3/2.29-30異種金屬的焊接

Joiningdissimilarmaterials主要內容1、異種金屬焊接分類

2、異種金屬焊接的問題3、異種鋼焊接工藝原則4、相同金相組織類型的異種鋼焊接5、不同金相組織類型的異種鋼焊接

異種金屬焊接分類從材料上：1）異種有色金屬焊接2）有色金屬與黑色金屬焊接3）異種黑色金屬焊接異種黑色金屬焊接包括強度不同的鋼與鋼焊接和異種鋼焊接，其中異種鋼焊接又包括：a)金相組織類型相同但化學成分不同的鋼b)不同金相組織類型的鋼（黑與白）

相同金相組織類型異種鋼焊接

焊接材料的選擇原則：按較低一側的母材選擇預熱溫度和層間溫度：按照碳當量較高一側母材的要求確定熱處理一般按照合金含量較高側母材確定，兩者熱處理溫度范圍不同，應根據熱處理溫度高的材料的溫度下限和熱處理溫度低的材料的溫度上限來確定，如果熱處理溫度范圍高的下限高于熱處理溫度低的上限，且溫度相差太大，應考慮堆焊過渡層或增加介于兩者之間的材料。焊接材料的選擇：要求焊縫金屬化學性能、耐熱性能等其他性能不低于母材中性能要求較低一側的指標例1：S690QL+S355（調質細晶粒鋼+碳鋼），厚度20mm

焊材：ISO2560-A(EN499)E423B

預熱溫度：≥200℃

層間溫度：220-250℃不同金相組織類型異種鋼焊接通常所說的異種鋼焊接指的是碳鋼或低合金鋼與奧氏體不銹鋼之間的連接。“黑”或“白”是企業實踐中的俗稱。組織上應該是珠光體（鐵素體）鋼與奧氏體鋼異種鋼焊接。異種鋼熔化焊主要考慮的是焊縫金屬的成分和性能，焊縫金屬的成分取決于填充金屬的成分、母材的成分-----熔合比（稀釋率或混合比）。

熔合比熔合比＝堆焊熔合比＝G/(Z＋G)×100%對接焊母材1的熔合比＝G1/(Z+G1+G2)×100%

母材2的熔合比＝G2/(Z+G1+G2)×100%熔合比計算示意圖

1)焊縫金屬的稀釋選擇焊材時可以根據舍夫勒組織圖，按照熔合比來估算，以獲得奧氏體加少量鐵素體組織的焊縫成分2)過渡區馬氏體組織在珠光體（鐵素體）鋼側熔合區鉻、鎳含量遠低于焊縫中心的平均值，按照舍夫勒組織圖估算這一區域是硬度很高的馬氏體或奧氏體+馬氏體組織。不同組織異種鋼接頭存在的問題

3)碳遷移形成擴散層在焊接、熱處理或使用過程中長時間處于高溫時，珠光體（鐵素體）和奧氏體鋼界面附近產生碳遷移，在珠光體（鐵素體）鋼側形成脫碳層發生軟化，奧氏體鋼側形成增碳層發生硬化，降低接頭承載能力。4)接頭殘余應力因珠光體（鐵素體）鋼與奧氏體鋼的線膨脹系數不同，焊后冷卻時收縮量的差異，必然導致接頭產生殘余應力。不同組織異種鋼焊接工藝原則

1）焊接材料的選擇

2）坡口角度的選擇

3）焊接規范參數的選擇

1）焊接材料的選擇不同金相組織的異種鋼焊接經常會按照舍夫勒組織圖選擇奧氏體填充材料，或者選擇鎳基合金。2）坡口選擇坡口角度選擇考慮母材厚度，熔合比。坡口角度越大，熔合比越小，可以減少焊縫金屬化學成分和力學性能波動。3）焊接規范參數選擇在保證質量的前提下用小電流，規范參數越小越好，盡量減少熔合比。

不同金相組織的異種鋼焊接，一般按照舍夫勒組織圖選擇奧氏體填充材料。如果還有高溫環境，要選擇鎳基合金填充材料。以Q235與1Cr18Ni9鋼焊接為例進行說明，圖2表示焊縫金屬中兩種母材的熔合比各為20％，填充金屬占60％。不同金相組織類型異種鋼焊接材料選擇根據兩種母材及選用填充金屬的化學成分，分別計算出它們的鉻當量和鎳當量，然后在舍夫勒組織圖上標出相應的a、b、c、d、e各點，即可確定出焊縫的組織狀態。材料名稱CMnSiCrNi鉻當量鎳當量圖上位置Q235鋼0.180.440.350.535.62b1Cr18Ni9鋼0.071.360.6617.88.6518.7911.42a18－8型(A102)0.071.220.4619.28.519.8711.15c25－13型(A307)0.111.320.4824.812.825.5216.76d25－20型(A407)0.181.40.5426.218.827.0124.9eQ235鋼、1Cr18Ni9鋼及填充金屬的鉻鎳當量母材及各種焊材在舍夫勒組織圖上的位置不用填充金屬（如TIG焊自熔）焊接Q235鋼（圖中b點）與1Cr18Ni9鋼（圖中a點）時，接頭熔化面積相等，熔合比各為50%，因而焊縫的鉻鎳當量應為圖中f點，焊縫組織為馬氏體。采用18-8型焊條（圖中c點）焊接Q235鋼與1Cr18Ni9鋼時，焊縫由兩種母材和焊條金屬混合而成，若母材的熔合比發生變化，則焊縫的鉻鎳當量將沿f-c線變化。當母材熔合比為40％（兩種母材各占20％）時，當量成分相當于圖中g點，當熔合比為30％時，當量成分相當于圖中h點，g點和h點均處于A＋M區，所以焊縫組織為奧氏體＋馬氏體。只有母材各自熔合比小于15％，才可避免焊縫出現馬氏體。采用25-13型焊條（圖中d點）焊接Q235鋼與1Cr18Ni9鋼時，則焊縫的鉻鎳當量將沿f-d線變化，當母材熔合比為40％時，焊縫為i點，組織為單相奧氏體，熔合比為30％時，焊縫為j點，焊縫組織為奧氏體＋少量鐵素體（＜5％），不易產生熱裂紋。采用25-20型焊條（圖中e點）焊接Q235鋼與1Cr18Ni9鋼時，母材熔合比為40％和30％對應的焊縫位置是k點和l點，其組織為單相奧氏體，熔合比高達70％仍保證焊縫不出現馬氏體，但易產生熱裂紋。綜上分析，焊接Q235鋼與1Cr18Ni9鋼時，不加填充金屬焊縫會出現馬氏體，采用18-8型焊條（與1Cr18Ni9鉻鎳當量相近）焊接，焊縫也會出現馬氏體。要想獲得奧氏體＋少量鐵素體雙相組織，必須控制到極小的熔合比。采用25-20型焊條（比1Cr18Ni9鉻鎳當量高很多）焊接。組織為單相奧氏體，但易產生熱裂紋。用25-13型焊條（比1Cr18Ni9鉻鎳當量高）焊接，熔合比在40％以下，焊縫獲得單相奧氏體，熱裂紋傾向大，熔合比控制在30％以下，母材對焊縫的稀釋小，能得到具有較高抗裂性能的奧氏體＋少量鐵素體雙相組織的焊縫。因此用25-13型焊條相對是合適的。1）應力組別Ⅰ這種應力為接頭在300℃以下的溫度工作，并且只承受機械負荷。如化工容器設備制造中的支柱地腳或架子。黑色與白色金屬接頭不接觸腐蝕介質。受這種應力的接頭，不必經過熱處理。典型異種鋼焊接接頭對接頭設計來說，重要的是要有足夠的韌性，并達到不銹鋼的屈服極限值。為了滿足這些條件，要根據焊接方法與熔合比，使用舍夫勒組織圖來選擇奧氏體填充材料，以使焊接金屬達到奧氏體或奧氏體+少量鐵素體組織對于碳鋼與X6CrNiNb18-10，一般用奧氏體填充材料18-8Mn6或23-12L（1.4370或1.4332）。對于熱輸入，既要注意母材要求，也要注意焊接填充材料的要求。一方面，對黑色金屬一側，注意淬硬傾向較大的材料，需要預熱，另一方面，由于焊接金屬熱裂紋的敏感性，要限制最大的層間溫度。2）應力組別Ⅱ該組別的黑-白金屬接頭，除了承受機械應力之外，還承受腐蝕應力。屬于這組應力的，主要是復合材料的焊接和堆焊。堆焊時，選擇焊接填充材料，必須注意對不同型式的腐蝕，如晶間腐蝕，點狀腐蝕和應力裂紋腐蝕有足夠的抵抗能力，并考慮工藝方法及混合比，往往要求用多層焊。

焊接復合板時，焊接坡口準備、焊接順序、焊接材料選擇是非常重要的。過渡層應選用混合比較小的的焊接方法。焊接順序：先焊基層，再焊過渡層，最后焊復合層焊接方法、焊接填充材料、焊接坡口的選擇實例見教材表2。3）應力組別Ⅲ

屬于該組的焊接接頭，除了有機械/或腐蝕負荷之外，另外還有較高或較低的工作溫度。這種主要出現在化學工業與電站工業中。這種接頭的問題，就是碳會從黑色金屬向白色金屬擴散，在接頭處產生增脫碳層，接頭會產生馬氏體組織，因材料有不同的熱膨脹，會在黑白金屬交界處引起附加的明顯的

應力。解決以上問題，只有采用鎳基填充材料，原因是鎳基材料能夠阻止碳向奧氏體擴散，降低了晶間腐蝕的傾向，減小了馬氏體帶的寬度，而且鎳基材料的熱膨脹系數介于奧氏體鋼與珠光體（鐵素體）鋼之間，從而緩解由于溫度變化形成的熱應力。用鎳基填充材料焊接時，必須特別注意清潔度，嚴格控制層間溫度，以防止熱裂紋的形成。例如：電站鍋爐中過熱器和再熱器管子的異種鋼接頭，在600℃左右的高溫下工作，甚至受交變溫度的影響，同時還受到載荷和腐蝕的共同作用，工藝上采用熔合比較低的焊接方法，選擇鎳基填充材料,采取合適的焊接參數來