-常見異種金屬材料的焊接

1、編輯課件焊工技師、高級技師培訓(xùn)焊工技師、高級技師培訓(xùn)5-3 5-3 常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接珠光體耐熱鋼與低合金鋼的焊接珠光體耐熱鋼與低合金鋼的焊接 一、焊接性一、焊接性 這類異種鋼焊接時的主要問題是這類異種鋼焊接時的主要問題是焊接接頭的熱影響區(qū)或熔合區(qū)容易產(chǎn)焊接接頭的熱影響區(qū)或熔合區(qū)容易產(chǎn)生冷裂紋生冷裂紋。為了消除或減少冷裂紋的形成，在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，要選擇合。為了消除或減少冷裂紋的形成，在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，盡量避免焊接接頭應(yīng)力過于集中，減少理的結(jié)構(gòu)形式，盡量避免焊接接頭應(yīng)力過于集中，減少T形和十字接頭的形和

2、十字接頭的焊接結(jié)構(gòu)；同時在焊前應(yīng)嚴格控制氫的來源，要嚴格清理。清洗焊絲，烘焊接結(jié)構(gòu)；同時在焊前應(yīng)嚴格控制氫的來源，要嚴格清理。清洗焊絲，烘干焊劑和焊條，盡量選用低氫型焊條，徹底清理坡口兩側(cè)干焊劑和焊條，盡量選用低氫型焊條，徹底清理坡口兩側(cè)20mm內(nèi)的油污、內(nèi)的油污、鐵銹和油漆等；正確選用焊接參數(shù)。焊前要將待焊處進行預(yù)熱，采用較大鐵銹和油漆等；正確選用焊接參數(shù)。焊前要將待焊處進行預(yù)熱，采用較大的焊接熱輸人進行焊接，焊后進行緩冷或熱處理，選擇合理的焊接順序以的焊接熱輸人進行焊接，焊后進行緩冷或熱處理，選擇合理的焊接順序以減少焊接殘余應(yīng)力。減少焊接殘余應(yīng)力。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊

3、接遷鋼3#爐坡口（Q345+15GrMo）常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 二、焊接方法二、焊接方法 這類異種鋼可以選用焊條電弧焊和氣體保護電弧這類異種鋼可以選用焊條電弧焊和氣體保護電弧焊等焊接方法。對于重要的高壓管道，可先采用手工鎢焊等焊接方法。對于重要的高壓管道，可先采用手工鎢極氬弧焊（極氬弧焊（TIG）打底，然后用焊條電弧焊蓋面，以保）打底，然后用焊條電弧焊蓋面，以保證焊縫質(zhì)量。證焊縫質(zhì)量。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 三、預(yù)熱溫度和層間溫度三、預(yù)熱溫度和層間溫度 無論是定

4、位焊，還是正式施焊，焊前均應(yīng)進行預(yù)熱。預(yù)熱溫度無論是定位焊，還是正式施焊，焊前均應(yīng)進行預(yù)熱。預(yù)熱溫度可根據(jù)可根據(jù)珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼的要求的要求(4d or150mm)進行選擇?？梢哉w或進行選擇?？梢哉w或局部預(yù)熱。對于焊接結(jié)構(gòu)剛度比較大、質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，最好局部預(yù)熱。對于焊接結(jié)構(gòu)剛度比較大、質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，最好采用整體預(yù)熱，而且多層焊時層間溫度不能低于此溫度，并一直采用整體預(yù)熱，而且多層焊時層間溫度不能低于此溫度，并一直要保持到焊接結(jié)束。焊接過程如果間斷，則焊件應(yīng)保溫后再緩慢要保持到焊接結(jié)束。焊接過程如果間斷，則焊件應(yīng)保溫后再緩慢冷卻，必要時，還應(yīng)進行冷卻，必要時，還應(yīng)進行脫氫處理

5、脫氫處理，再施焊時，仍按原要求重新，再施焊時，仍按原要求重新進行預(yù)熱。進行預(yù)熱。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 四、焊接材料和坡口四、焊接材料和坡口 珠光體耐熱鋼與低合金鋼焊接時，應(yīng)根據(jù)鋼材的力學(xué)性能來選珠光體耐熱鋼與低合金鋼焊接時，應(yīng)根據(jù)鋼材的力學(xué)性能來選擇相應(yīng)強度等級的焊接材料，而不是根據(jù)珠光體耐熱鋼的化學(xué)成擇相應(yīng)強度等級的焊接材料，而不是根據(jù)珠光體耐熱鋼的化學(xué)成分來選擇焊接材料。分來選擇焊接材料。 焊接坡口的選擇原則是希望珠光體耐熱鋼熔入焊縫金屬的量越焊接坡口的選擇原則是希望珠光體耐熱鋼熔入焊縫金屬的量越少越好，即熔合比越小越好。其目的是為了減少熱影響區(qū)脆硬的少越好，即熔合

6、比越小越好。其目的是為了減少熱影響區(qū)脆硬的馬氏體組織，避免或減少出現(xiàn)冷裂紋。馬氏體組織，避免或減少出現(xiàn)冷裂紋。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 五、焊后熱處理五、焊后熱處理 為了減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，消除延遲裂紋，改善焊接為了減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，消除延遲裂紋，改善焊接接頭的力學(xué)性能，防止在使用過程中產(chǎn)生變形，焊后必須進行接頭的力學(xué)性能，防止在使用過程中產(chǎn)生變形，焊后必須進行回火熱處理。當焊后不能立即進行回火熱處理時，要及時進行回火熱處理。當焊后不能立即進行回火熱處理時，要及時進行后熱處理間熱到（后熱處理間熱到（200350，保溫，保溫26h）焊后熱處理的溫）焊后熱處理的溫度要

7、以珠光體耐熱鋼為基準度要以珠光體耐熱鋼為基準(600 -650 )。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接珠光體鋼與馬氏體鋼的焊接珠光體鋼與馬氏體鋼的焊接 馬氏體鋼是介于珠光體鋼與奧氏體鋼之間的鋼種，含鉻量馬氏體鋼是介于珠光體鋼與奧氏體鋼之間的鋼種，含鉻量5%-9%和和12%的高鉻鋼。由于含鉻量較高，所以抗氧化性能好，在高溫的高鉻鋼。由于含鉻量較高，所以抗氧化性能好，在高溫580以上，以上，高溫持久強度比一般常用的珠光體耐熱鋼高，并且有較好的抗蠕變性能。高溫持久強度比一般常用的珠光體耐熱鋼高，并且有較好的抗蠕變性能。 一、焊接性一、焊接性 這類異種焊接接頭的焊接性較差，主要表現(xiàn)在兩個方面

8、：這類異種焊接接頭的焊接性較差，主要表現(xiàn)在兩個方面： 1、淬硬傾向、淬硬傾向 馬氏體鋼具有明顯的空氣淬硬傾向，焊后易得到硬度很高的馬氏體馬氏體鋼具有明顯的空氣淬硬傾向，焊后易得到硬度很高的馬氏體組織，使焊縫金屬脆性增加。組織，使焊縫金屬脆性增加。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 在焊接熱循環(huán)作用下，經(jīng)高溫放熱，焊縫及熔合線附近晶粒急劇長在焊接熱循環(huán)作用下，經(jīng)高溫放熱，焊縫及熔合線附近晶粒急劇長大，加上焊接殘余應(yīng)力的作用，極易形成冷裂紋。此外，這兩類鋼種的大，加上焊接殘余應(yīng)力的作用，極易形成冷裂紋。此外，這兩類鋼種的碳當量值均較高，如珠光體鋼的碳當量為碳當量值均較高，如珠光體鋼的碳當

9、量為0.626%，馬氏體鋼碳當量為，馬氏體鋼碳當量為2.99%，均超過產(chǎn)生冷裂紋的碳當量極限值，均超過產(chǎn)生冷裂紋的碳當量極限值0.4%，所以冷裂紋傾向均很，所以冷裂紋傾向均很大。大。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2、形成增碳層和脫碳層、形成增碳層和脫碳層 為了提高馬氏體鋼的高溫強度，常在這類鋼種加入為了提高馬氏體鋼的高溫強度，常在這類鋼種加入Mo、V、W等易形成碳化等易形成碳化物的元素，從而在焊接接頭中導(dǎo)致珠光體鋼焊縫熔合線附近的碳擴散形成脫碳物的元素，從而在焊接接頭中導(dǎo)致珠光體鋼焊縫熔合線附近的碳擴散形成脫碳層，而馬氏體鋼一側(cè)，由于碳的遷入，形成增碳層。如層，而馬氏體鋼一側(cè)，

10、由于碳的遷入，形成增碳層。如F11鋼與鋼與12Cr1MoV鋼焊鋼焊接時，選用接時，選用E2-11MoVNiW-15焊條，焊縫金屬中含鉻量高，由于碳和鉻的親和力焊條，焊縫金屬中含鉻量高，由于碳和鉻的親和力很強，于是在很強，于是在12Cr1MoV鋼焊縫熔合區(qū)中的碳向著焊縫金屬遷移，在焊接熱循環(huán)鋼焊縫熔合區(qū)中的碳向著焊縫金屬遷移，在焊接熱循環(huán)的作用下，較短時間內(nèi)，擴散距離可在的作用下，較短時間內(nèi)，擴散距離可在0.05-0.20mm。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2、形成增碳層和脫碳層、形成增碳層和脫碳層 如果焊后再如果焊后再760、保溫、保溫4-5h進行回火熱處理，則為碳擴散創(chuàng)造進行

11、回火熱處理，則為碳擴散創(chuàng)造了更充分的條件，在靠近了更充分的條件，在靠近12Cr1MoV鋼一側(cè)焊縫的熔合區(qū)形成了一個鋼一側(cè)焊縫的熔合區(qū)形成了一個1.0-1.5mm寬的脫碳層。寬的脫碳層。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 二、焊接工藝二、焊接工藝 這類異種鋼焊接時，由于焊接性較差，所以必須采取嚴格的工藝措施。這類異種鋼焊接時，由于焊接性較差，所以必須采取嚴格的工藝措施。 1、預(yù)熱與層間溫度、預(yù)熱與層間溫度 焊前預(yù)熱和控制層間溫度的目的是預(yù)防裂紋和殘余應(yīng)力。例如珠光體鋼焊前預(yù)熱和控制層間溫度的目的是預(yù)防裂紋和殘余應(yīng)力。例如珠光體鋼ZG15Cr1MoV和馬氏體鋼和馬氏體鋼F12進行焊接時，

12、預(yù)熱溫度按進行焊接時，預(yù)熱溫度按F12要求進行選擇，溫要求進行選擇，溫度控制在度控制在300-450，并保持此層間溫度。，并保持此層間溫度。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2、焊后層間溫度的控制及回火熱處理、焊后層間溫度的控制及回火熱處理 馬氏體鋼的焊接接頭，如馬氏體鋼的焊接接頭，如2Cr13、F12，焊后必須緩慢冷卻到，焊后必須緩慢冷卻到Mf點以下，點以下，大約在大約在150-100，保溫，保溫0.5-10h，使其焊接接頭完全轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，然，使其焊接接頭完全轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，然后升溫，進行熱處理。后升溫，進行熱處理。 馬氏體鋼的焊接接頭，焊后不宜在較高溫度下立即升溫回火，

13、是因為在馬氏體鋼的焊接接頭，焊后不宜在較高溫度下立即升溫回火，是因為在焊接過程中奧氏體組織還未完全轉(zhuǎn)變，立即升溫進行回火熱處理時，碳化物焊接過程中奧氏體組織還未完全轉(zhuǎn)變，立即升溫進行回火熱處理時，碳化物會從奧氏體晶界析出，得到粗大的鐵素體加碳化物組織，性質(zhì)很脆，容易造會從奧氏體晶界析出，得到粗大的鐵素體加碳化物組織，性質(zhì)很脆，容易造成焊接接頭脆斷。成焊接接頭脆斷。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2、焊后層間溫度的控制及回火熱處理、焊后層間溫度的控制及回火熱處理 如果將焊接接頭焊后冷卻到室溫后進行回火熱處理，此時如果將焊接接頭焊后冷卻到室溫后進行回火熱處理，此時2Cr13、F12鋼

14、鋼將出現(xiàn)空氣淬硬傾向，造成常溫塑性降低，并且在常溫下殘余奧氏體將繼續(xù)將出現(xiàn)空氣淬硬傾向，造成常溫塑性降低，并且在常溫下殘余奧氏體將繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，使焊接接頭變得又硬又脆，組織應(yīng)力也隨之增加。如果轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，使焊接接頭變得又硬又脆，組織應(yīng)力也隨之增加。如果再加上擴散氫的聚集，焊接接頭中就可能產(chǎn)生裂紋。所以，再加上擴散氫的聚集，焊接接頭中就可能產(chǎn)生裂紋。所以， 2Cr13、F12鋼的鋼的焊接接頭，焊后一定要緩冷到焊接接頭，焊后一定要緩冷到150-100，保溫，保溫0.5-1.0h，才能進行回火熱處，才能進行回火熱處理。理。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2、焊后層間溫度的

15、控制及回火熱處理、焊后層間溫度的控制及回火熱處理 對于對于F12鋼與鋼與ZG15Cr1MoV鋼的異種鋼鋼的異種鋼焊接接頭的回火熱處理參數(shù)，均按焊接性焊接接頭的回火熱處理參數(shù)，均按焊接性較差的鋼種即較差的鋼種即F12鋼進行選擇，常用回火鋼進行選擇，常用回火熱處理溫度為熱處理溫度為720-780，保溫時間根據(jù)焊，保溫時間根據(jù)焊接壁厚，控制在接壁厚，控制在2-5h范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 F12鋼與鋼與ZG15Cr1MoV鋼焊接接頭熱處鋼焊接接頭熱處理過程的工藝參數(shù)，如圖所示。理過程的工藝參數(shù)，如圖所示。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 3、焊接材料、焊接材料 珠光體鋼與馬氏體鋼焊接時，可以選擇

16、三種不同的焊接材料：一種與珠珠光體鋼與馬氏體鋼焊接時，可以選擇三種不同的焊接材料：一種與珠光體鋼相似；一種與馬氏體鋼相似；再一種是與這兩類鋼完全不同的焊接材光體鋼相似；一種與馬氏體鋼相似；再一種是與這兩類鋼完全不同的焊接材料，即奧氏體焊條或焊絲。料，即奧氏體焊條或焊絲。 采用奧氏體鋼焊條或焊絲時，可以使焊縫金屬得到奧氏體組織，抗裂性采用奧氏體鋼焊條或焊絲時，可以使焊縫金屬得到奧氏體組織，抗裂性能較好。缺點是焊后回火熱處理過程中，容易發(fā)生碳的遷移，另外奧氏體鋼能較好。缺點是焊后回火熱處理過程中，容易發(fā)生碳的遷移，另外奧氏體鋼熱膨脹系數(shù)比馬氏體鋼約大熱膨脹系數(shù)比馬氏體鋼約大50%，使焊縫祖師產(chǎn)生較

17、大的內(nèi)應(yīng)力。所以一般，使焊縫祖師產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。所以一般都避免使用奧氏體鋼焊條或焊絲。都避免使用奧氏體鋼焊條或焊絲。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 3、焊接材料、焊接材料 采用與珠光體鋼相似的采用與珠光體鋼相似的E5515-B2-VNb焊條焊接焊條焊接F12與與ZG15Cr1MoV異種鋼異種鋼時，在接頭處未發(fā)現(xiàn)脫碳層和增碳層現(xiàn)象。經(jīng)過力學(xué)性能試驗，沖擊韌度大時，在接頭處未發(fā)現(xiàn)脫碳層和增碳層現(xiàn)象。經(jīng)過力學(xué)性能試驗，沖擊韌度大于于100J/cm2，硬度值大于，硬度值大于250HBS，其高溫強度與馬氏體耐熱鋼相等。，其高溫強度與馬氏體耐熱鋼相等。 常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材

18、料的焊接珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接 一、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接性一、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接性 1焊縫的稀釋焊縫的稀釋 由于珠光體鋼合金元素含量相對較低，所以它對整個焊縫金屬的合金由于珠光體鋼合金元素含量相對較低，所以它對整個焊縫金屬的合金具有稀釋作用，從而使焊縫的奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果焊縫中可能會具有稀釋作用，從而使焊縫的奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果焊縫中可能會出現(xiàn)馬氏體組織，導(dǎo)致焊接接頭性能惡化，嚴重時甚至可能出現(xiàn)裂紋。出現(xiàn)馬氏體組織，導(dǎo)致焊接接頭性能惡化，嚴重時甚至可能出現(xiàn)裂紋。 焊縫的組織決定于焊縫的成分，而焊縫的成分決定于母材的熔入量，即焊縫的組織決定于

19、焊縫的成分，而焊縫的成分決定于母材的熔入量，即熔合比。因此，一定的熔合比決定了一定的焊縫成分和組織。熔合比發(fā)生變?nèi)酆媳取Ｒ虼?，一定的熔合比決定了一定的焊縫成分和組織。熔合比發(fā)生變化時，焊縫的成分和組織都要隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化可以根據(jù)舍夫化時，焊縫的成分和組織都要隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化可以根據(jù)舍夫勒不銹鋼的組織圖來表示。勒不銹鋼的組織圖來表示。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2過渡層的形成過渡層的形成 在焊接熱源的作用下，熔化的母材和填充金屬材料相互混合的程度在在焊接熱源的作用下，熔化的母材和填充金屬材料相互混合的程度在熔池

20、邊緣是不相同的。在熔池邊緣，液態(tài)金屬溫度較低，流動性較差，在熔池邊緣是不相同的。在熔池邊緣，液態(tài)金屬溫度較低，流動性較差，在液態(tài)停留時間較短。由于珠光體鋼與奧氏體鋼填充金屬材料的成分相差懸液態(tài)停留時間較短。由于珠光體鋼與奧氏體鋼填充金屬材料的成分相差懸殊。殊。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2過渡層的形成過渡層的形成 在緊靠珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬中，會形成和焊縫金屬內(nèi)部成在緊靠珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬中，會形成和焊縫金屬內(nèi)部成分不同的過渡層。離熔合線越近，珠光體的稀釋作用越強烈，過渡層中含分不同的過渡層。離熔合線越近，珠光體的稀釋作用越強烈，過渡層中含鉻、鎳量也越小，因

21、此，其鉻當量和鎳當量也相應(yīng)減少。對照舍夫勒組織鉻、鎳量也越小，因此，其鉻當量和鎳當量也相應(yīng)減少。對照舍夫勒組織圖可以看出，此時過渡層將由奧氏體區(qū)十馬氏體，過渡層的寬度決定于所圖可以看出，此時過渡層將由奧氏體區(qū)十馬氏體，過渡層的寬度決定于所用焊條的類型。用焊條的類型。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2過渡層的形成過渡層的形成 當馬氏體區(qū)較寬時，會顯著降低焊接接頭的韌性，使用過程中當馬氏體區(qū)較寬時，會顯著降低焊接接頭的韌性，使用過程中容易出現(xiàn)局部脆性破壞。因此，當工作條件要求接頭的低溫沖擊韌容易出現(xiàn)局部脆性破壞。因此，當工作條件要求接頭的低溫沖擊韌度較好時，應(yīng)選用含鎳較高的焊條。度較

22、好時，應(yīng)選用含鎳較高的焊條。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 3熔合區(qū)擴散層的形成熔合區(qū)擴散層的形成 奧氏體鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中，由于珠光體鋼的合碳量較高，奧氏體鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中，由于珠光體鋼的合碳量較高，但合金元素含量較少（主要指碳化物形成元素）而奧氏體鋼則相反，這樣在但合金元素含量較少（主要指碳化物形成元素）而奧氏體鋼則相反，這樣在熔合區(qū)珠光體鋼一側(cè)的碳和碳化物形成元素含量差。當接頭在溫度高于熔合區(qū)珠光體鋼一側(cè)的碳和碳化物形成元素含量差。當接頭在溫度高于350400長期工作時，熔合區(qū)便出現(xiàn)明顯的碳的擴散，即碳從珠光體鋼一長期工作時，熔合區(qū)便出現(xiàn)明顯的碳的擴散

23、，即碳從珠光體鋼一側(cè)通過熔合區(qū)向奧氏體焊縫擴散。結(jié)果，在靠近熔合區(qū)的珠光體鋼母材上形側(cè)通過熔合區(qū)向奧氏體焊縫擴散。結(jié)果，在靠近熔合區(qū)的珠光體鋼母材上形成了一層脫碳軟化層，在奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生了增碳硬化成了一層脫碳軟化層，在奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生了增碳硬化。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 影響脫碳層發(fā)展的因素有：影響脫碳層發(fā)展的因素有：（1）接頭加熱溫度和在高溫停留的時間）接頭加熱溫度和在高溫停留的時間 焊后狀態(tài)，特別是在單層焊縫的接頭中，即使采用大功率的韓惡焊后狀態(tài)，特別是在單層焊縫的接頭中，即使采用大功率的韓惡疾參數(shù)，擴散層也是很弱的。但把接頭重新加熱到較高溫度（疾參數(shù)，擴散層也是

24、很弱的。但把接頭重新加熱到較高溫度（500左左右），并保溫一定時間，擴散層就開始明顯發(fā)展起來，到了右），并保溫一定時間，擴散層就開始明顯發(fā)展起來，到了600800時最為強烈時最為強烈 ，800時達到最大值時達到最大值，并且隨著加熱時間的延長，并且隨著加熱時間的延長，擴散層加寬。因此在通常情況下，這類異種鋼接頭不宜進行焊后熱處擴散層加寬。因此在通常情況下，這類異種鋼接頭不宜進行焊后熱處理。理。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 影響脫碳層發(fā)展的因素有：影響脫碳層發(fā)展的因素有：（2）碳化物形成元素的影響）碳化物形成元素的影響 奧氏體鋼種碳化物形成元素的種類和數(shù)量對珠光體鋼中脫碳層的寬度有

25、奧氏體鋼種碳化物形成元素的種類和數(shù)量對珠光體鋼中脫碳層的寬度有不同的影響。碳化物形成元素按由不同的影響。碳化物形成元素按由弱到強接下列次序排列：弱到強接下列次序排列：Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ti。 在數(shù)量相同的情況下，與碳親和力越大的元素，則在在數(shù)量相同的情況下，與碳親和力越大的元素，則在珠光體鋼中形成的脫碳層越寬。對于某一種碳化物形成元素，隨著數(shù)量增加，珠光體鋼中形成的脫碳層越寬。對于某一種碳化物形成元素，隨著數(shù)量增加，脫碳層加寬。脫碳層加寬。 反之，當珠光體鋼中碳化物形成元素增加時，能降低擴散層的發(fā)展。因反之，當珠光體鋼中碳化物形成元素增加時，能降低擴散層的發(fā)展。因此，在珠光

26、體鋼中加入此，在珠光體鋼中加入Cr、Mo等元素，而且其數(shù)量要足以完全把碳固定在穩(wěn)等元素，而且其數(shù)量要足以完全把碳固定在穩(wěn)定碳化物中，是抑制這兩類異種鋼熔合區(qū)擴散層的有效手段，通常叫穩(wěn)定珠定碳化物中，是抑制這兩類異種鋼熔合區(qū)擴散層的有效手段，通常叫穩(wěn)定珠光體鋼。光體鋼。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 （3）母材含碳量的影響）母材含碳量的影響 珠光體鋼中含碳量越高，擴散層的發(fā)展越珠光體鋼中含碳量越高，擴散層的發(fā)展越 （4）鎳的影響）鎳的影響 鎳是一種石墨化元素，它會降低碳化物的穩(wěn)定性，并削弱碳化物形成元素對碳鎳是一種石墨化元素，它會降低碳化物的穩(wěn)定性，并削弱碳化物形成元素對碳的結(jié)合能

27、力，因此提高焊縫中的鎳含量，可以減弱擴散層。在金屬材料中增加鎳的結(jié)合能力，因此提高焊縫中的鎳含量，可以減弱擴散層。在金屬材料中增加鎳含量，是一種抑制熔合區(qū)擴散過程的有效手段。含量，是一種抑制熔合區(qū)擴散過程的有效手段。 擴散層是這兩種異種鋼焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié)，對接頭的常溫和高溫瞬時力學(xué)擴散層是這兩種異種鋼焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié)，對接頭的常溫和高溫瞬時力學(xué)性能影響不大，但會降低接頭的高溫持久強度，一般要降低性能影響不大，但會降低接頭的高溫持久強度，一般要降低10%-20%左右。左右。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 4. 焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)的特點焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)的特點 由于奧氏體鋼和焊縫

28、金屬的線膨系數(shù)比珠光體鋼大由于奧氏體鋼和焊縫金屬的線膨系數(shù)比珠光體鋼大3050，而熱導(dǎo)，而熱導(dǎo)率卻只有珠光體鋼的率卻只有珠光體鋼的50左右。因此，這種異種鋼的焊接接頭將會產(chǎn)生很大左右。因此，這種異種鋼的焊接接頭將會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，特別當溫度變化速度較快時，由熱應(yīng)力引起的熱沖擊力像合金鋼的熱應(yīng)力，特別當溫度變化速度較快時，由熱應(yīng)力引起的熱沖擊力像合金鋼淬火一樣容易引起焊件開裂。此外，在交變溫度條件下工作時，由于珠光體淬火一樣容易引起焊件開裂。此外，在交變溫度條件下工作時，由于珠光體鋼一側(cè)抗氧化性能較差，易被氧化形成缺口，在反復(fù)熱應(yīng)力的作用下，缺口鋼一側(cè)抗氧化性能較差，易被氧化形成缺口，在反復(fù)熱

29、應(yīng)力的作用下，缺口便沿著薄弱的脫碳層擴展，形成所謂便沿著薄弱的脫碳層擴展，形成所謂熱疲勞裂紋熱疲勞裂紋。 這類異種鋼接頭焊后熱處理并不能消除殘余應(yīng)力，只能引起應(yīng)力的重這類異種鋼接頭焊后熱處理并不能消除殘余應(yīng)力，只能引起應(yīng)力的重新分布，這一點與同種金屬的焊接有很大的不同。新分布，這一點與同種金屬的焊接有很大的不同。 常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 5. 延遲裂紋延遲裂紋 氫在不同的組織中，溶解度并不相同，并且與溫度有關(guān)。當溫度為氫在不同的組織中，溶解度并不相同，并且與溫度有關(guān)。當溫度為500時，氫在奧氏體組織中的溶解度為時，氫在奧氏體組織中的溶解度為4cm3/100g，而在鐵素體組

30、織中為，而在鐵素體組織中為0.75 cm3/100g，在，在100時，氫在奧氏體組織中的溶解度降到時，氫在奧氏體組織中的溶解度降到0.9cm3/100g，在，在鐵素體組織中溶解度只有鐵素體組織中溶解度只有0.2cm3/100g。這類異種鋼的焊接熔池在結(jié)晶過程。這類異種鋼的焊接熔池在結(jié)晶過程中，既有奧氏體組織又有鐵素體組織，兩者相互接近，氣體可以進行擴散，中，既有奧氏體組織又有鐵素體組織，兩者相互接近，氣體可以進行擴散，使擴散氫得以聚集，為產(chǎn)生延遲裂紋創(chuàng)造了條件，使焊接接頭受到破壞。使擴散氫得以聚集，為產(chǎn)生延遲裂紋創(chuàng)造了條件，使焊接接頭受到破壞。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 二、

31、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接工藝二、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接工藝 1焊接方法的選擇焊接方法的選擇 由于焊條電弧焊時熔合比比較小而且操作靈活，不受由于焊條電弧焊時熔合比比較小而且操作靈活，不受焊件形狀的限制，所以，焊接這類鋼時焊條電弧焊應(yīng)用最焊件形狀的限制，所以，焊接這類鋼時焊條電弧焊應(yīng)用最為普遍。為普遍。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 2焊接材料的選擇焊接材料的選擇 珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，焊縫及熔合區(qū)的組織和性能主要取決于填充珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，焊縫及熔合區(qū)的組織和性能主要取決于填充金屬材料。金屬材料。 （1）克服珠光體鋼對焊縫的稀釋作用）克服珠光體鋼對焊縫的稀釋作用 由于

32、珠光體鋼對焊縫金屬有稀釋作用，因此，不釆用填充金屬材料（如鎢由于珠光體鋼對焊縫金屬有稀釋作用，因此，不釆用填充金屬材料（如鎢極氬弧焊）是不允許的。極氬弧焊）是不允許的。 用用E347-16型焊條施焊時，焊縫中會產(chǎn)生大量馬氏體型焊條施焊時，焊縫中會產(chǎn)生大量馬氏體組織，而且在靠近珠光鋼一側(cè)，馬氏體數(shù)量多，是脆性破壞的根源，故此種填組織，而且在靠近珠光鋼一側(cè)，馬氏體數(shù)量多，是脆性破壞的根源，故此種填充金屬也不適用。用充金屬也不適用。用Ni大于大于12%的的E309-16、E310-16型焊條施焊時，焊縫金屬得型焊條施焊時，焊縫金屬得到的組織基本上是奧氏體或者全部是奧氏體組織。由于鎳的含量較高，能起到

33、到的組織基本上是奧氏體或者全部是奧氏體組織。由于鎳的含量較高，能起到穩(wěn)定奧氏體組織的作用，是比較理想的填充金屬材料。穩(wěn)定奧氏體組織的作用，是比較理想的填充金屬材料。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 （2）抑制熔合區(qū)碳的擴散）抑制熔合區(qū)碳的擴散 提髙焊接材料中的奧氏體形成元素，提髙焊接材料中的奧氏體形成元素， 是抑制熔合區(qū)碳擴散的最有效的手段。是抑制熔合區(qū)碳擴散的最有效的手段。隨著焊接接頭在使用過程中工作溫度的提高，要阻止焊接接頭中碳擴散，鎳的隨著焊接接頭在使用過程中工作溫度的提高，要阻止焊接接頭中碳擴散，鎳的含量也必須提高。不同溫度工作條件下，異種鋼接頭對焊縫含鎳量的要求如表含量也

34、必須提高。不同溫度工作條件下，異種鋼接頭對焊縫含鎳量的要求如表所示。所示。 常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 （3）改變焊接接頭的應(yīng)力分布）改變焊接接頭的應(yīng)力分布 在高溫工作下的異種鋼接頭，如果焊縫金屬的線膨脹系數(shù)與奧氏在高溫工作下的異種鋼接頭，如果焊縫金屬的線膨脹系數(shù)與奧氏體鋼母材接近，那么高溫應(yīng)力就將集中、存珠光體鋼一側(cè)的熔合區(qū)內(nèi)；體鋼母材接近，那么高溫應(yīng)力就將集中、存珠光體鋼一側(cè)的熔合區(qū)內(nèi)；由于珠光體鋼通過塑性形降低應(yīng)力的能力較弱，所以高溫應(yīng)力集中在由于珠光體鋼通過塑性形降低應(yīng)力的能力較弱，所以高溫應(yīng)力集中在奧氏體鋼一側(cè)較為有利。因此，焊接這類異種鋼時，最好選用膨脹系奧氏體鋼

35、一側(cè)較為有利。因此，焊接這類異種鋼時，最好選用膨脹系數(shù)接近于珠光體鋼的鎳基合金焊接材料，如國外常用數(shù)接近于珠光體鋼的鎳基合金焊接材料，如國外常用Crl5Ni70鎳基材鎳基材料，作為焊接上述異種鋼的焊接材料。料，作為焊接上述異種鋼的焊接材料。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 例如某廠在生產(chǎn)上焊接這類異種鋼的對接接頭時，將焊件開成例如某廠在生產(chǎn)上焊接這類異種鋼的對接接頭時，將焊件開成V形坡口，可形坡口，可先在珠光體鋼一側(cè)的坡口用先在珠光體鋼一側(cè)的坡口用E309-16或或E309-15型焊條堆型焊條堆 焊或使用焊或使用E347-16型焊條進型焊條進行施焊，施焊結(jié)果如表所示。均未發(fā)現(xiàn)任何裂

36、紋現(xiàn)象，且綜合力學(xué)性能較好。對行施焊，施焊結(jié)果如表所示。均未發(fā)現(xiàn)任何裂紋現(xiàn)象，且綜合力學(xué)性能較好。對表中后三種焊件，不論其厚度如何，均要進符預(yù)熱和焊后回火熱處理，才能得到表中后三種焊件，不論其厚度如何，均要進符預(yù)熱和焊后回火熱處理，才能得到滿意的結(jié)果。滿意的結(jié)果。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 （4）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力 珠光體鋼與普通珠光體鋼與普通(Cr/Ni1) 奧氏體鋼焊接時，為了避免在焊縫中出現(xiàn)奧氏體鋼焊接時，為了避免在焊縫中出現(xiàn)熱裂紋，在不影響使用性能的前提下，最好使焊縫中含有體積分數(shù)為熱裂紋，在不影響使用性能的前提下，最好使焊縫中含有

37、體積分數(shù)為3%7%的鐵素體組織。為此，在填充金屬材料中要含有一定量的鐵素體形的鐵素體組織。為此，在填充金屬材料中要含有一定量的鐵素體形成元素；珠光體鋼與熱強成元素；珠光體鋼與熱強(Cr/Nil)奧氏體鋼焊接時，所選用的填充金屬奧氏體鋼焊接時，所選用的填充金屬材料應(yīng)保證焊縫具有較高抗裂性能的單相奧氏體或奧氏體材料應(yīng)保證焊縫具有較高抗裂性能的單相奧氏體或奧氏體+碳化物組織。碳化物組織。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 （4）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力 綜上所述，珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，選用綜上所述，珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，選用E309-16、E309-1

38、5或或 E310-16、E310-15型焊條，它們不僅能抑制珠光體鋼熔合區(qū)中碳的擴散，型焊條，它們不僅能抑制珠光體鋼熔合區(qū)中碳的擴散，而且對改變焊接接頭應(yīng)力分布也有利。用而且對改變焊接接頭應(yīng)力分布也有利。用E310-16、E310-15型焊條，其型焊條，其焊縫金屬為單相奧氏體組織，除了焊接熱強奧氏體鋼外，對于其他類型焊縫金屬為單相奧氏體組織，除了焊接熱強奧氏體鋼外，對于其他類型的奧氏體鋼，其熱裂紋傾向較大，故生產(chǎn)上用得比較少。的奧氏體鋼，其熱裂紋傾向較大，故生產(chǎn)上用得比較少。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 3.焊接工藝焊接工藝 珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時主要是減少母材金屬熔入焊縫。

39、確定焊接工藝珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時主要是減少母材金屬熔入焊縫。確定焊接工藝時，應(yīng)保證焊縫獲得一定的成分和組織，使接頭具有良好的使用性能。時，應(yīng)保證焊縫獲得一定的成分和組織，使接頭具有良好的使用性能。 珠光體鋼的含碳量較高，碳化物形成元素較少，而奧氏體鋼則相反，因此珠光體鋼的含碳量較高，碳化物形成元素較少，而奧氏體鋼則相反，因此在珠光體鋼與奧氏體鋼接頭的熔合線兩側(cè)出現(xiàn)碳和碳化物形成元素的濃度差。在珠光體鋼與奧氏體鋼接頭的熔合線兩側(cè)出現(xiàn)碳和碳化物形成元素的濃度差。這類異種鋼處于這類異種鋼處于350400溫度下長期工作時，或溫度下長期工作時，或 在焊后熱處理過程中，往往在焊后熱處理過程中，往往會在

40、熔合線區(qū)域出現(xiàn)碳元素的、擴散，即前面所講過的碳從珠光體鋼一側(cè)通過會在熔合線區(qū)域出現(xiàn)碳元素的、擴散，即前面所講過的碳從珠光體鋼一側(cè)通過熔合線向奧氏體焊縫擴散，從而在珠光體鋼母材金屬邊緣形成脫碳層，脫碳層熔合線向奧氏體焊縫擴散，從而在珠光體鋼母材金屬邊緣形成脫碳層，脫碳層的晶粒粗大，導(dǎo)致軟化。的晶粒粗大，導(dǎo)致軟化。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 在奧氏體鋼母材金屬一側(cè)形成增碳層，增碳層中的碳元素以鉻的碳化在奧氏體鋼母材金屬一側(cè)形成增碳層，增碳層中的碳元素以鉻的碳化物形態(tài)析出，并導(dǎo)致硬化。實踐證明，脫碳層是接頭中的薄弱環(huán)節(jié)，對高物形態(tài)析出，并導(dǎo)致硬化。實踐證明，脫碳層是接頭中的薄弱環(huán)節(jié)

41、，對高溫持久強度的影響較大，約降低溫持久強度的影響較大，約降低10%20%。因此在選擇焊條及制定焊接。因此在選擇焊條及制定焊接工藝時，應(yīng)充分考慮兩種材料的特性及焊條的選用。工藝時，應(yīng)充分考慮兩種材料的特性及焊條的選用。常見異種金屬材料的焊接常見異種金屬材料的焊接 12CrMo、15CiMo珠光體鋼與珠光體鋼與lCrl8Ni9Ti奧氏體鋼焊接時，若選用奧氏體鋼焊接時，若選用E309-15、E310-15型焊條，即使稀釋率達型焊條，即使稀釋率達25%-30%，焊縫金屬中也不致于出現(xiàn)，焊縫金屬中也不致于出現(xiàn)馬氏體組織。馬氏體組織。 厚度超過厚度超過20mm的珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接接頭剛度較大，在焊后的珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接接頭剛度較大，在焊后熱處理過程中或周期性的加熱、冷卻運行條件下，將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力熱處理過程中或周期性的加熱、冷卻運行條件下，將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致珠光體鋼一側(cè)的熔合區(qū)出現(xiàn)熱疲勞裂紋。裂紋沿著脫碳層，導(dǎo)致珠光體鋼一側(cè)的熔合區(qū)出現(xiàn)熱疲勞裂紋。裂紋沿著脫碳層 延伸至延伸至母材金屬內(nèi)部，嚴重的引起接頭斷裂。為了減少熱應(yīng)力，采用熱膨脹系母材金屬內(nèi)部，嚴重的引起接頭斷裂。為了減少熱應(yīng)力，采用熱膨脹系數(shù)與珠光體鋼相接近的含鎳量高的數(shù)與珠光體鋼相接近的含鎳量高的E16-25MoN-