异种材料的焊接.ppt

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8.1异种材料的分类、组合及焊接性特点异种材料的分类、组合及焊接性特点_8.1.1异种材料的分类和组合异种材料的分类和组合_8.1.2异种材料的焊接性特点异种材料的焊接性特点_1、异种材料焊接的困难、异种材料焊接的困难2、影响异种材料焊接性的因素、影响异种材料焊接性的因素3、异种材料焊接方法、异种材料焊接方法4、异种焊接材料的选用、异种焊接材料的选用8.1异种材料的分类、组合及焊接性特点异种材料的分类、组合及焊接性特点8.1.1异种材料的分类和组合异种材料的分类和组合表表8-1异种材料焊接的分类、组合及特点异种材料焊接的分类、组合及特点分类分类异种材料焊接组合异种材料焊接组合焊接问题焊接问题实例实例1异种钢异种钢焊缝化学成分不均匀、熔合区塑性降低焊缝化学成分不均匀、熔合区塑性降低（脆性层脆性层）、产生裂纹（应力分布不均匀）、产生裂纹（应力分布不均匀）如珠光体钢与奥氏体钢的焊接、如珠光体钢与奥氏体钢的焊接、复合钢的焊接结构等复合钢的焊接结构等2钢与有色金属钢与有色金属氧化导致的未熔合、气孔、裂纹、接头氧化导致的未熔合、气孔、裂纹、接头力学性能低力学性能低如钢与铝的焊接、钢与铜的如钢与铝的焊接、钢与铜的焊接等焊接等3异种有色金属异种有色金属氧化性导致的未熔合、脆性相、气孔、氧化性导致的未熔合、脆性相、气孔、裂纹裂纹如铜与铝的焊接、铝与钛的如铜与铝的焊接、铝与钛的焊接等焊接等4金属与非金属金属与非金属界面结合（润湿性）差、脆性相、裂纹界面结合（润湿性）差、脆性相、裂纹接头性能下降接头性能下降如钢与石墨的焊接、金属与陶如钢与石墨的焊接、金属与陶瓷的焊接、金属间化合物与钢瓷的焊接、金属间化合物与钢的焊接的焊接

（1）母材金相组织相同，但焊缝金属与母材基体合金）母材金相组织相同，但焊缝金属与母材基体合金系及组织性能不同的异种钢焊接构件系及组织性能不同的异种钢焊接构件如低碳钢铬钼耐热钢，如低碳钢铬钼耐热钢，1Cr18Ni9Ti与高与高Ni奥氏体钢之奥氏体钢之间的焊接，这一类实际上属于同种钢焊接构件，但当采用的间的焊接，这一类实际上属于同种钢焊接构件，但当采用的焊接材料与母材的成分差别较大时，也会产生类似于异种钢焊接材料与母材的成分差别较大时，也会产生类似于异种钢焊接中的问题焊接中的问题异种钢的焊接异种钢的焊接

（2）母材金相组织不同的异种钢焊接构件）母材金相组织不同的异种钢焊接构件如珠光体钢铬镍奥氏体钢、珠光体钢高铬铁素体钢如珠光体钢铬镍奥氏体钢、珠光体钢高铬铁素体钢（3）复合钢焊接构件）复合钢焊接构件用低碳钢或低合金钢作基层，用不锈钢或有色金属（用低碳钢或低合金钢作基层，用不锈钢或有色金属（Ti、Cu、Al）作复层，采用复合轧制、爆炸焊、堆焊等制成的双）作复层，采用复合轧制、爆炸焊、堆焊等制成的双金属板材。

金属板材。

用于用于耐磨耐磨的异种金属焊接构件的异种金属焊接构件如高碳钢、各种合金钢、高锰钢、硬质合金等如高碳钢、各种合金钢、高锰钢、硬质合金等不同用途的异种材料的焊接不同用途的异种材料的焊接用于用于耐热耐热的异种金属焊接构件的异种金属焊接构件如不锈钢、耐热钢、镍基合金、钴基合金等如不锈钢、耐热钢、镍基合金、钴基合金等用于用于耐腐蚀耐腐蚀的异种金属焊接构件的异种金属焊接构件如不锈钢、镍基合金、铜、铝、钛及其合金等如不锈钢、镍基合金、铜、铝、钛及其合金等用于用于减轻装备重量减轻装备重量的异种金属焊接构件的异种金属焊接构件如钛、铝、镁及其合金等，主要用于航空航天、运载火箭等如钛、铝、镁及其合金等，主要用于航空航天、运载火箭等提高提高电磁性能电磁性能的异种金属焊接构件的异种金属焊接构件如银、铜、铍及其合金等，主要用于电子电器等如银、铜、铍及其合金等，主要用于电子电器等8.1.2异种材料的焊接性特点异种材料的焊接性特点3、异种材料焊接方法、异种材料焊接方法1）熔焊：

）熔焊：

应用广泛应用广泛焊条电弧焊、气体保护焊、电子束焊、激光焊等焊条电弧焊、气体保护焊、电子束焊、激光焊等应采用小电流、高速焊，或者在坡口一侧或两侧堆焊中应采用小电流、高速焊，或者在坡口一侧或两侧堆焊中间合金过渡层，来降低稀释率，防止互扩散导致的接头部间合金过渡层，来降低稀释率，防止互扩散导致的接头部位的成分或组织不均匀。

位的成分或组织不均匀。

焊条电弧焊焊条电弧焊：

工艺简便，操作灵活，适应性强：

工艺简便，操作灵活，适应性强薄件用薄件用TIG焊，厚件：

焊，厚件：

MIG或或MAG焊焊电子束焊、激光焊电子束焊、激光焊：

热源密度集中，温度高，焊缝窄：

热源密度集中，温度高，焊缝窄而深，焊接质量好。

而深，焊接质量好。

熔焊、压焊、钎焊熔焊、压焊、钎焊3、异种材料焊接方法、异种材料焊接方法2）压焊：

）压焊：

压焊基体通常并不熔化，焊接温度低于金属的熔压焊基体通常并不熔化，焊接温度低于金属的熔点。

有的也加热至熔化状态，然后加压将液态金属挤点。

有的也加热至熔化状态，然后加压将液态金属挤出，但仍以固相结合而形成接头。

出，但仍以固相结合而形成接头。

电阻焊、冷压焊、扩散焊、摩擦焊电阻焊、冷压焊、扩散焊、摩擦焊等等另：

钎焊：

熔焊方法难连接的陶瓷、复合材料等另：

钎焊：

熔焊方法难连接的陶瓷、复合材料等4、异种焊接材料的选用、异种焊接材料的选用选用一般原则：

选用一般原则：

1）保证焊接接头的使用性能，根据接头两侧）保证焊接接头的使用性能，根据接头两侧焊接性较焊接性较差差或或强度较低强度较低的材料的材料选择焊接材料选择焊接材料；2）保证焊缝金属具有一定的）保证焊缝金属具有一定的致密性，无气孔、夹杂致密性，无气孔、夹杂或或仅有单个小孔与夹杂，但数量在长度范围内不超过仅有单个小孔与夹杂，但数量在长度范围内不超过规定值规定值3）应具有良好的工艺性能，即在焊接接头区内）应具有良好的工艺性能，即在焊接接头区内不出现不出现热裂纹和冷裂纹热裂纹和冷裂纹，能够适应各种空间位置的焊接，能够适应各种空间位置的焊接，有一定的生产效率有一定的生产效率4）保证焊缝金属具有所要求的）保证焊缝金属具有所要求的特性特性，包括热强性、耐，包括热强性、耐热性、耐腐蚀性和耐磨性等热性、耐腐蚀性和耐磨性等5）为了改善异种金属焊接性能，对不能形成固溶体的）为了改善异种金属焊接性能，对不能形成固溶体的异种金属，可在两种被焊金属之间加能形成固溶体异种金属，可在两种被焊金属之间加能形成固溶体的的中间过渡层中间过渡层8.2异种钢的焊接异种钢的焊接_8.2.1异种钢的焊接性分析异种钢的焊接性分析_1、焊缝成分的稀释（熔合比）、焊缝成分的稀释（熔合比）2、熔合过渡区的形成、熔合过渡区的形成3、接头区应力状态、接头区应力状态8.2.2异种钢的焊接工艺特点异种钢的焊接工艺特点_1、焊接方法及焊接材料、焊接方法及焊接材料2、焊接工艺要点、焊接工艺要点8.2.3不锈复合钢的焊接不锈复合钢的焊接1、不锈复合钢的焊接性分析、不锈复合钢的焊接性分析2、焊接材料、焊接材料3、复合钢的焊接工艺要点、复合钢的焊接工艺要点8.2异种钢的焊接异种钢的焊接8.1.1异种钢的焊接性分析异种钢的焊接性分析以以奥氏体奥氏体-珠光体珠光体异种钢焊接为例异种钢焊接为例不但要考虑珠光体钢的焊接问题（冷裂纹、热裂不但要考虑珠光体钢的焊接问题（冷裂纹、热裂纹、层状撕裂、再热裂纹、纹、层状撕裂、再热裂纹、HAZ脆化和软化）和奥脆化和软化）和奥氏体不锈钢的焊接问题（热裂纹、晶间腐蚀、接头氏体不锈钢的焊接问题（热裂纹、晶间腐蚀、接头等强性），而且还必须考虑两种钢焊接时产生的新等强性），而且还必须考虑两种钢焊接时产生的新问题。

问题。

1、焊缝成分的稀释（熔合比）、焊缝成分的稀释（熔合比）母材溶入焊缝后使其合金元素比例发生变化：

母材溶入焊缝后使其合金元素比例发生变化：

稀释：

焊缝中合金元素比例减小稀释：

焊缝中合金元素比例减小合金化：

焊缝中合金元素比例增加合金化：

焊缝中合金元素比例增加稀释或合金化的程度取决于稀释或合金化的程度取决于熔合比，熔合比，即即基体金属在焊缝中所占的百分比基体金属在焊缝中所占的百分比应尽量选择应尽量选择熔熔合比小的焊接方法合比小的焊接方法1、焊缝成分的稀释（熔合比）、焊缝成分的稀释（熔合比）1、焊缝成分的稀释（熔合比）、焊缝成分的稀释（熔合比）1、焊缝成分的稀释（熔合比）、焊缝成分的稀释（熔合比）熔合比取决于多种因素：

坡口形式、焊接参数和金属熔合比取决于多种因素：

坡口形式、焊接参数和金属的熔化特性、导热性等。

的熔化特性、导热性等。

坡口角度越大，熔合比越小，熔合比在各堆焊层之间坡口角度越大，熔合比越小，熔合比在各堆焊层之间的变化很大；的变化很大；坡口角度越小，熔合比越大，熔合比在各堆焊层之间坡口角度越小，熔合比越大，熔合比在各堆焊层之间的变化很小；的变化很小；珠光体钢对焊缝金属的稀释作用：

珠光体钢对焊缝金属的稀释作用：

珠光体钢合金元素少，奥氏体不锈钢元素多，在珠光体钢合金元素少，奥氏体不锈钢元素多，在焊接过程中珠光体钢母材的熔化会对焊缝金属有焊接过程中珠光体钢母材的熔化会对焊缝金属有稀释作用，使得焊缝金属中含稀释作用，使得焊缝金属中含Ni量、量、Cr量减少，量减少，焊缝金属奥氏体化元素含量减少，可能在焊缝中焊缝金属奥氏体化元素含量减少，可能在焊缝中产生产生M，使焊缝性能变坏，严重时产生裂纹。

，使焊缝性能变坏，严重时产生裂纹。

图图8-2奥氏体异种钢的焊缝组织图奥氏体异种钢的焊缝组织图适于大多数使用条件的焊缝金属成适于大多数使用条件的焊缝金属成分，奥氏体分，奥氏体+3%8%铁素体铁素体图图8-4Q235+1Cr18Ni9焊接舍夫勒图焊接舍夫勒图1Cr18Ni9奥氏体钢为奥氏体钢为a点，点，Q235低碳钢为低碳钢为b点，点，f点为平均成分点为平均成分Q235低碳钢低碳钢+1Cr18Ni9奥氏体钢的焊接奥氏体钢的焊接熔合比：

熔合比：

3040%采用采用E308-16焊条焊条（c点点）：

对应对应g-h段，段，A+M组织组织E310-15焊条焊条（e点点）：

对应对应k-l段，单相段，单相A区，抗裂性较差区，抗裂性较差E309-15焊条焊条（d点点）：

对应对应i-j段，段，A+5%F双相组织，抗裂性较好双相组织，抗裂性较好2、熔合过渡区的形成、熔合过渡区的形成

（1）熔合区马氏体脆性层）熔合区马氏体脆性层焊接珠光体钢与奥氏体钢接头时，熔池边缘的焊接珠光体钢与奥氏体钢接头时，熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，导致熔化的母液态金属温度较低，流动性较差，导致熔化的母材与填充金属不能充分地混合。

在靠近珠光体钢材与填充金属不能充分地混合。

在靠近珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属中，形成一层与内部焊缝一侧熔合线的焊缝金属中，形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。

过渡层中的高硬度马氏金属成分不同的过渡层。

过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加，塑性显著下降，从而降低体组织会使脆性增加，塑性显著下降，从而降低了焊接结构的可靠性。

了焊接结构的可靠性。

熔合区马氏体层的宽度与焊接工艺和填充材料有关熔合区马氏体层的宽度与焊接工艺和填充材料有关2、熔合过渡区的形成、熔合过渡区的形成距离距离m焊缝焊缝Cr、Ni含量较高，含量较高，单相奥氏体单相奥氏体图图8-5低碳钢与低碳钢与Cr25-Ni20焊缝熔合区附近合金元素的分布焊缝熔合区附近合金元素的分布焊缝焊缝Cr、Ni含量较低，含量较低，快冷时可能形成快冷时可能形成M图图8-5Cr5Mo-Ni13焊缝熔合区附近合金元素的分布焊缝熔合区附近合金元素的分布Cr5Mo-Ni13焊缝熔合区附近合金元素的分布焊缝熔合区附近合金元素的分布图图8-7在奥氏体焊缝靠近碳钢一侧的过渡层在奥氏体焊缝靠近碳钢一侧的过渡层（a）母材比例的变化母材比例的变化（b）合金元素质量分数的变化合金元素质量分数的变化离熔合线越近，珠光体钢的稀释作用越强烈，过渡层中离熔合线越近，珠光体钢的稀释作用越强烈，过渡层中Cr、Ni含量越少，一般情况下，过渡层含量越少，一般情况下，过渡层Ni的质量