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1、+ 第九篇 金属材料的焊接 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第九篇! 金属材料的焊接 第十章!异种金属的焊接 第一节!概!述 当需要制作一个在不同工作部位上具有不同工作性能的机件， 却找不到一种同时都 能满足这些性能要求的金属材料时， 最合理而又经济的作法是： 那个部位最需要具有某 种工作性能， 就在该部位使用最具这种工作性能的金属材料， 然后用焊接方法把这些各 具特殊性能的金属材料连接成一个整体机件。这种把化学性能或物理性能有差异的金 属焊接在一起的工艺过程称异种金属的焊接。 异种金属焊接的意义在于充分利用金属的特殊性能， 扬长避短和物尽其用， 达到节
2、约稀贵金属， 减轻结构重量和降低制造成本等。这也是充分发挥了焊接技术在机械制造 中的特殊作用。 一、 异种金属焊接的组合类型 金属种类繁多， 性能各异， 按工程实际需要， 它们之间的组合极其多样。若按材料种 类归纳， 有如下三种组合类型： “） 异种钢的焊接。又称异种黑色金属的焊接。如珠光体钢和奥氏体钢组合的焊 接等。 #） 异种有色金属的焊接。如铜和锚组合的焊接等。 $） 黑色金属和有色金属的焊接。如钢和铝的焊接等。 若按接头组成归纳， 也可分成三种组合类型： “） 只有两种不同金属材料组合的接头。可表示为 “% #(#4 :,54 6(4 .74 ,/7?,8 （(#）(4 ;6/ A,.
3、4 7.(4 /54 7;6,/4 ; （(#） （(#） BC77/ 和 A， 利用与 相同的材 料作填充金属在母材 A 坡口表面上堆焊过渡层。堆焊时尽量减少熔深或增加堆焊层次， 使过渡层表面稀释减少， 基本上属于 金属。最后正式熔焊时， 就变成同种 金属之间 的焊接。用于堆焊过渡层的填充金属， 在不影响与母材 焊接质量的前提下， 可以根据 母材 A 的稀释率来调整成分。 1;-, 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第九篇! 金属材料的焊接 图 “ #$% #、 *、 *34.;、 *+34.;7?、 %34%)=/1.;6$、 %34%.;6$ -“%
4、标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第九篇! 金属材料的焊接 金相类型类别钢! ! 号 !奥氏体和 奥氏体 “ 铁 素体钢 ! ! 奥氏体耐酸钢： ! #$% (#? #/? $ 、 561)等。此外还形成多种共晶体， 其中熔点最低的 561(? 561)共晶只 有 %$3。 熔焊时常加入含有钼、 铌或钽的钛合金过渡段， 目的使 “1# 转变温度降低以获得与 铜组织相近的单相 # 的钛合金。这样与铜焊接可以得到较为满意的焊接接头。表 9 , 7 ()%$%5 2$5 5 )$“ ),1 /20+ * .?*/ （A/） 防锈铝3,*,03+ .2/+ . .?
5、*3 （A3） 防锈铝.1*,5+ 220+ 5 .?,2 （A,2） 防锈铝3-*,3/+ /2/+ 2 2?,2 （B,2） 硬铝.*2,2,+ 022+ 5 2?,0 （C,*） 硬铝.,*,.-+ ,22+ . ! ! ,） 两者熔点相差达 1* 4,*#， 同时达到熔化很困难； 2） 热导率相差 2 4/ 倍， 同一热源很难加热均匀； /） 线膨胀系数相差约 ,+ 0 42 倍， 在接头界面两侧必然产生热应力， 无法通过热处理 消除； 0） 铝及铝合金表面受热能迅速生成氧化膜， 给金属熔合造成困难。 （2） 焊接工艺要点 ,） 熔焊! 宜采用钨极氩弧焊。焊前在钢表面镀上一层与铝相匹配
6、的第三种金属作 2-0, 第九篇! 金属材料的焊接 中间层。对碳钢或低合金钢中间层多为锌、 银等， 对奥氏体不锈钢最好渗铝。对接焊时， 宜使用 “ 形坡口， 坡口开在钢板一侧。用交流电源。钨极直径 # $%9 % $(6?， 真空度 )9 (=0。 %摩擦焊! 接头多为对接， 且其中一个焊件须旋转。连接面经摩擦升温， 可能形成 金属间化合物。因此， 摩擦焊时， 在保证获得足够塑性变形量的前提下尽可能缩短摩擦 加热时间并施加较大的顶锻压力， 将可能形成的金属间化合物挤出去。表 . /() /(. 是 纯铝和低碳钢摩擦焊的工艺参数。 二、 钢与铜及其合金的焊接 （(） 焊接性 钢与铜焊接性较好，
7、因为铜与铁不形成脆性化合物， 相互间有一定溶解度， 晶格类型 .6( 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第九篇! 金属材料的焊接 相同， 晶格参数相近。但由于两者熔点、 热导率、 线膨胀系数等热物理性能差别大， 况且 铜在高温时极易氧化和吸收气体等， 给熔焊工艺带来许多困难。主要是铜一侧熔合区易 产生气孔和母材晶粒长大； 由于存在低熔点共晶和较大热应力， 故有裂纹倾向； 钢一侧熔 合区经常发生液态铜向钢晶粒之间渗透导致形成热裂纹。含镍、 铝、 硅的铜合金焊缝金 属对钢的渗透较少， 而含锡的青铜则渗透较严重。液态铜能浸润奥氏体却不能浸润铁素 体， 所以铜与奥氏
8、体不锈钢焊接易发生热裂纹， 与奥氏体 “ 铁素体双相钢则不易生热裂 纹。焊缝金属的塑性随铁的含量增加而下降， 因此， 要求铁的含量控制在 ! （#$）%-8 形坡口一般不留钝边， 以保证焊透。焊前严格清理待焊表面油污和水分。选用低氢型药 皮的铜焊条。单道焊缝施焊时， 焊条偏向铜侧， 必要时对铜件适当预热。表 ) “ * “ 7。由于钢与铜导热性能差别大， 坡口角可不对称， 铜侧略大。焊接 时， 焊丝要偏向铜侧 - =9/ （见图 ) “* “:） ， 目的是控制热量和焊缝含铁量。一般在 坡口中放置铝丝可以脱氧、 减小液态铜向钢侧晶界渗入的倾向。此外， A 与 #$ 形成微小 的 #$A,质点。
9、使铜的晶粒细化。 表 ) “* “,67 #$ 压力+ 加热时顶锻时 顶锻量 + , 焊接时间 + ? 铝青铜 （/-! “ #） 1% 钢%$0%42 042 0、 3/*/ ) ;、 3/*4 ) ; “+=,+* “+?%、 “+? 2或 2$ % 0 +4,-#9 0) +4#9( 0 1 +4,- 0% +4,-#9 0) +4,- 0% +4#9( 0 1 +4#9:- 0 +4#9( 0 1 4， 尤其是厚度大于 %1? ) 的钢板更是如此。 #+4,-#$./ 05 焊缝金属可时效硬化。 $采用氧 0 乙炔焊熔敷。 A23% 第九篇! 金属材料的焊接 三、 焊接接头设计 复合钢
10、板焊接接头设计除应遵循一般接头设计原则外， 还必须考虑便于分别对基 层、 覆层及过渡区的焊接施工和避免或减少焊接第一焊道时被稀释的问题。 图 “ #$% #& 为不锈钢复合钢板、 铜及铜合金复合钢板对接接头常用坡口形式， 图 “ #$% # 为钛及钛合金或铝及铝合金复合钢板对接接头常用坡口形式。图 “ #$% #“ 为 角接头常用坡口形式。 图 “ #$% #&! 不锈钢复合钢板、 铜及铜合金复合钢板对接接头 常用坡口形式 （括号内的尺寸供埋弧焊用） 对接接头尽可能采用 ( 形坡口双面焊。先焊基层、 再焊过渡 （括号内的尺寸供埋弧 焊用） 层， 最后焊覆层， 以保证覆层焊缝具有较好的耐蚀性能。
11、同时考虑过渡层的焊接特 点， 尽量减少覆层一侧的焊接工作量。当焊接位置受限， 须单面焊时 ) 可用单面 * 形坡 口。尽量先焊覆层， 再焊过渡层， 最后焊基层， 要使覆层中少熔入基层成分。 角接头的覆层无论位于内侧或外侧， 均先焊基层。覆层位于内侧时 （图 “ #$% #“+） ， 在焊覆层前应从内角对基层焊缝进行清根。覆层位于外侧时， 应对基层最后焊道表面进 行修光。焊覆层时， 可先焊过渡层， 也可直接焊覆层， 视复合钢板厚度而定。 钛及钛合金或铝及铝合金覆层与钢基层冶金上相容性差， 因此在接头设计上尽量避 免或减少基层金属熔入覆层金属。所以在构造上与不锈钢复合钢板有较大区别， 见图 “ #
12、$% #。 “,$ 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第九篇! 金属材料的焊接 图 “ #$% #&! 钛及钛合金或铝及铝合金复合钢板对接接头常用坡口形式 图 “ #$% #“! 复合钢板角接头形式 ） 覆层位于内侧 (） 覆层位于外侧 %)$ 第九篇! 金属材料的焊接 四、 焊接工艺要点 “） 一般情况下焊接程序是先焊基层， 且经清根， 并按规定质量要求检验合格后， 再焊 过渡区， 最后焊覆层， 举例见图 # $“% $“%。 图 # $“% $“%! 复合钢板焊接顺序 “装配 &焊基层 清焊根开覆层坡口 (焊过渡层 )焊覆层 &） 焊接基层时， 应防止覆
13、层的过热和熔化， 最好采用低氢的焊接工艺。 ） 可以用碳弧气刨、 铲削或磨削法进行清根， 焊过渡层前必须清除清根坡口内任何 残留物。 (） 焊接过渡层时， 应尽量减小稀释率。如用小直径焊条和窄焊道； 采用合金元素含 量比覆层更高的填充金属， 以备稀释。 )） 焊接覆层时， 焊缝表面应平整、 形成美观。 *） 需要焊后热处理消除焊接残余应力时， 最好在焊完基层焊缝后进行， 然后焊过渡 层， 再焊覆层。选择热处理工艺时应考虑下列因素： 基层与覆层热处理工艺参数上的差 异； 对覆层耐蚀性能的影响； 基层和覆层界面间元素扩散是否会产生脆性相， 导致复合钢 板性能恶化； 因基层与覆层间物理性能差异， 热处理冷却过程产生残余应力， 导致覆层产 生应力腐蚀开裂等。一般热处理温度宜取下限， 适当延长保温时间。对覆层喷丸处理也 有利于降低应力。 +） 当不锈钢复合钢板总厚度(“%, 时， 在不影响接头力学性能和耐蚀性前提下采 用与焊接覆层相同的填充金属焊接整个接头， 可能更经济。 “%)“ 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载
