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1、焊工技师、高级技师培训5-1 5-1 异种金属焊接的特点异种金属焊接的特点2021/6/161异种金属焊接特点 异种金属的焊接异种金属的焊接所谓异种金属的焊接，是指各种母材的物理常数和金属所谓异种金属的焊接，是指各种母材的物理常数和金属组织等性质各不相同的金属之间的焊接。组织等性质各不相同的金属之间的焊接。 异种金属的焊接主要包括异种金属的焊接主要包括三种情况三种情况：Q235+16MnQ235+16Mn 异种钢的焊接异种钢的焊接Al+CuAl+Cu异种有色金属的焊接异种有色金属的焊接异种有色金属的焊接异种有色金属的焊接Cu+Cu+钢钢钢钢钢与有色金属的焊接钢与有色金属的焊接钢与有色金属的焊接
2、钢与有色金属的焊接按按使使用用材材料料组组合合分分类类按按接接头头形形式式分分类类异种金属焊接特点 一、异种金属材料焊接接头的特点一、异种金属材料焊接接头的特点1化学成分的不均匀性化学成分的不均匀性 异种金属焊接时，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显异种金属焊接时，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显的差别。随着的差别。随着焊缝形状、母材厚度、焊条药皮或焊剂、保护气体种焊缝形状、母材厚度、焊条药皮或焊剂、保护气体种类类的不同，焊接熔池的行为也不一样。因而，母材的熔化量也将随的不同，焊接熔池的行为也不一样。因而，母材的熔化量也将随之而不同。熔敷金属与母材熔化区的化学成分由于相互稀释也将
3、发之而不同。熔敷金属与母材熔化区的化学成分由于相互稀释也将发生变化。由此可见，异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程生变化。由此可见，异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程度，不仅取决于母材和填充材料各自的原始成分，同时也随焊接工度，不仅取决于母材和填充材料各自的原始成分，同时也随焊接工艺而变化。例如异种金属施焊时所用的焊接电流要尽量小，熔深要艺而变化。例如异种金属施焊时所用的焊接电流要尽量小，熔深要浅则受稀释的影响就小。浅则受稀释的影响就小。异种金属焊接特点2组织的不均匀性组织的不均匀性 由于焊接热循环的作用，焊接接头各区域的组织也不同，而由于焊接热循环的作用，焊接接头各区域的组织也不同
4、，而且，往往在局部的地方出现相当复杂的组织结构。根据且，往往在局部的地方出现相当复杂的组织结构。根据舍夫勒舍夫勒组织图组织图和和稀释率稀释率可以确定异种金属焊接接头中焊缝区的组织结可以确定异种金属焊接接头中焊缝区的组织结构。组织的不均匀性，决定于母材和填充材料的化学成分，同构。组织的不均匀性，决定于母材和填充材料的化学成分，同时也与焊接方法、焊道层次、焊接工艺以及焊后热处理过程有时也与焊接方法、焊道层次、焊接工艺以及焊后热处理过程有关，若能在工艺上适当调整，可以是焊接接头的组织不均匀程关，若能在工艺上适当调整，可以是焊接接头的组织不均匀程度得到一定改善。度得到一定改善。异种金属焊接特点异种金属
5、焊接特点异种金属焊接特点3、性能的不均匀性、性能的不均匀性 焊接接头各区域化学成分和组织的差异，带来了焊接接头力学性能焊接接头各区域化学成分和组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同，沿接头各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的的不同，沿接头各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的差别。有时在差别。有时在35个晶粒的范围内，显微硬度出现成倍的变化；在个晶粒的范围内，显微硬度出现成倍的变化；在焊缝两侧的热影响区，其冲击值甚至有几倍之差。高温下的蠕变极焊缝两侧的热影响区，其冲击值甚至有几倍之差。高温下的蠕变极限和持久强度也会因成分和组织的不同，相差极为悬殊。限和持久强度也会因成分和组织的
6、不同，相差极为悬殊。 物理性能对焊接接头影响最大的因素有热膨胀系数和热导率物理性能对焊接接头影响最大的因素有热膨胀系数和热导率，它，它们的差异很大程度上决定着焊接接头在高温下的使用性能。们的差异很大程度上决定着焊接接头在高温下的使用性能。异种金属焊接特点4、应力场分布的不均匀性、应力场分布的不均匀性 异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不均匀，这是因为接头各异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不均匀，这是因为接头各区域具有不同的塑性决定的；另外，材料导热性的差异，将引起焊区域具有不同的塑性决定的；另外，材料导热性的差异，将引起焊接热循环温度场的变化，也是残余应力分布不均匀的因素之一。接热循环温度场
7、的变化，也是残余应力分布不均匀的因素之一。异种金属焊接特点二、异种钢焊缝金属的化学成分和金相组织的控制二、异种钢焊缝金属的化学成分和金相组织的控制1、异种钢接头的焊缝成分与舍夫勒组织图关系、异种钢接头的焊缝成分与舍夫勒组织图关系 异种钢焊接时，由于选择了与母材成分不同的焊接材料，必须预异种钢焊接时，由于选择了与母材成分不同的焊接材料，必须预先推算得到焊缝金属的成分和金相组织，根据组织可知道异种钢焊先推算得到焊缝金属的成分和金相组织，根据组织可知道异种钢焊接接头的性能。接接头的性能。异种金属焊接特点 例如：奥氏体钢与珠光体钢焊接时，为了防止裂纹的产生，可例如：奥氏体钢与珠光体钢焊接时，为了防止裂
8、纹的产生，可考虑选择用考虑选择用18-8型焊条，可是在这种情况下焊缝将产生硬脆的马氏型焊条，可是在这种情况下焊缝将产生硬脆的马氏体组织。为了避免马氏体组织的产生，降低对裂纹的敏感性，需要体组织。为了避免马氏体组织的产生，降低对裂纹的敏感性，需要采用采用25-20型焊条。但其易产生热裂纹，为避免，希望得到一定数型焊条。但其易产生热裂纹，为避免，希望得到一定数量铁素体相。量铁素体相。500高温长时间使用时，必须注意催化问题。高温长时间使用时，必须注意催化问题。 所以，所以，异种钢焊接接头的性能，完全取决于焊缝金属的化学成异种钢焊接接头的性能，完全取决于焊缝金属的化学成分和组织结构。分和组织结构。异
9、种金属焊接特点 异种钢接头的焊缝由母材和填充金属组成，由于母材的熔入而异种钢接头的焊缝由母材和填充金属组成，由于母材的熔入而使焊缝稀释，其使焊缝稀释，其稀释的程度由母材熔入焊缝的百分比决定稀释的程度由母材熔入焊缝的百分比决定。 在合金元素烧损忽略不计的情况下，如果只知道焊缝的化学成在合金元素烧损忽略不计的情况下，如果只知道焊缝的化学成分，便可以用舍夫勒组织图来推算焊缝金属的金相组织。分，便可以用舍夫勒组织图来推算焊缝金属的金相组织。 舍夫勒组织图舍夫勒组织图：把金属合金成分中的奥氏体形成元素（：把金属合金成分中的奥氏体形成元素（Ni C Mn）和铁素体形成元素（）和铁素体形成元素（Cr Mo
10、Si Nb）成分分别计算出）成分分别计算出等价镍当等价镍当量和等价铬当量量和等价铬当量。异种金属焊接特点异种金属焊接特点 以以2.25Cr-1Mo钢为钢为例，用例，用E308-15（18-8）、）、E309-15（25-13）、）、E310-15（25-20）型焊条）型焊条焊接所得的焊缝金属组焊接所得的焊缝金属组织图。织图。异种金属焊接特点 E308-15、E309-15型焊条的熔敷金属是完全奥氏体组织。其焊型焊条的熔敷金属是完全奥氏体组织。其焊缝组织应处在该钢与焊条图中两点额连线上，并取决于焊接时的稀缝组织应处在该钢与焊条图中两点额连线上，并取决于焊接时的稀释率。释率。 E308-15焊条，
11、焊缝金属的稀释率焊条，焊缝金属的稀释率18%时，为时，为A+F；18%-48%时为时为A+M；48%全部为全部为M。几乎不选用。几乎不选用。异种金属焊接特点 E309-15型焊条，焊缝金属稀释率型焊条，焊缝金属稀释率20%，焊缝组织为，焊缝组织为A+F；20%-60%时为时为A+M；60%全部为全部为M。故稀释率。故稀释率36%。 E310-15焊条，焊缝金属的稀释率焊条，焊缝金属的稀释率56%时，不产生时，不产生M，可选用，可选用该焊条。该焊条。 异种钢焊缝金属组织随稀释率不同而变化，选择焊条时必须考异种钢焊缝金属组织随稀释率不同而变化，选择焊条时必须考虑稀释率的影响。虑稀释率的影响。异种金
12、属焊接特点2、影响稀释率的因素、影响稀释率的因素 异种钢焊接时，把舍夫勒组织图和稀释率结合起来，根据设计要异种钢焊接时，把舍夫勒组织图和稀释率结合起来，根据设计要求所得到的焊缝组织，可作为焊条和焊接工艺的依据。求所得到的焊缝组织，可作为焊条和焊接工艺的依据。 影响因素主要有：影响因素主要有：异种金属焊接特点（1）预热的影响）预热的影响 预热能提高母材焊接时的起始温度，母材容易熔化且熔深增加，预热能提高母材焊接时的起始温度，母材容易熔化且熔深增加，则稀释率增加。则稀释率增加。异种金属焊接特点（2）焊接参数的影响）焊接参数的影响 焊接电流和焊接速焊接电流和焊接速度影响比较明显。如度影响比较明显。如
13、图所示。图所示。异种金属焊接特点（3）焊接方法的影）焊接方法的影响响 各种焊接方法的各种焊接方法的稀释率差别很大。稀释率差别很大。埋弧焊较大。埋弧焊较大。异种金属焊接特点（4）焊接接头形式的）焊接接头形式的影响影响 焊条电弧焊时层数焊条电弧焊时层数和接头形式对稀释率和接头形式对稀释率的影响如图。第五层的影响如图。第五层只考虑堆焊金属。坡只考虑堆焊金属。坡口角度增大，稀释率口角度增大，稀释率减小。减小。异种金属焊接特点三、不同焊接方法焊接异种金属时的特点三、不同焊接方法焊接异种金属时的特点1、熔焊、熔焊 常用的方法有：焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离子常用的方法有：焊条电弧焊、埋弧焊
14、、气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊。弧焊、电子束焊、激光焊。 为了减少稀释，降低熔合比或控制不同金属母材的熔化量，通常选用为了减少稀释，降低熔合比或控制不同金属母材的熔化量，通常选用热源能量密度较好的焊接方法。热源能量密度较好的焊接方法。 为了减小熔深，采取间接电弧、摆动焊丝等工艺。为了减小熔深，采取间接电弧、摆动焊丝等工艺。必须控制和缩短金属在液态或高温固态下的停留时间。必须控制和缩短金属在液态或高温固态下的停留时间。异种金属焊接特点2、压焊、压焊 大多数压焊方法只将被焊金属加热至塑性状态甚至不加热，而大多数压焊方法只将被焊金属加热至塑性状态甚至不加热，而以施加以施加一定压力
15、一定压力为特征。压焊时，为特征。压焊时，异种金属交界表面可以熔化，也可以不熔化异种金属交界表面可以熔化，也可以不熔化，但由于压力的作用，即使表面有熔化金属存在时，也会被挤压而排出。但由于压力的作用，即使表面有熔化金属存在时，也会被挤压而排出。可以减轻或避免热循环对母材金属性能的不利影响，防止产生脆性的金可以减轻或避免热循环对母材金属性能的不利影响，防止产生脆性的金属间化合物。属间化合物。并不存在因稀释而引起焊缝金属性能变化问题并不存在因稀释而引起焊缝金属性能变化问题。 对焊接接头有一定要求，不能普遍应用。对焊接接头有一定要求，不能普遍应用。异种金属焊接特点3、其他方法、其他方法 一是熔焊一是熔
16、焊-钎焊方法：钎焊方法：异种金属接头中低熔点母材一侧为熔焊，对高熔异种金属接头中低熔点母材一侧为熔焊，对高熔点母材一侧为钎焊点母材一侧为钎焊。通常以低熔点母材相同的金属为钎料。钎料与低熔。通常以低熔点母材相同的金属为钎料。钎料与低熔点母材之间是同种金属的熔焊过程。钎料与高熔点母材之间是钎焊过程，点母材之间是同种金属的熔焊过程。钎料与高熔点母材之间是钎焊过程，母材不熔化、结晶，可以避免许多焊接方面的问题，但要求钎料对母材母材不熔化、结晶，可以避免许多焊接方面的问题，但要求钎料对母材能良好润湿。能良好润湿。异种金属焊接特点3、其他方法、其他方法 二是共晶钎焊或共晶扩散钎焊：将异种金属接触表面加热到
17、一定温度，二是共晶钎焊或共晶扩散钎焊：将异种金属接触表面加热到一定温度，使两种金属在接触表面处形成低熔点的共晶体，呈液态，实质成了一种使两种金属在接触表面处形成低熔点的共晶体，呈液态，实质成了一种不用外加钎料的钎焊方法。不用外加钎料的钎焊方法。 异种金属扩散焊时加入中间层材料，在很低的压力下加热使中间层材异种金属扩散焊时加入中间层材料，在很低的压力下加热使中间层材料熔化，形成薄层液体，经过一定时间保温，形成没有中间材料的异种料熔化，形成薄层液体，经过一定时间保温，形成没有中间材料的异种金属接头。不存在铸造组织。金属接头。不存在铸造组织。ThankYou2021/6/1627ThankYou2021/6/1628 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
