異種金屬的焊接

1、國(guó)際焊接學(xué)會(huì)授權(quán)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)授權(quán)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu) 哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心 Harbin Welding Training Institute 國(guó)際焊接工程師培訓(xùn)課程國(guó)際焊接工程師培訓(xùn)課程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body3/2.29-30異種金屬的焊接異種金屬的焊接Joining dissimilar materialsIIW Authorised Training Body主要內(nèi)容主要內(nèi)容1、異種金屬焊接分類、異種金屬焊接分類 2、異種金屬焊接的

2、問(wèn)題、異種金屬焊接的問(wèn)題3、異種鋼焊接工藝原則、異種鋼焊接工藝原則4、相同金相組織類型的異種鋼焊接、相同金相組織類型的異種鋼焊接5、不同金相組織類型的異種鋼焊接不同金相組織類型的異種鋼焊接 IIW Authorised Training Body異種金屬焊接分類異種金屬焊接分類 從從材料材料上：上： 1）異種有色金屬焊接）異種有色金屬焊接 2）有色金屬與黑色金屬焊接）有色金屬與黑色金屬焊接 3）異種黑色金屬焊接）異種黑色金屬焊接 異種黑色金屬焊接包括強(qiáng)度不同的鋼與鋼焊接和異種黑色金屬焊接包括強(qiáng)度不同的鋼與鋼焊接和異種鋼焊接，其中異種鋼焊接又包括：異種鋼焊接，其中異種鋼焊接又包括： a)金相組織

3、類型相同但化學(xué)成分不同的鋼金相組織類型相同但化學(xué)成分不同的鋼 b)不同金相組織類型的鋼（黑與白）不同金相組織類型的鋼（黑與白） IIW Authorised Training Body 相同金相組織類型異種鋼焊接相同金相組織類型異種鋼焊接 焊接材料的選擇原則：按較低一側(cè)的母材選擇焊接材料的選擇原則：按較低一側(cè)的母材選擇 預(yù)熱溫度和層間溫度：按照碳當(dāng)量較高一側(cè)母材的預(yù)熱溫度和層間溫度：按照碳當(dāng)量較高一側(cè)母材的要求確定要求確定 熱處理一般按照合金含量較高側(cè)母材確定，兩者熱熱處理一般按照合金含量較高側(cè)母材確定，兩者熱處理溫度范圍不同，應(yīng)根據(jù)熱處理溫度高的材料的處理溫度范圍不同，應(yīng)根據(jù)熱處理溫度高的材

4、料的溫度下限和熱處理溫度低的材料的溫度上限來(lái)確定溫度下限和熱處理溫度低的材料的溫度上限來(lái)確定，如果熱處理溫度范圍高的下限高于熱處理溫度低，如果熱處理溫度范圍高的下限高于熱處理溫度低的上限，且溫度相差太大，應(yīng)考慮堆焊過(guò)渡層或增的上限，且溫度相差太大，應(yīng)考慮堆焊過(guò)渡層或增加介于兩者之間的材料。加介于兩者之間的材料。焊接材料焊接材料的選擇：要求焊縫金屬化學(xué)性能、耐熱性能等其他的選擇：要求焊縫金屬化學(xué)性能、耐熱性能等其他性能不低于母材中性能不低于母材中性能要求較低一側(cè)性能要求較低一側(cè)的指標(biāo)的指標(biāo)IIW Authorised Training Body例例1：S690QL+S355（調(diào)質(zhì)細(xì)晶粒鋼（調(diào)質(zhì)細(xì)

5、晶粒鋼+碳鋼），厚度碳鋼），厚度20mm 焊材：焊材：ISO2560-A(EN499) E42 3 B 預(yù)熱溫度：預(yù)熱溫度：200 層間溫度：層間溫度：220-250IIW Authorised Training Body不同金相組織類型異種鋼焊接不同金相組織類型異種鋼焊接通常所說(shuō)的異種鋼焊接指的是通常所說(shuō)的異種鋼焊接指的是碳鋼或低合金鋼碳鋼或低合金鋼與奧氏體不銹鋼與奧氏體不銹鋼之間的連接。之間的連接?！昂诤凇被蚧颉鞍装住笔瞧髽I(yè)實(shí)踐中的俗稱。組織上應(yīng)該是珠光體（是企業(yè)實(shí)踐中的俗稱。組織上應(yīng)該是珠光體（鐵素體）鋼與奧氏體鋼異種鋼焊接。鐵素體）鋼與奧氏體鋼異種鋼焊接。IIW Authorised

6、Training Body 異種鋼熔化焊主要考慮的是焊縫金屬的成異種鋼熔化焊主要考慮的是焊縫金屬的成分和性能，焊縫金屬的成分取決于填充金分和性能，焊縫金屬的成分取決于填充金屬的成分、母材的成分屬的成分、母材的成分-熔合比（稀釋率熔合比（稀釋率或混合比）或混合比）。 熔合比熔合比IIW Authorised Training Body 熔合比熔合比堆焊堆焊 熔合比熔合比 G/(ZG)100%對(duì)接焊對(duì)接焊 母材母材1的熔合比的熔合比 G1/(Z+G1+G2)100% 母材母材2的熔合比的熔合比 G2/(Z+G1+G2)100%1 10 00 0% %焊焊縫縫金金屬屬的的重重量量母母材材熔熔化化的的

7、重重量量熔合比計(jì)算示意圖熔合比計(jì)算示意圖IIW Authorised Training Body 1) 焊縫金屬的稀釋焊縫金屬的稀釋 選擇焊材時(shí)可以根據(jù)舍夫勒組織圖，按照熔合比來(lái)選擇焊材時(shí)可以根據(jù)舍夫勒組織圖，按照熔合比來(lái)估算，以獲得奧氏體加少量鐵素體組織的焊縫成分估算，以獲得奧氏體加少量鐵素體組織的焊縫成分 2) 過(guò)渡區(qū)馬氏體組織過(guò)渡區(qū)馬氏體組織 在珠光體（鐵素體）鋼側(cè)熔合區(qū)鉻、鎳含量遠(yuǎn)低于在珠光體（鐵素體）鋼側(cè)熔合區(qū)鉻、鎳含量遠(yuǎn)低于焊縫中心的平均值焊縫中心的平均值 ，按照舍夫勒組織圖估算這一，按照舍夫勒組織圖估算這一區(qū)域是硬度很高的馬氏體或奧氏體區(qū)域是硬度很高的馬氏體或奧氏體+馬氏體組織。

8、馬氏體組織。不同組織異種鋼接頭存在的問(wèn)題不同組織異種鋼接頭存在的問(wèn)題IIW Authorised Training Body 3) 碳遷移形成擴(kuò)散層碳遷移形成擴(kuò)散層 在焊接、熱處理或使用過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間處于高溫時(shí)在焊接、熱處理或使用過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間處于高溫時(shí)，珠光體（鐵素體）和奧氏體鋼界面附近產(chǎn)生碳，珠光體（鐵素體）和奧氏體鋼界面附近產(chǎn)生碳遷移，在珠光體（鐵素體）鋼側(cè)形成脫碳層發(fā)生遷移，在珠光體（鐵素體）鋼側(cè)形成脫碳層發(fā)生軟化，奧氏體鋼側(cè)形成增碳層發(fā)生硬化，降低接軟化，奧氏體鋼側(cè)形成增碳層發(fā)生硬化，降低接頭承載能力。頭承載能力。 4) 接頭殘余應(yīng)力接頭殘余應(yīng)力 因珠光體（鐵素體）鋼與奧氏體鋼的線膨脹系

9、數(shù)因珠光體（鐵素體）鋼與奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)不同，焊后冷卻時(shí)收縮量的差異，必然導(dǎo)致接頭不同，焊后冷卻時(shí)收縮量的差異，必然導(dǎo)致接頭產(chǎn)生殘余應(yīng)力。產(chǎn)生殘余應(yīng)力。IIW Authorised Training Body 不同組織不同組織異種鋼焊接工藝原則異種鋼焊接工藝原則 1）焊接材料的選擇）焊接材料的選擇 2）坡口角度的選擇）坡口角度的選擇 3）焊接規(guī)范參數(shù)的選擇）焊接規(guī)范參數(shù)的選擇 IIW Authorised Training Body1）焊接材料的選擇）焊接材料的選擇 不同金相組織的異種鋼焊接經(jīng)常會(huì)按照不同金相組織的異種鋼焊接經(jīng)常會(huì)按照舍夫勒組織圖選擇奧氏體填充材料，或者舍夫勒組織圖選擇奧氏

10、體填充材料，或者選擇鎳基合金。選擇鎳基合金。 IIW Authorised Training Body2）坡口選擇）坡口選擇 坡口角度選擇考慮坡口角度選擇考慮母材厚度，熔合比母材厚度，熔合比。坡口角度。坡口角度越大，熔合比越小，可以減少焊縫金屬化學(xué)成分越大，熔合比越小，可以減少焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能波動(dòng)。和力學(xué)性能波動(dòng)。3）焊接規(guī)范參數(shù)選擇）焊接規(guī)范參數(shù)選擇 在保證質(zhì)量的前提下用在保證質(zhì)量的前提下用小電流小電流，規(guī)范參數(shù)越小越，規(guī)范參數(shù)越小越好，盡量減少熔合比。好，盡量減少熔合比。IIW Authorised Training Body 不同金相組織的異種鋼焊接，一般按照舍夫勒組織不同金相

11、組織的異種鋼焊接，一般按照舍夫勒組織圖選擇圖選擇奧氏體奧氏體填充材料。如果還有高溫環(huán)境，要選填充材料。如果還有高溫環(huán)境，要選擇擇鎳基合金鎳基合金填充材料。填充材料。 以以Q235與與1Cr18Ni9鋼焊接為例進(jìn)行說(shuō)明，圖鋼焊接為例進(jìn)行說(shuō)明，圖2表示焊縫金屬表示焊縫金屬中兩種母材的熔合比各為中兩種母材的熔合比各為20，填充金屬占，填充金屬占60。不同金相組織類型異種鋼焊接材料選擇不同金相組織類型異種鋼焊接材料選擇IIW Authorised Training Body根據(jù)兩種母材及選用填充金屬的化學(xué)成分，分別計(jì)算出它根據(jù)兩種母材及選用填充金屬的化學(xué)成分，分別計(jì)算出它們的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，然后在舍夫

12、勒組織圖上標(biāo)出相應(yīng)的們的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，然后在舍夫勒組織圖上標(biāo)出相應(yīng)的a、b、c、d、e各點(diǎn)，即可確定出焊縫的組織狀態(tài)。各點(diǎn)，即可確定出焊縫的組織狀態(tài)。材料名稱材料名稱CMnSiCrNi鉻當(dāng)量鉻當(dāng)量鎳當(dāng)量鎳當(dāng)量圖上位置圖上位置Q235鋼鋼0.180.440.350.535.62b1Cr18Ni9鋼鋼0.071.360.6617.88.6518.7911.42a188型型(A102)0.071.220.4619.28.519.8711.15c2513型型(A307)0.111.320.4824.812.825.5216.76d2520型型(A407)0.181.40.5426.218.827.0

13、124.9eQ235鋼、鋼、1Cr18Ni9鋼及填充金屬的鉻鎳當(dāng)量鋼及填充金屬的鉻鎳當(dāng)量IIW Authorised Training Body母材及各種焊材在舍夫勒組織圖上的位置母材及各種焊材在舍夫勒組織圖上的位置IIW Authorised Training Body 不用填充金屬不用填充金屬（如（如TIG焊自熔）焊接焊自熔）焊接Q235鋼（圖中鋼（圖中b點(diǎn)）與點(diǎn)）與1Cr18Ni9鋼（圖中鋼（圖中a點(diǎn)）時(shí)，接頭熔化面積相等，熔合比各點(diǎn)）時(shí)，接頭熔化面積相等，熔合比各為為50%，因而焊縫的鉻鎳當(dāng)量應(yīng)為圖中，因而焊縫的鉻鎳當(dāng)量應(yīng)為圖中f點(diǎn)，焊縫組織為馬點(diǎn)，焊縫組織為馬氏體。氏體。 采用采用1

14、8-8型焊條型焊條（圖中（圖中c點(diǎn)）焊接點(diǎn)）焊接Q235鋼與鋼與1Cr18Ni9鋼時(shí)，鋼時(shí)，焊縫由兩種母材和焊條金屬混合而成，若母材的熔合比發(fā)生焊縫由兩種母材和焊條金屬混合而成，若母材的熔合比發(fā)生變化，則焊縫的鉻鎳當(dāng)量將沿變化，則焊縫的鉻鎳當(dāng)量將沿f-c線變化。當(dāng)母材熔合比為線變化。當(dāng)母材熔合比為40（兩種母材各占（兩種母材各占20）時(shí)，當(dāng)量成分相當(dāng)于圖中）時(shí)，當(dāng)量成分相當(dāng)于圖中g(shù)點(diǎn)，當(dāng)點(diǎn)，當(dāng)熔合比為熔合比為30時(shí)，當(dāng)量成分相當(dāng)于圖中時(shí)，當(dāng)量成分相當(dāng)于圖中h點(diǎn)，點(diǎn)，g點(diǎn)和點(diǎn)和h點(diǎn)均處點(diǎn)均處于于 AM區(qū)，所以區(qū)，所以焊縫組織為奧氏體馬氏體焊縫組織為奧氏體馬氏體。只有母材各只有母材各自熔合比小于自

15、熔合比小于15，才可避免焊縫出現(xiàn)馬氏體才可避免焊縫出現(xiàn)馬氏體。IIW Authorised Training Body 采用采用25-13型焊條型焊條（圖中（圖中d點(diǎn)）焊接點(diǎn)）焊接Q235鋼與鋼與1Cr18Ni9鋼時(shí)，鋼時(shí)，則焊縫的鉻鎳當(dāng)量將沿則焊縫的鉻鎳當(dāng)量將沿f-d線變化，當(dāng)母材熔合比為線變化，當(dāng)母材熔合比為40時(shí)，時(shí)，焊縫為焊縫為i點(diǎn)，組織為單相奧氏體，熔合比為點(diǎn)，組織為單相奧氏體，熔合比為30時(shí)，焊縫為時(shí)，焊縫為j點(diǎn)，焊縫組織為點(diǎn)，焊縫組織為奧氏體少量鐵素體（奧氏體少量鐵素體（5），不易產(chǎn)生熱），不易產(chǎn)生熱裂紋裂紋。 采用采用25-20型焊條型焊條（圖中（圖中e點(diǎn)）焊接點(diǎn)）焊接Q235

16、鋼與鋼與1Cr18Ni9鋼時(shí)，鋼時(shí)，母材熔合比為母材熔合比為40和和30對(duì)應(yīng)的焊縫位置是對(duì)應(yīng)的焊縫位置是k點(diǎn)和點(diǎn)和l點(diǎn)，點(diǎn)， 其組其組織為單相奧氏體，織為單相奧氏體，熔合比高達(dá)熔合比高達(dá)70仍保證焊縫不出現(xiàn)馬氏體仍保證焊縫不出現(xiàn)馬氏體，但易產(chǎn)生熱裂紋，但易產(chǎn)生熱裂紋。IIW Authorised Training Body 綜上分析，焊接綜上分析，焊接Q235鋼與鋼與1Cr18Ni9鋼時(shí)，不加填充金屬焊鋼時(shí)，不加填充金屬焊縫會(huì)出現(xiàn)馬氏體，采用縫會(huì)出現(xiàn)馬氏體，采用18-8型焊條（與型焊條（與1Cr18Ni9鉻鎳當(dāng)量相鉻鎳當(dāng)量相近）焊接，焊縫也會(huì)出現(xiàn)馬氏體。要想獲得奧氏體少量鐵近）焊接，焊縫也會(huì)出

17、現(xiàn)馬氏體。要想獲得奧氏體少量鐵素體雙相組織，必須控制到極小的熔合比。采用素體雙相組織，必須控制到極小的熔合比。采用25-20型焊型焊條（比條（比1Cr18Ni9鉻鎳當(dāng)量高很多）焊接。組織為單相奧氏體鉻鎳當(dāng)量高很多）焊接。組織為單相奧氏體，但易產(chǎn)生熱裂紋。用，但易產(chǎn)生熱裂紋。用25-13型焊條（比型焊條（比1Cr18Ni9鉻鎳當(dāng)量鉻鎳當(dāng)量高）焊接，熔合比在高）焊接，熔合比在40以下，焊縫獲得單相奧氏體，熱裂以下，焊縫獲得單相奧氏體，熱裂紋傾向大，熔合比控制在紋傾向大，熔合比控制在30以下，母材對(duì)焊縫的稀釋小，以下，母材對(duì)焊縫的稀釋小，能得到具有較高抗裂性能的奧氏體少量鐵素體雙相組織的能得到具有較

18、高抗裂性能的奧氏體少量鐵素體雙相組織的焊縫。焊縫。因此用因此用25-13型焊條相對(duì)是合適的型焊條相對(duì)是合適的。IIW Authorised Training Body1）應(yīng)力組別）應(yīng)力組別 這種應(yīng)力為接頭這種應(yīng)力為接頭在在300以下的溫度工作，并且只以下的溫度工作，并且只承受機(jī)械負(fù)荷承受機(jī)械負(fù)荷。 如化工容器設(shè)備制造中的支柱地腳如化工容器設(shè)備制造中的支柱地腳 或架子。黑色與白色金屬接頭不接或架子。黑色與白色金屬接頭不接 觸腐蝕介質(zhì)。受這種應(yīng)力的接頭，觸腐蝕介質(zhì)。受這種應(yīng)力的接頭， 不必經(jīng)過(guò)熱處理。不必經(jīng)過(guò)熱處理。典型異種鋼焊接接頭典型異種鋼焊接接頭IIW Authorised Training

19、 Body 對(duì)接頭設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，重要的是要有足夠的韌性，并達(dá)對(duì)接頭設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，重要的是要有足夠的韌性，并達(dá)到不銹鋼的屈服極限值。為了滿足這些條件，要根到不銹鋼的屈服極限值。為了滿足這些條件，要根據(jù)焊接方法與熔合比，使用舍夫勒組織圖來(lái)?yè)?jù)焊接方法與熔合比，使用舍夫勒組織圖來(lái)選擇奧選擇奧氏體填充材料氏體填充材料，以使焊接金屬達(dá)到奧氏體或奧氏體，以使焊接金屬達(dá)到奧氏體或奧氏體+少量鐵素體組織少量鐵素體組織 對(duì)于碳鋼與對(duì)于碳鋼與X6CrNiNb18-10，一般用奧氏體填充材，一般用奧氏體填充材料料18-8Mn6或或23-12L（1.4370或或1.4332）。）。 對(duì)于對(duì)于熱輸入熱輸入，既要注意母材要求，也要

20、注意焊接填，既要注意母材要求，也要注意焊接填充材料的要求。一方面，對(duì)黑色金屬一側(cè)，注意淬充材料的要求。一方面，對(duì)黑色金屬一側(cè)，注意淬硬傾向較大的材料，需要預(yù)熱，另一方面，由于焊硬傾向較大的材料，需要預(yù)熱，另一方面，由于焊接金屬熱裂紋的敏感性，要限制最大的層間溫度。接金屬熱裂紋的敏感性，要限制最大的層間溫度。IIW Authorised Training Body2）應(yīng)力組別）應(yīng)力組別 該組別的黑該組別的黑-白金屬接頭，白金屬接頭，除了承受機(jī)械應(yīng)力之外，除了承受機(jī)械應(yīng)力之外， 還承受腐蝕應(yīng)力還承受腐蝕應(yīng)力。屬于這組應(yīng)力的，主要是復(fù)合材。屬于這組應(yīng)力的，主要是復(fù)合材料的焊接和堆焊。料的焊接和堆焊。

21、 堆焊時(shí)，選擇焊接填充材料堆焊時(shí)，選擇焊接填充材料 ，必須注意對(duì)不同型式，必須注意對(duì)不同型式的腐蝕，如晶間腐蝕，的腐蝕，如晶間腐蝕，點(diǎn)狀腐蝕和應(yīng)力裂紋腐蝕點(diǎn)狀腐蝕和應(yīng)力裂紋腐蝕有足夠的抵抗能力，并考有足夠的抵抗能力，并考慮工藝方法及混合比，往慮工藝方法及混合比，往往要求用多層焊。往要求用多層焊。 IIW Authorised Training Body 焊接復(fù)合板時(shí)，焊接坡口準(zhǔn)焊接復(fù)合板時(shí)，焊接坡口準(zhǔn) 備、焊接順序、焊接材料選備、焊接順序、焊接材料選 擇是非常重要的。擇是非常重要的。 過(guò)渡層應(yīng)選用混合比較小的的焊接方法。過(guò)渡層應(yīng)選用混合比較小的的焊接方法。焊接順序：先焊基層，再焊過(guò)渡層，最后焊

22、復(fù)合層焊接順序：先焊基層，再焊過(guò)渡層，最后焊復(fù)合層焊接方法、焊接填充材料、焊接坡口的選擇實(shí)例見(jiàn)教焊接方法、焊接填充材料、焊接坡口的選擇實(shí)例見(jiàn)教材表材表2。IIW Authorised Training Body3）應(yīng)力組別）應(yīng)力組別 屬于該組的焊接接頭，屬于該組的焊接接頭，除了有機(jī)械除了有機(jī)械/或腐蝕負(fù)荷之或腐蝕負(fù)荷之 外，另外還有較高或較低的工作溫度外，另外還有較高或較低的工作溫度。這種主要出。這種主要出現(xiàn)在化學(xué)工業(yè)與電站工業(yè)中。現(xiàn)在化學(xué)工業(yè)與電站工業(yè)中。 這種接頭的問(wèn)題，就是碳會(huì)從黑色金屬向白色金屬這種接頭的問(wèn)題，就是碳會(huì)從黑色金屬向白色金屬擴(kuò)散，在接頭處產(chǎn)生增脫碳層，擴(kuò)散，在接頭處產(chǎn)生增脫碳層， 接頭會(huì)產(chǎn)生馬氏體組織，因材接頭會(huì)產(chǎn)生馬氏體組織，因材 料有不同的熱膨脹，會(huì)在黑白料有不同的熱膨脹，會(huì)在黑白 金屬交界處引起附加的明顯的金屬交界處引起附加的明顯的 應(yīng)力。應(yīng)力。IIW Authorised Training Body 解決以上問(wèn)題，只有采用解決以上問(wèn)題，只有采用鎳基填充材料鎳基填充材料，原因是，原因是鎳基材料能夠阻止碳向奧氏體擴(kuò)散，降低了晶間鎳基材料能夠阻止碳向奧氏體