第8章 异种金属的焊接讲解
浅谈异种金属的焊接
浅谈异种金属的焊接随着人们对于金属材料需求的不断推进，金属材料的种类也变得多种多样，除了常见的铁、铝、铜等金属之外，异种金属的出现也逐渐增多，比如说钛合金、镍基合金、钨合金等。
然而，由于异种金属在性质上有着明显的差异，对于金属的连接也提出了挑战。
本文将就异种金属焊接这一话题进行讨论，让大家更好地了解异种金属的焊接技术以及影响焊接质量的参数。
一、异种金属焊接的难点一般情况下，在焊接过程中，想要较好地实现异种金属的连接，需要快速冷却过程中所产生的热应力精确掌握。
然而，异种金属的导热系数不同，这就导致了焊接中的材料温度差异过大，使得焊接材料在快速冷却的过程中产生了内应力，从而使焊接后的材料产生了部分或者全部的塑性损失。
此外，由于采用的焊接材料和基材不同，若没有采取合适的操作方法，则会出现焊缝溢铜、堆积、熔池不稳定等缺陷，从而导致焊接质量不达标。
二、异种金属焊接的方法1.钎焊法钎焊法是一种常用的异种金属焊接方法。
钎焊是通过钎料与金属接触，由于钎料的熔点较低，因此采用加热方法使钎料熔化，并在加热的同时，使得钎料与基材间有一定的接触。
在钎焊的过程中，钎料中液相沿着毛细作用向着焊缝两侧扩散，从而实现了金属的连接。
由于钎焊有着低热输入、宽焊缝等优点，因此也被广泛应用于异种金属的连接。
2.电弧焊法电弧焊法是一种通过电弧来完成金属连接的方法。
这种焊接方法通常适用于连接相对较厚的金属板材。
在焊接时，通过高压交流电形成一定的电弧，在钨极上集中高温点，然后将其焊接材料加热熔化，并实现异种金属的连接。
这种方法的优点是可焊接厚度大、连接牢固，而缺点则是加热温度高、变形容易，需要一定的技术经验和操作技巧才能操作。
3.激光焊法激光焊法是一种高能、高质量的焊接方法。
它通过聚焦激光束，实现异种金属的加热和熔化，从而完成焊接过程。
相比于其他一些焊接方法，激光焊法有着加热温度高、作业速度快、精度高的优点，因此在异种金属的焊接中，也有着广泛的应用。
2024年浅谈异种金属的焊接
2024年浅谈异种金属的焊接一、异种金属定义异种金属，顾名思义，指的是在化学成分、物理性能以及机械性能等方面存在显著差异的两种或多种金属。
在实际应用中，由于不同金属具有各自独特的优点，异种金属的连接需求应运而生。
这种连接不仅要求保持原有的金属特性，还需要确保连接处的强度和密封性，因此，异种金属的焊接成为一项重要技术。
二、焊接性评估在进行异种金属焊接之前，首先需要对两种金属的焊接性进行评估。
这包括对金属的化学成分、物理性能、机械性能以及热处理性能的全面分析。
通过对比两种金属在这些方面的差异，可以预测焊接过程中可能遇到的问题，并据此选择合适的焊接方法和材料。
三、焊接方法选择异种金属焊接的方法选择需要考虑多种因素，如金属的种类、厚度、结构形式以及焊接要求等。
常见的焊接方法包括电弧焊、激光焊、等离子焊等。
在选择焊接方法时，需要确保焊接过程中的热量输入、熔池形成和冷却速度等参数能够满足异种金属焊接的要求，以获得高质量的焊接接头。
四、焊接材料选用焊接材料的选择对于异种金属焊接的成功至关重要。
在选择焊接材料时，需要考虑母材的化学成分、力学性能以及焊接工艺要求。
通常情况下，焊接材料的成分应介于两种母材之间，以确保焊接接头在性能上能够与母材相协调。
此外，焊接材料的熔点和热膨胀系数等特性也需要与母材相匹配，以避免产生焊接缺陷。
五、焊接工艺参数焊接工艺参数的选择直接影响到焊接接头的质量和性能。
在异种金属焊接中，需要特别关注焊接电流、电压、焊接速度、预热温度等参数的设置。
这些参数的选择需要综合考虑金属的种类、厚度、热导率以及热膨胀系数等因素。
通过合理的工艺参数设置，可以获得良好的焊缝成形和焊接接头性能。
六、焊接接头设计焊接接头的设计对于异种金属焊接同样重要。
在接头设计时，需要充分考虑应力分布、热传递以及变形等因素。
合理的接头设计可以减少焊接过程中的应力集中和变形，提高焊接接头的强度和密封性。
同时，还需要考虑接头的可维修性和可检查性，以便在必要时进行修复或更换。
异种金属焊接方法
异种金属焊接方法哎呀，说起异种金属焊接，这事儿可真是让人头疼又有趣。
你知道，焊接这活儿，就像是给两块金属做媒人，得让它们相亲相爱，融为一体。
但异种金属焊接，这可就复杂了，就像是把猫和狗撮合在一起，得费点心思。
记得有一回，我接了个活儿，要焊接一块铝板和一块钢板。
这俩货，一个软绵绵，一个硬邦邦，要把它们焊在一起，那难度，跟把豆腐和石头煮成一锅汤差不多。
首先，我得准备工具。
焊接机、焊条、防护眼镜、手套，一样都不能少。
那焊条，我得选那种能兼容铝和钢的，不然一焊上去，那金属就得哭爹喊娘了。
我选了一种叫做“铝钢焊条”的玩意儿，这玩意儿就像是万能胶，能粘住各种金属。
接下来，我得把那两块金属清理干净，不能有油污、锈迹，不然焊接的时候，那金属就得闹脾气，不肯好好结合。
我用砂纸把金属表面磨得锃亮，就像给它们洗了个澡。
然后，我得调整焊接机的参数。
这玩意儿，就像是烹饪时的火候，得刚刚好。
铝和钢的熔点不一样，所以电流、电压、速度，都得调得刚刚好，不然要么焊不上，要么焊过头。
开始焊接了，我戴上防护眼镜，手套，像个宇航员一样。
我小心翼翼地把焊条点在铝板上，然后慢慢地移动到钢板上。
那焊条，就像是一根魔法棒，点到哪里，哪里就发出耀眼的火花。
我得控制好速度，不能太快，也不能太慢，不然那焊缝就会像一条蚯蚓，歪歪扭扭的。
焊接过程中，我还得注意观察，看看那焊缝是不是均匀，有没有气泡。
这就像是在做蛋糕，得看着它慢慢膨胀，不能让它塌了。
最后，焊接完成，我得检查一下，看看那焊缝是不是结实。
我用锤子轻轻敲了敲，那焊缝，就像是一块石头，纹丝不动。
这活儿，虽然累人，但是看着那两块金属，从互不相干，到最后紧紧相拥，心里还是挺有成就感的。
就像看着一对恋人，从相识到相爱，最后步入婚姻的殿堂。
所以，异种金属焊接，虽然听起来挺高大上的，但其实，就跟咱们生活中的点点滴滴一样，需要细心、耐心，还有那么一点点的魔法。
异种钢的焊接讲解
表1-18 不锈钢焊丝的铬镍当量值
焊丝牌号
化学成分（质量分数）（%）
铬当量 镍当量 图上
ω（C） ω（Mn）ω（Si）ω（Cr）ω（Ni）（%） （%） 位置
H1Cr19Ni9 0.07
1.22
0.46
19.2
8.50
19.89 11.15 c
H1Cr24Ni13 0.11 1.32 0.48 24.8 12.80 25.52 16.76 d
1、焊接方法选择
这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和 具体条件外，关键是控制 熔合比，焊接时尽量减小熔合 比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合 金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的 熔合比范围。
表1-19奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点 比较
序号 1 2 3 4 5
由图中可以看出,由于Q235低碳钢母材的稀释作用,焊缝
金属的铬镍当量减少,使得焊缝得到马氏体组织。为避免
焊缝得到马氏体组织,就必须选用含铬镍较高的填充材料
。
表1-17
1Cr18Ni9不锈钢和Q235低碳钢的铬镍当量值
母材
化学成分（质量分数）（%）
铬当量 镍当量 图上
ω（C） ω（Mn）ω（Si）ω（Cr）ω（Ni）（%） （%） 位置
计算公式为：
ω（Cr当量）=ω（Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb）% 图中纵坐标为镍（Ni）当量,即把焊缝金属中某些合金元
素的含量折算成镍的相当含量,其计算公式为:
ω（Ni当量）=ω（Ni+30C +0.5Mn）% 式中的元素符号为该元素在钢中的最高含量。当知道了 两种母材金属的化学成分后,将其分别折算成铬当量和镍 当量,然后根据镍当量和镍当量的值,在不锈钢组织图上找 出相应的点,再根据熔合比,就能估计出焊缝的组织状态。
异种金属的焊接
异种金属的焊接本文分析了异种金属焊接的研究现状、应用和发展趋势，旨在为异种金属焊接研究提供帮助。
焊接是现代工业生产中的重要金属加工工艺方法，广泛应用于造船、航空、航天、汽车工业和机械制造等领域。
随着科学技术的发展，异种金属的焊接技术发展越来越快，质量要求也越来越高。
因此，研究异种金属的焊接工艺技术已成为焊接领域的一种发展趋势。
1.异种金属的焊接研究现状1.1 铝钢异种金属焊接研究现状近年来，汽车工业为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量，对汽车材料提出了更高的要求。
增加铝材的使用量是其中的重要措施之一。
因此，在汽车工业生产中，采用“钢+铝”双金属焊接结构成为汽车轻量化的首选方案，这必然涉及到铝和钢两种材料之间的连接。
目前，应用于铝和钢连接的焊接方法主要有压焊、钎焊、熔焊、扩散焊、电弧焊、激光焊和磁脉冲焊等。
铝钢之间的焊接一直是焊接领域的难点和热点问题，其中脆性金属间化合物的生成是影响接头性能的主要因素。
压力焊和钎焊由于基体可以在焊接过程中保持固态，同时焊接热输入容易控制，因此接头的性能一般不受限于金属间化合物的厚度，比较适于铝钢之间的焊接。
但是这种焊接方法效率较低，对工件的尺寸和形状有特殊的要求，不适于大批量生产。
熔焊方法比较灵活，效率较高，但是金属间化合物又成为不可避免的附加产物。
虽然采用熔钎结合的方法已经获得了很好的效果，但是对于金属间化合物的生长动力学以及如何促进铝合金熔体润湿钢板表面等方面还没有系统研究，因此，解决上述问题对于促进高效的焊接方法在铝钢焊接中的应用具有重要的意义。
1.2 铜钢异种金属焊接研究现状采用钢和铜复合零部件因在性能与经济上优势互补，具有广阔的应用前景。
世界各国的研究者对铜和钢的焊接进行了实验和理论分析，目前常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊和熔焊-钎焊等。
不需要删除明显有问题的段落。
每种焊接方法都有其独特的特点和适用范围。
其中，冷金属过渡焊接是一种相对较新的焊接方法，具有广阔的应用前景。
异种金属的焊接
第八章异种金属的焊接随着现代工业的发展，对零部件提出了更高的要求，如高温持久强度、低温韧性、硬度及耐磨性、磁性、导电导热性、耐蚀性等多方面的性能。
而在大多数情况下，任何一种材料都不可能满足全部性能要求，或者是大部分满足，但材料价格昂贵，不能在工程中大量使用。
因而，为了满足零部件使用要求，降低成本，充分发挥不同材料的性能优势，异种材料焊接结构使的用越来越多。
第一节异种金属焊接概述一、异种金属的焊接性异种金属焊接与同种金属焊接相比，一般较困难，它的焊接性主要由两种材料的冶金相容性、物理性能、表面状态等决定的。
1.冶金相容性的差异“冶金学上的相容性”是指晶格类型、晶格参数、原子半径和原子外层电子结构等的差异。
两种金属材料在冶金学上是否相容，取决于它们在液态和固态的互溶性以及焊接过程中是否产生金属间化合物。
两种在液态下互不相溶的金属或合金不能用熔化焊的方法进行焊接，如铁与镁、铁与铅、纯铅与铜等，只有在液态和固态下都具有良好的互溶性的金属或合金（即固溶体），才能在熔焊时形成良好的接头；由于金属间化合物硬而脆，不能用于连接金属，如焊接过程中产生了金属间化合物，则焊缝塑性、韧性将明显下降，甚至不能完全使用。
2.物理性能的差异各种金属间的物理性能、化学性能及力学性能差异，都会对异种金属之间的焊接产生影响，其中物理性能的差异影响最大。
当两种金属材料熔化温度相差较大时，熔化温度较高的金属的凝固和收缩，将会使处于薄弱状态的低熔化温度金属产生内应力而受损；线膨胀系数相关较大时，焊缝及母材冷却收缩不一致，则会产生较大的焊接残余应力和变形；电磁性相差较大时，则电弧不稳定，焊缝成形不佳甚至不能形成焊缝；导热系数相差较大时，会影响焊接的热循环、结晶条件和接头质量。
3.表面状态的差异材料表面的氧化层、结晶表面层情况、吸附的氧离子和空气分子、水、油污、杂技等状态，都会直接影响异种金属的焊接性。
焊接异种金属时，会产生成分、组织、性能与母材不同的过渡层，而过渡层的性能会影响整个焊接接头的性能。
异种金属
3、异种材料焊接方法
异种材料焊接常用的方法分为熔焊和压焊两大类。
（1）熔焊
熔焊在异种材料焊接中应用很广，主要的熔焊方法有焊条电弧焊、气体保护焊、电子束焊、激光焊等。对于相互溶解度有限、物理化学性能差别很大的异种材料，由于熔焊时的互相扩散作用会导致接头部位的化学成分和金相组织不均匀或生成脆性化合物，所以异种材料熔焊时应降低稀释率，尽量用小电流、高焊速，或是在坡口一侧或两侧堆焊中间合金过渡层。
焊接异种材料时，焊接材料的选择一般原则包括：
1）保证焊接接头的使用性能，即保证焊缝金属与基体金属具有良好的力学性能，可根据接头两侧焊接性较差或强度较低的材料选择焊接材料。
2）保证焊缝金属具有一定的致密性，无气孔、夹杂或仅有单个小气孔与夹杂，但数量在单位长度内不超过规定值。
3）应具有良好的工艺性能，即在焊接接头区内不出现热裂纹和冷裂纹，能够适应各种空间位置的焊接，有一定的生产效率等。
4、异种焊接材料的选用
为了保证异种材料焊接接头在使用中的可靠和安全，选择焊接材料时不仅要保证焊接接头强度，而且还要保证具有较高的塑韧性。因此，在选择焊接材料时，常常不得不选用强度稍低，但塑韧性较好的熔敷金属。这时焊缝成为焊接接头中的一层“软的”中间层，根据焊缝金属的“约束强化”理论，仍能获得使用性能良好的焊接接头。
3）材料的表面状态
材料的表面状态，如表面氧化层（氧化膜）、结晶表面层、吸附的氧离子和水分、油污、杂质等，直接影响异种材料的焊接性，必须给予充分重视。生产中往往由于表面氧化膜和其他吸附物的存在给焊接带来极大的困难。
此外，焊接异种材料时，必定会产生一层成分组织及性能与母材不同的过渡层，过渡层的性能对焊接接头的整体性能有很大的影响。过大的熔合比，会增加母材对焊缝金属的稀释率，使过渡层更为明显；焊缝金属与母材的化学成分相差越大，熔池金属越不容易充分混合，过渡层越明显；精密仪器池金属液态存在的时间越长，越容易混合均匀。所以，焊接异种材料时需要采取相应的工艺措施来控制过渡层，以保证接头的性能。
第8章 异种金属的焊接.
分 异种材料焊接
焊接问题
实例
类
组合
1
异种钢
焊缝化学成分不均匀、熔
合区塑性降低(脆性层)、产 生裂纹(应力分布不均匀)
如珠光体钢与奥氏体钢的 焊接、复合钢的焊接结构等
2
钢与有色金属
氧化导致的未熔合、气孔、 如钢与铝的焊接、钢与铜的 裂纹、接头力学性能低 焊接
3
异种有色金属
氧化性导致的未熔合、脆 性相、气孔、裂纹
低塑性带的宽度随所用焊条的不同而异，一般为0.2-0.6mm
异种材料 的焊接性
取决于两种材料的组织结构、物理化学 性能等，两种材料的这些性能差异越 大，焊接性越差。
异种材料的线膨胀系数不同，容易引起热应
力，而且这种热应力不易消除，结果会使接
头处产生裂纹或很大的焊接变形。
异
种 材
异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化 以及新生成的组织或化合物，可使焊接接头
料
33~36
17~22
8~12
2~3
32~36
15~20
6~10
<2
30~35
—
—
—
（1）由于珠光体钢的稀释作用，会引起焊缝的组织和性能都要发 生较大的变化，若填充金属选择不当，则焊缝中会出现数量不等的马 氏体，塑性及韧性都将下降；
（2）通过调整填充金属的成分及熔合比，可以在很大范围内改变 焊缝的成分、组织与性能，从而获得抗裂性较高的组织。
2. 熔合区凝固过渡层的形成
熔池边缘的液态金属温度较低、流动性较差、液态停留时间较短，机 械搅拌作用较弱，导致熔化的母材不能与填充金属充分混合，这部分焊缝 中母材熔化金属所占的比例较大。因此，在毗邻珠光体钢一侧熔合线的焊 缝金属中，就会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。
异种金属爆炸焊
为1/4英寸。退火铜的屈服强度为30ksi，延伸率为40%， 与340L不锈钢焊接时爆炸密度为0.60g/cm3，爆轰速度为 2500m
/s，基板间隙为1/8英寸。爆炸焊工艺特点也有许多其它 异种金属连接技术比如钎焊、扩散焊、电子束焊接、摩 擦焊接以及轧焊等。每种工艺都具
有基于特定某些标准的优势。爆炸焊具有以下有别于其 它异种焊接工艺的显著优点：冷焊工艺。爆炸焊是一种 冷焊工艺。金属不需要熔化和重新凝固。
Haynes25retainersecuredwithPt/Rdwire)第二列： Bellows(Haynes25)波纹管(哈氏合金
Hale Waihona Puke 25)GPHSInterfacePlate(FWPF3-DCC)GPHS界面板(FWPF3DCC)第三列：LoadingCover
(Al2219-T852Forging)装载盖(Al2219-T852锻 件)MountingEndCover(Al2219-T852
1100.钽,SS304LBi-金属板）GPHSInterfacePlate(FWPF3DCC)GPHS界面板HeatSource
Liner(Haynes25)热源线（哈氏合金25） ThermoelectricGetter(ZrHorsedinPd)热点吸收剂（
ZrHorsedinPd）MinKInsulation(TE1400)MinK绝缘 (TE1400)MircothermInsulat
Forging)安装端盖（Al2219-T852锻件）第四列： MinKInsulation(TE1400)Mink绝缘(TE1400
)CoolingTubes(Al6063-T4MachinedFittings,6061T4Tubing,316LtoAl6064
焊接培训：异种金属的焊接
母材2的熔合比＝ G2/(Z+G1+G2)×100%
熔合比计算示意图
异种钢接头存在的问题
1) 焊缝金属的稀释 选择焊材时可以根据舍夫勒组织图，按照熔合比来 估算，以获得纯奥氏体或奥氏体加少量铁素体组织 的焊缝成分。 2) 过渡区马氏体组织 在珠光体（铁素体）钢侧熔合区铬、镍含量远低于 焊缝中心的平均值 ，按照舍夫勒组织图估算这一 区域是硬度很高的马氏体或奥氏体+马氏体组织。
3）坡口选择 坡口角度选择考虑母材厚度，熔合比。坡口角度 越大，熔合比越小，可以减少焊缝金属化学成分 和力学性能波动。
4）焊接规范参数选择 在保证质量的前提下用小电流，规范参数越小越 好，尽量减少熔合比。
相同金相组织类型异种钢焊接举例
• 焊接材料的选择原则：按较低一侧的母材选择
• 预热温度和层间温度：按照碳当量较高一侧母材的 要求确定
• 采用18-8型焊条（图中c点）焊接Q235钢与1Cr18Ni9钢时， 焊缝由两种母材和焊条金属混合而成，若母材的熔合比发生 变化，则焊缝的铬镍当量将沿f-c线变化。当母材熔合比为40 ％（两种母材各占20％）时，当量成分相当于图中g点，当 熔合比为30％时，当量成分相当于图中h点，g点和h点均处 于 A＋M区，所以焊缝组织为奥氏体＋马氏体。只有母材各 自熔合比小于15％，才可避免焊缝出现马氏体。
• 异种黑色金属焊接包括铁与钢焊接和异种钢焊接 ，其中异种钢焊接又包括： a)金相组织类型相同但化学成分不同的钢 b)不同金相组织类型的钢（黑与白）
• 从接头形式上： 1）两种不同母材金属的接头； 2）母材金属相同而填充金属不同的接头； 3）复合板焊接和堆焊。
异种金属的焊接
①与珠光体钢相似； ②与马氏体钢相似； ③与两种钢完全不同，采用奥氏体钢焊丝或焊条。
8.珠光体钢与奥氏体钢的焊接
一、焊接性
①焊缝的稀释 ②过渡层的形成 ③熔合区扩散层的形成（脱碳层、增碳层） ④焊接接头应力状态的特点 ⑤延迟裂纹
二、焊接工艺
①焊接方法的选择 焊条电弧焊，熔合比小，且操作灵活，不受焊件形状的限制。 ②焊接材料的选择 根据母材种类和工作温度进行选择
(2)焊接材料
焊接材料的选择原则：
4.异种钢的焊接要点
1）接头的设计应有助于焊缝稀释率的减小，应避免在某些 焊缝中产生应力集中。
2）焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方法及焊接层 数的选择，应以减小母材金属的熔化和提高焊缝的堆积量为主 要原则。 3）焊接淬硬钢时，必须进行预热。 4）焊接复杂结构时，先分件组装焊接，再整体拼装，有助于 减小刚度及焊接残余应力。
厚度大于3mm，开X形坡口，保证焊透，或采用埋弧焊。 压焊：真空扩散焊、电阻焊、或闪光焊、爆炸焊；
三、钢与镍及其合金的焊接
①钢与镍及其合金的焊接性
镍与铁的物理及化学性能差别不大，有利于焊接，但易产生气孔及热裂 纹。
高温下镍与氧形成NiO，冷却时镍与氢、碳发生反应，镍被还原，生成 水蒸气和一氧化碳。结晶时形成气孔。
间接熔焊（加过渡段，采用爆炸焊方法制成钛-钢复合件。）
11. 异种有色金属的焊接
一、铝与铜的焊接
①铝与铜的焊接性
方法：压焊（铜与铝的塑性很好）
利用压焊制成铝铜过渡接头，实现同种金属的焊接。
②铝与铜的焊接工艺
<1>氩弧焊 铝与铜氩弧焊时，要将电弧向铜的一侧偏移约相当于板厚 1/2的距离，以便达到两种材料的均匀熔化。
异种金属爆炸焊
炸密度 、炸药爆轰速度和被焊材料的间距。每 个参数可单独调整控制爆炸焊接头所需的能量。 通过调整 这些参数 ，可 以将铝 一 铜焊接成 高强
问题 ，当使用该工艺时还需考虑 以下一些因素。 金属变形。由于爆炸产生的高冲击力 ，在
爆炸焊工艺 中金属常常会变形。金 属受到拉伸 时会变薄 。考虑到爆炸焊 中金属变薄的影 响 ， 设计时材料厚度要 比允许的最低要求稍厚一点。 同时 ，严格控制平面度公差可能需要将金 属表
２ ５ ０ ０ ｍ ／ ｓ ，基板间隙为 １ ／ ８ 英寸。
工件的形状可能会焊管还要经过切割 、成形 或机加工等工序制成最终成品。 边缘效应。在爆炸焊焊板的四周 ，两种成
爆炸焊工艺特点
也有许多其它异种金属连接技术 比如钎焊、
分金属变薄 ，由于减少爆 炸压致使焊缝变差 。 爆炸焊板边缘通常没有 可用 的材料 。一开始钢
械性能 。 创造真正的冶金接头。爆炸焊接头是两种
是如何使用爆炸焊接材料 的四个实例。
铝一 不锈钢钢管的过渡接头。要求使用不锈 钢一 铝过渡管件 的设备面对 的选择很少。每个管 需要带法 兰 ，然后法兰再与螺栓连接 ，但螺栓
基体金属间真正冶金结合 。接头非 常牢 固 ，就
像被连接在一起 的两种材料一样 。
连接处会 产生 电化学腐蚀 。爆炸焊过渡接头可 以解决这一问题 ，如 图３ 所示 。铝管可以按传统
焊接方式 焊接在过渡接头 的铝一侧 ，不锈钢管 可以焊接在过渡接头 的不锈钢一侧 。爆炸焊形 成的过渡接头非 常牢 固 ，具有较高 的拉伸和冲
夹层容易添加到接头。特殊应用场合 的爆
炸焊接头可以在基体材料间添加薄层夹层金属。 夹层金属作为扩散障碍 ，防止脆 的过渡金属形 成 。同时 ，当焊接低 脆性 高强度材料 时 ，高能
异种金属的焊接
珠光体耐热钢与马氏体耐热钢的焊接
焊接性（12Cr1MoV与F12） 冷裂纹 脱碳与增碳 焊接工艺 预热与层间温度——以M耐热钢要求选择， 并保持此层间温度（300~450º C）
焊接材料 与珠光体型相似焊条（R337） 焊后温度控制及回火温度 焊后缓冷到100~150º C，保温0.5~1小时，使 接头形成M组织，再升温回火 回火温度720~780º C，保温2~5小时
异种金属的焊接
异种金属焊接的特点 低碳钢与低合金钢的焊接 奥氏体钢与黑色金属的焊接 耐热钢与黑色金属的焊接 不锈钢与碳素钢的焊接方法 铸铁与低碳钢的焊接方法 钢与有色金属的焊接方法
异种金属焊接的特点
两种被焊金属的熔化温度相差很大 两种金属的导热性能和比热容不同 ,会改变焊接时 的温度分布，从而改变焊缝的结晶条件 被焊金属的电磁性能相差很大，焊缝成形不良 两种金属的线膨胀系数相差很大时，在焊接过程中 会产生很大的热应力，且这种热应力无法消除
不锈钢与碳素钢的焊接方法
► 不锈钢与碳素钢的焊接
在碳钢一侧若合金元素渗入，会使金属硬 度增加，塑性降低，易导致裂纹的产生。 在不锈钢一侧，则会导致焊缝合金成分稀 释而降低焊缝金属的塑性和耐腐蚀性 ► 采用高铬镍焊条,使焊缝金属获得双相组织 ► 也可以采用隔离层焊接：
铸铁与低碳钢的焊接
焊接性
电弧焊
可用碳钢焊条或铸铁焊条 碳钢焊条: 可先用镍基焊条堆焊4mm～5mm隔离 层，冷却后再进行装配点焊。 焊接时，每焊30mm～40mm后，用锤 击焊缝，以消除应力 当焊缝冷却到70℃～80℃时再继续焊 接 可用结422或结506（结507）焊接
铸铁焊条:
可用钢芯石墨型焊条铸208焊接，焊缝 金属为灰铸铁，因此可先在低碳钢上堆焊 一层，然后与铸铁点固焊接。 用钢芯铸铁焊条铸焊接时，焊缝金属是 碳钢组织，应在铸铁件上先堆焊一层，然 后再与碳钢件点固焊接。
异种金属焊接讲解
堆焊层的厚度以能隔离以后几层焊接时电弧热对母村金属的作用，能防止产生淬硬倾向。 在低合金钢坡口表面堆焊时，堆焊层的厚度为5～6mm。淬硬性强的钢材，表面堆焊层厚 度为7～8mm。
焊接过程中断或收尾时，必须填满弧坑，以免产生弧坑裂纹。焊后还应防止焊缝受到
冷却硬化。
焊后热处理的目的是提高接头淬硬区的塑性及减小焊接 应力，热处理规范的选择必须考虑到加热、冷却时对接 头中两种钢材及焊缝性能的影响。用奥氏体钢焊条焊成 的异种钢接头，焊后一般不进行热处理。
第二节 异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择
一、异种钢焊接时焊接方法的选择原则 大部分的焊接方法都可以用于异种钢的焊接，在一般
生产条件下使用焊条电弧焊最为方便，因为焊条的种类 很多，便于选择，适应性强，可以根据不同的异种钢组 合确定适用的焊条，而且焊条电弧焊熔合比小。堆焊可 以降低熔合比。不同的珠光体钢焊接以及珠光体钢与高 铬马氏体钢焊接，采用二氧化碳气体保护焊，具有广泛 实用性。高合金异种钢焊接一般采用惰性气体保护焊， 一般薄件采用钨极氩弧焊，厚件采用熔化极惰性气体保 护焊。如采用熔焊时，应尽量采用小电流快速焊，以降 低母才金属的熔化量，保证较小的熔合比。
迁钢3#炉坡口（Q345+15GrMo）
3#炉
二、焊接方法
这类异种钢可以选用焊条电弧焊和气体 保护电弧焊等焊接方法。对于重要的高压 管道，可先采用手工钨极氩弧焊（TIG）打 底，然后用焊条电弧焊盖面，以保证焊缝 质量。
三、预热温度和层间温度 无论是定位焊，还是正式施焊，焊前均应进行
异种金属焊接讨论
首钢矿业公司高级焊工继续教育
景士伟 2012年6月2日
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三种情况：
异种金属在施工过程中焊接分析
（1）焊缝金属会被珠光体母材稀释，易产生马氏体组织，恶化接头质量。
（2）奥氏体焊缝金属紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2~0.6mm，其化学成分和组织不同于焊缝的其它部分，通常称为熔合区脆性交界层，会降低冲击韧性。
（3）焊接接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，焊缝的熔合线附近会出现碳的扩散迁移现象，即在熔合线的珠光体一侧产生脱碳层，而在相邻的铬镍奥氏体焊缝中产生增碳层，使接头变脆，会降低接头的高温持久强度和耐蚀性。
[4]雷振，秦国梁，林尚扬，等．铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况[J]．焊接，2014，（3）．
关键词：耐热钢与奥氏体不锈钢；异种钢；焊接；工艺
1?奥氏体不锈钢的焊接特点
（1）具有良好的耐蚀性，较好的塑性和高温性能，焊接性优良。
（2）焊接奥氏体钢时主要是其枝晶方向性强，线膨胀系数大，焊缝冷却时收缩应力大，容易出现热裂纹，并且变形倾向大。
（3）当焊缝及热影响区在450~850℃范围保持一定时间后，可能在晶间会析出铬的碳化物，发生晶间腐蚀倾向。
（4性相差愈大.焊接电弧愈不稳定，焊缝成形愈容易变坏。例如用电子束焊接铜与镍时，电子束发生横向波动.这种横向波动是由镍的残余磁性和外部磁效应引起的。
7结束语
在化工装置的检修过程中，由于异种钢接头工作条件的特殊性，决定了异种钢焊接的复杂性，合理选用焊接材料、焊接方法和焊接工艺才能够保证焊接质量，才能够保证化工装置的安稳运行。
（4）由于存在线膨胀系数的差别（奥氏体钢的线膨度升高而降低。胀系数比珠光体钢大30％~50％），会在焊后的冷却、热处理和使用过程中产生热应力。
3焊接工艺条件与冶金反应的关系
焊接冶金过程与焊接工艺条件有着密切的关系。影响焊缝金属成分的主要因素有2个，一是焊接材料（焊丝、焊剂、焊条），它们不仅影响冶金全过程的发展而且决定了焊缝金属的合金系统，所以调整焊接材料是控制焊缝金属成分的主要手段。二是焊接工艺规范，它在一定程度上影响冶金过程的发展，所以调整焊接工艺规范是控制焊缝金属成分的辅助手段。在选择焊接材料和焊接工艺时，不仅要考虑焊缝金属的成分和性能，同时也要考虑过渡层的成分和性能。焊缝金属与母材金属化学成分差别愈大愈不容易充分混合，则过渡层愈明显；熔合比或稀释率愈高时，过渡层也愈明显；熔合区金属液态存在的时间愈长或液体金属流动性愈好，则愈易于混合均匀，过渡层也有所减小。因此，可以通过增大焊接电流、延长熔池的高温停留时间、加强熔池的搅拌等工艺措施对过渡层进行适当控制。
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异种钢 异种金属 钢与有色金属 异种有色金属
8.1 异种金属焊接概述
知识目标： 1.了解异种金属焊接的应用及类型；
2.熟悉异种材料的焊接性特点；
能力目标： 能够根据异种材料的性能特点正确分析其焊接性。
8.1.1异ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料的分类和组合
表8.1 异种材料焊接的分类、组合及特点
不同 用途 的异 种材 料焊 接结 构件
用于耐热的 异种金属 焊接构件 用于耐腐蚀 的异种金属 焊接构件 用于减轻装备 重量的异种 金属焊接构件 提高电磁性 能的异种金 属焊接构件
8.1.2 异种材料的焊接性特点
指将不同化学成分、不同组织性能的 两种或两种以上金属，在一定的工艺 条件下焊接成规定设计要求的构件， 并使形成的接头满足预定的服役要求。
不同 化学 成分 和金 相组 织的 异种 钢
母材金相 组织相同
例低碳钢与铬钼耐热钢、1Cr18Ni9Ti 与高镍奥氏体钢（如Cr25Ni20、 Cr16Ni36）之间的焊接。
母材金相 组织不同 的异种钢 焊接构件
复合钢焊 接结构件
最常见的有珠光体钢与铬镍奥氏体 钢、珠光体钢与高铬铁素体钢的焊 接结构件等
（1）由于珠光体钢的稀释作用，会引起焊缝的组织和性能都要发 生较大的变化，若填充金属选择不当，则焊缝中会出现数量不等的马
氏体，塑性及韧性都将下降；
（2）通过调整填充金属的成分及熔合比，可以在很大范围内改变 焊缝的成分、组织与性能，从而获得抗裂性较高的组织。
2. 熔合区凝固过渡层的形成
熔池边缘的液态金属温度较低、流动性较差、液态停留时间较短，机 械搅拌作用较弱，导致熔化的母材不能与填充金属充分混合，这部分焊缝 中母材熔化金属所占的比例较大。因此，在毗邻珠光体钢一侧熔合线的焊 缝金属中，就会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。 过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加，塑性显著下降，形成 低塑性带，从而降低了焊接结构的可靠性。 低塑性带的宽度随所用焊条的不同而异，一般为0.2-0.6mm 马氏体 脆性层
异种钢焊接接头塑性和韧性降低的主要原因 是熔合区出现马氏体脆性层。熔合区马氏体 脆性层的宽度与焊接工艺和填充材料等有关。 奥氏体和珠光体异种钢在焊接过程中，特别 是接头处于热处理及高温运行过程中，熔合 区附近存在碳的扩散迁移，在熔合区靠珠光 体钢一侧产生脱碳层，而在相邻的靠奥氏体 焊缝一侧产生增碳层。
扩散和热应力三方面的问题，同时还要考虑焊接工艺性及使用条件： a、当产品工作温度≤400℃时，通常选用A307或A507；
b、当产品工作温度>400℃或焊接接头要求热处理时，则受压元件对
接接头可选用镍基焊接材料，而受压元件与附件的焊接选用高铬镍不 锈钢焊接材料。
• 隔离层堆焊法
为了防止因应力过高而在回火处理或使用过程中在熔合区出现开裂现 象，可以在珠光体钢的坡口表面堆焊含有较多的强碳化物形成元素过渡 层 （如高铬镍奥氏体钢焊条或镍及镍合金电焊条Ni307）。过渡层厚度 一般为6-9mm。 为防止凝固过渡层，可在P钢的坡口先堆焊一层23-13之类的A金属隔 离层，这样可使P钢在拘束度极小的情况下焊接；堆焊隔离层时，应避 免在A钢上熔敷碳钢或低合金钢，从而导致形成脆硬的M组织焊缝； 为防止碳迁移现象，可先在P钢的坡口上用V、Nb、Ti等含量较高的 焊条堆焊第一隔离层，再用适当的A焊条堆焊第二隔离层；（广泛用于 不锈钢管与低合金钢管的焊接）
压焊
异种材料焊接常采用压焊方法 主要有电阻焊、冷压焊、扩散 焊、摩擦焊等。
还可以采用钎焊方法来连接异种材料构件
8.2 异种钢的焊接
知识目标：
1.掌握异种钢的焊接性特点及分析方法；
2.掌握异种钢焊接的工艺特点； 3.熟悉典型异种钢的焊接方法。 能力目标： 能够根据异种钢的性能特点正确分析其焊接性，并合理选 择焊接方法及工艺参数对其焊接。
异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能 较差，特别是塑性和韧性明显下降。 由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在， 异种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接 热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。
热物理 性能的 差异
影响 异种 材料 焊接 性的 因素 结晶化 学性能 的差异
两种材料热物理性能的差异主要是指 熔化温度、线膨胀系数、导热系数等 的差异，它们将影响焊接热循环过程、 结晶条件，降低焊接接头的质量。
不锈复合钢板是由较厚的珠光体钢（基体）和较薄的不锈钢（复 层）复合轧制而成的双金属板。基体多为碳钢或低合金钢，复层 多为奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、 Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等，主要满足耐蚀性能要求。复层通常是 在容器里层，厚度一般只占复合钢板总厚度的10%-20%。
针对奥氏体和珠光体异种钢的焊接， 一般选用Cr25-Ni13系焊条， 如E309-15、E309-16等。
焊接工艺 要点
焊接珠光体和奥氏体异种钢接头时，应 尽量降低熔合比，减少焊缝金属被稀释。 为此应减小焊条或焊丝直径，采用大坡 口、小电流、快速多层焊等工艺。
焊接材料的选择原则：
A、保证焊缝金属与基体金属有良好的力学性能，一般根据接头两侧 焊接性较差或强度较低的材料选择焊接材料； B、保证焊缝金属具有一定的致密性，无气孔、夹杂； C、保证有良好的工艺性能，即不出现裂纹、适应各种位置焊接； D、保证焊缝金属具有所要求的特性，如热强性、耐热性、耐腐蚀性、 耐磨性等； E、对不能形成固溶体的异种金属，可在良种被焊的异种金属之间加 能形成固溶体的中间过渡层。
异种材料 的焊接
异种材料 的焊接性
取决于两种材料的组织结构、物理化学 性能等，两种材料的这些性能差异越 大，焊接性越差。
异 种 材 料 焊 接 的 困 难
异种材料的线膨胀系数不同，容易引起热应 力，而且这种热应力不易消除，结果会使接 头处产生裂纹或很大的焊接变形。
异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化 以及新生成的组织或化合物，可使焊接接头 的性能恶化，给焊接带来很大的困难。
焊缝金属实际上是熔敷金属与熔化的基体金属混 合在一起的合金。基体金属（母材）溶入焊缝后 使其合金元素比例发生变化，焊缝中合金元素比 例减小称为“稀释”，若比例增加则称为“合金化”。
稀 释：焊缝中合金元素比例减小的现象 合金化：焊缝中合金元素比例增大的现象
表8.2 焊条电弧焊和堆焊时基体金属的熔合比 /%
这类结构件是用低碳钢或低合金钢做 基层，用不锈钢或有色金属（Ti、Cu、 Al等）做复层，采用复合轧制、爆炸 焊、堆焊等工艺制成的双金属板材。
用于耐磨的 异种金属 焊接构件
如高碳钢、各种合金钢、高锰钢、 超合金、碳化钨等硬质合金 如不锈钢、耐热钢、镍基合金、钴 基合金、耐热超合金、复合材料、金 属间化合物以及钽、铌、钼合金等 如各种不锈钢、镍基合金、 铜、铝、钛、钽及其合金等。 如钛、铝、镁及其合金等，主要用于 航空航天、运载火箭、导弹、运输 设备等。 如银、铜、铍及其合金等，主要用于 制造电器、计算机、电子工业零件等
3.2mm。
（4）焊满坡口 选用E318-16（A212）焊条将整个坡口填满。焊每 道焊缝时，注意及时清理焊渣，为防止过热，各道焊缝应交叉进行 焊接。 （5）背面焊缝 正面坡口焊满后，对焊缝背面进行彻底清根，并选用 上述同样焊条进行封底焊接，注意保证正、反面，焊缝形状尺寸。
8.2.4 不锈复合钢的焊接
熔合过渡 区的形成
碳迁移 扩散层
3. 焊接接头的应力状态
珠光体钢与奥氏体钢焊接时，接头在焊后除了产生由于局部加热而引起的 热应力外，还有由于两种钢的热膨胀系数相差很大，不仅在焊接后会产生较大 的残余应力，而且在使用中如有循环温度的作用，也会形成热应力，因而这种 异种钢的焊接接头应力状态较之同种金属焊接时更为复杂。更重要的是由于热 膨胀系数不同所形成的残余应力，经过热处理是无法消除的。
分 类 1 2 3 4 异种材料焊接 组合 异种钢 钢与有色金属 异种有色金属 金属与非金属 焊接问题 焊缝化学成分不均匀、熔 合区塑性降低 (脆性层 )、 产 生裂纹 (应力分布不均匀 ) 氧化导致的未熔合、 气孔、 裂纹、接头力学性能低 氧化性导致的未熔合、脆 性相、气孔、裂纹 界面结合 ( 润湿性 ) 、脆 性 相、裂纹、接头性能下降 实例 如 珠 光 体 钢 与 奥 氏 体 钢的 焊接、 复合钢的焊接结构等 如钢与铝的焊接、 钢与铜的 焊接 如铜与铝的焊接、 铝与钛的 焊接等 如钢与石墨的焊接、 金属与 陶瓷的焊接、 金属间化合物 与钢的焊接等
结晶化学性能的差异主要是指晶格的类 型、晶格参数、原子半径、原子的外层 电子结构等的差异，也就是通常所说 的“冶金学上的不相容性”。
材料的 表面 状态
材料的表面状态，如表面氧化层（氧化 膜）、结晶表面层、吸附的氧离子 和水份、油污、杂质等，
异 种 材 料 焊 接 方 法
熔焊
熔焊在异种材料焊接中应用很广， 主要的熔焊方法有电弧焊、气体 保护焊、电子束焊、激光焊等。
不锈 复合 钢的 焊接 性分析
焊缝容 易产生 结晶裂纹 热影响区 易产生 液化裂纹
稀释率的影响
结晶区间的影响 复合钢焊接时，奥氏体钢热影响区 由于受焊接热循环影响，低熔点 杂质或共晶液化，在焊接应力作 用下产生液化裂纹。
表8.3 不锈复合钢焊接材料的选用
复合钢的组合 Q235/0Cr13 16Mn/0Cr13 15MnV/0Cr13 12CrMo/0Cr13 基 体 E4303 E4315 E5003, E5015 E5515-G E5515-B1 E4303 E4315 E5003, E5015 E5515-G E4303 E4315 E5003, E5015 E5515-G 过渡区 E309-16 (E1-23-13-16) E309-15 (E1-23-13-15) E309-16 (E1-23-13-16) E309-15 (E1-23-13-15) E309-16 (E1-23-13-16) E309-15 (E1-23-13-15) E309-16 (E1-23-13-16) E309-15 (E1-23-13-15) E309-16 (E1-23-13-16) E309-15 (E1-23-13-15) E309Mo-16 (E1-23-13-Mo2-16) E309Mo-16 (E1-23-13Mo2-16) 复 层 E308-16 (E0-19-10-16) E308-15 (E0-19-10-15) E347-16 (E0-19-10Nb-16) E347-15 (E0-19-10Nb-15) E347-16 (E0-19-10Nb-16) E347-15 (E0-19-10Nb-15) E347-16 (E0-19-10Nb-16) E347-15 (E0-19-10Nb-15) E347-16 (E0-19-10Nb-16) E347-15 (E0-19-10Nb-15) E318-16 (E0-18-12Mo2Nb-16) E318-16 (E0-18-12Mo2Nb-16)