異種材料的焊接

關(guān)于異種材料的焊接第1頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.1異種材料的分類、組合及焊接性特點(diǎn)_

8.1.1異種材料的分類和組合_

8.1.2異種材料的焊接性特點(diǎn)_1、異種材料焊接的困難

2、影響異種材料焊接性的因素

3、異種材料焊接方法

4、異種焊接材料的選用第2頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.1異種材料的分類、組合及焊接性特點(diǎn)8.1.1異種材料的分類和組合表8-1異種材料焊接的分類、組合及特點(diǎn)分類異種材料焊接組合焊接問題實(shí)例1異種鋼焊縫化學(xué)成分不均勻、熔合區(qū)塑性降低

(脆性層)、產(chǎn)生裂紋（應(yīng)力分布不均勻）

如珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接、復(fù)合鋼的焊接結(jié)構(gòu)等2鋼與有色金屬氧化導(dǎo)致的未熔合、氣孔、裂紋、接頭力學(xué)性能低

如鋼與鋁的焊接、鋼與銅的焊接等3異種有色金屬氧化性導(dǎo)致的未熔合、脆性相、氣孔、裂紋

如銅與鋁的焊接、鋁與鈦的焊接等4金屬與非金屬界面結(jié)合（潤濕性）差、脆性相、裂紋接頭性能下降

如鋼與石墨的焊接、金屬與陶瓷的焊接、金屬間化合物與鋼的焊接第3頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三（1）母材金相組織相同，但焊縫金屬與母材基體合金系及組織性能不同的異種鋼焊接構(gòu)件

如低碳鋼－鉻鉬耐熱鋼，1Cr18Ni9Ti與高Ni奧氏體鋼之間的焊接，這一類實(shí)際上屬于同種鋼焊接構(gòu)件，但當(dāng)采用的焊接材料與母材的成分差別較大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生類似于異種鋼焊接中的問題異種鋼的焊接（2）母材金相組織不同的異種鋼焊接構(gòu)件

如珠光體鋼－鉻鎳奧氏體鋼、珠光體鋼－高鉻鐵素體鋼（3）復(fù)合鋼焊接構(gòu)件

用低碳鋼或低合金鋼作基層，用不銹鋼或有色金屬（Ti、Cu、Al）作復(fù)層，采用復(fù)合軋制、爆炸焊、堆焊等制成的雙金屬板材。第4頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三用于耐磨的異種金屬焊接構(gòu)件

如高碳鋼、各種合金鋼、高錳鋼、硬質(zhì)合金等不同用途的異種材料的焊接用于耐熱的異種金屬焊接構(gòu)件

如不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金、鈷基合金等用于耐腐蝕的異種金屬焊接構(gòu)件

如不銹鋼、鎳基合金、銅、鋁、鈦及其合金等用于減輕裝備重量的異種金屬焊接構(gòu)件

如鈦、鋁、鎂及其合金等，主要用于航空航天、運(yùn)載火箭等提高電磁性能的異種金屬焊接構(gòu)件

如銀、銅、鈹及其合金等，主要用于電子電器等第5頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.1.2異種材料的焊接性特點(diǎn)第6頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三第7頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三第8頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三3、異種材料焊接方法1）熔焊：應(yīng)用廣泛焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊、電子束焊、激光焊等

應(yīng)采用小電流、高速焊，或者在坡口一側(cè)或兩側(cè)堆焊中間合金過渡層，來降低稀釋率，防止互擴(kuò)散導(dǎo)致的接頭部位的成分或組織不均勻。焊條電弧焊：工藝簡便，操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)薄件用TIG焊，厚件：MIG或MAG焊電子束焊、激光焊：熱源密度集中，溫度高，焊縫窄而深，焊接質(zhì)量好。熔焊、壓焊、釬焊第9頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三3、異種材料焊接方法2）壓焊：壓焊基體通常并不熔化，焊接溫度低于金屬的熔點(diǎn)。有的也加熱至熔化狀態(tài)，然后加壓將液態(tài)金屬擠出，但仍以固相結(jié)合而形成接頭。

電阻焊、冷壓焊、擴(kuò)散焊、摩擦焊等另：釬焊：熔焊方法難連接的陶瓷、復(fù)合材料等第10頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三4、異種焊接材料的選用選用一般原則：1）保證焊接接頭的使用性能，根據(jù)接頭兩側(cè)焊接性較差或強(qiáng)度較低的材料選擇焊接材料；2）保證焊縫金屬具有一定的致密性，無氣孔、夾雜或僅有單個(gè)小孔與夾雜，但數(shù)量在長度范圍內(nèi)不超過規(guī)定值第11頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三3）應(yīng)具有良好的工藝性能，即在焊接接頭區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)熱裂紋和冷裂紋，能夠適應(yīng)各種空間位置的焊接，有一定的生產(chǎn)效率4）保證焊縫金屬具有所要求的特性，包括熱強(qiáng)性、耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性等5）為了改善異種金屬焊接性能，對不能形成固溶體的異種金屬，可在兩種被焊金屬之間加能形成固溶體的中間過渡層第12頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2異種鋼的焊接_

8.2.1異種鋼的焊接性分析_1、焊縫成分的稀釋（熔合比）

2、熔合過渡區(qū)的形成

3、接頭區(qū)應(yīng)力狀態(tài)

8.2.2異種鋼的焊接工藝特點(diǎn)_

1、焊接方法及焊接材料

2、焊接工藝要點(diǎn)

8.2.3不銹復(fù)合鋼的焊接

1、不銹復(fù)合鋼的焊接性分析

2、焊接材料

3、復(fù)合鋼的焊接工藝要點(diǎn)第13頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2異種鋼的焊接8.1.1異種鋼的焊接性分析以奧氏體-珠光體異種鋼焊接為例

不但要考慮珠光體鋼的焊接問題（冷裂紋、熱裂紋、層狀撕裂、再熱裂紋、HAZ脆化和軟化）和奧氏體不銹鋼的焊接問題（熱裂紋、晶間腐蝕、接頭等強(qiáng)性），而且還必須考慮兩種鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的新問題。第14頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1、焊縫成分的稀釋（熔合比）

母材溶入焊縫后使其合金元素比例發(fā)生變化：稀釋：焊縫中合金元素比例減小合金化：焊縫中合金元素比例增加稀釋或合金化的程度取決于熔合比，

即基體金屬在焊縫中所占的百分比應(yīng)盡量選擇熔合比小的焊接方法第15頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1、焊縫成分的稀釋（熔合比）第16頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1、焊縫成分的稀釋（熔合比）第17頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1、焊縫成分的稀釋（熔合比）第18頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三

熔合比取決于多種因素：坡口形式、焊接參數(shù)和金屬的熔化特性、導(dǎo)熱性等。坡口角度越大，熔合比越小，熔合比在各堆焊層之間的變化很大；坡口角度越小，熔合比越大，熔合比在各堆焊層之間的變化很??；第19頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三珠光體鋼對焊縫金屬的稀釋作用：

珠光體鋼合金元素少，奧氏體不銹鋼元素多，在焊接過程中珠光體鋼母材的熔化會(huì)對焊縫金屬有稀釋作用，使得焊縫金屬中含Ni量、Cr量減少，焊縫金屬奧氏體化元素含量減少，可能在焊縫中產(chǎn)生M，使焊縫性能變壞，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生裂紋。第20頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8-2奧氏體異種鋼的焊縫組織圖適于大多數(shù)使用條件的焊縫金屬成分，奧氏體+3%~8%鐵素體第21頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8-4Q235+1Cr18Ni9焊接舍夫勒圖1Cr18Ni9奧氏體鋼為a點(diǎn)，Q235低碳鋼為b點(diǎn)，f點(diǎn)為平均成分Q235低碳鋼+1Cr18Ni9奧氏體鋼的焊接熔合比：30~40%

采用E308-16焊條(c點(diǎn))：對應(yīng)g-h段，A+M組織E310-15焊條(e點(diǎn))：對應(yīng)k-l段，單相A區(qū)，抗裂性較差E309-15焊條(d點(diǎn))：對應(yīng)i-j段，A+5%F雙相組織，抗裂性較好第22頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三2、熔合過渡區(qū)的形成（1）熔合區(qū)馬氏體脆性層焊接珠光體鋼與奧氏體鋼接頭時(shí)，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動(dòng)性較差，導(dǎo)致熔化的母材與填充金屬不能充分地混合。在靠近珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬中，形成一層與內(nèi)部焊縫金屬成分不同的過渡層。過渡層中的高硬度馬氏體組織會(huì)使脆性增加，塑性顯著下降，從而降低了焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。熔合區(qū)馬氏體層的寬度與焊接工藝和填充材料有關(guān)第24頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三2、熔合過渡區(qū)的形成距離μm

焊縫Cr、Ni含量較高，單相奧氏體圖8-5低碳鋼與Cr25-Ni20焊縫熔合區(qū)附近合金元素的分布焊縫Cr、Ni含量較低，快冷時(shí)可能形成M第25頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8-5Cr5Mo-Ni13焊縫熔合區(qū)附近合金元素的分布Cr5Mo-Ni13焊縫熔合區(qū)附近合金元素的分布第26頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8-7在奧氏體焊縫靠近碳鋼一側(cè)的過渡層(a)母材比例的變化(b)合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化離熔合線越近，珠光體鋼的稀釋作用越強(qiáng)烈，過渡層中Cr、Ni含量越少，一般情況下，過渡層Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%~6%，將產(chǎn)生馬氏體組織第27頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8-8奧氏體焊縫中Ni含量對馬氏體脆性層寬度的影響馬氏體脆性層的寬度與Ni含量成反比

對于低溫下工作和承受沖擊載荷的珠光體和奧氏體異種鋼接頭，應(yīng)選用Ni含量較高的焊條，以較小熔合區(qū)馬氏體脆性層的寬度和沖擊韌性降低的幅度。第28頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三（2）碳擴(kuò)散遷移層定義：異種鋼在焊接過程中，存在碳的擴(kuò)散遷移，碳從低合金母材向高合金的焊縫中遷移，在低合金一側(cè)的母材上形成脫碳層，在高合金焊縫一側(cè)形成增碳層，這種脫碳層和增碳層總稱為碳擴(kuò)散遷移層。第29頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三（2）碳擴(kuò)散遷移層形成原因：碳化合物形成元素的差別①碳原子擴(kuò)散能力很強(qiáng)，其擴(kuò)散性比其他溶質(zhì)元素大104～106倍；②碳在α－Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在γ－Fe中大，碳將由溶解度低而擴(kuò)散系數(shù)高的鐵素體相母材向奧氏體相焊縫中擴(kuò)散。③碳在液態(tài)鐵中的溶解度大于固態(tài)鐵中的溶解度，碳將由溶解度低的固態(tài)母材相溶解度較高的熔池過渡；④奧氏體焊縫比珠光體母材含有更多的碳化物形成元素，促使碳原子擴(kuò)散到焊縫中，形成穩(wěn)定的碳化物。第30頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三碳擴(kuò)散遷移層危害：①在熔合區(qū)的靠珠光體鋼一側(cè)，出現(xiàn)脫碳層，由于碳元素的減少，珠光體將轉(zhuǎn)變成鐵素體而軟化；奧氏體—珠光體鋼焊接②在靠奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生增碳層。增碳層中的碳除溶入焊縫以外，剩余的碳以Cr的碳化物形態(tài)在晶界處析出，使硬度增加，塑性降低。珠光體鋼奧氏體鋼焊縫脫碳層增碳層熔合區(qū)③隨著碳擴(kuò)散的發(fā)展，接頭在熔合區(qū)發(fā)生脆性斷裂的傾向增大。④高溫下長期運(yùn)行過程中，在脫碳層容易產(chǎn)生晶間腐蝕第31頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三化學(xué)成分對碳擴(kuò)散遷移層的影響：①Cr：強(qiáng)碳化物形成元素，焊縫金屬中Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.6%增加到5％時(shí)，顯著增大珠光體母材脫碳層的寬度，進(jìn)一步提高Cr的含量影響減??；②Ni：焊縫金屬中Ni具有石墨化作用，能有效地阻止碳的遷移，顯著減小脫碳層的寬度，同時(shí)也減小了焊縫一側(cè)增碳層寬度；③

珠光體母材中含一定量的碳化物形成元素（Cr、Ti、

V、Nb、W等）時(shí)，能顯著減弱碳的擴(kuò)散遷移；第32頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三防止碳擴(kuò)散遷移層措施：

1）盡量降低加熱溫度并縮短高溫停留時(shí)間；2）采用隔離層用含碳化物形成元素（Cr、V、Nb、Ti）的焊條或高Ni奧氏體焊條，預(yù)先在珠光體鋼一側(cè)坡口上堆焊一隔離層，以防止珠光體鋼中的碳向熔合區(qū)遷移。3）采用Ni含量高的填充材料選用Ni基焊條或Ni含量高的焊絲可顯著減少增碳層或脫碳層寬度。

第33頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)比珠光體鋼大30%~50%，熱導(dǎo)率卻只有珠光體鋼的1/3。（3）接頭區(qū)應(yīng)力狀態(tài)在焊后冷卻、熱處理及使用中，在熔合區(qū)附近產(chǎn)生很大的應(yīng)力，奧氏體焊縫受拉應(yīng)力，珠光體鋼母材受壓應(yīng)力。第34頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三（3）接頭區(qū)應(yīng)力狀態(tài)圖8-9異種鋼焊接接頭的殘余應(yīng)力奧氏體珠光體焊態(tài)回火態(tài)①焊后回火處理，并未能消除焊接殘余應(yīng)力②接頭在回火加熱冷卻過程中，產(chǎn)生回火殘余應(yīng)力危害：接頭在交變溫度下工作時(shí)，沿珠光體鋼一側(cè)熔合區(qū)產(chǎn)生熱疲勞裂紋，導(dǎo)致接頭斷裂第35頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三預(yù)防措施:選用與珠光體鋼線膨脹系數(shù)相近且塑性好的Ni基合金作為焊接材料，如Cr15Ni70鎳基合金，使焊接應(yīng)力集中在焊縫與奧氏體鋼母材一側(cè)，而奧氏體鋼的塑性變形能力強(qiáng)，能夠承受住較大的應(yīng)力；嚴(yán)格控制冷卻速度，焊后緩冷，盡可能減小焊接變形及應(yīng)力；焊接接頭設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能將其安排在沒有劇烈溫度變化的位置。第36頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2.2異種鋼的焊接工藝焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊

焊接方法

奧氏體—珠光體鋼焊接

選擇焊接方法除考慮生產(chǎn)條件和生產(chǎn)效率外，還應(yīng)考慮選擇熔合比最小的焊接方法，要保持珠光體鋼坡口面熔深最小。第37頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2.2異種鋼的焊接工藝選用原則：①應(yīng)克服珠光體鋼對焊縫金屬稀釋帶來的不利影響；②抑制碳化物形成元素的不利影響；③保證接頭力學(xué)性能和使用性能；④保證良好工藝性能和生產(chǎn)效率；⑤盡可能降低成本。

焊接材料

奧氏體—珠光體鋼焊接一般選用Cr25-Ni13系焊條，如E309-15、E309-16等第38頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2.2異種鋼的焊接工藝①為了降低熔合比，減少焊縫金屬被稀釋，應(yīng)采用大坡口、小電流、快速多層焊等工藝；②由于接頭兩側(cè)母材的線膨脹系數(shù)不同，借助適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)和接頭布置以改變應(yīng)力分布。長焊縫應(yīng)分段跳焊；③如果珠光體鋼淬硬傾向大，焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)按珠光體鋼來確定，比同種珠光體鋼焊接時(shí)預(yù)熱溫度要略低一些。

焊接工藝要求

奧氏體—珠光體鋼焊接第39頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2.2異種鋼的焊接工藝①過渡層堆焊法：為了防止熔合區(qū)脆性層，在珠光體鋼一側(cè)坡口面上堆焊一層Cr23Ni13過渡層；②直接施焊法：利用高合金焊接材料直接完成珠光體與奧氏體的焊接，通過選擇焊接材料可以避免馬氏體組織的產(chǎn)生；③隔離層堆焊法：為了防止碳遷移層的產(chǎn)生，可采用含碳化物形成元素（Cr、V、Nb、Ti）的焊條氏體焊條，預(yù)先在珠光體鋼一側(cè)坡口上堆焊一隔離層，再用奧氏體焊條堆焊第二隔離層。

焊接方式

奧氏體—珠光體鋼焊接第40頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8-10在珠光體鋼一側(cè)堆焊隔離層廣泛用于不銹鋼管與低合金鋼管的焊接第41頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三表8-4奧氏體－珠光體鋼焊接過程中的問題、產(chǎn)生原因及防止措施第42頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.2.3不銹復(fù)合鋼的焊接

不銹復(fù)合鋼板是由較厚的珠光體鋼與較薄的不銹鋼經(jīng)軋制、爆炸等工藝加工成雙金屬板。珠光體鋼部分為基體，多為碳鋼或低合金鋼主要滿足強(qiáng)度和剛度要求，成本較低；不銹鋼為復(fù)層，與工作介質(zhì)相接觸，如Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti主要滿足耐蝕性，復(fù)層占總厚度10-20%。應(yīng)用領(lǐng)域：石油化工，常壓塔、減壓塔、分餾塔等第43頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1.不銹復(fù)合鋼的焊接性分析

復(fù)合鋼板的焊接過程，一般是復(fù)層和基層分開各自進(jìn)行焊接，焊接的主要問題在于基層與復(fù)層交接處的過渡層焊接。①焊縫容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋②熱影響區(qū)易產(chǎn)生液化裂紋③熔合區(qū)脆化焊接問題第44頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1.不銹復(fù)合鋼的焊接性分析（1）焊縫容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋復(fù)合焊縫金屬在結(jié)晶過程中冷卻到固相線附近的高溫時(shí)，液態(tài)晶界在焊接應(yīng)力作用下易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。影響因素①稀釋率的影響：基層鋼板含碳量高于復(fù)層，復(fù)層受基層的稀釋作用，使異質(zhì)焊縫中奧氏體元素減少，含碳量增加，焊縫結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生微裂紋；②結(jié)晶區(qū)間的影響：奧氏體鋼結(jié)晶溫度區(qū)間很大，熔池結(jié)晶時(shí)在枝晶的晶界上存在的S、P、Si

等低熔點(diǎn)共晶物。第45頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三嚴(yán)重稀釋率導(dǎo)致裂紋的預(yù)防措施：

在化工容器中，復(fù)層總是處于容器內(nèi)部，基層受拉應(yīng)力，復(fù)層受壓應(yīng)力的狀態(tài)。過渡層焊縫的淬硬組織對產(chǎn)生裂紋很敏感。

因此，焊接過渡層時(shí)，要使用Cr、Ni當(dāng)量較高的焊接材料，以保證焊縫金屬為奧氏體和一定量的鐵素體組織，以提高抗裂性，使之即使受到基層的稀釋，也不會(huì)產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。

若焊接材料選擇或焊接工藝選擇不當(dāng)時(shí)，復(fù)合鋼基層與復(fù)層的過渡層焊縫可能被嚴(yán)重稀釋，形成馬氏體淬硬組織。第46頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1.不銹復(fù)合鋼的焊接性分析（2）熱影響區(qū)易產(chǎn)生液化裂紋復(fù)合鋼焊接時(shí)，奧氏體熱影響區(qū)由于受熱循環(huán)的作用，低熔點(diǎn)雜質(zhì)或共晶物發(fā)生液化，產(chǎn)生液化裂紋。預(yù)防措施①合理選擇填充材料，如Cr、Ni當(dāng)量較高的焊接材料；②正確控制焊接工藝，控制焊接熱輸入第47頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1.不銹復(fù)合鋼的焊接性分析（3）熔合區(qū)脆化

原因①結(jié)構(gòu)鋼焊條的影響，用E4303或E4315焊接基層鋼板時(shí)，熱循環(huán)使復(fù)合不銹鋼中的合金元素滲入焊縫，在熔合區(qū)附近產(chǎn)生馬氏體淬硬組織；③碳遷移的影響，焊接時(shí)碳由低Cr的基層鋼板向高Cr的不銹鋼復(fù)層焊縫金屬擴(kuò)散遷移，在基層和復(fù)層的過渡層焊縫熔合區(qū)形成增碳層和脫碳層，引起脆化或軟化。②不銹鋼焊條的影響，用E308-16或E347-15焊接復(fù)層奧氏體不銹鋼時(shí)，容易熔化基層鋼板，使焊縫金屬成分稀釋，焊縫金屬組織為奧氏體+馬氏體組織，使塑性和耐蝕性降低，熔合區(qū)脆性增加；第48頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三預(yù)防措施：隔離焊縫：為了防止碳遷移，可在基層和復(fù)層之間采用“隔離焊縫”。常選用含Nb的鐵素體焊條在基層鋼板上焊接“隔離焊縫”，然后用奧氏體鋼焊條焊接復(fù)層，最后用結(jié)構(gòu)鋼焊接基層。第49頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三2.焊接材料

復(fù)合鋼板的基層（碳鋼或低合金鋼）和復(fù)層（奧氏體不銹鋼）分別選用各自適用的焊接材料進(jìn)行焊接?；鶎雍蛷?fù)層交接的過渡區(qū)：必須考慮基層的稀釋作用，應(yīng)選用Cr、Ni當(dāng)量較高的奧氏體焊接材料，以免出現(xiàn)馬氏體淬硬組織。厚板：復(fù)合鋼板厚度>25mm時(shí)，可先用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接基層，用純鐵焊條焊接一層過渡層，最后用不銹鋼焊條焊接復(fù)層。第50頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三表8-5不銹復(fù)層鋼板焊接材料的選用第51頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三3.復(fù)合鋼的焊接工藝要點(diǎn)焊條電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊1）焊接方法

常用氬弧焊焊接復(fù)層和過渡層，用埋弧焊和焊條電弧焊焊接基層。第52頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8－13去掉復(fù)層金屬的復(fù)合鋼板焊接坡口形式2)坡口形式

薄板可用I型坡口；厚板可用V、U、X、V和U型復(fù)合坡口；雙面焊盡可能采用X型坡口去掉復(fù)層金屬坡口：也可以在接頭背面一小段距離內(nèi)進(jìn)行機(jī)械加工，去掉復(fù)層金屬，以確保焊第一道基層焊道不受復(fù)層金屬的過大稀釋

第53頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三3）焊接順序

先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層

——

保證焊接接頭具有較好的耐蝕性圖8－13復(fù)合鋼板焊接順序<1>采用從基體側(cè)施焊，將復(fù)層面焊縫磨光，在上面堆焊。<2>基層與復(fù)層各自采用各自合適的焊材

<3>基層－復(fù)層的過渡區(qū)應(yīng)選用Cr、Ni含量足夠的奧氏體填充金屬來焊接過渡區(qū)——防止出現(xiàn)淬硬組織第54頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三（3）焊后熱處理

也可采用噴丸處理復(fù)合鋼的不銹鋼部分，使材料表面形成殘余壓縮應(yīng)力，從而防止應(yīng)力腐蝕裂紋的發(fā)生。不銹復(fù)合鋼熱處理時(shí)，復(fù)合交接面上會(huì)產(chǎn)生碳元素從基層想復(fù)層的擴(kuò)散，并隨溫度升高，保溫時(shí)間延長而加劇。不銹復(fù)合鋼的焊接接頭，一般不進(jìn)行復(fù)層的固溶處理，也不進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

對于極厚的復(fù)合鋼的焊接中，在基層焊完后進(jìn)行消除焊接殘余應(yīng)力熱處理，再焊過渡層和復(fù)層。第55頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3鋼與有色金屬的焊接_

8.3.1鋼與有色金屬的焊接性特點(diǎn)_1、焊接裂紋

2、生成脆性化合物

3、焊縫中的氣孔

8.3.2鋼與鋁及鋁合金的焊接_

1、焊接性分析

2、焊接工藝要點(diǎn)

8.3.3鋼與銅及銅合金的焊接

1、焊接性分析

2、焊接工藝要點(diǎn)第56頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三鋁、銅、鎳、鈦等有色金屬具有良好的耐蝕性，較高的比強(qiáng)度以及在低溫下能保持良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)。有色＋鋼復(fù)合制品：提高復(fù)合性能，導(dǎo)熱導(dǎo)電，耐蝕，提高焊接產(chǎn)品的使用壽命，節(jié)約材料。應(yīng)用：航空、汽車、化工、國防8.3鋼與有色金屬的焊接第57頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.1鋼與有色金屬的焊接性特點(diǎn)焊接裂紋

熔點(diǎn)差別大：焊接時(shí)低熔點(diǎn)的母材先熔化，而高熔點(diǎn)的母材仍處在固體加熱狀態(tài)，二者難以熔合。導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)差別大，接頭熱應(yīng)力大。接頭處生成低熔點(diǎn)共晶、晶界偏析第58頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.1鋼與有色金屬的焊接性特點(diǎn)由于Al、Cu、Ti等在Fe中的溶解度不同，接頭處除形成固溶體外，還會(huì)形成脆性化合物，影響接頭性能。生成脆性化合物

分析二元相圖：形成固溶體－冶金相容性好－焊接性較好形成脆性金屬間化合物－相容性差－焊接性差第59頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三圖8－16Fe-Ti相圖第60頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.1鋼與有色金屬的焊接性特點(diǎn)焊縫中的氣孔

鋼與鈦、鎳及其合金焊接時(shí)，焊縫中很容易產(chǎn)生氣孔。這是因?yàn)門i、Ni基體在高溫下易吸收、溶解較多的H、O、N，熔池凝固結(jié)晶時(shí)這些氣體來不及析出，就會(huì)形成氣孔。第61頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.1鋼與有色金屬的焊接性特點(diǎn)

在鋼表面鍍上與有色金屬相匹配的第三種金屬，作為過渡層，使鋼側(cè)為釬焊，有色金屬側(cè)為熔焊，避免脆性化合物的生成。工藝措施

選擇合適的填充材料：與有色金屬具有較高的溶解度，與鋼的熱物理性能又比較接近。低熔點(diǎn)有色金屬與鋼對接焊時(shí)：采用V型或K型坡口，坡口開在鋼一側(cè)，焊接電源偏向有色金屬一側(cè)，防止鍍層金屬蒸發(fā)。采用Ar、He等惰性氣體保護(hù)，或在真空焊接第62頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.1鋼與有色金屬的焊接性特點(diǎn)第63頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.2鋼與鋁及鋁合金的焊接“鋼+鋁”雙金屬焊汽車輕量化

從21世紀(jì)初開始，在汽車工業(yè)生產(chǎn)中，為了節(jié)約燃料、保護(hù)環(huán)境，不斷努力減輕汽車重量，因此對汽車用材料提出了更高的要求。增加鋁材的使用量是其中的重要措施之一。

采用“鋼+鋁”雙金屬焊接結(jié)構(gòu)成為汽車輕量化的首選方案，這必然涉及到鋼和鋁兩種材料之間的連接。

鋁鋼之間的焊接一直是焊接領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題和難點(diǎn)問題第64頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三8.3.2鋼與鋁及鋁合金的焊接數(shù)控鋼鋁暖氣片自動(dòng)焊機(jī)焊接應(yīng)用：航空、造船、石油化工、原子能和車輛制造力學(xué)性能高，加工性能好，價(jià)格便宜。

鋼

鋁合金

密度小比強(qiáng)度高良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性優(yōu)異的耐腐蝕性+第65頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1.鋼與鋁及鋁合金的焊接性分析

熔點(diǎn)相差大，同時(shí)達(dá)到熔化很困難；熱導(dǎo)率相差2－3倍，很難加熱均勻；線膨脹系數(shù)相差~2倍，接頭產(chǎn)生很大熱應(yīng)力；鋁表面受熱迅速氧化，給金屬熔合造成困難，容易形成焊縫夾渣。鋼與鋁及鋁合金的物理性能對比第66頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三1.鋼與鋁及鋁合金的焊接性分析鋼與鋁及其合金焊接時(shí)，由于Fe在固態(tài)Al中的溶解度極小，室溫下，F(xiàn)e幾乎不溶于Al，所以冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生FeAl3，并且隨著Fe含量的增加，還會(huì)出現(xiàn)Fe2Al、Fe2Al7、Fe2Al5、FeAl2等脆性金屬間化合物，降低接頭的塑韌性，甚至?xí)鸷附恿鸭y。焊接性分析第67頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三2.鋼與鋁及鋁合金的焊接方法

熔焊

壓焊焊接方法氬弧焊電子束焊

摩擦焊

擴(kuò)散焊

冷壓焊超聲波焊第68頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三2.鋼與鋁及鋁合金的焊接工藝要點(diǎn)焊前準(zhǔn)備焊前必須徹底清理待焊工件表面，消除氧化物薄膜。對鋁件的表面處理可以用15%-20%NaOH或KOH溶液浸蝕，浸蝕后用清水沖洗，然后在20%的HNO3水溶液中鈍化，沖洗和干燥之后，放在干凈的環(huán)境中待焊。第69頁，講稿共77頁，2023年5月2日，星期三2.鋼與鋁及鋁合金的焊接工藝要點(diǎn)①在鋼表面鍍上與鋁相匹配的第三種金屬，如Zn、Ag、Sn等，作為過渡層，鋼側(cè)為釬焊，鋁側(cè)為熔焊。避免