《材料焊接性》第八章异种材料的焊接
异种材料焊接方法
异种材料焊接方法异种材料焊接方法是指将来自不同种类的材料通过特殊的焊接技术连接在一起，以创造出新的复合材料。
在当今科技日新月异的时代，异种材料焊接技术在各个领域得到了广泛的应用，为人们的生活和工作带来了很多便利。
异种材料焊接方法可以分为以下几种类型：1.金属与非金属的焊接这种类型的焊接方法主要是将来自不同种类的金属材料连接在一起，以创造出新的复合材料。
例如，将一个不锈钢杯和一个玻璃杯通过异种材料焊接方法连接在一起，可以创造出一个新的复合材料，这种材料既保留了不锈钢的坚韧性，又拥有了玻璃的透明度，使得人们可以在品尝美酒的同时，欣赏到它独特的外观。
2.金属与金属的焊接这种类型的焊接方法是将来自不同种类的金属材料连接在一起，以创造出新的合金材料。
例如，将一个铁钉和一个铜钉通过异种材料焊接方法连接在一起，可以创造出一个新的合金，这种合金既保留了铁钉的坚韧性，又拥有了铜钉的导电性，使得人们可以利用这种合金制作更加高效的交通工具。
3.复合材料的焊接这种类型的焊接方法是将来自不同种类的非金属材料连接在一起，以创造出新的复合材料。
例如，将一个塑料瓶和一个金属水龙头通过异种材料焊接方法连接在一起，可以创造出一个新的复合材料，这种复合材料具有塑料瓶的高弹性和金属水龙头的耐压性，使得人们可以更加轻松地存储和运输液体。
在焊接过程中，需要通过一系列的预热、熔化、冷却等步骤，来使得异种材料焊接成为一个整体。
由于异种材料在物理、化学等方面的性质存在差异，因此需要根据具体的材料特性来制定相应的焊接工艺。
此外，异种材料焊接方法还可以通过在焊接过程中添加特殊的合金元素，来改变材料的物理、化学和机械性能，以满足不同应用场景的需求。
总之，异种材料焊接方法是一种非常有趣的焊接技术，通过将来自不同种类的材料连接在一起，可以创造出各种具有特殊性能的复合材料。
在当今科技高度发达的时代，异种材料焊接技术在各个领域得到了广泛的应用，为我们的生活和工作带来了诸多便利。
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。
异种钢焊接焊材选用表
异种钢焊接焊材选用表1. 异种钢焊接的背景和意义异种钢焊接是指不同材料组成的异种钢之间的焊接。
由于不同材料的熔点、热膨胀系数、熔池性质等差异，使得异种钢焊接具有一定的难度和挑战性。
然而，由于不同材料在工业生产中的广泛应用，异种钢焊接变得越来越重要。
正确选用适合的焊材对于保证异种钢焊接质量至关重要。
本文将介绍常见的异种钢类型及其特点，并提供一个详细的异种钢焊接焊材选用表，以帮助工程师们在实际生产中做出正确选择。
2. 异种钢分类及特点根据合金元素和化学成分的差异，可以将常见的异种钢分为以下几类：2.1 不锈钢与碳素钢不锈钢与碳素钢之间是最常见的一类异种钢组合。
不锈钢具有抗腐蚀性能良好、耐高温、美观等特点，而碳素钢具有良好的强度和韧性。
这种异种钢焊接常见于化工设备、食品加工设备等领域。
2.2 高温合金与不锈钢高温合金具有良好的耐热性能和抗氧化性能，而不锈钢具有抗腐蚀性能。
这种异种钢焊接常见于航空航天、石油化工等领域。
2.3 铝合金与不锈钢铝合金具有低密度、高强度等特点，而不锈钢具有抗腐蚀性能。
这种异种钢焊接常见于船舶制造、汽车制造等领域。
2.4 高强度钢与碳素钢高强度钢具有优异的力学性能，而碳素钢则是一种常用的结构材料。
这种异种钢焊接常见于桥梁建设、造船业等领域。
3. 异种钢焊接焊材选用表下面是一个异种钢焊接焊材选用表，根据不同的异种钢组合提供了建议的焊材选择：异种钢组合焊材选择不锈钢与碳素钢308L高温合金与不锈钢NiCr-Fe-3铝合金与不锈钢4043高强度钢与碳素钢E7018-G需要注意的是，以上只是一些建议的焊材选择，并不能适用于所有情况。
在实际应用中，还需要考虑具体的焊接要求、工艺条件等因素，以选择最适合的焊材。
4. 焊材选择的考虑因素在进行异种钢焊接焊材选择时，需要考虑以下几个因素：4.1 化学成分焊材的化学成分应与被焊接材料相匹配，以保证焊缝性能和力学性能。
4.2 抗腐蚀性能根据被焊接结构所处环境的腐蚀性质，选择具有良好抗腐蚀性能的焊材。
《材料工程基础》课件——第八章 材料的连接
工件 接触引弧
钢焊条焊接钢材时的焊 接电弧
焊接电弧是在电极和工件间的气体介质中长时间放电的现象。 电弧引燃时，弧柱中充满了高温电离气体，发出大量的光和热
手工电弧焊的焊接过程
焊缝附近 基体金属
焊条
焊芯 药皮
电
电
弧
弧
熔化 焊缝
熔 渣 CO2↑ 保护熔池
手工电弧焊的优缺点
优点：设备简单，易于维护，使用灵活；适于多种 钢材和有色金属等，是应用最广泛的焊接方法。
熔炼焊剂：在熔炼炉中制备，成分均匀，适 于大量生产；
陶瓷焊剂：利用粉末冶金工艺制备，颗粒强 度低。
埋弧自动焊的特点
焊接质量高且稳定； 熔深大，节省焊接材料； 无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少； 自动化操作，生产效率高。 设备昂贵，工艺复杂，适于长的直线焊缝和圆筒形
工件的纵、环焊缝的批量生产。
栓接
由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类 紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零 件。 这种连接形式就称为螺栓连接，即栓接。如把螺母从 螺栓上旋下，又可以
使这两个零件分开， 故螺栓连接是属于可 拆卸连接。
焊接
焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接 过程的实质是用加热或加压等手段，借助于金属原 子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连 接起来。
硬钎焊
硬钎焊是指使用的钎料熔点高于480℃的钎焊。其主 要加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、 炉内加热、盐浴加热等。软钎焊的接头强度不高 （＞800MPa）。
硬钎焊所用的钎剂主要有：硼砂、硼酸和氟化物等。 硬钎料主要用于钎焊受力大，工作温度较高的工件。
钎焊接头的形成过程
钎焊接头的形成包括两个过程： ⑴ 钎料熔化和流入、填充接头间歇形成钎料充满焊缝
常见异种金属材料的焊接
常见异种金属材料的焊 接
珠光体钢与马氏体钢的焊 接
马氏体钢是介于珠光体钢与奥氏体钢之间 的钢种，含铬量5%-9%和12%的高铬钢。由于含铬量较 高，所以抗氧化性能好，在高温580℃以上，高温持 久强度比一般常用的珠光体耐热钢高，并且有较好的
抗蠕变性能。
• 一、焊接性
常见异种金属材料的焊 接
• 四、焊接材料和坡口
珠光体耐热钢与低合金钢焊接时，应根 据钢材的力学性能来选择相应强度等级的焊接材 料，而不是根据珠光体耐热钢的化学成分来选择
焊接材料。
焊接坡口的选择原则是希望珠光体耐热钢 熔入焊缝金属的量越少越好，即熔合比越小越好。 其目的是为了减少热影响区脆硬的马氏体组织，
常见异种金属材料的焊 接 2、形成增碳层和脱碳层
如果焊后再760℃、保温4-5h进行回火热 处理，则为碳扩散创造了更充分的条件，在靠近 12Cr1MoV钢一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ焊缝的熔合区形成了一个1.0-
1.5mm宽的脱碳层。
常见异种金属材料的焊 接 二、焊接工艺
这类异种钢焊接时，由于焊接性较差，所以 必须采取严格的工艺措施。
常见异种金属材料的焊 接
• 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 应进行预热。预热温度可根据珠光体耐热钢的要 求(4d or150mm)进行选择。可以整体或局部预热。 对于焊接结构刚度比较大、质量要求高的产品， 最好采用整体预热，而且多层焊时层间温度不能 低于此温度，并一直要保持到焊接结束。焊接过 程如果间断，则焊件应保温后再缓慢冷却，必要 时，还应进行脱氢处理，再施焊时，仍按原要求
常见异种金属材料的焊 接
迁钢3#炉坡口
（Q345+15GrMo）
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。
《材料焊接性》课件
焊接生产中的环保问题
02
01
03
焊接过程中会产生烟尘、废气、噪音等污染物，对环 境造成一定的影响。
焊接设备的选用应符合环保要求，尽量选择低烟尘、 低噪音的设备。
定期对焊接设备进行环保检测，确保设备符合相关环 保标准。
焊接废弃物的处理与再利用
超声波焊接技术
超声波振动焊接
利用超声波振动使材料产生局部高温和 压力，从而实现材料的连接。超声波振 动焊接具有快速、低成本和高质量等特 点，适用于塑料、纸张和布料等材料的 焊接。
VS
高频感应焊接
利用高频电流产生磁场，使金属材料产生 涡流热并熔化，最终连接在一起。高频感 应焊接具有高效、节能和环保等特点，适 用于薄板和管材的焊接。
无损检测
利用超声波、射线、磁粉等方法，对焊接接头进行无损检测 ，以发现潜在的缺陷和问题。
05
焊接安全与环保
焊接作业安全防护
焊接作业人员应穿戴防护服、佩戴护目镜、手套等 个人防护装备，以减少焊接过程中产生的飞溅、弧 光和高温对人体的伤害。
在焊接作业现场，应设置相应的安全警示标识，提 醒作业人员注意安全。
焊接工艺参数的调整与控制
在焊接过程中，根据实际情况对工艺参数进行调整和控制，确保焊 接质量的稳定性和可靠性。
04
焊接质量与检验
焊接质量标准与评定
焊接质量标准
根据不同的材料和焊接工艺，制定相应的焊接质量标准，包括焊接接头的强度、致密性、抗腐蚀性等方面的要求 。
焊接质量评定
通过检验和测试，对焊接接头进行质量评定，确保其满足设计要求和使用性能。
如熔化焊、压力焊、钎焊等， 每种工艺有其适用的范围和特 点，需根据具体艺进行可行性评 估，确保其能够满足焊接要求 ，并考虑生产效率和成本等因 素。
16MnR低合金钢与BFe30_1_1异种材料的焊接_张亚余
3 结 论
(1) 试验结果表明 ,采用脉冲钨极氩弧焊方法及 TIG焊打底 + TIG填丝的多层焊工艺 ,可以很好地避免 焊缝及热影响区的扩大 。
(2) 通过后焊层对前焊层的热处理可以细化晶粒 , 获得细小的等轴晶粒 ,改善了焊缝的力学性能 。前焊 层对后焊层的预热作用可有效的避免板条马氏体 。每 层的热输入和送丝速度根据组织作相应调节 ,可以尽 量避免过热 。
在异种金属焊接时 ,由于它们之间的熔点 、密度 、 导热性 、线膨胀系数和化学冶金性能的不同会造成金 属不能同时熔化 、金属稀释不同 、热应力无法消除 、焊 缝成形不良 、产生不良组织使接头性能不能满足要求 等问题 。
我国从 20 世纪 50 年代就已生产出铜与钢焊接结 构的产品 ,近几年 ,由于工业生产技术的迅速发展 ,铜 及铜合金与钢的焊接结构得到了日益广泛的扩大 ,铜 与钢在高温时的晶格类型 、晶格常数 、原子半径都很接 近 ,这对焊接有利 ,但熔点 、导热系数 、膨胀系数等的差 异大 ,给焊接造成一定的困难 。所以 ,研究和解决铜及 铜合金与钢的焊接理论基础和生产技术极其重要并很 有发展前景 。
根据现有的材料 ,按照 JB4708《钢制压力容器焊接工 艺评定》规则 ,完成如下焊接工艺评定试验工艺评定试板 坡口尺寸见图 1 ,铁白铜 BFe30 - 1 - 1 的厚度为 19 mm , 低合金钢 16MnR 的厚度为 40 mm ,焊条为 ENi - 1 ,焊接工 艺见表 1。焊接时采用小电流焊接并控制焊接层间温度 不超过 60 ℃,对试件采用无损检测后 ,取 9 个冲击试样 , 2 个拉伸试样 ,4 个弯曲试样进行试验 ,试验结果见表 2。 可见 ,接头性能符合 JB4708 的规定 ,评定合格。
异种钢的焊接
焊缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的 焊接材料。 2.在许多情况下焊缝金属性能只需要符合两种母 材的一种，即认为技术要求。 3.焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成型美 观。 4.焊接材料应经济、易得。
异种钢焊接工艺要点:
（主要解决熔合线附近的金属韧性下降的问题） 1.异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的
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
减小，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚 对接时宜用X形坡口或U形坡口。 2.焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方式 及焊接层数的选择，应以减少母材金属的熔化和 提高焊缝的堆积量为主要原则。 3.当被焊的两种钢之一是淬硬钢时必须预热，预热 温度应根据焊接性差的一方选择。 4.复杂结构应先分件组装焊接，然后 再整体拼装焊 接比整体组装焊接好
既要满足异种钢焊接质量（尽可能减小熔合 比防止裂纹产生），又要尽可能考虑效率和经济。
优先选择焊条电弧焊（焊条种类多，适应性 强。珠光体钢与高铬马氏体钢焊接可采用二氧化 碳焊；高合金异种钢焊接一般氩弧焊;简单异种 钢构件可采用扩散焊、钎焊等
异种钢焊接材料选择原则:
要求焊缝金属力学性能及其他性能不低于母材中 的较低的一侧的指标。
H1Cr26Ni21 0.18 1.40 0.54 26.2 18.80 27.01 24.90 e
（1）采用H1Cr19Ni9焊丝
异种钢的焊接总结
异种材料的分类与组合：异种材料的焊接由于兼顾不同材料的优势，在机械、化工、航空、核电等领域应用非常较广，其中最常见是异种钢的焊接构件。
主要有以下几种情况：1、母材金相组织相同，但焊缝金属与母材基体合金系及组织性能不同；例如：低碳钢与铬钼耐热钢之间的焊接2、母材金相组织不同的异种钢的焊接。
3、复合材料焊接结构件。
异种材料的焊接：指将不同化学成分、不同组织性能的两种或两种以上的材料，在一定工艺条件下焊成满足设计要求和使用要求的构件。
（1）异种材料焊接性分析①物理性能差异T熔不同→焊缝熔化和结晶状态不一致，力学性能变坏；例如：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。
λ不同→接头产生较大的焊接应力和变形，焊缝及HAZ易开裂。
α和C不同→热输入失衡．熔化不均和改变焊缝及其两侧的结晶条件。
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电磁性不同→焊接电弧不稳，焊缝成形差例如：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。
力学性能不同→接头力学性能不均匀，恶化接头质量。
②结晶化学性能差异结晶化学性差异（晶格类型、晶格常数、原子半径、原子外层电子结构等）决定两种材料在冶金学上的相容性－无限固溶、有限固溶、形成化合物、产生中间相以及不能形成合金。
当两种材料液固状态下均互溶时，可形成一种新相(固溶体)，这两种材料之间便具有冶金“相溶性”，原则上是可焊的。
例如Cu-Ni（匀晶相图③材料的表面状态材料的表面状态（表面氧化层、结晶表面层、吸附的氧离子、水分、油污、杂质等）直接影响材料的焊接。
④过渡层的控制异种金属焊接时，必产生一层成分、组织、及性能与母材不同的过渡层，其性能很大程度上决定了整个接头的性能。
例如：熔合比越大，焊缝金属与母材的差异越大，过渡层越明显；液态熔池停留时间越长，则焊缝金属混合越均匀，过渡层不明显。
异种钢焊接的特点及工艺
异种钢焊接的特点及工艺摘要：由于异种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异，因此，焊接时，要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多。
正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。
本文通过对异种钢焊接的特点及工艺的描述，以供同行业参考。
关键词：异种钢焊接特点工艺一、异种钢焊接概述及其焊接特点1.异种钢焊接概述两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。
对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢（如奥氏体不锈钢）。
对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头，也属于第二类接头。
2.焊接特点2.1预热、缓冷、焊后热处理，特别是针对中厚板、拘束力较大的焊接，采用一定温度的预热、缓冷以及焊后消应力热处理的措施，可以有效地减小焊接应力，降低冷裂倾向。
2.2焊缝金属化学成分的不均匀，熔焊时，焊缝是由局部熔化的母材和熔化的焊条金属形成，不同的坡口型式和焊接参数，熔合比也不同，为确保焊缝金属成分的稳定性，防止焊缝因熔合比过大在熔合区产生马氏体组织，因此在焊接时要控制焊接参数等，减小熔合比的影响。
2.3熔合区碳的迁移，异种钢焊接在焊后热处理后往往会在低合金钢侧母材上形成脱碳层，高合金钢侧形成增碳层，导致熔合区接头的塑性下降，硬度增加，可能在熔合区产生破坏，所以在异种钢焊接时，采用隔离层堆焊，防止碳迁移现象。
2.4熔合区应力的形成，由于异种钢焊接两种金属的线膨胀系数不一样，焊接时可产生较大的残余应力，这种应力即使通过消应力热处理也无法消除，而熔合区这个薄弱地带往往受到这个应力的影响，极易在此附近造成焊接接头的破坏，所以我们要控制这种异种钢的焊接接头，可采用隔离层堆焊后用同种钢焊条焊接则接头的性能可大为改善。
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：
异种钢的焊接
异种钢的焊接（一）现代钢结构制造中，异种低合金钢得到越来越广泛的应用。
采用异种低合金钢制造焊接结构，不仅能满足不同工作条件对钢材提出的不同的要求，而且还能节省高合金钢，降低成本和简化制造工艺，充分发挥不同材料的性能优势。
在某些条件下，异种低合金钢结构的综合性能超过单一钢结构。
异种低合金钢制成的焊接结构在机械、化工、石油及反应堆工程等行业应用广泛。
1．异种珠光体钢的焊接1.1 焊接特点在钢结构的焊接制造中，经常遇到不同强度级别异种珠光体钢的焊接。
采用异种珠光体钢的焊接结构，不但经济合理，还能够提高整体焊接结构的使用性能。
这些焊接任务是在下列条件下提出的。
①根据结构承受载荷的分布情况，对不同受力条件的零件或部件，在设计时就规定了采用不同强度级别的钢种。
②在锻、铸与轧材的联合焊接结构中，各组成零件的钢号、状态、化学成分不同。
③特种用途的结构中，由于结构各个部位工作介质或工作条件不同，各零、部件分别采用专业钢种与一般钢种。
④由于钢材品种多，生产现场规格不齐，致使制造过程中要求代用材料。
碳含量是决定珠光体钢在焊接中淬硬倾向的主要元素。
含碳量低于0.25％的碳钢，采用常规方法进行焊接，近缝区不会产生淬硬组织，焊接性良好。
钢的含碳量超过0.25%时，在焊接中开始出现淬硬倾向。
含碳量越高，热影响区的淬硬倾向越大。
为了避免在焊接热影响区形成脆性的马氏体组织并引发裂纹，应采用合理的工艺措施，包括合理的焊接次序、预热、最佳工艺参数等。
实践中，对于异种珠光体钢焊接结构件，只要焊缝金属的强度不低于构件中强度较低的一种钢材就可以满足对接头性能提出的强度要求。
对于相同金相组织类型的钢材，热物理性能没有很大差异，不同钢种之间的焊接最常用的方法是熔焊。
焊接材料一般选择与母材金相组织相同的金属，且熔敷金属成分接近于强度较低一侧钢材（异种钢中合金化程度小的钢材）的成分。
预热温度及热处理工艺一般按合金化程度高的母材确定。
1.2 焊接材料的选用异种珠光体钢焊接时，按强度较低一侧钢材的强度要求选择焊接材料，熔敷金属的化学成分与强度较低一侧钢材的成分接近，但焊缝的热强性应等于或高于母材金属。
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8.12 异种材料焊接方法 --钎焊
采用比母材熔点低的金属材料作钎料， 采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加 比母材熔点低的金属材料作钎料 热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度， 热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润 湿母材，填充接头间隙实现连接焊件的方法。 湿母材，填充接头间隙实现连接焊件的方法。 钎焊是异种材料焊接的常用方法之一 焊是异种材料焊接的常用方法之一
8.12
异种材料焊接的难点
③ 材料的表面状态
材料的表面状态（表面氧化层、结晶表面层、吸附的 氧离子、水分、油污、杂质等）直接影响材料的焊接。
8.12
异种材料焊接的难点
④ 过渡层的控制
异种金属焊接时，必产生一层成分、组织、及 采取的工艺措施： 1）尽量缩短被焊材料在液态停留的时间，防止或 性能与母材不同的过渡层，其性能很大程度上决定 减少生成金属间化合物； 了整个接头的性能。 2）焊接时加强保护，防止或减少周围空气的侵入； 例如：熔合比越大，焊缝金属与母材的差异越大， 3）采用与两种被焊材料都能很好结合的中间过渡 层或向焊缝中加入某些合金元素，以阻止脆性化合 过渡层越明显；液态熔池停留时间越长，则焊缝金 物的产生，提高接头的强度性能。 属混合越均匀，过渡层不明显。
8.12 异种材料焊接方法 --压焊
大多数压焊方法是对母材加热至塑性状态或不加热， 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 压焊方法是对母材加热至塑性状态或不加热 一般不存在稀释问题。例如冷压焊、超声波焊、 的，一般不存在稀释问题。例如冷压焊、超声波焊、扩散焊等方法在接头处温度 一般也不发生金属间化合物，这对异种金属焊接很有利。 低，一般也不发生金属间化合物，这对异种金属焊接很有利。 压焊有时也加热至熔化状态，然后加压将液态金属挤出， 压焊有时也加热至熔化状态，然后加压将液态金属挤出，但仍以固相结合而 形成接头。如闪光对焊、摩擦焊等，其结合面焊接时发生熔化， 形成接头。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。 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。 只有电阻点焊和缝焊的焊缝上有熔核存在。 压焊非常适用于异种材料焊接，但其存在最大缺点是对焊接接头有一定要求。 压焊非常适用于异种材料焊接，但其存在最大缺点是对焊接接头有一定要求。 焊接 存在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； 例如：电阻点焊、缝焊、超声波焊等必须采用搭接接头； 点焊 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 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 焊时工件之间要产生相对高速旋转 爆炸焊只适用于较大面积的连接等。 爆炸焊只适用于较大面积的连接等。 焊只适用于较大面积的连接等 压焊的应用范围受到很大限制。 压焊的应用范围受到很大限制。 的应用范围受到很大限制
8.12 异种材料焊接方法 总结 熔焊
线能量输 入及影响 稀释率
线能量输入大 热影响区较大
压焊
线能量输入小 热影响区较小
钎焊
线能量输入小 热影响区较小
熔-钎焊
线能量输入适中
较大 有 熔
零 无 不熔或很少
零 有 不熔
小 无 熔
填充金属
母材熔化
8.12 异种材料焊接方法 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、 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 能够承受母材的稀释而不产生裂纹 间化合物； 间化合物； 在具体选择中遇到两种母材熔化温度相差很大时，宜选择 2)形成的焊缝金属其组织和性能保持稳定。 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 形成的焊缝金属其组织和性能保持稳定 常用于焊接低熔点母材的那种填充金属。如果用了高熔点 素的迁移，脆性相析出等不良现象； 素的迁移，脆性相析出等不良现象； 填充金属就可能受到低熔点母材的过分稀释； 3)具有与母村相适应的物理性能。 3)具有与母村相适应的物理性能。 具有与母村相适应的物理性能
8.12
② 结晶化学性能差异
合金元素之间相溶条件: 1. 两者晶格类型相同(如同为体心立方晶格); 2. 晶格常数、原子大小相近(差值不超过10%); 3. 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，则能无限溶解、所形成的固溶体称无限 固溶体。 若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。
焊接问题 焊缝化学成分不均匀、熔合区塑 性降低、产生裂纹 氧化导致的未熔合、气孔、裂纹 焊接接头力学性能降低 氧化性导致的未熔合、 脆性相、气孔、裂纹 界面结合（润湿性）差、脆性相、 裂纹、接头性能下降
刚＆有色金属 有色金属＆有色金 属
铝＆铜 铜＆银 铝＆钛 钢＆石墨 金属＆陶
金属＆非金属
瓷 刚＆金属间化合物
8.12
② 结晶化学性能差异
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： 1. 在该固溶体中析出另一种固溶体，从而形成两相混合物； 当两金属在液固态都不相溶解，又不形成金属间化合物，则在液态时 2. 在该固溶体中析出金属间化合物。 便会按比重分层，冷却时各自独立结晶，不能形成任何中间相合金。例如 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， Fe-Sb。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 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 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。 布。若焊缝中金属间化合物含量越多，且在晶界上呈网状分布，则接头的 性能就越差。
8.12 异种材料焊接方法 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 属间化合物时采取的一种焊接技术。 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。 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。 简易的作法是先钎焊，后熔焊。
当两母材线膨胀系数相差较大，除了选用线膨胀系数 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； 介于两母材之间； 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； 介于两母材之间的填充金属外，也可以考虑选用具有高塑 4)所形成的焊缝金属 所形成的焊缝金属， 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 性的填充金属，缓解因温度变化时所产生的热应力。
请加入标题
8.11 异种材料的
分类与组合
>>>>>
8.1
导读
8.11
8.12
异种材料焊 接性特点
8.2
异种钢 的焊接
8.21
异种钢的焊 接性分析
8.22
异种钢的焊 接工艺特1
图8-1
请加入标题
从材料组合与特点上分，异种材料的焊接组合有四种情况。
组合 钢＆钢
实例 珠光体钢＆奥氏体钢 复合钢的焊接 钢＆铜 钢＆铝
8.12 异种材料
焊接性特点
>>>>>
8.1
导读
8.11
异种材料 分类组合
8.12
8.2
异种钢 的焊接
8.21
异种钢的焊 接性分析
8.22
异种钢的焊 接工艺特点
8.23
不锈复合钢 的焊接
8.12
异种材料焊接的难点 ① 物理性能的差异
1、熔化温度T 不同→ 焊缝熔化和结晶状态不一致，力学性能变坏； 例如：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。 2、线膨胀系数-λ 不同→ 接头产生较大的焊接应力和变形，焊缝及HAZ易开裂。
3、热导率α不同→ 热输入失衡．熔化不均和改变焊缝及其两侧的结晶条件。 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 力学性能不同→接头力学性能不均匀，恶化接头质量。
4、电导率C不同 电磁性不同→ 焊接电弧不稳，焊缝成形差 例如：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。
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。 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。
8.12 异种材料焊接方法 选料原则
1.保证焊接接头的使用性能，可根据接头两侧焊接性较差或强度较 保证焊接接头的使用性能， 低的材料选择。 低的材料选择。 如：异种P钢的焊接，按强度较低一侧母材的要求选焊接材料，焊缝 钢的焊接，按强度较低一侧母材的要求选焊接材料， 熔敷金属成分与强度较低一侧母材成分接近，焊缝热强性≥母材。 熔敷金属成分与强度较低一侧母材成分接近，焊缝热强性≥母材。 2.焊缝具有一定的致密性和良好的工艺性能 2.焊缝具有一定的致密性和良好的工艺性能 3.保证焊缝金属具有所要求的特性，如热强性、耐热性、 3.保证焊缝金属具有所要求的特性，如热强性、耐热性、耐蚀性和 保证焊缝金属具有所要求的特性 耐磨性等。如低合金钢和不锈钢的焊接， 耐磨性等。如低合金钢和不锈钢的焊接，选用焊丝应具有较高的抗 裂和抗蚀性。 裂和抗蚀性。 4.加能形成中间过渡层的焊接材料：如陶瓷与金属的焊接， 4.加能形成中间过渡层的焊接材料：如陶瓷与金属的焊接，一般应 加入中间过渡层，对两母材的性能差异起缓冲作用。 加入中间过渡层，对两母材的性能差异起缓冲作用。
8.12 异种材料焊接方法 --熔焊 图8-1 焊接方法对熔合比的影响
对于互溶度有限，物理化学性相差大的异种材料，熔焊元素相互扩散导致接头的成分 酸性药皮焊条 和组织不均匀或生成脆性化合物，因此，熔焊时应降低稀释率，采用小电流高速焊， 焊条电弧焊 或在坡口一侧或两侧堆焊中间合金过渡层。 碱性药皮焊条 一般：小件：焊条电弧焊；薄件：TIG；厚件:MIG; 应 母材熔入焊缝后使焊缝原有的合金元素的比例发生变化：比例减小称为“稀释”，比 用 熔化极气体保护焊 例增大称为“合金化”。 范 稀释或合金化取决于焊缝熔合比，而熔合比取决于多种因素，包括坡口形式、焊接参 围 带极 数和金属的熔化特性、导热性等。比如：电弧偏吹，两侧母材熔化量不同。 埋弧焊