异种钢的焊接(要点)

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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
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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）
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2.4接头形式.坡口大，稀释率小；坡口窄，稀释率变化不大。
见（图2-6）
（从母材熔化大小的角度理解）
三，不同焊接方法焊接异种金属的特点(优缺点)
1.熔化焊：总有部分母材熔入焊缝引起稀释,使接头各区域组织
状态不同.通过调整工艺可以控制高温的停留时间和减少熔深降低稀
释率。
2.压力焊：接热温度不高或不加热，减轻或避免热循环对母材金
属性能的不利影响，防止产生脆性的金属间化合物，不存在稀释率引
起的接头性能问题。
压力焊设备目前还不普及，限制了应用范围。
3.其他方法：母材不发生熔化和结晶过程，对接头影响不大。在
重要设备中使用的较少。
第二节，异种金属焊接时的焊材和焊接方法选择
一，熔合区的特点
1.熔合区分为未混合区和半熔化区，填充金属和母材金属的成分
差别越大越不容易充分混合，熔合区越明显。
2.稀释率大，熔合区越明显。
3.熔合区金属液态停留时间长或流动性好，成分越均匀，熔合区
有所减少。
4.熔合区成分的不均匀性，可以调整焊接参数和热处理工艺加以
改善。
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二，焊接方法选择（满足质量要求为前提）
1.效率和经济性；
2.了解不同焊接方法的适用性；
3.针对不同材料的特点及工艺性；
三，焊材的选择
 异种钢焊接是以金相组织来分的。
目前国际上对异种钢的组织分类有三种即：
A/F 、A/M、 F/M；
国内分为3类6组，
A/M、A/B、A/P；M/B、M/P；B/P。
书中介绍了4种选材原则，在此不介绍了。
介绍国际的选材原则。
AWS和BS工艺规范的指导性意见：
1.焊接金属化学成分与低合金一侧的材料一致；（低配）
2.焊接金属化学成分与高合金一侧的材料一致；（高配）
3.焊接金属化学成分取二种母材的中间成分；(中间配)
4.焊缝采用镍基合金材料。
第三节，异种钢的焊接要点
1.要考虑熔合线附近的韧性下降。该处产生了脆性组织或脆性产物，
在应力的作用下易产生裂纹。
2.接头可以通过调整焊接方法、焊接工艺及参数、坡口形式、焊条种
类等方法加以改善和避免。
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3.焊缝的稀释率与钢材的合金含量有关，随着合金含量的增多，稀释
率增大。P体钢单层对接焊的θ在20～40％，A体钢比P体钢高10～
20％。
4.被焊件的两侧钢材之一是淬硬钢时必须预热，预热温度按淬硬钢侧
选择。用A体焊条焊接时可适当降低温度或不预热。
5.合理的焊后热处理非常重要。对于F／M异种钢接头处理时，最高
温度不能超过F体钢侧的上限，保证强度。
6.A/M(F)异种钢焊接时，可在非A体侧坡口预先堆焊一层高Cr（Ni）
的金属，然后再用A体钢焊条焊接，非A侧堆焊时是否预热应视具体
钢种确定
第四节，低碳与低合金钢的焊接
 要点：
1.预热：按照低合金钢选择；
2.选材：按照强度、塑性、韧性不低于两侧母材的最低值；
3.工艺参数：合适的线能量，晶粒粗大不易消除，焊缝和热影响区的
韧性不好；（书中介绍可以用大的E，其实不好）
4.焊后热处理的选择按照低合金钢选择。
第五节，低合金耐热钢与低合金钢的焊接
 要点
1.防止冷裂，选用低氢型焊条；
2.预热和焊后热处理按照耐热钢选择；
3.坡口选用较窄型，即用小的熔合比；
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4.整个焊接过程做好防止“氢”的侵入和逸氢的工作，防止延迟裂
纹。
第六节，低合金钢与马氏体钢的焊接
 要点
1.焊接性较差，有淬硬倾向；
2.形成“白带”，在珠光体钢侧形成脱碳层，马氏体钢侧有增碳
层；
3.较高的预热温度和层间温度，目的是防止冷裂纹和减少残余应力；
4.焊后增加一次促进马氏体的转变过程的处理，然后再进行正常
的热处理。热处理温度以马氏体钢侧选择；
5.选择焊材有3种情况一是低配，二是高配，三是用A体焊条；
第七节，低合金钢与奥氏体钢的焊接
 要点
1.要考虑熔合比（ θ ），容易降低焊缝内的合金元素含量，导致发
生马氏体产物的转变，接头性能变坏；
2.一般选择焊材多用A体焊材，或者在低合金耐热钢侧堆焊一层高V、
Nb、Ti含量的堆焊层，提高耐热钢的热强性。堆焊后要热处理，温
度按低合金耐热钢选择；
3.采用较小的焊接规范和工艺参数；
4.可以采用较大角度的坡口，减少熔合比。
5.需要预热和焊后热处理的部件。
第八节，铁素体钢与奥氏体钢的焊接
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 要点（基本同P／A的焊接）
1.和P／A的焊接相同，在F体钢侧有脱碳层和A体钢侧发生马氏体
产物的转变，接头性能变坏；
2.焊材选择一般用Cr-Ni含量高的焊条；
3.焊前可以不预热，焊后有的要热处理；
4.焊后热处理是为了消除残余应力和因为二者不同的热膨胀系数引
起的附加应力，但热膨胀系数引起的附加应力是消除不掉的，只能加
以改善或重新分布。
第九节，高铬马氏体钢、高铬铁素体钢与铁素体-奥氏体钢的焊接
 要点
1.做好防止淬硬开裂的工作；
2.控制层间温度，采用较小的操作规范和参数，坚持多层多道焊
接的方式；
3.焊材选择尽量和母材接近，A体钢焊条由于强度达不到要求，
仅仅可以防止裂纹；
4.预热温度和焊后回火温度选择要适当，同时要注意回火时机的
选择，结构应力大的构件应及时回火，防止开裂。
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