異種鋼的焊接

1、異種金屬的焊接異種金屬的焊接 n何謂異種金屬焊接何謂異種金屬焊接? 指各種母材的物理性能和金屬組織各不相指各種母材的物理性能和金屬組織各不相同的金屬之間的焊接。同的金屬之間的焊接。 主要包括三種情況主要包括三種情況: :異種鋼焊接、異種有色異種鋼焊接、異種有色金屬焊接、鋼和有色金屬。金屬焊接、鋼和有色金屬。異種金屬材料焊接接頭特點(diǎn)異種金屬材料焊接接頭特點(diǎn) 1.1.化學(xué)成分的不均勻性化學(xué)成分的不均勻性 異種金屬焊接接頭各區(qū)域化學(xué)成分的異種金屬焊接接頭各區(qū)域化學(xué)成分的不均勻程度，不僅取決于母材和填充材料不均勻程度，不僅取決于母材和填充材料各自的原始成分，同時(shí)也隨焊接工藝而改各自的原始成分，同時(shí)也隨

2、焊接工藝而改變。變。 2.2.組織的不均勻性組織的不均勻性 組織不均勻性取決于母材和填充材料組織不均勻性取決于母材和填充材料的化學(xué)成分，同時(shí)與焊接方法、焊道層次、的化學(xué)成分，同時(shí)與焊接方法、焊道層次、焊接工藝以及焊后熱處理過(guò)程有關(guān)。焊接工藝以及焊后熱處理過(guò)程有關(guān)。 稀釋率（熔合比）：稀釋率（熔合比）：=M/(M+T)=(M1+M2)/=M/(M+T)=(M1+M2)/（M1+M2+TM1+M2+T）異種金屬材料焊接接頭特點(diǎn)異種金屬材料焊接接頭特點(diǎn) 3.3.性能的不均勻性性能的不均勻性 各區(qū)域化學(xué)成分的差異造成了接頭性各區(qū)域化學(xué)成分的差異造成了接頭性能的不均勻，接頭各區(qū)域的強(qiáng)度、硬度、能的不均勻

3、，接頭各區(qū)域的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等力學(xué)性能以及物理化學(xué)性能塑性和韌性等力學(xué)性能以及物理化學(xué)性能都有很大的差別。都有很大的差別。 4.4.應(yīng)力場(chǎng)分布不均勻應(yīng)力場(chǎng)分布不均勻 異種金屬焊接接頭中焊接殘余應(yīng)力分異種金屬焊接接頭中焊接殘余應(yīng)力分布不均勻，這是由于接頭各部位塑性和材布不均勻，這是由于接頭各部位塑性和材料熱導(dǎo)性差異所致。料熱導(dǎo)性差異所致。n影響稀釋率的因素：影響稀釋率的因素：1.1.預(yù)熱（預(yù)熱溫度高，稀釋率大）預(yù)熱（預(yù)熱溫度高，稀釋率大）2.2.焊接參數(shù)（線能量越大，稀釋率越大）焊接參數(shù)（線能量越大，稀釋率越大）3.3.焊接方法（焊條焊接比埋弧焊稀釋率?。┖附臃椒ǎê笚l焊接比埋弧焊稀釋率

4、?。?.4.接頭形式、坡口形式、焊接層次接頭形式、坡口形式、焊接層次( (坡口角度坡口角度增大，稀釋率減?。徽驴趯?duì)接稀釋率也很增大，稀釋率減??；窄坡口對(duì)接稀釋率也很?。┬。┊惙N金屬焊接接頭熔合區(qū)特點(diǎn)異種金屬焊接接頭熔合區(qū)特點(diǎn)n 異種金屬焊接時(shí)，在母材和焊縫之間有異種金屬焊接時(shí)，在母材和焊縫之間有一個(gè)成分和母材或焊縫都不相同且往往介于一個(gè)成分和母材或焊縫都不相同且往往介于兩者之間，實(shí)際上形成化學(xué)成分的過(guò)渡層。兩者之間，實(shí)際上形成化學(xué)成分的過(guò)渡層。n 熔合區(qū)實(shí)際分為熔合區(qū)實(shí)際分為未混合區(qū)未混合區(qū)和和半熔化區(qū)半熔化區(qū)，焊縫和母材成分差別越大，越并不容易混合，焊縫和母材成分差別越大，越并不容易混合，

5、則熔合區(qū)越明顯，液體金屬存在時(shí)間越長(zhǎng)，則熔合區(qū)越明顯，液體金屬存在時(shí)間越長(zhǎng)，或流動(dòng)性越好，則成分越均勻，熔合區(qū)越小?；蛄鲃?dòng)性越好，則成分越均勻，熔合區(qū)越小。n異種鋼焊接方法選擇原則異種鋼焊接方法選擇原則：既要滿足異種鋼焊接質(zhì)量（盡可能減小熔合既要滿足異種鋼焊接質(zhì)量（盡可能減小熔合比防止裂紋產(chǎn)生），又要盡可能考慮效率和經(jīng)濟(jì)。比防止裂紋產(chǎn)生），又要盡可能考慮效率和經(jīng)濟(jì)。 優(yōu)先選擇焊條電弧焊（焊條種類多，適應(yīng)性優(yōu)先選擇焊條電弧焊（焊條種類多，適應(yīng)性強(qiáng)。珠光體鋼與高鉻馬氏體鋼焊接可采用二氧化強(qiáng)。珠光體鋼與高鉻馬氏體鋼焊接可采用二氧化碳焊；高合金異種鋼焊接一般氬弧焊碳焊；高合金異種鋼焊接一般氬弧焊; ;

6、簡(jiǎn)單異種簡(jiǎn)單異種鋼構(gòu)件可采用擴(kuò)散焊、釬焊等鋼構(gòu)件可采用擴(kuò)散焊、釬焊等n異種鋼焊接材料選擇原則異種鋼焊接材料選擇原則: :n要求焊縫金屬力學(xué)性能及其他性能不低于母材中要求焊縫金屬力學(xué)性能及其他性能不低于母材中的較低的一側(cè)的指標(biāo)。的較低的一側(cè)的指標(biāo)。n原則原則: :n1.1.在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋的前提，如果不能兼顧在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋的前提，如果不能兼顧焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性，則應(yīng)該選用塑性較好的焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性，則應(yīng)該選用塑性較好的焊接材料。焊接材料。n2.2.在許多情況下焊縫金屬性能只需要符合兩種母在許多情況下焊縫金屬性能只需要符合兩種母材的一種，即認(rèn)為技術(shù)要求。材的一種，即認(rèn)為技術(shù)要求。n

7、3.3.焊接材料應(yīng)具有良好的工藝性能，焊縫成型美焊接材料應(yīng)具有良好的工藝性能，焊縫成型美觀。觀。n4.4.焊接材料應(yīng)經(jīng)濟(jì)、易得。焊接材料應(yīng)經(jīng)濟(jì)、易得。n異種鋼焊接工藝要點(diǎn)異種鋼焊接工藝要點(diǎn): （主要解決熔合線附近的金屬韌性下降的問(wèn)題）（主要解決熔合線附近的金屬韌性下降的問(wèn)題）1.1.異種鋼焊接接頭的設(shè)計(jì)，應(yīng)有助于焊縫稀釋率的異種鋼焊接接頭的設(shè)計(jì)，應(yīng)有助于焊縫稀釋率的減小，應(yīng)避免在某些焊縫中產(chǎn)生應(yīng)力集中。較厚減小，應(yīng)避免在某些焊縫中產(chǎn)生應(yīng)力集中。較厚對(duì)接時(shí)宜用對(duì)接時(shí)宜用X X形坡口或形坡口或U U形坡口。形坡口。2.2.焊接電流、焊條直徑、焊接速度、焊條擺動(dòng)方式焊接電流、焊條直徑、焊接速度、焊條

8、擺動(dòng)方式及焊接層數(shù)的選擇，應(yīng)以減少母材金屬的熔化和及焊接層數(shù)的選擇，應(yīng)以減少母材金屬的熔化和提高焊縫的堆積量為主要原則。提高焊縫的堆積量為主要原則。3.3.當(dāng)被焊的兩種鋼之一是淬硬鋼時(shí)必須預(yù)熱，預(yù)熱當(dāng)被焊的兩種鋼之一是淬硬鋼時(shí)必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)焊接性差的一方選擇。溫度應(yīng)根據(jù)焊接性差的一方選擇。4.4.復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)先分件組裝焊接，然后復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)先分件組裝焊接，然后 再整體拼裝焊再整體拼裝焊接比整體組裝焊接好接比整體組裝焊接好珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接n一、一、珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性分析分析 異種鋼之間因?yàn)槠涑煞趾徒M織、性能上的差別可異種鋼之間因?yàn)槠涑煞趾?/p>

9、組織、性能上的差別可能很大，所以焊接要比同種金屬困難得多。將珠光體能很大，所以焊接要比同種金屬困難得多。將珠光體鋼鋼(碳鋼和低合金鋼碳鋼和低合金鋼)與奧氏體不銹鋼焊接在一起時(shí)，與奧氏體不銹鋼焊接在一起時(shí)，由于焊縫金屬是由兩種不同類型的母材及填充金屬熔由于焊縫金屬是由兩種不同類型的母材及填充金屬熔合而成，所以就會(huì)產(chǎn)生與焊接同種金屬所不同的一系合而成，所以就會(huì)產(chǎn)生與焊接同種金屬所不同的一系列新問(wèn)題列新問(wèn)題。n1、焊縫金屬的稀釋n 珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，選擇奧氏體不銹鋼焊絲作填珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，選擇奧氏體不銹鋼焊絲作填充金屬，由于珠光體鋼不含有合金元素（如碳鋼）或合金元素含量充金

10、屬，由于珠光體鋼不含有合金元素（如碳鋼）或合金元素含量很少（如低合金鋼），所以熔化的很少（如低合金鋼），所以熔化的珠光體母材對(duì)焊縫金屬中合金元珠光體母材對(duì)焊縫金屬中合金元素的含量具有素的含量具有沖沖淡作用，也就是稀釋作用淡作用，也就是稀釋作用。由于熔化的珠光體母材。由于熔化的珠光體母材的稀釋作用的稀釋作用,使焊縫中奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果使焊縫中奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果焊縫金屬中可焊縫金屬中可能會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織，從而惡能會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織，從而惡化了化了接頭質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至可能出現(xiàn)接頭質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至可能出現(xiàn)裂紋。裂紋。 焊縫的組織取決于焊縫金屬的成分，在焊接材料確定之后焊縫焊縫的組織取

11、決于焊縫金屬的成分，在焊接材料確定之后焊縫金屬的成分還取決于母材的熔化量，即熔合比金屬的成分還取決于母材的熔化量，即熔合比。熔合比發(fā)生變化時(shí)。熔合比發(fā)生變化時(shí)，焊縫金屬的成分和組織都要隨之發(fā)生變化，這種變化可以根據(jù)舍，焊縫金屬的成分和組織都要隨之發(fā)生變化，這種變化可以根據(jù)舍夫勒夫勒(Schaeffler)不銹鋼組織圖來(lái)進(jìn)行估計(jì)不銹鋼組織圖來(lái)進(jìn)行估計(jì)。n圖中橫坐標(biāo)為鉻（圖中橫坐標(biāo)為鉻（Cr）當(dāng)量，即把焊縫金屬中某些合金元素的含量折算）當(dāng)量，即把焊縫金屬中某些合金元素的含量折算成鉻的相當(dāng)含量成鉻的相當(dāng)含量n計(jì)算公式為：計(jì)算公式為：n（Cr當(dāng)量當(dāng)量）=（Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb）%n圖中縱

12、坐標(biāo)為鎳（圖中縱坐標(biāo)為鎳（Ni）當(dāng)量）當(dāng)量,即把焊縫金屬中某些合金元即把焊縫金屬中某些合金元素的含量折算成鎳的相當(dāng)含量素的含量折算成鎳的相當(dāng)含量,其計(jì)算公式為其計(jì)算公式為:n（Ni當(dāng)量當(dāng)量）=（Ni+30C +0.5Mn）% 式中的元素符號(hào)為該元素在鋼中的最高含量。當(dāng)知道了當(dāng)知道了兩種母材金屬的化學(xué)成分后兩種母材金屬的化學(xué)成分后,將其分別折算成鉻當(dāng)量和鎳將其分別折算成鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量當(dāng)量,然后根據(jù)鎳當(dāng)量和鎳當(dāng)量的值然后根據(jù)鎳當(dāng)量和鎳當(dāng)量的值,在不銹鋼組織圖上找在不銹鋼組織圖上找出相應(yīng)的點(diǎn)出相應(yīng)的點(diǎn),再根據(jù)熔合比再根據(jù)熔合比,就能估計(jì)出焊縫的組織狀態(tài)。就能估計(jì)出焊縫的組織狀態(tài)。n 以以1Cr18N

13、i9不銹鋼和不銹鋼和Q235低碳鋼為例低碳鋼為例,說(shuō)明異種鋼說(shuō)明異種鋼焊接時(shí)焊縫金屬的稀釋及焊接材料的選擇。焊接時(shí)焊縫金屬的稀釋及焊接材料的選擇。1Cr18Ni9不銹鋼和不銹鋼和Q235低碳鋼的鉻鎳當(dāng)量值見(jiàn)表低碳鋼的鉻鎳當(dāng)量值見(jiàn)表1-17。1Cr18Ni9不銹鋼的鉻鎳當(dāng)量為圖不銹鋼的鉻鎳當(dāng)量為圖1-14中的中的a點(diǎn)點(diǎn),Q235低低碳鋼的鉻鎳當(dāng)量為圖中的碳鋼的鉻鎳當(dāng)量為圖中的b點(diǎn)點(diǎn),如果兩種母材熔化量相同如果兩種母材熔化量相同,則焊縫金屬的化學(xué)成分為圖中的則焊縫金屬的化學(xué)成分為圖中的f點(diǎn)。如不加填充材料點(diǎn)。如不加填充材料,由圖中可以看出由圖中可以看出,由于由于Q235低碳鋼母材的稀釋作用低碳鋼母

14、材的稀釋作用,焊縫焊縫金屬的鉻鎳當(dāng)量減少金屬的鉻鎳當(dāng)量減少,使得焊縫得到馬氏體組織。為避免使得焊縫得到馬氏體組織。為避免焊縫得到馬氏體組織焊縫得到馬氏體組織,就必須選用含鉻鎳較高的填充材料就必須選用含鉻鎳較高的填充材料。n表1-171Cr18Ni9不銹鋼和Q235低碳鋼的鉻鎳當(dāng)量值母 材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）鉻當(dāng)量（%）鎳當(dāng)量（%）圖上位置（C） （Mn）（Si）（Cr）（Ni）1Cr18Ni9鋼0.071.360.6617.88.6518.7911.42aQ235鋼0.180.440.350.535.62bn 再以手工鎢極氬弧焊為例再以手工鎢極氬弧焊為例,來(lái)說(shuō)明焊縫的稀釋作用及不銹來(lái)說(shuō)明

15、焊縫的稀釋作用及不銹鋼組織圖的具體應(yīng)用?，F(xiàn)分別采用焊絲牌號(hào)鋼組織圖的具體應(yīng)用。現(xiàn)分別采用焊絲牌號(hào)H1Cr19Ni9(成分成分18-8型型)、牌號(hào)、牌號(hào)H1Cr24Ni13(成分成分25-13型型)、牌號(hào)、牌號(hào)H1Cr26Ni21(成分成分25-20型型)三種焊絲進(jìn)行焊接三種焊絲進(jìn)行焊接,該三種焊該三種焊絲的鉻、鎳當(dāng)量及其在圖上的位置，分別見(jiàn)表絲的鉻、鎳當(dāng)量及其在圖上的位置，分別見(jiàn)表1-18和圖和圖1-14。n表1-18不銹鋼焊絲的鉻鎳當(dāng)量值焊絲牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）鉻當(dāng)量（%）鎳當(dāng)量（%）圖上位置（C） （Mn）（Si）（Cr）（Ni）H1Cr19Ni90.071.220.4619.2

16、8.5019.8911.15cH1Cr24Ni130.111.320.4824.812.8025.5216.76dH1Cr26Ni210.181.400.5426.218.8027.0124.90en（1）采用）采用H1Cr19Ni9焊絲焊絲n 此焊絲的鉻鎳當(dāng)量相當(dāng)于圖此焊絲的鉻鎳當(dāng)量相當(dāng)于圖1-14中的中的c點(diǎn)點(diǎn),此時(shí)焊縫此時(shí)焊縫金屬可視為當(dāng)量成分為金屬可視為當(dāng)量成分為f點(diǎn)的母材與焊條金屬熔化混合點(diǎn)的母材與焊條金屬熔化混合而成而成,所以當(dāng)母材金屬熔合比發(fā)生變化時(shí)所以當(dāng)母材金屬熔合比發(fā)生變化時(shí),焊縫的當(dāng)量成焊縫的當(dāng)量成分將沿分將沿fc線段上各點(diǎn)變化線段上各點(diǎn)變化,當(dāng)母材的熔合比為當(dāng)母材的熔合比

17、為40%,即即兩種材料在焊縫中各占兩種材料在焊縫中各占20%時(shí)時(shí),焊縫的當(dāng)量成分相當(dāng)于焊縫的當(dāng)量成分相當(dāng)于圖圖1-14中的中的g點(diǎn)；當(dāng)母材的熔合比為點(diǎn)；當(dāng)母材的熔合比為30%時(shí)時(shí),焊縫的當(dāng)焊縫的當(dāng)量成分相當(dāng)于量成分相當(dāng)于h點(diǎn)。因此點(diǎn)。因此,當(dāng)母材的熔合比為當(dāng)母材的熔合比為30%40%時(shí)時(shí),焊縫的組織為奧氏體焊縫的組織為奧氏體+馬氏體。馬氏體。n（2）采用H1Cr24Ni13焊絲此焊絲的鉻鎳當(dāng)量相當(dāng)于圖1-14中的d點(diǎn),如果母材的熔合比為母材的熔合比為40%時(shí)時(shí),在fd線段上求得焊縫的位置在j點(diǎn),則焊縫為含焊縫為含2%鐵素體的奧氏體鐵素體的奧氏體+鐵素體雙相組織。鐵素體雙相組織。n（3）采用 H

18、1Cr26Ni21焊絲此焊絲的鉻鎳當(dāng)量相當(dāng)于圖1-14中的e點(diǎn),如果母材的熔合比為母材的熔合比為30%40%時(shí)時(shí),在fe線段上求得焊縫的位置在k點(diǎn)和l點(diǎn),則焊縫為單相奧氏焊縫為單相奧氏體組織體組織。n 由上述分析可知由上述分析可知,由于由于Q235鋼母材的稀釋作用鋼母材的稀釋作用,使得焊縫的成分使得焊縫的成分和組織都發(fā)生了變化。通過(guò)選擇不同的焊絲和控制熔合比和組織都發(fā)生了變化。通過(guò)選擇不同的焊絲和控制熔合比,能在相當(dāng)能在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)調(diào)整焊縫的成分和組織。寬的范圍內(nèi)調(diào)整焊縫的成分和組織。18-8型的型的H1Cr19Ni9焊絲不焊絲不能滿足要求能滿足要求,焊縫會(huì)得到硬脆的馬氏體組織焊縫會(huì)得到硬脆

19、的馬氏體組織,要想得到不含馬氏體的要想得到不含馬氏體的焊縫組織焊縫組織,必須用極小的熔合比才行必須用極小的熔合比才行,這在工藝上是非常困難的。這在工藝上是非常困難的。25-20型的型的H1Cr26Ni21焊絲又得到單相奧氏體組織焊縫焊絲又得到單相奧氏體組織焊縫,而容易產(chǎn)生而容易產(chǎn)生熱裂紋。所以比較理想的是熱裂紋。所以比較理想的是選用選用25-13型的型的H1Cr24Ni13焊絲焊絲,此時(shí)此時(shí)只要把母材的熔合比控制在只要把母材的熔合比控制在40%以下以下,就能得到具有較高抗裂性能就能得到具有較高抗裂性能的奧氏體的奧氏體+鐵素體組織。鐵素體組織。n2、n 珠光體鋼和奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，珠光體鋼一側(cè)

20、熔合線處的液珠光體鋼和奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，珠光體鋼一側(cè)熔合線處的液體金屬由于溫度較低，流動(dòng)性較差，在液體狀態(tài)停留時(shí)間較短，體金屬由于溫度較低，流動(dòng)性較差，在液體狀態(tài)停留時(shí)間較短，機(jī)械力的攪拌作用也較弱。當(dāng)采用奧氏體不銹鋼做填充材料時(shí)，機(jī)械力的攪拌作用也較弱。當(dāng)采用奧氏體不銹鋼做填充材料時(shí)，熔化的珠光體鋼母材和填充材料成分相差懸殊，又不能充分相互熔化的珠光體鋼母材和填充材料成分相差懸殊，又不能充分相互混合，所以越靠近熔合線，珠光體鋼母材成分所占的比例越大，混合，所以越靠近熔合線，珠光體鋼母材成分所占的比例越大，也就是被稀釋的越嚴(yán)重。靠近珠光體鋼熔合線的這部分被稀釋的也就是被稀釋的越嚴(yán)重?？拷楣?/p>

21、體鋼熔合線的這部分被稀釋的焊縫金屬稱為過(guò)渡層，它介于珠光體鋼母材和奧氏體不銹鋼焊縫焊縫金屬稱為過(guò)渡層，它介于珠光體鋼母材和奧氏體不銹鋼焊縫之間，一般寬度為之間，一般寬度為0.20.6mm0.20.6mm，為馬氏體區(qū)。當(dāng)馬氏體區(qū)較寬時(shí)，為馬氏體區(qū)。當(dāng)馬氏體區(qū)較寬時(shí)，會(huì)顯著降低焊接接頭的韌性，使用過(guò)程中容易出現(xiàn)局部脆性破壞會(huì)顯著降低焊接接頭的韌性，使用過(guò)程中容易出現(xiàn)局部脆性破壞。因此，。因此，當(dāng)工作條件要求接頭的沖擊韌性較好時(shí)，應(yīng)選用含奧氏當(dāng)工作條件要求接頭的沖擊韌性較好時(shí)，應(yīng)選用含奧氏體化元素鎳含量較高的填充材料體化元素鎳含量較高的填充材料。n3、擴(kuò)散層的形成擴(kuò)散層的形成n 當(dāng)焊接接頭在焊后熱處

22、理或高溫條件下工作時(shí)，碳當(dāng)焊接接頭在焊后熱處理或高溫條件下工作時(shí)，碳從珠光體鋼母材向奧氏體不銹鋼焊縫擴(kuò)散。結(jié)果在靠從珠光體鋼母材向奧氏體不銹鋼焊縫擴(kuò)散。結(jié)果在靠近熔合線近熔合線珠光體鋼一側(cè)形成脫碳層而軟化珠光體鋼一側(cè)形成脫碳層而軟化，在，在奧氏體奧氏體不銹鋼焊縫金屬一側(cè)形成增碳層而硬化不銹鋼焊縫金屬一側(cè)形成增碳層而硬化。脫碳層和增。脫碳層和增碳層的寬度，隨溫度的增高和高溫停留時(shí)間的加長(zhǎng)而碳層的寬度，隨溫度的增高和高溫停留時(shí)間的加長(zhǎng)而增大。增大。n 擴(kuò)散層擴(kuò)散層是這兩類異種鋼焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié)是這兩類異種鋼焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié), ,由于熔合線兩側(cè)金由于熔合線兩側(cè)金屬性能相差懸殊，接頭受力時(shí)可能

23、引起屬性能相差懸殊，接頭受力時(shí)可能引起應(yīng)力集中應(yīng)力集中, ,降低接頭高溫持久強(qiáng)降低接頭高溫持久強(qiáng)度和塑性。度和塑性。一般降低一般降低10%20%10%20%左右。為了解決碳遷移問(wèn)題，可以采取左右。為了解決碳遷移問(wèn)題，可以采取以下措施阻止碳的擴(kuò)散：以下措施阻止碳的擴(kuò)散：n（1 1）焊后焊接接頭盡量不進(jìn)行熱處理。）焊后焊接接頭盡量不進(jìn)行熱處理。n（2 2）盡量降低焊件工作溫度和縮短高溫停留時(shí)間。）盡量降低焊件工作溫度和縮短高溫停留時(shí)間。n（3 3）在珠光體鋼中增加碳化物形成元素）在珠光體鋼中增加碳化物形成元素( (如如CrCr、MoMo、V V、Ti Ti等等), ),而在奧而在奧氏體不銹鋼中減少

24、這些元素。氏體不銹鋼中減少這些元素。n（4 4）提高奧氏體填充材料中的含鎳量。）提高奧氏體填充材料中的含鎳量。n（5 5）用高鎳基焊材預(yù)先在珠光體鋼坡口面上堆焊）用高鎳基焊材預(yù)先在珠光體鋼坡口面上堆焊68 mm68 mm厚的過(guò)渡層厚的過(guò)渡層。n4 4、焊接接頭高應(yīng)力狀態(tài)、焊接接頭高應(yīng)力狀態(tài) 這類異種鋼焊接接頭中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力這類異種鋼焊接接頭中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力, ,其原因是奧氏體鋼母其原因是奧氏體鋼母材和焊縫金屬的線膨脹系數(shù)比珠光體鋼母材大材和焊縫金屬的線膨脹系數(shù)比珠光體鋼母材大1.51.5倍左右倍左右, ,而熱導(dǎo)率卻而熱導(dǎo)率卻只有珠光體鋼的只有珠光體鋼的1/21/2左右。因此在焊接時(shí)，

25、受到迅速加熱和冷卻，必然左右。因此在焊接時(shí)，受到迅速加熱和冷卻，必然產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。同時(shí)異種鋼焊接接頭在交變溫度條件工作時(shí)，容產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。同時(shí)異種鋼焊接接頭在交變溫度條件工作時(shí)，容易形成所謂熱疲勞裂紋。易形成所謂熱疲勞裂紋。 異種鋼接頭通過(guò)焊后熱處理來(lái)消除焊接殘余應(yīng)力是不可能的，只能異種鋼接頭通過(guò)焊后熱處理來(lái)消除焊接殘余應(yīng)力是不可能的，只能引起應(yīng)力的重新分布，引起應(yīng)力的重新分布，這一點(diǎn)與同種金屬的焊接有很大的不同。這一點(diǎn)與同種金屬的焊接有很大的不同。 采用線膨脹系數(shù)與珠光體鋼接近且塑性好的高鎳基焊材焊接，使采用線膨脹系數(shù)與珠光體鋼接近且塑性好的高鎳基焊材焊接，使熱應(yīng)力集中在奧氏體鋼側(cè)熔

26、合線處，可通過(guò)奧氏體不銹鋼的塑性變形熱應(yīng)力集中在奧氏體鋼側(cè)熔合線處，可通過(guò)奧氏體不銹鋼的塑性變形，減小熱應(yīng)力及熱疲勞應(yīng)力的不利影響。，減小熱應(yīng)力及熱疲勞應(yīng)力的不利影響。n二、奧氏體不銹鋼與珠光體鋼的焊接二、奧氏體不銹鋼與珠光體鋼的焊接n1、焊接方法選擇、焊接方法選擇n 這類異種鋼焊接時(shí)，選擇焊接方法，除考慮生產(chǎn)和這類異種鋼焊接時(shí)，選擇焊接方法，除考慮生產(chǎn)和具體條件外，關(guān)鍵是控制具體條件外，關(guān)鍵是控制 熔合比，焊接時(shí)盡量減小熔合熔合比，焊接時(shí)盡量減小熔合比，以降低對(duì)焊縫的稀釋作用。使用奧氏體鋼或鎳基合比，以降低對(duì)焊縫的稀釋作用。使用奧氏體鋼或鎳基合金填充金屬焊接或堆焊時(shí)，各種焊接方法可得到不同的

27、金填充金屬焊接或堆焊時(shí)，各種焊接方法可得到不同的熔合比范圍。熔合比范圍。表表1-19奧氏體不銹鋼與珠光體鋼焊接方法熔合比及特點(diǎn)奧氏體不銹鋼與珠光體鋼焊接方法熔合比及特點(diǎn)比較序號(hào)焊接方法熔合比（）特點(diǎn)及應(yīng)用1帶極埋弧堆焊最小主要應(yīng)用于大面積堆焊2不熔化極氣體保護(hù)焊最小（不填充金屬10%）與操作技術(shù)和填充金屬數(shù)量有關(guān)，能在較寬范圍內(nèi)變化3熔化極氣體保護(hù)焊很小變化范圍不大，很適合焊接這類異種鋼4埋弧自動(dòng)焊較大隨焊接電流變化范圍較大，但過(guò)渡層寬度較焊條電弧焊小5焊條電弧焊較小方便靈活，不受焊件形狀限制，這類異種鋼焊接應(yīng)用最普遍由表由表1-19顯然可知，這類異種鋼焊接采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔顯然可

28、知，這類異種鋼焊接采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊均比較合適。埋弧自動(dòng)焊則需注意限制焊接熱輸入量，化極氣體保護(hù)焊均比較合適。埋弧自動(dòng)焊則需注意限制焊接熱輸入量，把熔合比控制在合理的范圍內(nèi)。把熔合比控制在合理的范圍內(nèi)。n2、焊接材料、焊接材料n 奧氏體不銹鋼與珠光體鋼焊接時(shí)，焊縫及熔合區(qū)的組奧氏體不銹鋼與珠光體鋼焊接時(shí)，焊縫及熔合區(qū)的組織和性能主要取決于填充金屬材料織和性能主要取決于填充金屬材料，焊接時(shí)，焊接材料應(yīng)，焊接時(shí)，焊接材料應(yīng)根據(jù)母材種類和工作溫度等條件進(jìn)行選擇。根據(jù)母材種類和工作溫度等條件進(jìn)行選擇。n（1）克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋作用）克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋作用n 由于珠

29、光體鋼對(duì)焊縫金屬有稀釋作用，因此，不采用由于珠光體鋼對(duì)焊縫金屬有稀釋作用，因此，不采用填充金屬材料（如鎢極氬弧焊）是不允許的，選擇的焊接填充金屬材料（如鎢極氬弧焊）是不允許的，選擇的焊接材料應(yīng)使焊縫金屬得到的組織基本上是奧氏體或全部是奧材料應(yīng)使焊縫金屬得到的組織基本上是奧氏體或全部是奧氏體組織。所以氏體組織。所以一般應(yīng)選擇含鎳量較高，能起到穩(wěn)定奧氏一般應(yīng)選擇含鎳量較高，能起到穩(wěn)定奧氏體組織作用的焊接材料。體組織作用的焊接材料。n（2）抑制熔合區(qū)中碳的擴(kuò)散）抑制熔合區(qū)中碳的擴(kuò)散n 提高焊接材料的奧氏體形成元素，是抑制熔合區(qū)中提高焊接材料的奧氏體形成元素，是抑制熔合區(qū)中碳擴(kuò)散最有效的手段。隨著焊接

30、接頭在使用過(guò)程中工作碳擴(kuò)散最有效的手段。隨著焊接接頭在使用過(guò)程中工作溫度的提高，要阻止焊接接頭中碳擴(kuò)散，鎳的含量也必溫度的提高，要阻止焊接接頭中碳擴(kuò)散，鎳的含量也必須提高。須提高。n對(duì)奧氏體不銹鋼與珠光體耐熱鋼焊接時(shí)，須嚴(yán)格控制熔對(duì)奧氏體不銹鋼與珠光體耐熱鋼焊接時(shí)，須嚴(yán)格控制熔合區(qū)的擴(kuò)散和提高接頭的高溫持久溫度，此有三種類型合區(qū)的擴(kuò)散和提高接頭的高溫持久溫度，此有三種類型的填充金屬。的填充金屬。n1）珠光體型）珠光體型采用一般珠光體類型的低合金耐熱鋼采用一般珠光體類型的低合金耐熱鋼焊接材料所焊成的焊接接頭，高溫工作壽命很短，甚至焊接材料所焊成的焊接接頭，高溫工作壽命很短，甚至在幾千小時(shí)后就開(kāi)始

31、破壞。此外，焊縫中還存在合金馬在幾千小時(shí)后就開(kāi)始破壞。此外，焊縫中還存在合金馬氏體組織，焊接時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，常溫性能也較差。氏體組織，焊接時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，常溫性能也較差。 采采用含鈮的珠光體鋼作為中間過(guò)渡件用含鈮的珠光體鋼作為中間過(guò)渡件。通常是采用含通常是采用含有有V、Nb、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素的珠光體鋼，作為中間等強(qiáng)碳化物形成元素的珠光體鋼，作為中間過(guò)渡件，用含有過(guò)渡件，用含有V、Nb 、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素的珠光等強(qiáng)碳化物形成元素的珠光體耐熱鋼焊條，可先在珠光體耐熱鋼坡口一側(cè)堆焊過(guò)渡層體耐熱鋼焊條，可先在珠光體耐熱鋼坡口一側(cè)堆焊過(guò)渡層，再用奧氏體不銹鋼焊條（絲）焊接。例如，用，再用奧氏

32、體不銹鋼焊條（絲）焊接。例如，用25-20型型焊條（絲）焊接焊條（絲）焊接2.25Cr-lMo鋼鋼+1Cr18Ni9Ti鋼的異種鋼鋼的異種鋼接頭，在接頭，在600時(shí)作長(zhǎng)期試驗(yàn)，由于碳的強(qiáng)烈擴(kuò)散，最后時(shí)作長(zhǎng)期試驗(yàn)，由于碳的強(qiáng)烈擴(kuò)散，最后拉斷于熔合區(qū)。若先用含鈮的拉斷于熔合區(qū)。若先用含鈮的2.25Cr-lMo焊條（絲）在焊條（絲）在珠光體鋼一側(cè)堆焊過(guò)渡層，在同樣試驗(yàn)條件下，碳的擴(kuò)散珠光體鋼一側(cè)堆焊過(guò)渡層，在同樣試驗(yàn)條件下，碳的擴(kuò)散程度減弱，持久強(qiáng)度得到提高，最后拉斷于珠光體母材一程度減弱，持久強(qiáng)度得到提高，最后拉斷于珠光體母材一側(cè)。側(cè)。 n2）奧氏體型）奧氏體型用一般的奧氏體鋼焊條（絲）常常得不用

33、一般的奧氏體鋼焊條（絲）常常得不到滿足要求的持久強(qiáng)度接頭。如用到滿足要求的持久強(qiáng)度接頭。如用E1-16-25Mo6N-16（A502）焊接）焊接12CrMoV+1Cr18Ni9Ti異種鋼時(shí)，在異種鋼時(shí)，在580、105h的試驗(yàn)條件下，接頭的持久強(qiáng)度僅為的試驗(yàn)條件下，接頭的持久強(qiáng)度僅為40MPa。如。如采用含鎳量較高的奧氏體鋼采用含鎳量較高的奧氏體鋼Cr15Ni60Mo6焊條焊條,在同樣試在同樣試驗(yàn)條件下，接頭的持久強(qiáng)度提高驗(yàn)條件下，接頭的持久強(qiáng)度提高70MPa。n3）鎳基合金型）鎳基合金型 這是一種應(yīng)用最廣的焊接材料，重要的這是一種應(yīng)用最廣的焊接材料，重要的奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼+珠光體耐熱

34、鋼的焊接，幾乎都采用鎳基合珠光體耐熱鋼的焊接，幾乎都采用鎳基合金鋼型焊接材料。金鋼型焊接材料。n常用的鎳基合金鋼型焊接材料需采用直流電源進(jìn)行焊接，常用的鎳基合金鋼型焊接材料需采用直流電源進(jìn)行焊接，奧氏體不銹鋼與珠光體耐熱鋼焊接用焊接材料的牌號(hào)及化奧氏體不銹鋼與珠光體耐熱鋼焊接用焊接材料的牌號(hào)及化學(xué)成分，見(jiàn)表學(xué)成分，見(jiàn)表1-20。表1-20奧氏體不銹鋼與珠光體耐熱鋼焊接用材料CMnFePSSiCuNiAlTiCrNbMoH1Cr24Ni130.121.0-2.5-0.030.030.60-12.0 -14.0-23.0-25.0-H1Cr24Ni13Mo0.121.0-2.5-0.030.030

35、.60-12.0 -14.0-23.0-25.0-2.0-3.0ERNiCr-3 0.102.5-3.53.00.030.0150.500.5067.0-0.7518.0-22.02.0-3.0-ERNiCrMo-30.100.505.00.020.0150.500.5058.00.400.4020.0-23.03.15-4.158.0-10.0n（3）改變焊接接頭的應(yīng)力分布）改變焊接接頭的應(yīng)力分布n 在高溫下工作的異種鋼接頭，如果焊縫金屬的線膨脹系在高溫下工作的異種鋼接頭，如果焊縫金屬的線膨脹系數(shù)與奧氏體不銹鋼母材接近，那么高溫應(yīng)力就將集中在珠數(shù)與奧氏體不銹鋼母材接近，那么高溫應(yīng)力就將集中在

36、珠光體耐熱鋼一側(cè)的熔合區(qū)內(nèi)；由于珠光體耐熱鋼通過(guò)塑性光體耐熱鋼一側(cè)的熔合區(qū)內(nèi)；由于珠光體耐熱鋼通過(guò)塑性變形降低應(yīng)力的能力較弱，所以高溫應(yīng)力集中在奧氏體不變形降低應(yīng)力的能力較弱，所以高溫應(yīng)力集中在奧氏體不銹鋼一側(cè)較為有利。因此，這類異種鋼焊接時(shí)，最好選擇銹鋼一側(cè)較為有利。因此，這類異種鋼焊接時(shí)，最好選擇線膨脹系數(shù)接近珠光體鋼的鎳基合金材料，如國(guó)外常用線膨脹系數(shù)接近珠光體鋼的鎳基合金材料，如國(guó)外常用Cr15Ni70鎳基材料，作為焊接材料用來(lái)焊接上述兩類鋼。鎳基材料，作為焊接材料用來(lái)焊接上述兩類鋼。n（4）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力n 珠光體鋼與普通奧氏體不銹鋼珠光體鋼與

37、普通奧氏體不銹鋼(Cr/Ni1)焊接時(shí)，為焊接時(shí)，為避免出現(xiàn)熱裂紋，在不影響使用性能的前提下，最好使焊避免出現(xiàn)熱裂紋，在不影響使用性能的前提下，最好使焊縫含有縫含有3%7%的鐵素體組織，因此在填充金屬材料中的鐵素體組織，因此在填充金屬材料中要含有一定量的鐵素體形成元素；珠光體鋼與熱強(qiáng)奧氏體要含有一定量的鐵素體形成元素；珠光體鋼與熱強(qiáng)奧氏體鋼（鋼（Cr/Ni1）焊接時(shí)，所選用的填充金屬材料應(yīng)保證焊）焊接時(shí)，所選用的填充金屬材料應(yīng)保證焊縫具有較高抗裂性能的單相奧氏體或奧氏體縫具有較高抗裂性能的單相奧氏體或奧氏體+碳化物組織碳化物組織。如。如18-8型奧氏體不銹鋼和型奧氏體不銹鋼和Q235低碳鋼焊接

38、時(shí)低碳鋼焊接時(shí),最好選用最好選用25-13型的型的H1Cr24Ni13焊絲。焊絲。n 綜上所述，奧氏體不銹鋼與珠光體鋼鎢極氬弧焊時(shí)，所綜上所述，奧氏體不銹鋼與珠光體鋼鎢極氬弧焊時(shí)，所選用的焊絲只有選用的焊絲只有H1Cr24Ni13和和H1Cr26Ni21比較合適，比較合適，它們不僅能克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋，并且對(duì)抑制熔合它們不僅能克服珠光體鋼對(duì)焊縫的稀釋，并且對(duì)抑制熔合區(qū)中碳擴(kuò)散和改變焊接接頭的應(yīng)力分布也有利。但區(qū)中碳擴(kuò)散和改變焊接接頭的應(yīng)力分布也有利。但H1Cr26Ni21只適合焊接熱強(qiáng)奧氏體型鋼，焊接其他類型只適合焊接熱強(qiáng)奧氏體型鋼，焊接其他類型的奧氏體不銹鋼，由于焊縫金屬為單向奧氏體組織，熱裂的奧氏體不銹鋼，由于焊縫金屬為單向奧氏體組織，熱裂傾向大，所以生產(chǎn)上應(yīng)用較少。而傾向大，所以生產(chǎn)上應(yīng)用較少。而H1Cr24Ni13焊絲焊接焊絲焊接時(shí)，只要把母材金