1、第8章 異種金屬的焊接 異種鋼 異種金屬 鋼與有色金屬 異種有色金屬8.1 異種金屬焊接概述知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 1.了解異種金屬焊接的應(yīng)用及類型；了解異種金屬焊接的應(yīng)用及類型； 2.熟悉異種材料的焊接性特點；熟悉異種材料的焊接性特點；能力目標(biāo)：能力目標(biāo)： 能夠根據(jù)異種材料的性能特點正確分析其焊接性。能夠根據(jù)異種材料的性能特點正確分析其焊接性。8.1.18.1.1異種材料的分類和組合異種材料的分類和組合表表8.1 8.1 異種材料焊接的分類、組合及特點異種材料焊接的分類、組合及特點不同不同化學(xué)化學(xué)成分成分和金和金相組相組織的織的異種異種鋼鋼 母材金相母材金相 組織相同組織相同 復(fù)合鋼焊復(fù)合鋼焊

2、 接結(jié)構(gòu)件接結(jié)構(gòu)件 母材金相母材金相組織不同組織不同的異種鋼的異種鋼 焊接構(gòu)件焊接構(gòu)件 例低碳鋼與鉻鉬耐熱鋼、例低碳鋼與鉻鉬耐熱鋼、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti與高鎳奧氏體鋼（如與高鎳奧氏體鋼（如Cr25Ni20Cr25Ni20、Cr16Ni36Cr16Ni36）之間的焊接。）之間的焊接。 最常見的有珠光體鋼與鉻鎳奧氏體最常見的有珠光體鋼與鉻鎳奧氏體鋼、珠光體鋼與高鉻鐵素體鋼的焊鋼、珠光體鋼與高鉻鐵素體鋼的焊接結(jié)構(gòu)件等接結(jié)構(gòu)件等 這類結(jié)構(gòu)件是用低碳鋼或低合金鋼做這類結(jié)構(gòu)件是用低碳鋼或低合金鋼做 基層，用不銹鋼或有色金屬（基層，用不銹鋼或有色金屬（TiTi、CuCu、AlAl等）做復(fù)

3、層，采用復(fù)合軋制、爆炸等）做復(fù)層，采用復(fù)合軋制、爆炸焊、堆焊等工藝制成的雙金屬板材。焊、堆焊等工藝制成的雙金屬板材。 不同不同用途用途的異的異種材種材料焊料焊接結(jié)接結(jié) 構(gòu)件構(gòu)件 用于耐磨的用于耐磨的異種金屬異種金屬 焊接構(gòu)件焊接構(gòu)件用于耐熱的用于耐熱的異種金屬異種金屬焊接構(gòu)件焊接構(gòu)件 用于耐腐蝕用于耐腐蝕的異種金屬的異種金屬焊接構(gòu)件焊接構(gòu)件 用于減輕裝備用于減輕裝備重量的異種重量的異種 金屬焊接構(gòu)件金屬焊接構(gòu)件 提高電磁性提高電磁性能的異種金能的異種金屬焊接構(gòu)件屬焊接構(gòu)件 如不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金、鈷如不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金、鈷基合金、耐熱超合金、復(fù)合材料、金基合金、耐熱超合金、復(fù)合材料、

4、金屬間化合物以及鉭、鈮、鉬合金等屬間化合物以及鉭、鈮、鉬合金等如高碳鋼、各種合金鋼、高錳鋼、如高碳鋼、各種合金鋼、高錳鋼、超合金、碳化鎢等硬質(zhì)合金超合金、碳化鎢等硬質(zhì)合金如各種不銹鋼、鎳基合金、如各種不銹鋼、鎳基合金、銅、鋁、鈦、鉭及其合金等。銅、鋁、鈦、鉭及其合金等。 如鈦、鋁、鎂及其合金等，主要用于如鈦、鋁、鎂及其合金等，主要用于航空航天、運載火箭、導(dǎo)彈、運輸航空航天、運載火箭、導(dǎo)彈、運輸設(shè)備等。設(shè)備等。如銀、銅、鈹及其合金等，主要用于如銀、銅、鈹及其合金等，主要用于 制造電器、計算機、電子工業(yè)零件等制造電器、計算機、電子工業(yè)零件等 8.1.2 異種材料的焊接性特點指將不同化學(xué)成分、不同組

5、織性能的指將不同化學(xué)成分、不同組織性能的兩種或兩種以上金屬，在一定的工藝兩種或兩種以上金屬，在一定的工藝條件下焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，條件下焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件， 并使形成的接頭滿足預(yù)定的服役要求。并使形成的接頭滿足預(yù)定的服役要求。 異種材料異種材料的焊接的焊接 異種材料異種材料 的焊接性的焊接性 取決于兩種材料的組織結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)取決于兩種材料的組織結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性能等，兩種材料的這些性能差異越性能等，兩種材料的這些性能差異越大，焊接性越差。大，焊接性越差。 異異種種材材料料焊焊接接的的困困 難難 異種材料的線膨脹系數(shù)不同，容易引起熱應(yīng)異種材料的線膨脹系數(shù)不同，容易引起熱應(yīng)力，而且這種

6、熱應(yīng)力不易消除，結(jié)果會使接力，而且這種熱應(yīng)力不易消除，結(jié)果會使接頭處產(chǎn)生裂紋或很大的焊接變形。頭處產(chǎn)生裂紋或很大的焊接變形。 異種材料焊接過程中，由于金相組織的變化異種材料焊接過程中，由于金相組織的變化以及新生成的組織或化合物，可使焊接接頭以及新生成的組織或化合物，可使焊接接頭的性能惡化，給焊接帶來很大的困難。的性能惡化，給焊接帶來很大的困難。 異種材料焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的力學(xué)性能異種材料焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的力學(xué)性能較差，特別是塑性和韌性明顯下降。較差，特別是塑性和韌性明顯下降。 由于接頭塑韌性的下降以及焊接應(yīng)力的存在，由于接頭塑韌性的下降以及焊接應(yīng)力的存在，異種材料焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋，

7、尤其是焊接異種材料焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋，尤其是焊接熱影響區(qū)更容易產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生斷裂。熱影響區(qū)更容易產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生斷裂。 影響影響異種異種材料材料焊接焊接性的性的因素因素?zé)嵛锢頍嵛锢硇阅艿男阅艿牟町惒町?結(jié)晶化結(jié)晶化學(xué)性能學(xué)性能的差異的差異材料的材料的表面表面 狀態(tài)狀態(tài) 兩種材料熱物理性能的差異主要是指兩種材料熱物理性能的差異主要是指熔化溫度、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等熔化溫度、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等 的差異，它們將影響焊接熱循環(huán)過程、的差異，它們將影響焊接熱循環(huán)過程、結(jié)晶條件，降低焊接接頭的質(zhì)量。結(jié)晶條件，降低焊接接頭的質(zhì)量。 結(jié)晶化學(xué)性能的差異主要是指晶格的類結(jié)晶化學(xué)性能的差異主要是指晶

8、格的類型、晶格參數(shù)、原子半徑、原子的外層型、晶格參數(shù)、原子半徑、原子的外層電子結(jié)構(gòu)等的差異，電子結(jié)構(gòu)等的差異，也就是通常所說也就是通常所說的的“冶金學(xué)上的不相容性冶金學(xué)上的不相容性”。 材料的表面狀態(tài)，如表面氧化層（氧化材料的表面狀態(tài)，如表面氧化層（氧化膜）、結(jié)晶表面層、吸附的氧離子膜）、結(jié)晶表面層、吸附的氧離子和水份、油污、雜質(zhì)等，和水份、油污、雜質(zhì)等， 異異種種材材料料焊焊接接方方法法 熔焊熔焊 壓焊壓焊 熔焊在異種材料焊接中應(yīng)用很廣，熔焊在異種材料焊接中應(yīng)用很廣，主要的熔焊方法有電弧焊、氣體主要的熔焊方法有電弧焊、氣體保護焊、電子束焊、激光焊等。保護焊、電子束焊、激光焊等。 異種材料焊接

9、常采用壓焊方法異種材料焊接常采用壓焊方法主要有電阻焊、冷壓焊、擴散主要有電阻焊、冷壓焊、擴散焊、摩擦焊等。焊、摩擦焊等。還可以采用釬焊方法來連接異種材料構(gòu)件還可以采用釬焊方法來連接異種材料構(gòu)件 8.2異種鋼的焊接 知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 1. 1.掌握異種鋼的焊接性特點及分析方法；掌握異種鋼的焊接性特點及分析方法； 2.2.掌握異種掌握異種鋼焊接的工藝特點；鋼焊接的工藝特點； 3. 3.熟悉典型異種鋼的焊接方法熟悉典型異種鋼的焊接方法。能力目標(biāo)：能力目標(biāo)： 能夠根據(jù)異種鋼的性能特點正確分析其焊接性，并合理選能夠根據(jù)異種鋼的性能特點正確分析其焊接性，并合理選擇焊接方法及工藝參數(shù)對其焊接。擇焊接方法

10、及工藝參數(shù)對其焊接。8.2.1 8.2.1 異種鋼的焊接性分析異種鋼的焊接性分析異種鋼焊接種類：異種鋼焊接種類：1）母材金相組織相同，焊縫金屬與母材基體合金系和組織不同）母材金相組織相同，焊縫金屬與母材基體合金系和組織不同2）母材金相組織不同）母材金相組織不同3）復(fù)合鋼焊接結(jié)構(gòu)件）復(fù)合鋼焊接結(jié)構(gòu)件 異種鋼焊接主要問題：異種鋼焊接主要問題： 焊縫成分焊縫成分的稀釋的稀釋（熔合比）（熔合比） 焊縫金屬實際上是熔敷金屬與熔化的基體金屬混焊縫金屬實際上是熔敷金屬與熔化的基體金屬混合在一起的合金?；w金屬（母材）溶入焊縫后合在一起的合金?；w金屬（母材）溶入焊縫后使其合金元素比例發(fā)生變化，焊縫中合金元素

11、比使其合金元素比例發(fā)生變化，焊縫中合金元素比 例減小稱為例減小稱為“稀釋稀釋”，若比例增加則稱為，若比例增加則稱為“合金化合金化”。 表表8.2 8.2 焊條電弧焊和堆焊時基體金屬的熔合比焊條電弧焊和堆焊時基體金屬的熔合比 /% /%稀稀 釋：焊縫中合金元素比例減小的現(xiàn)象釋：焊縫中合金元素比例減小的現(xiàn)象合金化：焊縫中合金元素比例增大的現(xiàn)象合金化：焊縫中合金元素比例增大的現(xiàn)象 （1 1）由于珠光體鋼的稀釋作用，會引起焊縫的組織和性能都要發(fā)）由于珠光體鋼的稀釋作用，會引起焊縫的組織和性能都要發(fā)生較大的變化，若填充金屬選擇不當(dāng)，則焊縫中會出現(xiàn)數(shù)量不等的馬生較大的變化，若填充金屬選擇不當(dāng)，則焊縫中會出

12、現(xiàn)數(shù)量不等的馬氏體，塑性及韌性都將下降；氏體，塑性及韌性都將下降； （2 2）通過調(diào)整填充金屬的成分及熔合比，可以在很大范圍內(nèi)改變）通過調(diào)整填充金屬的成分及熔合比，可以在很大范圍內(nèi)改變焊縫的成分、組織與性能，從而獲得抗裂性較高的組織。焊縫的成分、組織與性能，從而獲得抗裂性較高的組織。 熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低、流動性較差、液態(tài)停留時間較短，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低、流動性較差、液態(tài)停留時間較短，機械攪拌作用較弱，導(dǎo)致熔化的母材不能與填充金屬充分混合，這部分焊機械攪拌作用較弱，導(dǎo)致熔化的母材不能與填充金屬充分混合，這部分焊縫中母材熔化金屬所占的比例較大。因此，在毗鄰珠光體鋼一側(cè)熔合線的縫中母

13、材熔化金屬所占的比例較大。因此，在毗鄰珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬中，就會形成一層與內(nèi)部焊縫金屬成分不同的過渡層。焊縫金屬中，就會形成一層與內(nèi)部焊縫金屬成分不同的過渡層。 過渡層中的高硬度馬氏體組織會使脆性增加，塑性顯著下降，形成過渡層中的高硬度馬氏體組織會使脆性增加，塑性顯著下降，形成低塑性帶，從而降低了焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。低塑性帶，從而降低了焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。 低塑性帶的寬度隨所用焊條的不同而異，一般為低塑性帶的寬度隨所用焊條的不同而異，一般為0.2-0.6mm 熔合過渡熔合過渡區(qū)的形成區(qū)的形成異種鋼焊接接頭塑性和韌性降低的主要原因異種鋼焊接接頭塑性和韌性降低的主要原因是熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體脆性

14、層。熔合區(qū)馬氏體是熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體脆性層。熔合區(qū)馬氏體脆性層的寬度與焊接工藝和填充材料等有關(guān)。脆性層的寬度與焊接工藝和填充材料等有關(guān)。 馬氏體馬氏體 脆性層脆性層 碳遷移碳遷移 擴散層擴散層 奧氏體和珠光體異種鋼在焊接過程中，特別奧氏體和珠光體異種鋼在焊接過程中，特別是接頭處于熱處理及高溫運行過程中，熔合是接頭處于熱處理及高溫運行過程中，熔合區(qū)附近存在碳的擴散遷移，在熔合區(qū)靠珠光區(qū)附近存在碳的擴散遷移，在熔合區(qū)靠珠光體鋼一側(cè)產(chǎn)生脫碳層，而在相鄰的靠奧氏體體鋼一側(cè)產(chǎn)生脫碳層，而在相鄰的靠奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生增碳層。焊縫一側(cè)產(chǎn)生增碳層。 珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，接頭在焊后除了產(chǎn)生由于局部加熱而引起

15、的珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，接頭在焊后除了產(chǎn)生由于局部加熱而引起的熱應(yīng)力外，還有由于兩種鋼的熱膨脹系數(shù)相差很大，不僅在焊接后會產(chǎn)生較熱應(yīng)力外，還有由于兩種鋼的熱膨脹系數(shù)相差很大，不僅在焊接后會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，而且在使用中如有循環(huán)溫度的作用，也會形成熱應(yīng)力，因而大的殘余應(yīng)力，而且在使用中如有循環(huán)溫度的作用，也會形成熱應(yīng)力，因而這種異種鋼的焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)較之同種金屬焊接時更為復(fù)雜。更重要的是這種異種鋼的焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)較之同種金屬焊接時更為復(fù)雜。更重要的是由于熱膨脹系數(shù)不同所形成的殘余應(yīng)力，經(jīng)過熱處理是無法消除的。由于熱膨脹系數(shù)不同所形成的殘余應(yīng)力，經(jīng)過熱處理是無法消除的。 接頭區(qū)接頭區(qū) 應(yīng)

16、力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 異種鋼接頭在回火加熱時發(fā)生了應(yīng)力松弛異種鋼接頭在回火加熱時發(fā)生了應(yīng)力松弛過程，但在隨后冷卻過程中，隨著彈性性過程，但在隨后冷卻過程中，隨著彈性性能的恢復(fù)，異種鋼焊接接頭不均勻的熱收能的恢復(fù)，異種鋼焊接接頭不均勻的熱收縮性會重新引起殘余應(yīng)力，這屬于縮性會重新引起殘余應(yīng)力，這屬于“回火回火殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力”。 8.2.2 異種鋼的焊接工藝特點 焊接方法焊接方法 及焊接材料及焊接材料 焊接工藝焊接工藝 要點要點 珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，常規(guī)珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，常規(guī)的手工電弧焊和氣體保護焊都可采的手工電弧焊和氣體保護焊都可采用。用。 針對奧氏體和珠光體異種鋼的焊接，針對奧氏體和

17、珠光體異種鋼的焊接，一般選用一般選用Cr25-Ni13Cr25-Ni13系焊條，系焊條，如如E309-15E309-15、E309-16E309-16等。等。 焊接珠光體和奧氏體異種鋼接頭時，應(yīng)焊接珠光體和奧氏體異種鋼接頭時，應(yīng)盡量降低熔合比，減少焊縫金屬被稀釋。盡量降低熔合比，減少焊縫金屬被稀釋。為此應(yīng)減小焊條或焊絲直徑，采用大坡為此應(yīng)減小焊條或焊絲直徑，采用大坡口、小電流、快速多層焊等工藝?？?、小電流、快速多層焊等工藝。焊接材料的選擇原則：A A、保證焊縫金屬與基體金屬有良好的力學(xué)性能，一般根據(jù)接頭兩側(cè)、保證焊縫金屬與基體金屬有良好的力學(xué)性能，一般根據(jù)接頭兩側(cè)焊接性較差或強度較低的材料選擇

18、焊接材料；焊接性較差或強度較低的材料選擇焊接材料；B B、保證焊縫金屬具有一定的致密性，無氣孔、夾雜；、保證焊縫金屬具有一定的致密性，無氣孔、夾雜；C C、保證有良好的工藝性能，即不出現(xiàn)裂紋、適應(yīng)各種位置焊接；、保證有良好的工藝性能，即不出現(xiàn)裂紋、適應(yīng)各種位置焊接；D D、保證焊縫金屬具有所要求的特性，如熱強性、耐熱性、耐腐蝕性、保證焊縫金屬具有所要求的特性，如熱強性、耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等；耐磨性等；E E、對不能形成固溶體的異種金屬，可在良種被焊的異種金屬之間加、對不能形成固溶體的異種金屬，可在良種被焊的異種金屬之間加能形成固溶體的中間過渡層。能形成固溶體的中間過渡層。8.2.3 典型

19、異種鋼的焊接舉例：舉例： A A、不同強度等級鐵素體或珠光體型鋼之間的焊接（如、不同強度等級鐵素體或珠光體型鋼之間的焊接（如20G20G15CrMoG15CrMoG），其總的特點是線膨脹系數(shù)按近、導(dǎo)熱系數(shù)相差不大。因），其總的特點是線膨脹系數(shù)按近、導(dǎo)熱系數(shù)相差不大。因而主要考慮運行時工作應(yīng)力平滑過渡、組織穩(wěn)定，一般選用成分或強而主要考慮運行時工作應(yīng)力平滑過渡、組織穩(wěn)定，一般選用成分或強度（常溫強度和高溫強度）介于兩者之間的焊接材料。度（常溫強度和高溫強度）介于兩者之間的焊接材料。 B B、碳鋼或低合金、高合金鋼與奧氏體不銹鋼焊接，要考慮稀釋、碳、碳鋼或低合金、高合金鋼與奧氏體不銹鋼焊接，要考慮

20、稀釋、碳擴散和熱應(yīng)力三方面的問題，同時還要考慮焊接工藝性及使用條件：擴散和熱應(yīng)力三方面的問題，同時還要考慮焊接工藝性及使用條件： a a、當(dāng)產(chǎn)品工作溫度、當(dāng)產(chǎn)品工作溫度400400時，通常選用時，通常選用A307A307或或A507A507； b b、當(dāng)產(chǎn)品工作溫度、當(dāng)產(chǎn)品工作溫度400400或焊接接頭要求熱處理時，則受壓元件對或焊接接頭要求熱處理時，則受壓元件對接接頭可選用鎳基焊接材料，而受壓元件與附件的焊接選用高鉻鎳不接接頭可選用鎳基焊接材料，而受壓元件與附件的焊接選用高鉻鎳不銹鋼焊接材料。銹鋼焊接材料。 為了防止因應(yīng)力過高而在回火處理或使用過程中在熔合區(qū)出現(xiàn)開裂為了防止因應(yīng)力過高而在回火

21、處理或使用過程中在熔合區(qū)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，可以在珠光體鋼的坡口表面堆焊含有較多的強碳化物形成元素過現(xiàn)象，可以在珠光體鋼的坡口表面堆焊含有較多的強碳化物形成元素過渡層渡層 （如高鉻鎳奧氏體鋼焊條或鎳及鎳合金電焊條（如高鉻鎳奧氏體鋼焊條或鎳及鎳合金電焊條Ni307Ni307）。過渡層厚）。過渡層厚度一般為度一般為6-9mm6-9mm。 為防止凝固過渡層，可在為防止凝固過渡層，可在P P鋼的坡口先堆焊一層鋼的坡口先堆焊一層23-1323-13之類的之類的A A金屬金屬隔離層，這樣可使隔離層，這樣可使P P鋼在拘束度極小的情況下焊接；堆焊隔離層時，應(yīng)鋼在拘束度極小的情況下焊接；堆焊隔離層時，應(yīng)避免在避免在

22、A A鋼上熔敷碳鋼或低合金鋼，從而導(dǎo)致形成脆硬的鋼上熔敷碳鋼或低合金鋼，從而導(dǎo)致形成脆硬的M M組織焊縫；組織焊縫； 為防止碳遷移現(xiàn)象，可先在為防止碳遷移現(xiàn)象，可先在P P鋼的坡口上用鋼的坡口上用V V、NbNb、TiTi等含量較高的等含量較高的焊條堆焊第一隔離層，再用適當(dāng)?shù)暮笚l堆焊第一隔離層，再用適當(dāng)?shù)腁 A焊條堆焊第二隔離層焊條堆焊第二隔離層；（廣泛用于；（廣泛用于不銹鋼管與低合金鋼管的焊接）不銹鋼管與低合金鋼管的焊接）圖圖8-18-1 異種鋼焊接中的隔離層堆焊異種鋼焊接中的隔離層堆焊例： 16Mn鋼與0Crl8Ni11Ti鋼的焊接 采用焊條電弧焊進行采用焊條電弧焊進行16Mn+0Crl8

23、Ni11Ti16Mn+0Crl8Ni11Ti異種鋼的焊接，兩異種鋼的焊接，兩金屬母材厚度金屬母材厚度均為均為l2mml2mm，焊接工藝要點如下：，焊接工藝要點如下：（1 1）接頭及坡口形式）接頭及坡口形式 如圖所示：如圖所示：（2 2）清理坡口）清理坡口 將坡口及其邊緣徹底清理干凈，使之露出金屬光澤。將坡口及其邊緣徹底清理干凈，使之露出金屬光澤。（3 3）堆焊過渡層）堆焊過渡層 選用選用Ni112Ni112（焊縫主要成分（焊縫主要成分w wNiNi9292）鎳基合金焊）鎳基合金焊條在條在16Mn16Mn鋼母材金屬的坡口上堆焊過渡層，堆焊層厚度為鋼母材金屬的坡口上堆焊過渡層，堆焊層厚度為3.2m

24、m3.2mm。（4 4）焊滿坡口）焊滿坡口 選用選用E318-16E318-16（A212A212）焊條將整個坡口填滿。焊每道）焊條將整個坡口填滿。焊每道焊縫時，注意及時清理焊渣，為防止過熱，各道焊縫應(yīng)交叉進行焊焊縫時，注意及時清理焊渣，為防止過熱，各道焊縫應(yīng)交叉進行焊接。接。 （5 5）背面焊縫）背面焊縫 正面坡口焊滿后，對焊縫背面進行徹底清根，并選正面坡口焊滿后，對焊縫背面進行徹底清根，并選用上述同樣焊條進行封底焊接，注意保證正、反面，焊縫形狀尺寸。用上述同樣焊條進行封底焊接，注意保證正、反面，焊縫形狀尺寸。8.2.4 不銹復(fù)合鋼的焊接不銹復(fù)合鋼板是由較厚的珠光體鋼（基體）和較薄的不銹鋼（

25、復(fù)不銹復(fù)合鋼板是由較厚的珠光體鋼（基體）和較薄的不銹鋼（復(fù)層）復(fù)合軋制而成的雙金屬板?；w多為碳鋼或低合金鋼，復(fù)層層）復(fù)合軋制而成的雙金屬板。基體多為碳鋼或低合金鋼，復(fù)層多為奧氏體不銹鋼，如多為奧氏體不銹鋼，如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3TiCr23Ni28Mo3Cu3Ti等，主要滿足耐蝕性能要求。復(fù)層通常是在容等，主要滿足耐蝕性能要求。復(fù)層通常是在容器里層，厚度一般只占復(fù)合鋼板總厚度的器里層，厚度一般只占復(fù)合鋼板總厚度的10%-20%10%-20%。不銹不銹復(fù)合復(fù)合鋼的鋼的焊接焊接性分析性分析焊縫

26、容焊縫容易產(chǎn)生易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋熱影響區(qū)熱影響區(qū)易產(chǎn)生易產(chǎn)生液化裂紋液化裂紋稀釋率的影響稀釋率的影響 結(jié)晶區(qū)間的影響結(jié)晶區(qū)間的影響 復(fù)合鋼焊接時，奧氏體鋼熱影響區(qū)復(fù)合鋼焊接時，奧氏體鋼熱影響區(qū)由于受焊接熱循環(huán)影響，低熔點由于受焊接熱循環(huán)影響，低熔點雜質(zhì)或共晶液化，在焊接應(yīng)力作雜質(zhì)或共晶液化，在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生液化裂紋。用下產(chǎn)生液化裂紋。 表表8.8.3 3 不銹復(fù)合鋼焊接材料的選用不銹復(fù)合鋼焊接材料的選用復(fù)層復(fù)層鋼的鋼的焊接焊接工藝工藝 要點要點 坡口形坡口形式和焊式和焊 接順序接順序 工藝工藝 要點要點 焊后焊后 熱處理熱處理 對于復(fù)合鋼板接頭設(shè)計和坡口形式，薄件對于復(fù)合鋼板接頭設(shè)計和

27、坡口形式，薄件可采用可采用I I形坡口，較厚的復(fù)合鋼板可采用形坡口，較厚的復(fù)合鋼板可采用V V形、形、U U形、形、X X形、形、V V和和U U復(fù)合坡口。一般盡可能采用復(fù)合坡口。一般盡可能采用X X形坡口雙面焊。形坡口雙面焊。 復(fù)合鋼的焊接順序：先焊基層，再焊過渡層，復(fù)合鋼的焊接順序：先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層，同時考慮過渡層的焊接特點，最后焊復(fù)層，同時考慮過渡層的焊接特點，盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接量。盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接量。 首先必須保證復(fù)合鋼工件裝配的質(zhì)量，一般首先必須保證復(fù)合鋼工件裝配的質(zhì)量，一般對接接頭間隙約對接接頭間隙約1.52mm1.52mm，保證不錯邊。先，保證不錯邊。先

28、焊基層，第一道基層焊縫不應(yīng)熔透到復(fù)層金焊基層，第一道基層焊縫不應(yīng)熔透到復(fù)層金屬，基層焊完后，用碳弧氣刨、鏟削或磨削屬，基層焊完后，用碳弧氣刨、鏟削或磨削法清理焊根，經(jīng)法清理焊根，經(jīng)X X射線探傷合格后，才能焊射線探傷合格后，才能焊接過渡層。接過渡層。 在不銹復(fù)合鋼的焊接接頭中，不進行復(fù)層的在不銹復(fù)合鋼的焊接接頭中，不進行復(fù)層的固溶處理，一般也不進行消應(yīng)力熱處理。但固溶處理，一般也不進行消應(yīng)力熱處理。但是，在極厚的復(fù)合鋼的焊接中，往往要求中是，在極厚的復(fù)合鋼的焊接中，往往要求中間退火和消應(yīng)力熱處理。間退火和消應(yīng)力熱處理。 8.3 鋼與有色金屬的焊接 知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 1. 1.了解鋼與有色金

29、屬的焊接特點；了解鋼與有色金屬的焊接特點； 2.2.熟悉鋼與鋁及鋁合金的焊特點；熟悉鋼與鋁及鋁合金的焊特點； 3. 3.熟悉鋼與銅及熟悉鋼與銅及銅銅合金的焊特點合金的焊特點。能力目標(biāo)：能力目標(biāo)： 能夠根據(jù)鋼與有色金屬的性能特點正確分析其焊接性，并能夠根據(jù)鋼與有色金屬的性能特點正確分析其焊接性，并合理選擇焊接方法及工藝參數(shù)對其焊接。合理選擇焊接方法及工藝參數(shù)對其焊接。8.3.1 8.3.1 鋼與有色金屬的焊接性特點鋼與有色金屬的焊接性特點焊接焊接 裂紋裂紋 生成脆性生成脆性化合物化合物 焊縫中焊縫中 的氣孔的氣孔 鋼與有色金屬的熔點、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、力鋼與有色金屬的熔點、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系

30、數(shù)、力學(xué)性能都有很大的差別。焊接時低熔學(xué)性能都有很大的差別。焊接時低熔點的母材先熔點的母材先熔化，而高熔點的母材仍處在固體加熱狀態(tài)，二者難化，而高熔點的母材仍處在固體加熱狀態(tài)，二者難以熔合。以熔合。 鋼與有色金屬焊接時，由于鋼與有色金屬焊接時，由于AlAl、CuCu、TiTi等在等在FeFe中中的溶解度不同，接頭處除形成固溶體外，還會形的溶解度不同，接頭處除形成固溶體外，還會形成脆性化合物，影響接頭性能。成脆性化合物，影響接頭性能。 鋼與鈦、鎳及其合金焊接時，焊縫中很容易產(chǎn)生氣鋼與鈦、鎳及其合金焊接時，焊縫中很容易產(chǎn)生氣孔。這是因為孔。這是因為TiTi、NiNi基體在高溫下易吸收、溶解較基體在

31、高溫下易吸收、溶解較多的多的H H、O O、N N，熔池凝固結(jié)晶時這些氣體來不及析，熔池凝固結(jié)晶時這些氣體來不及析出，就會形成氣孔。出，就會形成氣孔。 表表8.4 8.4 有色金屬與鋼焊接常出現(xiàn)的問題、產(chǎn)生原因及防止措施有色金屬與鋼焊接常出現(xiàn)的問題、產(chǎn)生原因及防止措施8.3.2 鋼與鋁及鋁合金的焊接焊接性焊接性分析分析鋼與鋁及其合金焊接時，由于鋼與鋁及其合金焊接時，由于FeFe在固態(tài)在固態(tài)AlAl中中的的溶解度溶解度極小，室溫下，極小，室溫下，F(xiàn)eFe幾乎不溶于幾乎不溶于AlAl，所以冷卻過程中會，所以冷卻過程中會產(chǎn)生產(chǎn)生FeAl3FeAl3，并且隨著，并且隨著FeFe含量的增加，還會出現(xiàn)含量

32、的增加，還會出現(xiàn)FeFe2 2AlAl、FeFe2 2AlAl7 7、FeFe2 2AlAl5 5、FeAlFeAl2 2等脆性金屬間化合物，降低接頭等脆性金屬間化合物，降低接頭的塑韌性，甚至?xí)鸷附恿鸭y。的塑韌性，甚至?xí)鸷附恿鸭y。 焊接工焊接工藝要點藝要點焊接方法焊接方法和焊接材料和焊接材料焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備焊接工藝焊接工藝及參數(shù)及參數(shù) 鋼與鋁及其合金熔焊一般采用氬弧焊、鋼與鋁及其合金熔焊一般采用氬弧焊、電子束焊等方法。此外，采用摩擦焊、電子束焊等方法。此外，采用摩擦焊、超聲波焊、擴散焊和冷壓焊等壓焊方法超聲波焊、擴散焊和冷壓焊等壓焊方法 焊前必須徹底清理待焊工件表面，消除焊前必須徹底清

33、理待焊工件表面，消除氧化物薄膜。對鋁件的表面處理可以用氧化物薄膜。對鋁件的表面處理可以用15%-20%NaOH15%-20%NaOH或或KOHKOH溶液浸蝕，浸蝕后用溶液浸蝕，浸蝕后用清水沖洗，然后在清水沖洗，然后在20%20%的的HNO3HNO3水溶液中水溶液中鈍化，沖洗和干燥之后，放在干凈的鈍化，沖洗和干燥之后，放在干凈的環(huán)境中待焊。環(huán)境中待焊。鋼與鋁及其合金氬弧焊時，電弧要指向鋁鋼與鋁及其合金氬弧焊時，電弧要指向鋁及其合金一側(cè)的焊絲上及其合金一側(cè)的焊絲上 采用摩擦焊時，應(yīng)盡量縮短接頭的加熱時采用摩擦焊時，應(yīng)盡量縮短接頭的加熱時間并施加較大的擠壓力間并施加較大的擠壓力 采用冷壓焊焊接鋼與鋁

34、及其合金，有兩種采用冷壓焊焊接鋼與鋁及其合金，有兩種焊接工藝，一種是在焊接工藝，一種是在Al+Al3FeAl+Al3Fe的共晶溫度的共晶溫度以上焊接；另一種工藝是先在鋼件上涂敷以上焊接；另一種工藝是先在鋼件上涂敷CuCu、AgAg或或ZnZn，然后再進行冷壓焊。，然后再進行冷壓焊。 8.3.3 鋼與銅及銅合金的焊接焊接性焊接性分析分析 鋼與銅焊接存在的主要問題是焊縫易鋼與銅焊接存在的主要問題是焊縫易 產(chǎn)生熱裂紋、熱影響區(qū)易產(chǎn)生滲透裂紋。產(chǎn)生熱裂紋、熱影響區(qū)易產(chǎn)生滲透裂紋。鋼與銅焊縫金屬的化學(xué)成分對滲透裂紋鋼與銅焊縫金屬的化學(xué)成分對滲透裂紋的形成及裂紋長度有很大影響。的形成及裂紋長度有很大影響。

35、 熱裂紋主要與低熔共晶、晶界偏析以及熱裂紋主要與低熔共晶、晶界偏析以及鋼與銅的線膨脹系數(shù)相差較大有關(guān)。焊縫鋼與銅的線膨脹系數(shù)相差較大有關(guān)。焊縫中出現(xiàn)低熔點共晶或是銅的晶界偏析，在中出現(xiàn)低熔點共晶或是銅的晶界偏析，在較大的焊接應(yīng)力作用下，產(chǎn)生熱裂紋。較大的焊接應(yīng)力作用下，產(chǎn)生熱裂紋。 焊接工焊接工 藝要點藝要點 焊接方法焊接方法 和焊接材料和焊接材料 坡口坡口 形式形式 焊接工藝焊接工藝及參數(shù)及參數(shù) 可以采用手工電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊可以采用手工電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊和電子束焊等。和電子束焊等。 低碳鋼板厚度小于低碳鋼板厚度小于4mm4mm，一般不開坡口，厚，一般不開坡口，厚度大于度大于

36、4mm4mm時要開時要開V V形坡口，坡口角度為形坡口，坡口角度為6060-70-70，鈍邊為，鈍邊為1-2mm1-2mm，可不留間隙。厚，可不留間隙。厚度大于度大于10mm10mm的開不對稱的開不對稱V V形坡口，坡口角度形坡口，坡口角度為為6060-70-70，銅一側(cè)角度稍大于鋼一側(cè)，銅一側(cè)角度稍大于鋼一側(cè)，鈍邊鈍邊3mm3mm，間隙間隙0-2mm0-2mm。 鋼與銅及其合金焊接應(yīng)采用小直徑焊條或焊鋼與銅及其合金焊接應(yīng)采用小直徑焊條或焊絲、小電流、快速焊，不擺動的焊接工藝。絲、小電流、快速焊，不擺動的焊接工藝。施焊過程中，控制焊接電弧必須指向銅及其施焊過程中，控制焊接電弧必須指向銅及其合金

37、一側(cè)，偏離鋼一側(cè)，距坡口中心約為合金一側(cè)，偏離鋼一側(cè)，距坡口中心約為5-8 5-8 mmmm，盡量減少鋼一側(cè)的熔化量，采用熔焊，盡量減少鋼一側(cè)的熔化量，采用熔焊- -釬釬焊工藝。焊工藝。 知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 1. 1.了解鋁與銅的焊接工藝特點；了解鋁與銅的焊接工藝特點； 2.2.了解鋁與鈦的焊接工藝特點了解鋁與鈦的焊接工藝特點； 3. 3.了解鈦與銅的焊接工藝特點了解鈦與銅的焊接工藝特點。能力目標(biāo)：能力目標(biāo)： 能夠根據(jù)異種有色金屬的性能特點正確分析其焊接性，并能夠根據(jù)異種有色金屬的性能特點正確分析其焊接性，并合理選擇焊接方法及工藝參數(shù)對其焊接。合理選擇焊接方法及工藝參數(shù)對其焊接。8.4 異種

38、有色金屬的焊接 8.4.1鋁與銅的焊接 鋁與銅可以用熔焊、壓焊和釬焊，其中以壓焊應(yīng)用最多。 鋁和銅能形成多種由金屬間化合物為主的固溶體相，其中有A1Cu2、A12Cu3,A1Cu、A12Cu等。鋁銅合金中含銅量在12一13以下時，綜合性能最好。因此，熔焊時應(yīng)設(shè)法控制焊縫金屬的鋁銅合金中銅的含量不超過這個范圍，或者采用鋁基合金。8.4.2 鋁與鈦的焊接 鈦和鋁不能直接用熔焊，因為兩者物理化學(xué)性能、力學(xué)性能差別很大，而且電子結(jié)構(gòu)和原子半徑等也有明顯不同；鋁的熔點比鈦低1160；鈦在鋁中的溶解度極小，室溫下只有0.07%；在不同溫度條件下分別能形成TiAl型和TiAl3型化合物，當(dāng)溫度超過900時，又會形成TiAl3，這時鈦尚未熔化。所以最好采用鈦不熔化，而鋁熔化的熔焊-釬焊法，控制鋁的溫度不超過800850。8.4.3 鈦與銅的焊接 鈦與銅焊接的主要問題是兩者之間互溶性很小，能形成多種脆性金屬間化合物，如TiCu2、TiCu、TiCu4等。此外還形成多種共晶體，其中熔點最低的TiCu2+TiCu4共晶只有860。 熔焊時常加入含有鉬、鈮或鉭的鈦合金過渡段，目的使 轉(zhuǎn)變溫度降低以獲得與銅組織相近的單相的鈦合金。這樣與銅焊接可以得到較為滿意的焊接接頭。表8-5舉出TB2(