第一章+异种金属的焊接性(3)概论
第一章+异种金属的焊接性(3)概论
焊接中,焊接接头中的各种物理化学反应是在 温度和化学成分都处于极不平衡的特定条件下 进行的，引起两方面的后果: 1.在焊接区内产生各种类型的缺陷，使焊接接 头丧失其连续性； 2.即使没有产生缺陷，也可能降低了某些必要 的性能，影响焊接结构的使用寿命。
因此，单从金属本身固有的基本成分和 性能，还不足以判断它在焊接时出现什 么问题，也不能直接表明焊后接头性能 是否满足使用要求。这样就要求人们从 焊接的角度来分析研究金属某些特有的 性能——焊接性。
例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头 的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数 量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状 态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。因此，结构 设计因素也是影响焊接性的重要因素。
❖ 在设计焊接结构时，应尽量使接头处于刚度、拘束度 较小的状态，以便焊缝能较为自由地收缩，防止裂纹， 改善材料的焊接性。
焊接冷裂纹敏感系数 除碳当量外，考虑到焊缝含氢量和接头拘束度
2）利用物理性能分析 金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容量等
因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响， 从而影响焊接性。
3）利用化学性能分析 考虑焊缝金属被有害元素侵害的倾向性，如铝、
钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而 需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真 空中焊接等，有时焊缝背面也需要保护。
各种焊接方法对焊接区的保护方式不同，其保护效果和 保护下的接头质量就有差别，因此保护方式对焊接性也 有影响。
工艺措施对防止焊接接头产生缺陷，提高接头使用性 能至关重要：
工艺措施
焊前预热 焊后缓冷 焊后热处理 后热 合理装配焊接顺序
3）结构设计因素（结构和接头形式、焊缝布置）
异种金属的焊接性问题阐述
异种金属的焊接性问题阐述一、绪论目前对于异种金属合成的发展，铝和钢的焊接也成为机械制造业中的重点与难点，由于不同金属性能的差别，导致异种金属的焊接具有较大的难度性。
钢和铝的连接方式有粘接与机械连接两种，粘接的使用比较局限，不适用于超强度的焊接要求，适合对接头强度要求低的焊接过程；而机械焊接能实现较高的接头焊接强度，但是不能保证良好的气密性，而且机械连接一般会留下连接痕迹[1]，对于要求精密的金属部件，这种方法显然不适合。
为了实现异种金属的合成，达到最佳的金属性能，降低金属制造成本，近年来，广大研究人员正在对异种金属焊接技术进行研究与探索，本文就异种金属焊接技术的相关方法与问题进行了论述。
二、铝钢异种金属的焊接性在各种加工制造行业中，铝合金的质量轻、耐腐蚀性强、延展性较高[2]，成为目前广泛应用的一种轻金属，而钢是机械加工行业中使用最普通的金属，在工业建设中扮演着重要的角色。
近年来，以铝、铝合金为基本材料的金属构件使用越来越普遍，并得到了人们的关注。
铝与钢的金属的物理与化学性能上有较大的差异，导致铝与钢焊接过程难以实现，主要的差异体现在以下几点：（1）熔点不同；钢的熔点比铝的熔点高，在两者进行焊接的过程中，由于温度的变化当铝完全熔化成液体的状态时，钢仍处于固态的形式；两者的密度也相差很大，如果实现了铝与钢的同时融化，这时候由于液态的铝水比钢水的密度小，会浮在钢水上，在对金属进行冷却、定型时，就导致两种金属融合的不均匀，从而降低金属接头的性能。
（2）夹渣现象容易发生；夹渣现象指的是铝及合金在焊接的过程，在母材上形成氧化膜，这种氧化膜很难融化，从而阻碍了两种金属的融合；通常在熔池表面也会产生氧化膜，并随着温度的升高变得越来越厚。
氧化膜会严重影响到液态金属的融合，最终导致金属焊缝中出现夹渣的现象[3]。
（3）铝钢焊接接头变形问题；由于铝与钢的密度、热导率相差较大，两者的线膨胀系数也差距很大，在铝和钢的焊接过程中会造成焊接接头的变形，严重时会造成焊接金属裂纹的产生。
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。
异种金属的焊接
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。
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。
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。
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。
异种金属的焊接
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25－20型(A407) 0.18 1.4 0.54 26.2 18.8 27.01 24.9
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母材及各种焊材在舍夫勒组织图上的位置
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• 不用填充金属（如TIG焊自熔）焊接Q235钢（图中b点）与 1Cr18Ni9钢（图中a点）时，接头熔化面积相等，熔合比各 为50%，因而焊缝的铬镍当量应为图中f点，焊缝组织为马 氏体。
母材2的熔合比＝ G2/(Z+G1+织异种钢接头存在的问题
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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。
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不同金相组织类型异种钢焊接 通常所说的异种钢焊接指的是碳钢或低合金钢 与奥氏体不锈钢之间的连接。“黑”或“白” 是企业实践中的俗称。组织上应该是珠光体（ 铁素体）钢与奥氏体钢异种钢焊接。
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异种金属焊接分类
• 从材料上：
1）异种有色金属焊接
2）有色金属与黑色金属焊接
3）异种黑色金属焊接
• 异种黑色金属焊接包括强度不同的钢与钢焊接和 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）
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。
关于异种钢焊接的简介
关于异种钢焊接的简介第一节焊接接头的特点、成分、和组织的控制一，焊接接头的特点异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，主要是熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材存在的不均匀性，主要有：1.化学成分不均匀。
这是因为在焊接加热过程中，两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因“稀释”作用会发生变化。
接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的影响，易采用小电流、浅熔深。
2.组织的不均匀性。
在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构。
参见舍夫勒图Nieq -- 镍当量；Creq—铬当量（学会看舍夫勒图）熔合比（稀释率）θ-在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。
用实验测得的。
θ＝A/A+B=A1+A2/A1+A2+Bθ取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）的性质以及焊条（焊丝）的倾角等因素3.性能的不均匀性。
由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大。
4.应力场分布不均匀。
由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；导热系数不同会引起热应力不同。
在组织应力和热应力的共同作用下发生叠加后会产生应力峰值，导致接头发生断裂。
总之，对于异种钢焊接接头，其成分、组织、性能和应力场的不均匀是主要特点。
二，异种钢焊缝金属的成分、组织的控制1.焊缝成分与舍夫勒组织图的关系。
异种钢焊接时由于选择的焊材与母材不同，要推算焊缝金属的成分、组织及性能。
舍夫勒组织图就有这个功能。
（图2-3）奥氏体形成元素的镍当量计算公式：Nieq＝wNi+30wC+0.5wMn铁素体形成元素的铬当量计算公式：Creq＝wCr+wMo+1.5wSi+0.5wNb也可以由母材、填充金属的成分和稀释率求出焊缝金属的成分。
异种金属的焊接
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不同金相组织类型异种钢焊接 通常所说的异种钢焊接指的是碳钢或低合金钢 与奥氏体不锈钢之间的连接。“黑”或“白” 是企业实践中的俗称。组织上应该是珠光体（ 铁素体）钢与奥氏体钢异种钢焊接。
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不同金相组织类型异种钢焊接材料选择
不同金相组织的异种钢焊接，一般按照舍夫勒组织
图选择奥氏体填充材料。如果还有高温环境，要选
择镍基合金填充材料。
• 以Q235与1Cr18Ni9钢焊接为例进行说明，图2表示焊缝金属 中两种母材的熔合比各为20％，填充金属占60％。
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• 对接头设计来说，重要的是要有足够的韧性，并达 到不锈钢的屈服极限值。为了满足这些条件，要根 据焊接方法与熔合比，使用舍夫勒组织图来选择奥 氏体填充材料，以使焊接金属达到奥氏体或奥氏体 +少量铁素体组织 • 对于碳钢与X6CrNiNb18-10，一般用奥氏体填充材 料18-8Mn6或23-12L（1.4370或1.4332）。 • 对于热输入，既要注意母材要求，也要注意焊接填 充材料的要求。一方面，对黑色金属一侧，注意淬 硬倾向较大的材料，需要预热，另一方面，由于焊 接金属热裂纹的敏感性，要限制最大的层间温度。
熔合比计算示意图
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不同组织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。
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1.异种钢焊接概述及其焊接特点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。
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。
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。
异种钢焊接时存在以下焊接特点。
1.1接头中化学成分的不均匀性分析异种钢焊接接头的化学成分不均匀性及由此而导致的和力学性能不均匀性问题极为突出，特别是对于第二类异种钢接头更是如此。
1.2接头熔合区和性能的不稳定性分析在母材与焊缝金属之间的熔合区由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性，因此就引起组织极大的不均匀性，给接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响。
1/ 61.3焊后热处理是较难处理的问题异种钢接头的焊后热处理是一个比较难处置的问题，如果处置不当，会严重损坏异种钢接头的力学性能，甚至造成开裂。
2.异种钢焊接工艺2.1焊材选择异种钢接头的焊缝和熔合区，由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区，过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀，而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异，可能会引起焊接缺陷(如裂纹等)或严重降低性能。
为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。
其焊材选用的基本原则有以下几点。
（1）在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊材。
（2）焊缝金属性能只需要符合两种母材中的一种，即可认为满足使用技术要求。
一般情况下，选用焊材使焊缝金属的力学性能及其他性能不低于母材中性能较低一侧的指标，即认为满足了技术要求。
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。
异种金属的焊接性能分析及实例
状态不同，容易使焊缝 及热影 响区产生裂纹 ，甚 至导致 焊缝 与母材 剥离 。③异 种金 属 的导 热率 和 比热 相差越
大 ，越难进行焊接。金属 的导的坡 ｉ 部 预热 ，预热 温 度 为 Ｓ ｌ １０ ５ ℃。预热时 ，把 Ｃ — ｏ钢母 材侧 的衬 环 除掉 ，奥 氏 ｒ Ｍ
和塑性 。⑥异种金属之间形成金属问化合 物越多 ，越难
进行焊接 。由于金属问化合物具有很大脆性 ，因而金属 间化合物 的数量 、形式和在焊缝 中的 分布状态 ，对焊接 接头的性能均有很大影响。容易使焊缝产生裂 纹 ，甚至 会产生脆断 。⑦异种金属焊接时 ，焊缝 和母材不 易达到
的熔点相差越大 ，越难进行焊接。焊接熔点相 差大的异 种金属 ，由于熔点低的金 属达到熔化状态 时 ，熔 点高的 金属仍呈 固体状态 ，因此已熔 化的金属容易渗 入过热区
的晶界 ， 使过热区的组织性 能降低 。当熔点高 的金 属熔
化时 ，势必造成熔点低的金属流失 、烧损 和蒸发 ，因此
难以焊合 。②异种金 属的线膨 胀系数相差越 大 ， 难进 越
法和填充材料 ，并正确地制定焊接工艺 和采 取特殊 的措 施 ，才能获得优质 的焊接接头。下面就生产 实践中小批 量异种金属焊接工艺实例进行分析 。 将外径 为 ２０ ２ ｍｍ内径 ７ ｍ 的 Ｃｌ Ｎ ｌＭ ３ （ 氏 ８ｍ ｒ７ ｉ ｏ 奥 ４
１０ 左右。将 整个坡 １焊满 ，用石棉 把整个接头包好 ， ５￣ Ｃ ７ １
为例，每 吨重油燃烧后产生约 ７ ． ｋ ｓ ： ３ ５ ｇ的 ０ ，同时还产 生Ｃ， Ｏ 等其他有 害气体 。而振动时效则有 利于节能 ，减 少环境污染 。
异种金属焊接-1
在会影响铝的力学性能和焊接性能。
钢与铝及其合金的焊接
铝中加入铁会提高强度和硬度，降低塑性，增大脆性，对 焊接性影响严重。并且铝在铁中的溶解度比铁在铝中的溶解 度在很多倍，含大量铝的钢，具有某些良好的性能（如抗氧 化性），但含铝量超过5％以上时具有较大的脆性，严重地影 响焊接性。 熔点相差大 _ Al先熔，钢处于固态 线膨胀系数相差大 _ 热应力，热裂纹 Al氧化 _ Al2O3， 焊缝夹渣 助焊剂使用
冷压焊（塑性好的金属，变形率大，Cu＋Al 的最小压缩率84％）
扩散焊（高温下，少量塑变－扩散），互不溶，产生金属间化合物的金 属采用中间层。
电阻焊，摩擦焊，爆炸焊，超声焊等；瞬时加热、加压和快速变形。
钢与铝及其合金的焊接
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
（1 ） 熔焊特点 钢与铝及铝合金熔焊时，一般采用氩弧焊、电子束焊以 及气焊等焊接方法。要想获得良好的接头，必须保证在接 头上不产生金属间化合物。熔焊时，必须在钢表面镀一层 过渡金属，此过渡层金属与铝要有很好的结合性，才能形 成良好的焊接接头。
为解决钢与铝熔焊时的困难，常采用的工艺措施有以下几种。 ① 在钢表面镀上与铝相匹配的第三种金属，如锌、银等，厚度约30 －40m为过渡层，钢侧为钎焊，铝侧为熔焊。 ② 对接焊时，使用K形坡口，坡口开在钢材侧。焊接热源偏在铝材 一侧，以使两侧受热情况均衡，防止镀层金属蒸发。 ③ 使用气体保护进行焊接，如采用氩弧焊。
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一、焊接性及其影响因素
1、金属焊接性 定义
❖金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定 使用性能的焊接接头的特性
含义
❖金属在焊接加工中形成完整焊接接头的能力即金属 对形成缺陷的敏感性（结合性能）
❖焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的
能
力 （使用性能）
❖ 评价标准： 如果某种金属采用简单的焊接工艺就
❖热焊接性
在焊接过程条件下，焊接热循环对HAZ组织性 能及产生缺陷的影响程度
评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质 及焊接工艺条件有关
（与焊缝金属不同，焊接时热影响区的化学成分一般不会
发生明显的变化，而且不能通过改变焊接材料来进行调整， 即使有些元素可以由熔池向熔合区或热影响区粗晶区扩散， 那也是很有限的。为了改善热焊接性，除了选择母材之外， 还要正确选定焊接方法和热输入。）
第一章 异种金属的焊接性
【主要内容】 ➢ 焊接的基本理论基础； ➢ 典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场 合； ➢ 常用金属材料焊接性、焊接工艺要点； ➢ 简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘 剂及胶粘工艺。
第三节 金属的焊接性
❖ 在长期生产实践和科学研究的基础上，人们 发现，某些金属材料具有良好的性能（较高 的强度、塑性和耐蚀性等），是理想的结构 材料，但当人们利用这些材料制造焊接结构 时却发现，它们往往会在焊接结构实际的应 用中出现很多问题，这是为什么？
❖ 对体积和重量有要求的焊接结构，设计中应选择比强 度较高的材料，如轻合金材料，以达到缩小体积、减 轻重量的目的。
❖ 对体积和重量无特殊要求的焊接结构，选用强度等级 较高的材料也有其技术经济意义，不仅可减轻结构自 重，节约大量钢材和焊接材料。
4）使用条件
工作温度、受载类别、工作环境等 一定工作环境和运行条件要求焊接结构必须具 有相应的使用性能，因此使用条件的苛刻程度 必然影响到某些金属的焊接性
❖ 总之，焊接性与材料、设计、工艺和服役环 境等因素有密切关系，人们不可能脱离这些 因素而简单地认为某种材料的焊接性好或不 好，也不能只用某一种指标来概括某种材料 的焊接性。
3、焊接性分析方法 （1）从金属的特性分析焊接性
1）化学成分
碳当量法 钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，
所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含 碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(Ceq)， 以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值 越小，钢材的焊接性能越好 。
焊接中,焊接接头中的各种物理化学反应是在 温度和化学成分都处于极不平衡的特定条件下 进行的，引起两方面的后果: 1.在焊接区内产生各种类型的缺陷，使焊接接 头丧失其连续性； 2.即使没有产生缺陷，也可能降低了某些必要 的性能，影响焊接结构的使用寿命。
因此，单从金属本身固有的基本成分和 性能，还不足以判断它在焊接时出现什 么问题，也不能直接表明焊后接头性能 是否满足使用要求。这样就要求人们从 焊接的角度来分析研究金属某些特有的 性能——焊接性。
各种焊接方法对焊接区的保护方式不同，其保护效果和 保护下的接头质量就有差别，因此保护方式对焊接性也 有影响。
工艺措施对防止焊接接头产生缺陷，提高接头使用性 能至关重要：
工艺措施
焊前预热 焊后缓冷 焊后热处理 后热 合理装配焊接顺序
3）结构设计因素（结构和接头形式、焊缝布置）
• 不同板厚、不同接头形式或坡口形状的焊件传热方向 和传热速度不一样，对熔池结晶和晶粒成长有影响 • 焊接结构设计直接影响接头的刚度、拘束度以及应力 状态，影响接头产生各种裂纹的倾向
影响焊缝金属化学成分和性能的主要方面
（2）影响工艺焊接性的因素
1）材料因素
母材或基本金属
焊接材料：焊条、焊丝、焊剂、 保护气体
• 由于这些材料在焊接时将直接参与熔池或半熔化区 的冶金反应过程，影响或决定接头的焊接质量，因 此是影响焊接性的首要因素。
2）工艺因素
焊接方法 焊接工艺措施
对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所 表现出来的焊接性有很大的差异。发展新的焊接方法和 新的工艺措施是改善工艺焊接性的重要途径。
❖冶金焊接性
冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度
具体来讲是指熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相 之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。 这些冶金反应包括：合金元素的氧化、还原、蒸发；氧、 氢、氮等的溶解、析出对生成气孔或对焊缝性能的影响； 在焊缝结晶及冷却过程中，由于焊接熔池的化学成分、 凝固结晶条件以及接头区热胀冷缩和拘束应力等影响， 对裂纹，特别是热裂纹或冷裂纹的敏感性。
2、焊接性的分类
❖ 焊接性
工艺焊接性：在一定焊接工艺条件
下，能否获得优质致密、无缺陷的焊 接接头的能力。
使用焊接性：焊接接头或整体结构
满足某种使用性能的程度。
（1）工艺焊接性的分类
对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过程和热过程 这两个必不可少的过程。在焊接接头区域，冶金过程 主要影响焊缝金属的组织和性能，而热过程主要影响 热影响区的组织和性能。
在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况 下，工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。
焊接方法对焊接性的影响主要有两个方面： • 焊接热源的特点：
各种焊接方法所采用的焊接热源在功率、能量密度、 最高加热温度等方面均不同，这可直接改变焊接热循 环的各项参数（如峰值温度、高温停留时间及相变区 的冷却速度等），从而影响接头的组织和性能。 • 对熔池和接头附近区域的保护：
例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头 的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数 量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状 态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。因此，结构 设计因素也是影响焊接性的重要因素。
❖ 在设计焊接结构时，应尽量使接头处于刚度、拘束度 较小的状态，以便焊缝能较为自由地收缩，防止裂纹， 改善材料的焊接性。
可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足 技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特 殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接 头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则 称其焊接性差。
❖ 研究焊接性的目的：目的在于查明一定的材料在指定的
焊接工艺条件下可能出现的问题，以确定焊接工艺的合理性 或材料的改进方向。