异种金属的焊接

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1、异种金属的焊接Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望异种金属焊接的组合类型按工程实际需要，组合是多样的按工程实际需要，组合是多样的若按材料种类组合类型若按材料种类组合类型:1)异种钢的焊接。又称异种黑色金属的焊接。如异种钢的焊接。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。珠光体钢和奥氏体钢组合的焊接等。 2)异种有色金属的焊接。异种有色金属的焊接。 如铜和铝之间的焊接等。如铜和铝之间的焊接等。 3)钢和有色金属的焊接。如钢和铝的焊接等。钢和有色金属的焊接。如

2、钢和铝的焊接等。目前异种材料焊接方面还有1金属-陶瓷; 2金属塑料; 3金属-金属间化合物.异种金属的焊接性异种金属的焊接性 (1)物理性能差异带来的焊接问题物理性能差异带来的焊接问题 1)熔点熔点 熔焊时，两种母材都须熔化，若两者熔化温度接近熔焊时，两种母材都须熔化，若两者熔化温度接近(相差相差100以内以内)，通常的焊接方法和工艺都能顺利进，通常的焊接方法和工艺都能顺利进行。两者熔化温度相差很大时，就会因它们熔化不同行。两者熔化温度相差很大时，就会因它们熔化不同步，低熔点金属过早熔化而发生流淌或者与高熔点金步，低熔点金属过早熔化而发生流淌或者与高熔点金属产生未熔合。此外，熔点高的金属凝固和

3、收缩时，属产生未熔合。此外，熔点高的金属凝固和收缩时，会使出处于部分凝固和薄弱状态的低熔点金属产生应会使出处于部分凝固和薄弱状态的低熔点金属产生应力，导致裂纹。力，导致裂纹。 2)热导率和比热容热导率和比热容 两种金属热导率和比热容相差很大时，会导致热两种金属热导率和比热容相差很大时，会导致热输入失衡熔化不均和改变焊缝及其两侧的结晶输入失衡熔化不均和改变焊缝及其两侧的结晶条件。条件。 例如，热导率高的金属热影响区宽，冷却速度例如，热导率高的金属热影响区宽，冷却速度快容易淬硬，而热导率低的金属则发生过热。快容易淬硬，而热导率低的金属则发生过热。 3)线膨胀系数线膨胀系数 线膨胀系数差别较大的异种

4、金属焊接在一起时，线膨胀系数差别较大的异种金属焊接在一起时，由于彼此间冷却收缩不一致，便会引起较大的焊由于彼此间冷却收缩不一致，便会引起较大的焊接应力，严重时能导致焊接裂纹。接应力，严重时能导致焊接裂纹。 4)磁场作用磁场作用 有磁性金属和无磁性金属组合，当采用直流电弧或电子束方法焊接时会因磁场的作用，使电弧偏吹或电子束偏离其轴线(偏向磁铁体一侧)，其后果是磁铁体金属熔化量过大，产生过分稀释，或无磁性金属根部未熔合等缺陷。(2)异种金属的相溶性异种金属的相溶性异种金属之间能否进行焊接，决定于这两种金属在焊接条件下它们合金元素之间的相互作用。 当两种金属元素之间不但在液态而且在固态下都互相溶解，

5、能形成一种新相固溶体，那么这两种金属元素之间便具会了冶金学上的“相溶性”，原则上是可以焊接的。合金元素之间相溶条件合金元素之间相溶条件: 两者晶格类型相同两者晶格类型相同(如同为体心立方晶格); 原子大小相近原子大小相近(即原于半径相差不大); 元素周期表中位置相邻元素周期表中位置相邻(即电化学性质相差小)。 若同时能满足这些条件，则能无限制地溶解、所形成的固溶体称无限固溶体。无限固溶体。 如果只是部分地满足上述条件，则只能有限地溶解，这样的固溶体称有限固溶体有限固溶体。当有限固溶体的溶质金属量超过了溶解度(达饱和)，就可能出现两种情况： 在该固溶体中析出另一种固溶体，从而形成两相混合物；在该

6、固溶体中析出金属间化合物。金属间化合物的性质硬而脆，常称脆性相，它不能用于连接金属，在焊缝金属不希望出现这种组织。如果在固溶体焊缝中出现了金属间化合物，则接头的塑性和韧性下降.影响程度决定于它的类型，数量、形态及其分布。若焊缝中金属间化含物越多，且在晶界上呈网状分布，则接头的性能就越差。设法避免或控制金属间化合物的形成，由于金属间化合物形成一般需要一定孕育时间，而且和温度有关。若能采用在较低的温度下焊接或加热时间很短，就有可能不产生金属间化合物。所以异种金属大多数的组合，选用固态焊接方法比用熔化焊接方法更易实现。两金属在液态、固态都不相溶解，又不形成金属间化合物，则在液态时便会按比重分层，冷却

7、时各自独立结晶。这类的金属组合是不能直接焊接的。需要对这种金属焊接时，只能寻找与这两者都只有相溶性的第三种金属作中间层(过渡层)进行焊接。判断方法:相图相图按接头组成归纳，分成三种组合类型按接头组成归纳，分成三种组合类型 1)只有两种不同金属材料组合的接头，可表只有两种不同金属材料组合的接头，可表示为示为“A十十B”.如铜与铝摩擦焊；用纯镍焊条如铜与铝摩擦焊；用纯镍焊条焊补铸铁缺焊补铸铁缺; 2)由三种或三种以上不同金属材料组合的接由三种或三种以上不同金属材料组合的接头。头。 3)复合钢板复合钢板(即双金属即双金属)结构的接头。结构的接头。 典型的例子是以珠光体结构钢为基层以奥氏典型的例子是以

8、珠光体结构钢为基层以奥氏体不锈钢为覆层的覆层的复合钢板焊接接头。体不锈钢为覆层的覆层的复合钢板焊接接头。焊缝金属的稀释(1)稀释率计算(2)焊缝金属化学成份平均含量计算 异种金属的焊接方法和焊接材料异种金属的焊接方法和焊接材料 (1)焊接方法焊接方法 1)熔焊熔焊 稀释率影响很大稀释率影响很大. 焊条电弧焊的稀释率可高达焊条电弧焊的稀释率可高达30； 熔化极气体保护焊约在熔化极气体保护焊约在1050范围，其中范围，其中 喷射过渡的稀释率最大，而短路过渡最小；喷射过渡的稀释率最大，而短路过渡最小；埋弧焊熔深较大，其稀释率在埋弧焊熔深较大，其稀释率在1075变动变动; 若采用带状电极就可以降低。若

9、采用带状电极就可以降低。 在异种金属熔焊中，经常采用减少稀释的方法 是堆焊过渡层(又叫隔离层)法。 2)压焊压焊 大多数压焊方法是对母材加热至塑性状态或不加热，在一定压力下完成焊接的，一般个存在稀释问题。其中冷压焊、超声波焊、扩散焊等方法在接头处温度低，一般也不发生金属间化合物，这对异种金属焊接很有利。如闪光对焊、摩擦焊等，其结合面焊接时发生熔化，但在顶锻阶段便把局部熔化的金属或金属间化合物挤压出去了。只有电阻点焊和缝焊的焊缝上有熔核存在。 压焊最大缺点是对焊接接头有一定要求。例如，电阻点焊、缝焊、超声波焊等必须采用搭接接头；摩擦焊时工件之间要产生相对高速旋转，至少有一个工件能转动：爆炸焊只适

10、用于较大面积的连接等。压焊的应用范围受到很大限制. 3)钎焊 是异种金属常用的焊接方法。钎料与母材之间就是异种金属的焊接。其特点是两母材都不熔化，熔化的是熔点比母材低。 4)熔焊钎焊 这是一种为了解决异种 金属间没有相溶性或易生成金属间化合物时采取的一种焊接技术。实质是在一个异种金属接头上对最难焊接的金属采取钎焊，易焊接的金属采取熔焊。简易的作法是先钎焊，后熔焊。）扩散焊(2)焊接材料对填充金属的要求： 1)能够承受母材的稀释而不产生裂纹、气孔、夹杂物以及有害的金属间化合物； 2)形成的焊缝金属其组织和性能保持稳定。在使用条件下不会产生元素的迁移，脆性相析出等不良现象； 3)具有与母村相适应的

11、物理性能。如线膨胀系数介于两母材之间；热导率和电导率尽可能相近等； 4)所形成的焊缝金属，在使用各条件下其强度和塑性至少与两母材中的一种相同；其耐腐蚀性能也应等于或超过两母材的耐蚀性能。在具体选择中遇到两种母材熔化温度相差很大时，宜选择常用于焊接低熔点母材的哪种填充金属。如果用了高熔点填充金属就可能受到低熔点母材的过分稀释；当两母材线膨胀系数相差较大，除了选用线膨胀系数介于两母材之间的填充金属外，也可以考虑选用具有高塑性的填充金属，缓解因温度变化时所产生的热应力。黑色白色金属焊接黑色白色金属焊接指非合金钢或低合金钢与不锈钢之间的连接。 珠光体钢、铁索体和铁素体马氏体钢以及奥氏体钢；奥氏体铁素体

12、钢与奥氏体钢。(1)不同珠光体钢的焊接 碳(或碳当量)是决定珠光体钢在焊接时淬火倾向的主要因素，一般按异种钢中碳（或碳当量)最小的钢来选择焊接材料。 对于与高温工作的铬钼耐热钢焊接时，为了保证接头的热强性，则选用耐热的焊接材料。焊前是否预热，视异种钢中碳(或碳当量)最高的钢及厚度来决定。 (2)不同的铁素体钢和铁素体不同的铁素体钢和铁素体马氏体钢的焊接马氏体钢的焊接 这类钢中含有强烈的碳化物形成元素铬，且含量较高。焊接时要防止焊接熔池受大气作用，避免合金元素氧化烧损，宜选用低氢型焊条。当焊接纯铁素体钢时，防晶粒过分长大使接头韧性下降。低碳的铁素体钢焊前可不预热，但焊接线能量应尽量低，层间温度在

13、100以下。含碳量较高的铁素体钢其组织中有相当数量的马氏体，焊接时要注意近缝区马氏体脆化而引起裂纹。通常是焊前须预热，焊后立即高温回火。也可以采用奥氏体钢焊缝。但这时焊缝金属的强度大大低于母材，须慎重。 (3)不同奥氏体钢的焊接不同奥氏体钢的焊接 各种奥氏体钢无论如何组合，几乎都可以用各种焊接方法进行焊接。因为具有单相奥氏体组织的钢在任何温度下不会发生相变，而且这种组织具有良好的塑性和韧性。目前仍以焊条电弧焊焊接不同奥氏体钢组合的为多，除了焊条电弧焊适应性强外，奥氏体钢焊条的品种多，能满足不同组合的需要。它们主要是奥氏体的耐酸、耐热和热强钢之间组合的焊接。奥氏体钢与铁素体奥氏体钢之间的焊接奥氏

14、体钢与铁素体奥氏体钢之间的焊接 在奥氏体异种钢材之间焊接时，对焊接材料的选择首先必须考虑到奥氏体钢焊接时在合金成分与最佳含量略有出入情况下就容易产生裂纹这一重要因素。 焊接材料: 第一类属于最常用的奥氏体钢，铬高于镍，可以用工艺性最好的奥氏体铁素体焊接材料进行焊接；(例如lCrl8Nil0Ti，1Crl6Nil4M02，它们处在状态图中A和B点)，则可以选用奥氏体铁索体焊接材料。此时，焊缝成分中的主要合金元素要比熔敷金属中的相对少些。所以在通常每材的焊接熔透深度下，就可以使焊缝中保证具有奥氏体铁索体组织。第二类钢奥氏体含量提高了，镍的含量超过了铬，因而就不能再用奥氏体铁素体焊接材料进行焊接了。

15、举例：电站用奥氏体钢管异种钢焊接研究现状举例：电站用奥氏体钢管异种钢焊接研究现状奥氏体不锈钢与铁素体型耐热钢异种金属的焊接研究， 近20 年来取得了较大的进展。随着火力发电机组容量和参数的提高, 电站锅炉对流管束高温段正越来越多地选用奥氏体铬镍不锈热强钢， 从经济角度考虑， 其低温段仍然沿用铁素体型低合金铬钼耐热钢。因此, 火力发电机组中随着各个部位工作温度的不同, 相应地需要使用各种不同化学成分和组织结构的钢材, 必然会遇到异种钢的焊接问题。近年来, 国内、外多次发生异种钢焊接接头的断裂失效事故。异种钢接头的早期失效是一个世界性的问题, 即使采用镍基材料, 接头往往也达不到设计寿命。在我国,

16、 电站锅炉由于采用A/F 异种钢接头历史比较短, 异种钢早期失效的报导并不多,但也有一部分电厂的异种钢接头在较短运行时间内频繁爆漏.河南首阳山电厂300 MW 锅炉过热器SA 2132TP347H 与12Cr2MoVWV T iB 异种钢接头在168 h 试运行后1 个月内连续3 次发生爆管。异种钢接头高温运行早期失效原因异种钢接头高温运行早期失效原因影响异种钢接头失效的因素很多, 失效的主要原因至今还没有形成统一的认识, 各国研究结果归纳如下:(1) 材料之间的热膨胀系数差别太大;(2) 由于碳迁移在低合金钢侧热影响区产生脱碳带;(3) 材料之间的蠕变不匹配;(4) 有害元素在热影响区晶界偏

17、析;(5) 铁素体钢热影响区的蠕变脆性和回火脆性;(6) 热影响区产生碳化物, 这种碳化物促使裂纹成核;(7) 在铁素体钢一侧靠近焊缝界面产生氧化缺口, 减少了有效截面积, 造成应力集中;(8) 铁素体钢焊缝界面附近贫铬, 形成氧化缺口, 裂纹形核扩展;缺口, 裂纹形核扩展;(9) 焊缝缺陷以及再热裂纹;(10) 接头存在残余应力;(9) 焊缝缺陷以及再热裂纹;(10) 接头存在残余应力;( 11) 启动、停机(加载、卸载) 产生的温度、应力循环;(12) 热膨胀装配不合理、振动和自重产生的系统内部应力;(13) 超温、超载。上述诸多因素中, 由于组织、性能的差异而产生的失效是应考虑的主要方面

18、, 一些外在因素是值得注意的“后天”因素。异种钢接头失效机理异种钢接头失效机理异种钢接头的失效机理是一个至今尚未完全弄清楚的问题, 焊接研究人员都试图从微观组织上说明失效机理, 但看法有许多分岐。(1) 低合金钢侧距熔合线1 至2 个晶粒的原始奥氏体晶界上形成裂纹并扩展产生失效。这种模式在不锈钢填充金属的异种接头中比较普遍, 也偶见于镍基填充金属。(2) 运行中沿熔合线宽带状碳化物形成裂纹和扩展并导致失效, 这种模式在镍基填充材料的异种钢接头中比较普遍。(3) 焊缝中低合金钢界面外壁形成氧化缺口并扩展而导致失效。在奥氏体焊缝的异种钢的失效接头中, 可以看到晶间断裂的特征 , 这说明已涉及到高温

19、晶界滑移的蠕变孔洞的变形机理。在低应力的情况下, 蠕变孔洞在原始奥氏体的晶界上形核, 并且聚集长大, 最后导致蠕变损伤。 异种钢焊接接头由于发生碳迁移, 形成碳浓度梯度的起伏, 即通常所说的脱碳层和增碳层, 其物理和化学性能受到很大影响。因此, 对碳迁移现象的研究引起了广泛的重视。 碳迁移是异种钢接头运行中的一个重要现象, 越过焊缝界面的碳迁移被认为是影响接头寿命的一个重要因素。采用镍基填充金属虽然可有效地抑制碳迁移, 但也同样存在着碳迁移现象; 在铁素体中使用稳定化元素对阻止碳迁移是有效的, 但不容易采用, 而且对长期运行也不完全有效。异种有色金属焊接铝与铜的焊接 铝与铜可以用熔焊、压焊和钎

20、焊，其中以压焊应用最多。 铝和铜能形成多种由金属间化合物为主的固溶体相，其中有A1Cu2、A12Cu3,A1Cu、A12Cu等。铝铜合金中含铜量在12一13以下时，综合性能最好。因此，熔焊时应设法控制焊缝金属的铝铜合金中铜的含量不超过这个范围，或者采用铝基合金。钛与铝的焊接钛铜的焊接钢与有色金属的焊接钢与铝及其合金的焊接(1)焊接性1)两者熔点相差大，同时达到熔化很困难；2)热导率相差23倍，同一 热源很难加热均匀；3)线膨胀系数相差约1.42倍，在接头界面两侧必然产生热应力,无法通过热处理消除：4)铝及铝合金表面受热能迅速生成氧化，给金属熔合造成困难。 扩散焊 为了防止接合界面产生金属间化合

21、物,最好焊前在钢表面电镀上铜、镍中间层。钢与铜及其合金的焊接钢与铜焊接性较好，因为铜与铁不形成脆件化合物，相互间有一定溶解度，晶格类型相同，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，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；钢一侧熔合同经常发生液态钢向铜晶粒之间渗透导致形成热裂纹。铜与钢用摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等固态焊均能获得优良的焊接接头。搅拌摩擦焊异种材料焊接 目前国内外进行较多的是各种铝及铝合金搅拌摩擦焊技术的研究，关于异种金属，尤其是铜与铝的搅拌摩擦焊的研究较少，文献中还未发现铝合金与钢的

22、焊接。但这类材料的焊接在电力、汽车工业中有较大的应用需求。主要研究铝合金与纯铜、铝合金与低碳钢的对接接头、丁字接头和搭接接头的搅拌摩擦焊工艺及其组织、性能，为这种新型技术在异种金属的焊接中的应用提供技术依据。选用厚度为2-5mm, LF 6铝合金、Ti合金 板、 低碳钢板，焊前用丙酮清洗工件表面油污，在自制搅拌摩擦焊设备上进行铝合金纯铜、铝合金低碳钢焊接工艺试验。铝合金纯铜采用对接接头、丁字接头、铝合金、低碳钢采用搭接接头。搅拌摩擦焊的工艺参数主要有搅拌头对工件施加的压力、搅拌头旋转速度、搅拌头沿焊缝方向的移动速度即焊接速度，其中搅拌头对工件施加的压力大小对焊缝成形影响较大。a)该试验条件下，

23、选用恰当的焊接工艺参数能实现铝合金、纯铜、铝合金、钢等异种金属的搅拌摩擦焊连接，且接头的组织、性能优良。） 焊接工艺参数 的匹配是保证接头致密性和决定组织、性能的关键因素，在高的搅拌头旋转速度 下能实现高速焊接。c） 异种金属搅拌摩擦焊接头的涡流 ，异种金属搅拌摩擦焊接头的涡流状交迭区，反映了搅拌摩擦焊过程中接头金属发生了塑性流动，接头局部点硬度的突变表明有新物质生成。对铝合金、纯铜接头进行 射线物相分析表明其为型金属间化合物。d) 用搅拌摩擦焊方法焊接容易形成金属间化合物的异种材料时，对于薄板，形成良好焊缝成形的规范参数范围较宽，对于厚板，形成良好焊缝成形的规范参数范围较窄。铜钢异种金属材料

24、的焊接工艺图1 为某型塔类压力容器筒体与接管组焊的局部结构示意图。该容器筒体采用铜钢复合板材料接管采用紫铜(用15 厚的T2 卷制而成)材料。壳体与接管的组焊焊缝不但要保证密封作用,而且还有力学性能及耐腐蚀性能等方面的要求。在接管与壳体组焊时,存在铜钢异种金属材料的焊接及铜铜同种金属材料焊接方面的技术问题。(1) 过渡层金属的基本要求:1) 它能够起到金属过渡层的作用,并应该保证在组装焊接时,对紫铜接管不预热便可以进行焊接;2) 过渡层金属必须耐设备工作介质的腐蚀;3) 能够比较容易地与壳体过渡层金属与紫铜材料很好地焊接而不产生焊接缺陷;4) 能够比较容易地实现与焊缝金属的焊接。4) 能够比较

25、容易地实现与焊缝金属的焊接。(2) 过渡层金属的基本要求:1)能够与壳体复合层金属(紫铜) 及基层金属(钢) 很好地焊接而不产生焊接缺陷;2) 具有足够的强度;3) 能够比较容易地实现与焊缝金属的焊接。(3) 焊缝金属的基本要求:焊缝金属的选择应考虑它与两侧过渡层金属焊接的工艺可行性。在生产中,过渡层金属选择T227 电焊条; 过渡层金属选择了B30 焊丝;焊缝金属靠近壳体内表面(即复合层紫铜与过渡层金属的焊缝) 选择了T227 电焊条。焊缝金属靠近壳体外表面(即过渡层金属与过渡层金属的焊缝) 选择了B30 焊丝。 B30 (白铜) 的焊接, 复合钢板焊接的一般原则 为了保证复合钢板不因焊接而

26、失去原有优良的综合性能，通常都是对基层和覆层分别进行焊接，即把复合钢扳接头的焊接分为；基层的焊接、覆层的焊接和基层与覆层交界处过渡区的焊接三个部分。工艺就和单独地焊接这两类材料的工艺相同。焊接方法和焊接材料 (1)焊接方法 鉴于基层有力学性能要求，所以基本上都是采用焊接性能较好的结构钢，如碳钢和普通低合金钢等作基层材料，其厚度相对较厚。一般采用焊条电弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊；不锈钢的复合钢板做覆层的焊接常用焊条电弧焊和氩弧焊；铜、铝等为覆层的复合钢板焊接，应选择电弧功率较高的惰性气体保护焊，如He和Ar混合气体保护焊、He弧焊等。 (2)焊接材料 焊接材料，务必保证接头具有预期所需要的力

27、学性能， 般按等强度原则来选.焊接接头设计焊接工艺要点 2)焊接基层时，应防止覆层的过热和熔化，最好采用低氢的焊接工艺。 3)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。 4)焊接过渡层时，应尽员减小稀释率。5)焊接表面层时，焊缝表面应平整、形成美观。6)需要焊后热处理消除焊接残余应力，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；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。对覆层喷丸处理也有利于

28、降低应力。 7)当不锈钢复合钢板总厚度达10mm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。不锈复合钢板的焊接举例不锈复合钢板的焊接举例三峡工程金属结构部分,有过水部件的埋件、钢衬、排沙底孔、深孔、输水廊道及反弧门等部件,采用了= 24mm 和= 34mm 二种规格的不锈复合钢板,复层均为4mm ,基层分别为20mm 和30mm 的高强度低合金钢和碳钢。由于不锈复合钢板的复层具有不锈钢的优越性能,其耐磨性、抗腐蚀性好,其强度主要靠基层的碳钢和低合金钢获得。在焊接方法上采用了手工电弧焊和埋弧自动焊 复层、基层的焊接特点复层、基层的焊接特点为了保证不

29、锈复合钢板不失去它原有的综合性能,对于复层和基层应分别进行焊接。基层与基层的焊接采用与基层材质相应的焊条或焊丝,其焊接工艺与相应的珠光体钢相同;复层与复层的焊接采用与复层材质相应的焊条或焊丝,其焊接工艺则与相应的不锈钢相同。过渡层异种钢焊接特点过渡层异种钢焊接特点 基层与复层交界处的焊接即所谓“过渡层”的焊接,属于异种钢的焊接,有其特殊的工艺问题。如果焊材或焊接规范选择不当,往往因基层焊接时熔化不锈钢复层使得合金元素渗入而导致碳钢基层严重脆化,甚至产生裂纹。在不锈钢复层焊接时,会造成焊缝严重稀释,降低其塑性及晶间耐腐蚀性能。因此在焊接不锈复合钢的过渡层时,要使用含铬、镍当量高的奥氏体填充材料,

30、并保证焊缝金属有一定量的铁素体组织,以提高其抗裂性,使过渡层即使受到基层碳钢的稀释,也不会出现马氏体淬硬组织,同时也应采用合适的焊接方法和焊接规范,即尽可能小的焊接线能量,使碳钢基层一侧熔深较浅,减少焊缝金属的稀释和缩小碳钢基层合金化。不锈复合钢板的焊接工艺不锈复合钢板的焊接工艺 焊接方法焊接方法不锈复合钢板目前采用较多的是手工电弧焊,基层可选用手工电弧焊或埋弧自动焊,复层和过渡层多应用手工电弧焊,也可用氩弧焊,但为了提高焊接速度,一般以手工电弧焊较合适,由于手工电弧焊熔合比小,而且方便灵活,不受工件形状的限制。焊接材料焊接材料一般来说基层、复层和过渡层应选用三种不同型号的焊条或焊丝,但在生产

31、中为避免多种焊条混用,可选用两种规格型号的焊条,即基层焊条、复层和过渡层焊条,以过渡层为依据。虽然过渡层焊材要求比复层高,即Ni 、Cr 含量高,价格贵些,但在实际生产中复层焊材与过渡层焊材相同.不锈复合钢板焊接注意事项不锈复合钢板焊接注意事项(1) 不锈复合钢板的下料应采用等离子切割(氧乙炔块割无法进行) 或刨边机进行。坡口加工以刨边为主,等离子切割为辅,坡口采用对称的X 型、V型、角接采用K型。(2) 组装以复层为准,防止错边过大,影响复层质量。点固焊应在基层进行,禁止碳钢或低合金钢焊材在高合金的复层或焊缝上施焊,严防用错焊条。(3) 复层表面坡口两侧100mm 范围内,应涂上白垩粉,以防

32、飞溅粘附。(4) 基层焊完后焊过渡层前应使基层与过渡层留有1 - 2mm 的高度,焊接过渡层时选择规范应使熔合比最小,线能最小。(5) 控制层温,基层低合金200 ,过渡层和层应控制60 80 为宜。(6) 加强中间检查工序,如定位焊后,焊过渡层前,焊复层前及全部焊完后,都要进行检查,严格按工艺要求进行,方能保证产品质量。小结小结不锈复合钢板的复层选用高强度、耐腐蚀、抗磨损强度高的双相不锈钢。基层的高强度低合金结构钢具有一定的强度和刚度。焊接质量的要求也更高,必须选择最优的方案、最佳的焊接规范,才能保证产品质量。(1) 不锈复合钢板先焊基层,可先用手工电弧焊或埋弧自动焊(平焊) ,在焊接过程中

33、需要严格控制基层与过渡层的间距,即焊过渡层前基层留有1 - 2mm的余量,否则影响焊缝质量,造成基层脆化、开袭或复层降低塑性和耐腐蚀性。(2) 不锈复合钢板复层和过渡层的选择材是一项关键技术,生产单位偏向按过渡层要求选材,这项工作必须与生产不锈复合钢板厂家合作进行。施工单位还需从经济上进行比较,通过工艺评定最后选定。(3)熟悉过渡层和复层的焊接规范及焊接工艺.不锈复合钢板的焊接具有碳钢、低合金钢和不锈钢的焊接、异种钢焊接的特点、焊接方法、焊接工艺,而且还需重点掌握不同型号异种钢的焊接特点、技术和工艺,更必须认真、仔细的焊接好过渡层和复层焊缝,只有这样才能保证产品质量。 异种钢焊接技术在检修中的

34、应用在大型化工设备的焊接检修中, 经常会遇到一些材质不明或某些低合金高强度钢设备缺陷的焊接难题, 此类焊接技术关键是选用焊接材料和制定有效的焊接工艺措施。设备现场检修中, 因缺乏热处理设备或工件厚度较大, 无法实施预热和焊后热处理的工艺要求。能否在无预热、无焊后热处理工艺措施保障的前提下, 选用不同材质的焊接材料进行异种钢焊接, 克服焊后裂纹等缺陷的产生, 满足焊接要求。1 焊接性分析焊接性分析 焊接低合金钢, 在无法预热和焊后热处理的前提下,为了防止出现淬硬组织和裂纹, 一般首先选用塑性好、韧性高的铬镍奥氏体焊条进行异种钢焊接。这类焊条虽然热裂倾向稍大, 组织容易偏析, 即母材熔合区材质成分

35、差异较大, 存在母材的稀释作用和扩散层, 过渡层不能充分混合, 当过渡层的镍当量低于5 %6 %时, 将产生马氏体淬硬组织, 形成脆性层, 容易发生裂纹。 由于高铬镍焊条的塑性高, 韧性好, 如果焊接工艺规范严格控制其母材的熔合比低于40 % , 不易产生淬硬组织。在焊接应力的作用下, 焊缝熔敷金属将产生较大的塑性变形, 不易产生冷裂纹。参照焊接经典图表“舍夫勒组织图”, 当测算出母材和焊材的化学成分, 折算成“铬当量”和“镍当量”, 对应组织图查出焊缝熔敷金属的组织形态,控制其在奥氏体3 %5 %铁素体组织区域内, 获得具有较高抗裂性能的双相组织焊接接头, 能够满足化工设备的工艺使用要求.

36、依据工艺分析, 经试验, 采用Cr25Ni13 型焊接材料(即奥312、奥317 电焊条) 。工艺规范采用小直径焊条、小规范焊接电流, 较小的热输入线能量, 多层多道焊, 密集叠层焊法, 修复多台化工设备, 均获得成功。焊接实例焊接实例(1)某年我厂6 号压缩机弹簧断裂, 材质为65Mn , 脆断4 节。按常规工艺, 用高强度低合金钢焊条焊接, 焊前预热, 焊后调质处理方可恢复弹簧性能, 而时间和工艺上都无法实施。依据异种钢焊接理论和实践经验, 选用“奥312”高铬镍焊条, 不预热, 不做焊后调质处理, 分层分段全断面焊透, 仅用1 小时就修复成功。(2) 挖掘机铲口, 材质60Mn + 16

37、Mn 钢的异种钢材料焊接。60Mn 淬硬性强, 产生高碳马氏体组织, 选用低合金钢焊条焊接会产生很长的冷裂纹。改用“奥317”焊条施焊,焊接接头完好无损, 使用寿命较长。(3) 煅烧炉系列设备焊接检修, 用异种钢焊接工艺的经验, 修复了旋转接头端盖裂纹泄漏处、驮轮轴磨损面的堆焊修复、35CrMo 中碳调质钢大型滚圈缺陷的堆焊等, 挽救了一些重要化工设备。(1) 化工设备焊接检修, 材质杂, 组织性能多样化,完全依据“等性能”原则选用焊接材料, 会产生裂纹和预料不到的缺陷, 造成设备报废。对材质不明或低合金高强度的设备材料施焊, 可优先选用25 - 13 型奥氏体不锈钢焊条试焊, 发挥其塑性、韧性较高, 抗裂性好的特点, 进行异种钢焊接, 一般能满足工艺要求。(2) 在大型工件无法预热, 无法焊后热处理的情况下,对于易淬硬组织的化工设备焊接检修时, 选用25 - 13 奥氏体焊条施焊, 可避免产生马氏体组织, 防止冷裂纹。(3) 在进行异种钢焊接时, 应采用小线能量施焊, 严格控制母材熔合比低于40 % , 使熔合区形成奥氏体+ 铁素体的双相组织, 其抗裂性能最好。(4) 异种钢施焊, 要在焊前分析焊接应力状态, 焊补区严格清理缺陷, 避免产生夹渣、气孔、未熔合等缺陷,防止熔敷金属剥离开裂, 使焊接接头满足工艺要求, 确保化工设备长周期安全运行。