第8章异种金属的焊接讲述
异种材料焊接存在的八大问题
异种材料焊接存在的八大问题随着现代工业的发展和科学技术的进步，对焊接构件的性能提出了更高、更苛刻的要求，往往除通常的力学性能之外，还有如高温强度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、抗辐照性、磁性、导电性、导热性以及熔点等多方面的性能，在这种情况下，单靠任何一种金属材料都不可能完全满足使用要求，即使可能有某种金属相对比较理想一些，也常常由于十分稀贵而不能在工程实际中应用。
现代焊接技术已经可以将具有不同性能的异种金属牢固地接合起来，既能满足各种性能要求，又可节约贵重金属，降低成本，做到“物尽其用”，因而日益受到人们的重视，并正在航天、航空、石油化工、电站锅炉、机械电子、造船及其他一些领域获得越来越广泛地应用。
异种金属是指那些不同元素的金属（如铝、铜等）或从冶金现点来看性质，如物理性能、化学性能等有显著差异的某些以相同基本金属形成的合金（如碳钢、不锈钢等）。
它们可以用作母材、填充金属或焊缝金属。
异种材料的焊接，是指两种或两种以上的不同材料（指化学成分、金相组织及性能等不同）在一定工艺条件下进行焊接加工的过程。
在异种金属的焊接中，最常见的是异种钢焊接，其次是异种有色金属焊接和钢与有色金属的焊接。
从接头形式看来也有三种基本情况，即两种不同金属母材的接头，母材金属相同而填充金属不同的接头（如用奥氏体焊接材料焊接中碳调质钢的接头等），以及复合金属板的焊接接头等。
异种材料的焊接把不同的两种金属焊接在一起时，必定会产生一层性能和组织与母材不同的过渡层。
由于异种金属在元素性质、物理性能、化学性能等方而有显著差异，与同种材料的焊接相比，异种材料的焊接无论从焊接机理和操作技术上都比同种材料要复杂得多。
异种材料焊接中存在的主要问题如下：1、异种材料的熔点相差越大，越难进行焊接。
这是因为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，会造成低熔点材料的流失、合金元素烧损或蒸发，使焊接接头难以焊合。
焊接工艺及材料大全
手弧焊示意图
手工焊条电弧焊
那它有什么特点呢？ 主要是用在哪方面呀？
手工焊条电弧焊
优点
设备简单，操作灵活，适应性强。
缺点
生产效率低，劳动强度大，焊接接头质 量不易保证。
应用
可焊接大多数金属，适用于各种焊接位 置，而且既可焊薄板也可焊厚板。
2.1.2 埋弧自动焊
经常所说的埋弧自动焊， 到底是什么呀？
优点
★生产效率高（比手弧焊提高5～倍） ★焊接质量好（ 气孔、夹渣少） ★成本低 （省工、省时、省料） ★劳动条件好（无飞溅, 劳动强低）
埋弧自动焊
缺点
不适于复杂焊缝及狭小空间的焊接； 设备复杂，所需焊接电流大（电流小时造成电弧不稳）； 适应性差 （适用平焊、长直焊缝和较大直径的环缝）。
应用
埋弧自动焊
线辐射较大，对身体伤害更大； ★氩弧焊的热影响区较大，工件修补后易出现开裂、针孔、
磨损、划伤、咬边等缺陷；
气体保护焊
氩弧焊特点及应用
应用
主要用于焊接易氧化的有色金属和合金钢（主要用Al、Mg、 Ti及其合金和不锈钢的焊接）。
气体保护焊
CO2气体保护焊
呃，呃…CO2气体保护焊 是怎么回事呢？
气体保护焊
电弧区热量
阳极占43%, 阴极区占36%, 弧 柱区占21%。
手工焊条电弧焊
什么叫做电弧焊？ 手工焊条电弧焊又是什么呀？
手工焊条电弧焊
简单地说：利用电弧燃烧提供热 源的焊接方法就是电弧焊。 利用手工操纵焊条进行焊接的电 弧焊方法就叫手工焊条电弧焊， 简称手弧焊。
手工焊条电弧焊
手工焊条电弧焊
那手工焊条电弧焊是 怎么进行焊接的呢？
缺点
★焊接设备复杂，投资大； ★对焊件厚度和接头形式有一定限制； ★目前尚缺乏简单而又可靠的无损检验方法。
异种金属板材的焊接工艺研究分析
用 于工程 机械 、 石 油化工 、 交 通运输 、 航 空航 天、 电站锅炉 等行 业的机 械设备 和
构件 中。
＝ 浅析 异种 金属 焊接工 艺 的发展 （ １ ） 随着科 技的发展 ， 几 十年 以来 ， 在碳钢 的焊接性 和不锈钢 方面 国内外很
在低 合金钢 和不锈 钢异 种钢焊 接性 方面 ， 人们 也做 了大量 的研究 。 研 究发现焊
接接 头采用激光 焊接方法 的组织 性能更好 ， 缩小焊 接接头 的脆硬 区可 以采用镍
基填 充材料 。 当进行 特殊 的生 产作业 时 ， 普遍 应用低合 金钢和 特殊用途钢 焊接 ，
如低 合金 钢与 耐蚀 钢在在 酸碱 环境 中 的焊 接 。
配在 电导率 高和 热导率 的金属 件 ， 如钨 、 银基 、 钼、 铜基 ， 使 用改 型 电极 端头 ， 从 而使 焊接压 接处 的 电阻发热温 度得 以提高 ， 使０ ． ５ ～０ ． ９ Ａ 为 热 电流 。 焊接 工艺
Байду номын сангаас
参数 的确 定是 根据 直流焊 或交 流焊 分别 进行 的 ， 在０ ． １ ～０ ． ９ Ｓ内焊 接 电源 连 续控 制 ， 实现 焊接接 触界 面的 电阻热量 均衡 和发 热温度 被均 匀提高 ， 对 焊、 点
多学者都 在做大 量的研 究 。 如： 通 过对锅 炉压力容 器钢Ｑ ２ ４ ５ Ｒ的研 究 ， 在不 同的 耐腐 、 温度 、 用途 中选用不 同的容 器板材质 ， 可以添加 钛、 钒、 铌元 素在Ｑ ２ ４ ５ Ｒ ￣ 中， 这个三种 元素含 量分别 不大于０ ． ０ ５ ０ ％， 可以大量 使用Ｑ ２ ４ ５ Ｒ 钢板在 反应器 、 甲烷化 炉 、 脱硫 槽 、 焦炭 塔 、 水洗 塔等 设备 及构件 建设 制造 项 目中 。 （ ２ ） 材料 加 工技术在 不断 发展 ， 人们 逐步大 量使 用一 些具 有特殊 性能 的合 金钢 ， 如具有 无磁性 、 高强 度 、 耐 高温 、 高韧性 、 耐腐 蚀 、 耐磨 、 耐低温 。 与此 同时 ，
焊接工艺不锈钢的焊接
铁素体－奥
00Cr18Ni5Mo3Si2、
氏体双相钢0Cr25Ni5Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N
沉淀 硬化钢
0Cr17Ni4Cu4Nb，简称17-4PH 0Cr17Ni7Al，简称17-7PH
焊接工艺不锈钢的焊接
按室温组织分类
《GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分》
含其他少量元素的钢种，基
本类型为Cr18Ni9钢
铬锰氮 不锈钢
属于节镍型奥氏体不锈钢，化学 成分中部分镍被锰、氮替代，可
减少镍的含量
如1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N 焊接工艺不锈钢的焊接
包括大气环境下及有浸蚀性化学介质 中使用的钢，工作温度一般不超过
高Cr钢（如1Cr13、2Cr13）
不锈钢及 耐热钢的 高温性能
耐热性能：耐热性能是指高温下，既有抗氧化 或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时又 有足够的强度即热强性。
热强性：在高温下长时间工作时对断裂的抗力 （持久强度），或在高温下长时间工作时抗 塑性变形的能力（蠕变抗力）。
475℃脆性：主要出现在Cr＞15%的铁素体钢
中。430～480℃之间长期加热并缓冷，导致在 常温时或负温时出现强度升高而韧性下降的现象 。杂质有促进作用，高纯度可抑制。易产生的 在600-700℃保温1h空冷可恢复。
点蚀产生。
焊接工艺不锈钢的焊接
(1) 晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间可 能局部发生沿晶界的腐蚀，一般称此腐蚀为晶间腐蚀。 18-8钢焊接 接头有三个部位能出现晶间腐蚀现象，如图4-3所示。它发生的部位 是在热循环峰值温度600～1000℃的热影响区，如图3-10a所示；也有 的发生在焊缝金属上，如图3-10b所示；另一种晶间腐蚀发生在焊缝 的熔合线轮廓外侧很狭窄的范围内，像刃状深入发展，故称之刀状腐 蚀，如图3-10c所示，它是晶间腐蚀的一种特殊形式。
异种钢焊接焊条选用及说明
应该选用 A402 焊条，因为奥氏体焊缝塑性好、强度低，可以承担多一些焊接应变，减少了 热影响区焊接应力，故抗裂性好。
3、低合金中强钢与其它钢种焊接
异种钢焊接焊条选用及说明
在 ISO/TR15608《焊接金属材料分类指南》标准中，将钢材分为 11 类组，不同类组钢 材之间的焊接称为异种钢焊接。
本文参照 ISO/TR15608 标准将钢材分为低碳钢、低合金中强钢（屈服强度 345-460MPa）、 耐候钢、管线钢、低温钢、珠光体热强钢、高强钢（屈服强度超过 460MPa）、铬不锈钢、 铬镍奥氏体不锈钢、铬镍双相不锈钢和中碳钢；与 ISO/TR15608 略有差异。
钢之间焊接选用双相不锈钢焊条 E2209-17，以确保焊缝也为双相不锈钢。
二、焊条选用一览表：
见表 1。
表 1：焊条选用表
钢材组别
中碳钢
双相 不锈钢
铬镍 不锈钢 铬不锈钢
高强钢
珠光体 耐热钢 低温钢 管线钢
耐候钢 低合金 中强钢
低碳钢
低碳钢
低合金 中强钢
耐候钢
管线钢
低温 钢
J427
J507 J507CuCrNi J507 A402
A302 /
铬镍 不锈钢
A302
E2209-17
/
双相 不锈
钢 A402
/
中碳 钢
J507
四、相关说明
1、薄板、母材冷裂倾向小的焊接可以选用非低氢焊条；拘束度特别大的情况下，表中奥氏
体不锈钢焊条应换成低氢型（-16）。
异种钢焊接性能分析与研究
异种钢焊接性能分析与研究摘要：奥氏体型不锈钢与低合金钢有很大的差异，不论从化学成分上来说还是物理性能方面，区别都很大。
对于中厚板的异种钢的焊接很难得到一个满意的焊接接头，主要是因为中厚板的异种钢焊接约束力太大，冷冽倾向也很大，所以很难令焊接效果尽如人意。
要想获得一个比较满意的焊接接头，就必须对两种钢的不同特性进行一定的分析，对焊接接头可能出现的问题进行一次比对解析，最后才能够确定适合的焊接工艺。
1 异种钢焊接主要存在的问题1.1 熔点的差异如果相焊的两种金属熔点相差很大，接头性能难以得到保证，16mnr熔点1430℃，00cr19ni10熔点1398℃～1420℃，两种金属熔点相差不是很大，一般能获得一个满意的焊接接头。
温度是焊接的一个重要因素，控制好焊接时的温度，能够有助于焊接的效果，对于不同的金属进行焊接，温度是不相同，这也是长期工作以来的一种积累，对工作多多总结有助于提升焊接技术。
1.2 线膨胀系数差异金属受热的涨幅程度，金属本身的延展性，金属的熔点，都是在焊接过程中必须注意、考虑的要素，金属的这些特点在焊接过程中尤为重要，如果对金属的特性认知不够清楚，很容易出现焊接裂纹。
由于低合金钢与奥氏体型不锈钢两种金属线膨胀系数相差很大，产生的应力容易使焊缝热影响区产生裂纹。
1.3 热导率的差异热导率是金属本身的特性，不相同的金属热导率一般不会相同，这就导致了焊接上的一个难点。
通常解决这种问题的方法，一般采用的都是提前预热，将导热较低的金属先进行一个提前预热已达到两种金属同时融化，这样有助于金属的焊接。
但是，这要求操作者必须对各种金属的导热率极为熟悉。
一般低合金钢的热导率为0.288～0.504w/cm·℃，不锈钢的热导率为0.168～0.336w/cm·℃，低合金钢随温度的增加，热导率是下降的，不锈钢随温度的增加，热导率是上升的，所以热导率的不同可使被焊材料熔化不同步，导致金属之间结合不良。
焊接ppt课件
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三. 埋弧焊工艺
2）采取防漏措施 ① 双面焊； ② 手工电弧焊封底； ③ 焊剂垫； ④ 垫板。
3)要有引弧板和引出板
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四、埋弧焊应用
应用： 主要用于较厚 钢板的长直焊 缝和较大直径 环形焊缝焊接。
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压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直 焊缝、船舶和潜艇壳体、起重机械、冶金机械 （高炉炉身）等的焊接。
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三. 埋弧焊工艺
1）焊前准备 板厚在20~25mm以下的工件可不开坡口； 实际生产中，板厚在14~22mm应开Y型坡口， 板厚在22~50mm，可开双Y型坡口或U型坡口。
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三. 埋弧焊工艺
1）焊前准备
环焊缝： 焊丝起弧点应与环 的中心偏离一定距 离a(a=20~40mm), 直径小于250mm一 般不采用埋弧焊。
钎焊：
软钎焊、 硬钎焊
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焊接成形的特点
● 接头牢固、密封性好。 ● 可化大为小、以小拼大。 ● 可实现异种金属的连接。 ● 重量轻、加工装配简单。 ● 焊接结构不可拆卸 。 ● 焊接应力变形大，接头易产 生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
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第四篇 焊接
电弧焊 其他常用焊接方法 常用金属材料的焊接 焊接结构设计
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2
第四篇 焊接
用加热或加压力等手段，借助金属原子 的结合与扩散作用，使分离的金属材料 牢固地连接起来的方法。
焊接动画
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焊接成形的分类
熔化焊：
电弧焊、电渣 焊、电子束焊、 激光焊、等离 子弧焊等
异种金属的焊接：第一讲 异种金属的焊接性
异种金属的焊接：第一讲异种金属的焊接性
刘中青
【期刊名称】《机械工人：热加工》
【年(卷),期】1994(000)002
【摘要】随着现代科学技术的发展,建筑各种工程结构不仅需要对大量的同种金属进行焊接,同时也需要对相当数量的异种金属进行焊接。
目前。
【总页数】2页(P24-25)
【作者】刘中青
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG457.1
【相关文献】
1.异种金属的焊接：第五讲异种有色金属的焊接—铜与铝的焊接 [J], 刘中青
2.异种金属的焊接：第四讲异种金属的堆焊 [J], 刘中青
3.异种金属的焊接：第六讲钢与有色金属的焊接（一）—钢与铝的焊接 [J], 刘中青
4.异种金属的焊接：第七讲钢与有色金属的焊接（二）—钢与钛的焊接 [J], 刘中青
5.异种金属的焊接：第九讲金属与非金属的焊接—金属与陶瓷的焊接 [J], 刘中青因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
扩散焊
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（2）工艺参数对焊接质量的影响
• 1）焊接温度 • 2）焊接压力 • 3）扩散焊接时间 • 4）环境气氛 • 5）表面状态
异种金属特种焊接方法之扩散焊
三、扩散焊设备的分类
• 1．按照真空度分类 • 2．按照热源类型和加热方式分类 • 3．其他分类方法
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（二）镍合金的扩散焊
• 镍合金扩散焊接的参数：加热温度1093～1204℃，保温时间10～ 120min，压力2.5～15MPa，真空度1.33×10-2Pa以上。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（三）高温合金的焊接
• 各类高温合金如机械化型高温合金、含高A1、Ti的铸造高温合金等 几乎都可以采用固相扩散焊接。
• 焊接区域经蠕变、扩散、再结晶等过程而最终形成固态冶金结 合，可以形成固溶体及共晶体，有时也可能生成金属间化合物 ，从而形成可靠的扩散焊。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
2.扩散焊的特点及分类
扩散焊的优点：
• 扩散焊时因基体不过热、不熔化，可以在不降低焊件性能的情况下 焊接几乎所有的金属或非金属。
• 扩散焊接头质量好，其显微组织和性能与母材接近或相同，在焊缝 中不存在熔化焊缺陷，也不存在过热组织和热影响区。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（一）同种材料的扩散焊
• 1.钛合金的扩散焊 • 2.镍合金的扩散焊 • 3.高温合金的焊接
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（一）钛合金的扩散焊
• 钛合金采用扩散焊，接头性能优于常规熔焊。 • 钛合金在扩散焊时无需对焊件表面进行特殊的准备和控制。 • 钛合金能吸收大量的O2、H2和N2等气体，故不宜在H2和N2气氛
第三节 异种钢的焊接要点
第三节异种钢的焊接要点异种钢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。
而稀释率又取决于母材金属的熔合比，如图2-1和式(2—2)所示。
当用E308-16、E308-15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。
异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的减少，应避免在某些焊缝中产生应力集中。
较厚的焊件对接焊时宜用X形坡口或双U形坡口，这样稀释率及焊后产生的内应力较小，但坡口的根部必须焊透。
如受结构限制而只能采用单面焊双面成形工艺时，则先用手工钨极氩弧焊进行打底层焊接，从第二层开始改用焊条电弧焊。
厚度相差较大的焊件，为防止产生过大的应力集中，不推荐采用异种钢焊接。
焊缝的稀释率与钢材的合金含量有关，在同样的熔化面积下，随着合金含量的增多而稀释率增大。
珠光体耐热钢单层对接焊的稀释率在20%～40%。
奥氏体不锈钢的稀释率比珠光体钢约高10%～20%。
焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方法及焊接层数的选择，应以减少母材金属的熔化和提高焊缝的堆积量为主要原则。
为减少焊缝金属的稀释率，一般采用小电流、细直径焊条及高的焊接速度进行焊接。
随着焊接电流的增大，焊缝稀释率增大。
采用多层多道焊，对于避免接头中的冷裂纹有着显著的效果。
当被焊的两种钢材之一是淬硬钢时，必须进行预热，其温度应根据焊接性差的钢材选择。
用奥氏体钢焊条焊接异种钢接头时，可适当降低预热温度或不预热。
焊接复杂结构时，先分件组装焊接，然后再整体拼装焊接比整体组装焊接好，有助于减小刚度及焊接残余应力。
装配时的定位焊截面不能太薄。
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。