ω（Ni+30C +0.5Mn）% 式中的元素符号为该元素在钢中的最高含量。当知道了 两种母材金属的化学成分后,将其分别折算成铬当量和镍 当量,然后根据镍当量和镍当量的值,在不锈钢组织图上找 出相应的点,再根据熔合比,就能估计出焊缝的组织状态。
异种金属的焊接
第八章异种金属的焊接随着现代工业的发展，对零部件提出了更高的要求，如高温持久强度、低温韧性、硬度及耐磨性、磁性、导电导热性、耐蚀性等多方面的性能。
而在大多数情况下，任何一种材料都不可能满足全部性能要求，或者是大部分满足，但材料价格昂贵，不能在工程中大量使用。
因而，为了满足零部件使用要求，降低成本，充分发挥不同材料的性能优势，异种材料焊接结构使的用越来越多。
第一节异种金属焊接概述一、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冶金相容性、物理性能、表面状态等决定的。
1.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。
2.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。
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。
5-3常见异种金属材料的焊接PPT
常见异种金属材料的焊接
珠光体钢与马氏体钢的焊接
马氏体钢是介于珠光体钢与奥氏体钢之间的钢种，含铬量5%-9%和 12%的高铬钢。由于含铬量较高，所以抗氧化性能好，在高温580℃以上， 高温持久强度比一般常用的珠光体耐热钢高，并且有较好的抗蠕变性能。 • 一、焊接性
这类异种焊接接头的焊接性较差，主要表现在两个方面： 1、淬硬倾向 马氏体钢具有明显的空气淬硬倾向，焊后易得到硬度很高的马氏体 组织，使焊缝金属脆性增加。
2、形成增碳层和脱碳层 为了提高马氏体钢的高温强度，常在这类钢种加入Mo、V、W等易形成碳化 物的元素，从而在焊接接头中导致珠光体钢焊缝熔合线附近的碳扩散形成脱碳 层，而马氏体钢一侧，由于碳的迁入，形成增碳层。如F11钢与12Cr1MoV钢焊 接时，选用E2-11MoVNiW-15焊条，焊缝金属中含铬量高，由于碳和铬的亲和力 很强，于是在12Cr1MoV钢焊缝熔合区中的碳向着焊缝金属迁移，在焊接热循环 的作用下，较短时间内，扩散距离可在0.05-0.20mm。
常见异种金属材料的焊接
2、焊后层间温度的控制及回火热处理 马氏体钢的焊接接头，如2Cr13、F12，焊后必须缓慢冷却到Mf点以下， 大约在150-100℃，保温0.5-10h，使其焊接接头完全转变成马氏体组织，然 后升温，进行热处理。 马氏体钢的焊接接头，焊后不宜在较高温度下立即升温回火，是因为在 焊接过程中奥氏体组织还未完全转变，立即升温进行回火热处理时，碳化物 会从奥氏体晶界析出，得到粗大的铁素体加碳化物组织，性质很脆，容易造 成焊接接头脆断。
常见异种金属材料的焊接
迁钢3#炉坡口（Q345+15GrMo）
常见异种金属材料的焊接
常见异种金属材料的焊接
常见异种金属材料的焊接
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二、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 和性能与焊接材料关系十分密切。 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。 （12GrMoV+Q235 R317?E5015?）
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。根据舍夫勒组织图和稀释率可以 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， 可以是焊接接头的组织不均匀程度得到一定改善。
按 使 用 材 料 组 合 分 类
异种金属的组合
异种母材接头 • 钢与铜焊接接头
母材金属相同 • 采用镍合金焊条焊接 而采用不同焊 铸铁接头 缝金属接头
复合金属板接 • 奥氏体不锈复合钢板 头 焊接接头
按 接 头 形 式 分 类
第一节 异种金属材料焊接接头的特点
一、异种金属材料焊接接头的特点 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。
第四节 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，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。
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 异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不 均匀，这是因为接头各区域具有不同的塑 性决定的；另外，材料导热性的差异，将 引起焊接热循环温度场的变化，也是残余 应力分布不均匀的因素之一。
第二节 异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择
一、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，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。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。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。
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E309－16、E309－15。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1～2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 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。 当用E308-16、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0．1～0．8mm，金相组织属于马氏体类型，显著地 恶化了接头的质量。
异种金属焊接讨论
首钢矿业公司高级焊工继续教育
景士伟 2012年6月2日
异种金属的焊接
所谓异种金属的焊接，是指各种母材的物 理常数和金属组织等性质各不相同的金属 之间的焊接。 异种金属的焊接主要包括三种情况：
异种金属的组合
Q235+16Mn
异种钢的焊接
Al+Cu
异种有色金属的焊接
Cu+钢
钢与有色金属的焊 接
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5～6mm。淬硬性强的钢材，表面堆焊层厚 度为7～8mm。 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。
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。