第二节异种金属焊接时的焊接材料和焊接方法选择讲解.docx

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第二节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

J422

E4303

钛钙型

AC．DC

焊接较重要的低碳钢及低合金钢结构

J426

E4316

低氢钾型

AC．DC

焊接较重要的低碳钢及低合金钢结构

J427

E4315

低氧钠型

DC+

焊接较重要的低碳钢及低合金钢结构

J502

E5003

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

J505

E5011

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

J506

E5016

低氢钾型

AC，DC

焊接中碳钢及重要低合金钢结构

J507

E5015

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

J607

E6015-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。

J707

E7015-D2

低氢钠型

DC+

焊接低合金高强度结构钢

J807

E8015-G

低氢钠型

DC+

焊接低合金高强度结构钢

J857

E8515-G

低氢钠型

DC+

焊接低合金高强度结构钢

J907

E9015-G

低氧钠型

DC+

焊接低合金高强度结构钢

Jl07

E10015-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

R107

E5015-AI

低氢钠型

DC

MoO．5

工作温度<520℃的珠光体耐热钢（如15Mo

R207

E5015-B1

低氢钠型

DC

M00.5,CrO.5

工作温度<510℃的珠光体耐热钢（如12CrMo

R307

E5515-B2

低氢钠型

DC

M00.5,Crl.0

工作温度<540℃的珠光体耐热钢（如15CrMo

R317

E5515-B2-V

低氢钠型

13（2

M00.5,Crl.0

VO.2

工作温度<540℃的珠光体耐热钢（如12CrMoV

R327

E5515-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

R337

E5515-B2-VNb

低氢钠型

13（2

M00.8,Crl.2

V0.3,Nb0.2

工作温度<570℃的珠光体耐热钢（如ZG15CrlMolV

R347

E5515-B3-VWB

低氢钠型

DC

V0.4,Cr2.0

W0.4,B0.002

工作温度<620℃的珠光体耐热钢（如12Cr2MoWVTiB

R407

E6015-B3

低氢钠型

13（2

M01.0,Cr2.5

Cr2.5Mo等珠光体耐热钢

R417

E5515-B3-VNb

低氢钠型

DC

M00.9,Cr2.7

V0.4,Nb0.5

工作温度<620℃的珠光体耐热钢（如12Cr3MoVSiTiB

R427

E5515-B3-VNb

低氢钠型

DC

Mol.0,Cr2.7

V0.3,.Nb0.2

W0.4

工作温度<620℃珠光体耐热钢

R507

E1-SMoV-15

低氢钠型

De

M00.4--0.7

Cr4.5--6.0

V0.1--0.35

CrSMo等珠光体耐热钢

R707

E1-9Mo-15

低氢钠型

DC

M00.8,Cr9.0

Mn0.8,Si0.5

用CrgMo钢等珠光体耐热钢

R717

低氢钠型

DC

Mol.0,Cr9.0

Ni0.8,Mn0.9V0.3,N0.05

工作温度在600～650℃的9CrMoNiV耐热钢，如T91/P91或F9

R807

E11MoVNi-15

低氢钠型

DC

M00.8,Cr11

Mn0.8,Si0.5

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

Cr9.5--12.0

M00.8～1.1

Ni0.4～1.1

W0.4～0.7

V0.4～0.7

工作温度<580℃的耐热钢（如CrllMoWNiV

R827

相当于E1-11MoVNi-1

低氢钠型

DC

Cr9.5--12.0

M00.8--1.1

Ni0.4～1.1

V0.2～0.4

工作温度<565℃的CrllMoV及Cr11MoNiV耐热钢

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

G202

E410-16

钛钙型

AC、DC

Crl3,Mn~l,Si--<~0.9

Ni~<0.7,Mo~<0.75

0Cr13、1Cr13不锈钢等

G207

E410-15

低氢钠型

DC

Crl3,Si~0.9,Ni~0.7

Mo~0.75,Cu~0.75

0Cr13、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，

G302

EA30-16

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’

G307

E430-15

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

药皮类型

焊接电源

焊缝金属主要成分（质量分数，%）

用途

A002

E308L-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

00Crl9Nill.0Crl8NillTi

A022

E316L-16

钛钙型

AC．DC

C<~_0.04,Cr17.0--

20.0Ni11.0--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

A042

E309MoI~16

钛钙型

AC．DC

C~0.04,Cr15.0--22.0Nil2.0--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,Cr17.0～22.0Ni22.0～27.0,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。

A102

E308-16

钛钙型

AC．DC

C-~.0.08,Cr18.0～21,0Ni9.0-11.0,Mn0.5--2.5

工作温度<300℃的耐

蚀不锈钢如0Crl9Ni9．

0Crl8NillTi

A107

E308-15

低氢钠型

DC

C~0.08,Cr18.021.0Ni9.0--11.0,Mn0.5--2.5

工作温度<300℃的耐

蚀不锈钢，如0Crl9N19、

0Crl8NillTi

A137

E347-15

低氢钠型

DC

C≤0.08,Cr18.0～21.0Ni9.0--11.0

重要的含钛稳定剂的

0Crl8Ni-llTi不锈钢

A172

E307-16

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

A202

E316-16

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

A207

E316-15

低氢钠型

DC

C~0.08,M02.02.5Cr17.0--20.0,Nill.0～14.0

在有机或无机酸介质中工作的0Crl7Nil2M02不锈钢等

A212

E318-16

钛钙型

AC．DC

C≤0.08,M02.03.00Crl7.0--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

A242

E317-16

钛钙型

AC．DC

C~0.08,Crl8.00--21.0Nil2.0--14.0,M03.04.0Mn0.5--2.5

用于同类及异种钢焊接

A302

E309-15

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

A307

E309-15

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

A312

E309Mo-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

A317

E309Mo-15

低氢钠型

DC

C~0.12,Cr22.0--25,0

Nil2.0--14.0,M02.0

3.0Mn0.5--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

A402

E310-16

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

A407

E310-15

低氢钠型

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

A502

E16-25MoV-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

A507

E16-

25M06N15

低氢钠型

DC

C~0.12,N>~0.10MoS.0

～7.0,Cr14～18Ni22

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

Nil12

AC．DC

Ni≥92

镍基合金和双金属

Ni307

DC

NiTOCrl5

镍基合金或异种钢

Ni307B

DC

Ni70Crl5Mn7

镍基合金或异种钢

Ni337

DC

Ni70Crl5Nb3M04

镍基合金或异种钢、复合钢

Ni347

DC

Ni70Crl8Mn4Nb2

镍基合金或异种钢、复合钢