异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择讲解

第二节异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择
一、熔合区的特点
异种金属焊接时，在母材和焊缝之间有一个成分和母材或焊缝都不相同且往往介于两者之间，实际上形成了化学成分的过渡层(图3-2-1。

如果焊条（或焊丝）成分和母材成分，或者两种母材的成分相差很大时，熔合区的性能将对焊接接头的性能有着很大的影响。

所以，在选择焊接材料和确定焊接工艺时，不仅要考虑焊缝金属本身的成分和性能，还要考虑熔合区成分和性能。

虽然熔合区的厚度极小，通常只有几个晶粒，或者更小，但它对接头的性能影响却是很大的。

实际上熔合区可分为未混合区和半熔化区。

如果焊缝金属和母材金属化学成分差别愈大，愈不容易充分混合，则熔合区越明显。

熔合比和稀释率高时，熔合区也更明显。

熔合区金属液体存在时间越长，或液体金属流动性越好，则成分越均匀，熔合区会有所减小。

熔合区成分的不均匀性，可通过调整焊接参数、热处理工艺来进行适当的改善。

图3-2-1化学元素的含量在过渡区的分布
1—化学元素在母材中的含
量大于在焊缝中的含量
时的理论分布曲线
2—化学元素在母材中的含量
小于在焊缝中的含量
时的理论分布曲线
3—实际分布曲线
二、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，只是在焊接参数及措施方面需适当考虑异种钢的特点。

在选择焊接方法时，既要保证满足异种钢焊接的质量要求，又要尽可能考虑效率和经济。

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。

埋弧焊则生产效率高。

焊接金相组织不同的钢，如珠光体钢和奥氏体钢焊接时，还应考虑尽量使金属熔化量降到最小限度，即尽可能地降低熔合比，以防止过渡区出现脆性的淬硬组织和裂纹等缺陷。

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。

电子束焊可以用于制造异种钢真空设备薄壁构件。

小直径的异种钢管可用闪光对焊。

形状
简单的异种材料构件可用摩擦焊、扩散焊、爆炸焊和钎焊焊接。

如采用熔焊时，应尽量采用小电流快速焊，以降低母材金属的熔化量，保证较小的熔合比。

选用适合的焊接材料或有关措施，可以调整焊缝成分和性能，防止产生裂纹，提高焊接接头的性能，用各种电阻焊焊接异种钢时，要特别注意控制母材的熔化量。

三、异种钢焊接时焊接材料的选择
正确选择焊接材料是异种钢焊接时的关键，接头质量和性能与焊接材料关系十分密切。

异种钢接头的焊缝和熔合区，由于有合金元素被稀释和碳迁移等因素的影响，存在着一个过渡区段，这里不但化学成分和金相组织不均匀，而且物理性能也不同，甚至力学性能也有极大的差异，可能引起缺陷或严重降低性能，所以必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求正确地选择焊接材料。

从使用要求来说，对于金相组织较为接近的异种钢接头，其焊接材料的选择原则是要求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，这种认识在大多数情况下是对的，但从焊接工艺来说，有时这样
选材是不适当的，需要按性能较高的母材选择焊接材料，比如，铬的质量分数为12%的Crl2型复杂合金化的高铬热强钢与低合金的12CrlMoV钢的焊接实践表明，如果选用性能较低的12CrlMoV钢常用的
E5515-B2-V这种工作温度<540℃的焊条，在Cr12热影响区会出现裂纹，而选用性能较高的Crl2钢常用的EllMoVNiW-15这种工作温度<580℃的焊条，反而可以避免热影响区裂纹，可见选择焊接材料应综合全面考虑，而不能简单依据某种原则。

选择异种钢焊接材料时的基本原则可归纳如下：
1在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，如果不可能兼顾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符合两种母材中的一种，即认为满足技术要求。

3焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成形美观。

4焊接材料应经济、易得。

可供异种钢焊接时选用的各类焊条分别列于表3-2-1至表3-2-5，以供参考。

表3-2-1可用于异种钢焊接的结构钢焊条
牌号焊条型号药皮类型焊接电源主要用途
J422E4303钛钙型AC．DC焊接较重要的低碳钢及
低合金钢结构
J426E4316低氢钾型AC．DC焊接较重要的低碳钢及
低合金钢结构
J427E4315低氧钠型DC+焊接较重要的低碳钢及
低合金钢结构
J502E5003钛钙型AC．DC焊接Q345 (16Mn及
相同强度级别的低合金
钢一般结构
J505E5011纤维素型AC、DC焊接Q345 (16Mn及
相同强度级别的低合金
钢一般结构
J506E5016低氢钾型AC，DC焊接中碳钢及重要低合
金钢结构
J507E5015低氢钠型DC+焊接中碳钢及重要低合
金钢结构
J507Mo E5015-G低氢钠型DC+焊接抗高温硫及硫化氢
腐蚀用钢结构
J507MoW E5015-G低氢钠型DC+焊接抗高温氢、氮、氨
腐蚀的1OMnWVNb等
钢
J607E6015-G低氧钠型DC+焊接中碳钢和相应的低
合金高强度结构钢等。

J707E7015-
D2低氢钠型DC+焊接低合金高强度结构
钢
J807E8015-G低氢钠型DC+焊接低合金高强度结构
钢
J857E8515-G低氢钠型DC+焊接低合金高强度结构
钢
J907E9015-G低氧钠型DC+焊接低合金高强度结构
钢
Jl07E10015-
G 低氢钠型DC+焊接低合金高强度结构
钢
表3-2-2可用于异种钢焊接的钼及铬铝耐热钢焊条
牌号焊条型号药皮
类型焊接电
源
焊缝金属主
要成分（质
量分数，%）
主要用途
R107E5015-AI低氢
钠型DC Mo O．5工作温度<
520℃的珠光体
耐热钢(如
15Mo
R207E5015-B1低氢
钠型DC M0 0.5,
CrO.5
工作温度<
510℃的珠光体
耐热钢(如
12CrMo
R307E5515-B2低氢
钠型DC M0 0.5, Cr
l.0
工作温度<
540℃的珠光体
耐热钢(如
15CrMo
R317E5515-B2-V低氢
钠型13(2M0 0.5, Cr
l.0
VO.2
工作温度<
540℃的珠光体
耐热钢(如
12CrMoV
R327E5515-B2-VW低氢
钠型DC M00.8,
Crl.2
VO.3, WO.4
工作温度<
570℃的珠光体
耐热钢(如
12CrMoV
R337E5515-B2-
VNb 低氢
钠型
13(2M00.8, Cr
l.2
V0.3, Nb0.2
工作温度<
570℃的珠光体
耐热钢(如
ZG15CrlMolV
R347E5515-B3-
VWB 低氢
钠型
DC V 0.4, Cr
2.0
W0.4, B
0.002
工作温度<
620℃的珠光体
耐热钢(如
12Cr2Mo WVTiB
R407E6015-B3低氢
钠型13(2M0 1.0,
Cr2.5
Cr2.5Mo等珠
光体耐热钢
R417E5515-B3-
VNb 低氢
钠型
DC M0 0.9,
Cr2.7
V0.4, Nb0.5
工作温度<
620℃的珠光体
耐热钢(如
12Cr3MoVSiTiB
R427E5515-B3-
VNb 低氢
钠型
DC Mol.0,
Cr2.7
V 0.3,. Nb
0.2
W0.4
工作温度<
620℃珠光体耐
热钢
R507E1-SMoV-15低氢
钠型
De M0 0.4--0.7
Cr 4.5--6.0
V 0.1--0.35CrSMo等珠光体耐热钢
R707E1-9Mo-15低氢
钠型DC M0 0.8,
Cr9.0
Mn 0.8, Si
用CrgMo钢等
珠光体耐热钢
0.5
R717低氢
钠型DC Mol.0,
Cr9.0
Ni 0.8,
Mn0.9V0.3,
N0.05
工作温度在
600～650℃的
9CrMoNiV耐热
钢，如
T91/P91或F9
R807E11MoVNi-15低氢
钠型DC M00.8, Cr
11
Mn 0.8, Si
0.5
V0.3, Ni0.8
工作温度为
565℃以下耐热
钢，如
1CrllMoV等
牌号
焊条型号药皮
类型
焊接电
源
焊麓金属主
要成
分（质量分
数，%）
主要用途
R817
E2-11M-
11MoWNiV-
15低氢
钠型
DC Cr 9.5--
12.0
M0 0.8～1.1
Ni 0.4～1.1
W 0.4～0.7
V 0.4～0.7
工作温度<
580℃的耐热钢
(如Crll Mo
WNiV
R827
相当于E1-
11MoVNi-1低氢
钠型
DC Cr 9.5--
12.0
M0 0.8--1.1
工作温度<
565℃的
CrllMoV及
Cr11MoNiV耐
Ni 0.4～1.1
V 0.2～0.4
热钢
表3-2-3可用于异种钢焊接的铬不锈钢焊条
牌号焊条型号药皮类型焊接电源焊缝金属主要成分（质
量分数，%）
用途
G202E410-16钛钙型AC、DC Crl3, Mn~l, Si--<~0.9
Ni~<0.7, Mo~<0.750Cr13、1Cr13不锈钢等
G207E410-15低氢钠型DC Crl3, Si~0.9, Ni~0.7
Mo~0.75, Cu~0.750Cr13、1Cr13不锈钢等
G217相当
EA10-15
和E1-13-
15低氢钠型DC Crl3, Mn~
Ni~0.7, Mo~<0.75
Cu~0.75
0Cr13,
1Cr13,2Cr13不锈钢
等，
G302EA30-16钛钙型AC．DC Crl7, Mn~0.1, Si~-
~0.9
Ni~0.6,. Mo~0.75
Cu~0.75
Crl7不锈钢等’
G307E430-15低氢钠型DC Crl7, Mn~l, Si~<~0.9
Ni~0.6,
Mo~0.75Cu~0.75
Crl7不锈钢等
表3-2-4可用于异种钢焊接的铬镍奥氏体不锈钢焊条牌号焊条壁号药皮焊接电焊缝金属主要成分用途
类型源（质量分数，%）
A002E308L-16钛钙
型AC，DC C≤ 0.04, Crl8.0 -
"21.0,Ni9.0--11.0
焊接超低碳不锈
钢，如
00Crl9Nil
l.0Crl8Nil lTi
A022E316L-16钛钙
型
AC．DC C<~_0.04,Cr17.0--
20.0 Ni11.0--14.0焊接尿素及合成纤维设备，也可用于焊后不能热处理的铬不锈钢及复合钢
A042E309MoI~16钛钙
型AC．DC C~0.04,Cr15.0--22.0
Nil2.0--
14.0,M02.0--3.0
用于超低碳不锈钢
及异种钢焊接
A052钛钙
型AC．DC C~0.04,Cr17.0～22.0
Ni22.0～
27.0,M04.0～5.0
用于化学耐酸硫、
醋酸、磷酸中的反
应器，同时可
用于抗海水腐蚀用
钢及异种钢焊接。

A102E308-16钛钙
型AC．DC C-~.0.08,Cr18.0～
21,0 Ni9.0-
11.0,Mn0.5--2.5
工作温度< 300℃的
耐
蚀不锈钢如
0Crl9Ni9．
0Crl 8Nil lTi
A107E308-15低氢
钠型DC C~0.08,Cr18.021.0
Ni9.0-- 11.0,Mn0.5-
-2.5
工作温度< 300℃的
耐
蚀不锈钢，如
0Crl9N19、
0Crl 8Nil lTi
A137E347-15低氢
钠型DC C≤0.08,Cr18.0～
21.0 Ni9.0-- 11.0
重要的含钛稳定剂
的
0Crl8Ni-llTi不锈
钢
A172E307-16钛钙
型AC．DC C0.04～
0.14,Cr18.0～
21.5Ni8.0--
10.7,M00.5--1.5
适用于ASTM307钢
及其他异种钢焊接
A202E316-16钛钙
型AC．IX;C~0.08,M02.0--
2.5Cr17.0～
20.0,Nill.0-- 14.0
在有机或无机酸介
质中工作的
0Crl7Nil2M02不锈
钢
A207E316-15低氢
钠型DC C~0.08, M02.02.5
Cr17.0--
20.0,Nill.0～14.0
在有机或无机酸介
质中工作的
0Crl7Nil2M02不锈
钢等
A212E318-16钛钙
型AC．DC C≤ 0.08, M02.03.00
Crl7.0--
20.0,Nill.0--14.0
重要的
0Crl7Nil2M02不锈
钢等
牌号焊条型号药皮
类型焊接电
源
焊缝金属主要成分
（质量分数，%）
用途
A242E317-16钛钙
型AC．DC C~ 0.08, Crl8.00 --
21.0Nil2.0 -- 14.0,
M03.04.0 Mn0.5--2.5
用于同类及异种钢
焊接
A302E309-15钛钙
型AC．DC C~ 0.15, Cr22.0～
25.0
Nil2.0～ 14.0
同类型的不锈钢及
异种钢焊接
A307E309-15低氢
钠型DC C≤ 0.15, Cr22.0～
25.0Nil2.0-- 14.0
同类型的不锈钢及
异种钢焊接
A312E309Mo-16钛钙
型AC．DC C≤ 0.12, M02.0 --
3.0
Cr22 -- 25, Nil2 --
14
受硫酸介质腐蚀的
同类型的不锈钢等
A317E309Mo-15低氢
钠型DC C~ 0.12, Cr22.0 --
25,0
Nil2.0 -- 14.0,
M02.0
3.0 Mn0.5--
2.5,Si0.9
用于焊接耐酸介质
（硫氢）腐蚀的同
类不锈钢、复合钢
及异种钢焊接
A402E310-16钛钙
型AC．DC C≤ 0.20, Cr25～
28Ni20.0--22.5,
Mnl.02.5
焊接Cr5Mo，CrgMo
及高温下工作的耐
热不锈钢等
A407E310-15低氢
钠型DC C≤ 0.20, C r25 --
28Ni20.0 -- 22.5,
Mnl. 02.5
焊接Cr5Mo，CrgMo
及高温下工作的耐
热不锈钢等
A502E16-25MoV-
16钛钙
型
AC．DC C~0.12, N≥0.10,
M05～ 7Cr14～ 18,
Ni22～ 27,Mn0.5--
2.5
淬火状态下的低合
金钢和中合金钢，
如30CrMnSiA等
A507E16-
25M06N15低氢
钠型
DC C~0.12, N>~0.10
MoS.0
～7.0, Cr14～ 18
Ni22
27,M00.5～2.5
淬火状态下的低合
金钢和中合金钢，
如
30CrMnSiA
表3-2-5可焊接异种钢的镍及镍合金焊条
牌号焊接电源焊缝金属主要成分（质量分
数，%）
用途
Nil12AC．DC Ni≥92镍基合金和双金属Ni307DC NiTOCrl5镍基合金或异种钢
Ni307B DC Ni70Crl5Mn7镍基合金或异种钢
Ni337DC Ni70Crl5Nb3M04镍基合金或异种钢、复合钢Ni347DC Ni70Crl 8Mn4Nb2镍基合金或异种钢、复合钢。