《异种钢焊接》ppt课件

1、P P钢和钢和A A钢焊接主要问题：钢焊接主要问题： 焊缝成分的稀释焊缝成分的稀释 熔合区凝固过渡层的构成熔合区凝固过渡层的构成 碳迁移分散层碳迁移分散层 接头的应力形状接头的应力形状4 异种钢的焊接异种钢的焊接母材金相组织一样，焊缝金属与母材基体合金系和组织不同母材金相组织一样，焊缝金属与母材基体合金系和组织不同母材金相组织不同母材金相组织不同复合钢焊接构造件复合钢焊接构造件一焊缝金属化学成分的稀释珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时，焊缝金属平均成分是由两种不同类型的母材和填充金属混合所组成。由于珠光体钢中不含或只需少量的合金元素，如珠光体钢溶入焊缝金属的比例增大，那么会冲淡焊缝金属的合金浓度，从

2、而改动焊缝金属的化学成分和组织形状。这种景象称为母材金属对焊缝金属的稀释作用。假设由于母材对焊缝金属的过分稀释，可使焊缝中奥氏体构成元素缺乏，结果在焊缝中出现马氏体组织，使焊接接头的脆性增大，导致焊接接头构成裂纹。不锈钢舍夫勒组织图不锈钢舍夫勒组织图二凝固过渡层的构成在焊缝金属熔池边缘，金属在液态继续时间最短，温度也较熔池中部低，液体金属流动性较差，最先结晶构成固态。由于珠光体钢与奥氏体不锈钢化学成分相差悬殊，在珠光体钢一侧熔池边缘，熔化的母材金属和填充金属不能充分地混合，在此侧的焊缝金属中珠光体钢所占比例较大，且越接近熔合线稀释程度就越大；而在焊缝金属熔池的中心，其稀释程度就小。在珠光体钢与

3、奥氏体不锈钢焊接时，在珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属存在一个成分梯度很大的过渡层，宽约为0.20.6mm。这种成分上的过渡变化区是因熔池凝固特性而呵斥的，故称为凝固过渡层，实践上是高硬度的马氏体脆性层。凝固过渡层的大小与母材厚度、焊接参数和资料有关。凝固过渡层还与填充金属的成分有关，当过渡层中镍含量低于56时，将产生马氏体组织。脆性层宽度B与焊缝中镍含量成反比。当填充金属选用1Cr18Ni9时，脆性层宽度为B1，是比较大的；当采用Cr15Ni25Mo6填充金属时，此脆性层宽度减少到B3。采用高镍的填充金属，提高焊缝金属中镍的质量分数，可以使脆化层的宽度明显降低。 奥氏体焊缝中镍含量对过渡层宽度的

4、影响奥氏体焊缝中镍含量对过渡层宽度的影响低合金钢母材低合金钢母材 奥氏体不锈钢焊缝奥氏体不锈钢焊缝 过渡层过渡层 在珠光体钢与奥氏体钢焊接或在焊后加热热处置或高温在珠光体钢与奥氏体钢焊接或在焊后加热热处置或高温运转时，由于熔合线两侧的成分相差悬殊，组织亦不一样，运转时，由于熔合线两侧的成分相差悬殊，组织亦不一样，在一定温度下会发生某些合金元素的分散。其中分散最强，在一定温度下会发生某些合金元素的分散。其中分散最强，影响明显的是碳。碳从珠光体母材经过熔合区向焊缝分散，影响明显的是碳。碳从珠光体母材经过熔合区向焊缝分散，从而在接近熔合区的珠光体母材上构成一个软化的脱碳层，从而在接近熔合区的珠光体母

5、材上构成一个软化的脱碳层，在接近熔合区的奥氏体焊缝中构成了硬度较高的增碳层，这在接近熔合区的奥氏体焊缝中构成了硬度较高的增碳层，这种脱碳层与增碳层总称为碳迁移过渡层。种脱碳层与增碳层总称为碳迁移过渡层。 碳从溶解度低而活度高的珠光体一侧钢向溶解度高而活度低奥氏体侧迁移。缘由：1C的分散速度比其他溶质元素大104-106倍；2碳在液态铁中的溶解度大于在固态铁中的溶解度；3在奥氏体中的溶解度大于在铁素体中的溶解度；4奥氏体资料中含有较多的碳化物构成元素，使碳在其中多以化合形状存在，活度比较低。 影响碳迁移过渡层的构成与开展的要素：影响碳迁移过渡层的构成与开展的要素：1 1接头在焊后的加热温度和保温

6、时间接头在焊后的加热温度和保温时间 实际证明，焊接线能量对碳迁移实际证明，焊接线能量对碳迁移过渡层的构成无明显的影响，即使采用大的线能量，焊后也不一定出现明过渡层的构成无明显的影响，即使采用大的线能量，焊后也不一定出现明显的迁移过渡层。而焊后加热到显的迁移过渡层。而焊后加热到定温度定温度500500左右，保温一段时间后，左右，保温一段时间后，过渡层开场开展。随着温度升高，脱碳层逐渐加大，到过渡层开场开展。随着温度升高，脱碳层逐渐加大，到800800时到达最大值。时到达最大值。随加热时间的延伸，分散层也加宽。因此，普通情况下，异种钢接头不宜随加热时间的延伸，分散层也加宽。因此，普通情况下，异种钢

7、接头不宜焊后热处置。焊后热处置。 2 2碳化物构成元素的影响碳化物构成元素的影响 奥氏体焊缝中合金元素对碳的亲和力越大，奥氏体焊缝中合金元素对碳的亲和力越大，数量越多，那么珠光体母材一侧的脱碳层就越宽。数量越多，那么珠光体母材一侧的脱碳层就越宽。 3 3母材含碳量的影响母材含碳量的影响 虽然碳从珠光体钢向焊缝迁移不是因母材与焊虽然碳从珠光体钢向焊缝迁移不是因母材与焊缝中碳浓度差而呵斥，但母材中碳含量越高，迁移层开展那么越快。缝中碳浓度差而呵斥，但母材中碳含量越高，迁移层开展那么越快。4 4镍的影响镍的影响 ：镍是石墨化元素，降低碳化物的稳定性，减弱碳与碳化：镍是石墨化元素，降低碳化物的稳定性，

8、减弱碳与碳化物构成元素的结合力。因此，焊缝中提高镍含量，有助于抑制碳的分散。物构成元素的结合力。因此，焊缝中提高镍含量，有助于抑制碳的分散。 珠光体钢与奥氏体钢焊接时，接头在焊后除了产生由于珠光体钢与奥氏体钢焊接时，接头在焊后除了产生由于部分加热而引起的热应力外，还有由于两种钢的热膨胀系部分加热而引起的热应力外，还有由于两种钢的热膨胀系数相差很大，不仅在焊接后会产生较大的剩余应力，而且数相差很大，不仅在焊接后会产生较大的剩余应力，而且在运用中如有循环温度的作用，也会构成热应力，因此这在运用中如有循环温度的作用，也会构成热应力，因此这种异种钢的焊接接头应力形状较之同种金属焊接时更为复种异种钢的焊

9、接接头应力形状较之同种金属焊接时更为复杂。更重要的是由于热膨胀系数不同所构成的剩余应力，杂。更重要的是由于热膨胀系数不同所构成的剩余应力，经过热处置是无法消除的。经过热处置是无法消除的。 25Cr3MoWV钢板边钢板边缘堆焊缘堆焊Cr25Ni20焊焊缝的应力分布缝的应力分布实线实线焊态焊态 虚线虚线经经7002h退火退火 二、异种钢焊接工艺要点二、异种钢焊接工艺要点 1 1、焊接方法选择、焊接方法选择 为了降低母材为了降低母材的稀释作用，应选的稀释作用，应选用熔合比小的焊接用熔合比小的焊接方法。方法。 2 2、焊接参数选择、焊接参数选择 为了降低熔合比，为了降低熔合比，应尽量用小直径的应尽量用

10、小直径的焊条和焊丝，并选焊条和焊丝，并选用小电流、大电压用小电流、大电压和快焊速。假设珠和快焊速。假设珠光体钢有淬硬倾向，光体钢有淬硬倾向，应适当进展预热。应适当进展预热。3 3、焊接资料的选择、焊接资料的选择 原那么：原那么：A A、保证焊缝金属与基体金属有良好的力学性能，普通根、保证焊缝金属与基体金属有良好的力学性能，普通根据接头两侧焊接性较差或强度较低的资料选择焊接资料；据接头两侧焊接性较差或强度较低的资料选择焊接资料；B B、保证焊缝金属具有一定的致密性，无气孔、夹杂；、保证焊缝金属具有一定的致密性，无气孔、夹杂；C C、保证有良好的工艺性能，即不出现裂纹、顺应各种位、保证有良好的工艺

11、性能，即不出现裂纹、顺应各种位置焊接；置焊接；D D、保证焊缝金属具有所要求的特性，如热强性、耐热性、保证焊缝金属具有所要求的特性，如热强性、耐热性、耐腐蚀性、耐磨性等；耐腐蚀性、耐磨性等；E E、对不能构成固溶体的异种金属，可在良种被焊的异种、对不能构成固溶体的异种金属，可在良种被焊的异种金属之间加能构成固溶体的中间过渡层。金属之间加能构成固溶体的中间过渡层。珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时常用的焊接资料珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时常用的焊接资料母材牌号母材牌号焊条电弧焊焊条电弧焊焊丝（埋弧焊或氩弧焊丝（埋弧焊或氩弧焊）焊）第一种材料第一种材料第二种材料第二种材料焊条型号焊条型号焊条牌号焊条牌号

12、低碳钢或普低钢低碳钢或普低钢1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni2Ti1Cr18Ni2TiCr17Ni13Mo2NbCr17Ni13Mo2NbCr23Ni18Cr23Ni18Cr25Ni13TiCr25Ni13TiE309-16E309-16E309-15E309-15E309Mo-16E309Mo-16E16-25MoN-16E16-25MoN-16E16-25Mo6N-15E16-25Mo6N-15A302A302A307A307A312A312A502A502A507A507铬钼钢铬钼钢（12CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo、30CrMo30CrMo）铬钼

13、钒钢铬钼钒钢(12Cr1MoV(12Cr1MoV、15Cr1Mo1V)15Cr1Mo1V)铬钼钢铬钼钢Cr5MoCr5MoH1Cr25Ni13H1Cr25Ni13H1Cr20Ni10Mo6H1Cr20Ni10Mo6铬钼钒钢铬钼钒钢(Cr5Mov(Cr5Mov、25Cr3WmoV25Cr3WmoV、12Cr2Mo2VniS)12Cr2Mo2VniS)H1Cr20Ni17Mn6Si2H1Cr20Ni17Mn6Si212CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo、30CrMo30CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV、15Cr2Mo215Cr2Mo2Cr15Ni35W3TiCr15Ni35W

14、3TiCr16Ni25Mo6Cr16Ni25Mo6E16-25MoN-16E16-25MoN-16E16-25Mo6N-15E16-25Mo6N-15A502A502A507A507低碳钢低碳钢Cr25Ni15TiMoVCr25Ni15TiMoVCr21Ni15TiCr21Ni15TiE16-25MoN-16E16-25MoN-16E16-25Mo6N-15E16-25Mo6N-15A502A502A507A507举例：举例： A A、不同强度等级铁素体或珠光体型钢之间的焊接、不同强度等级铁素体或珠光体型钢之间的焊接如如20G20G15CrMoG15CrMoG，其总的特点是线膨胀系数按近、导，

15、其总的特点是线膨胀系数按近、导热系数相差不大。因此主要思索运转时任务应力平滑过渡、热系数相差不大。因此主要思索运转时任务应力平滑过渡、组织稳定，普通选用成分或强度常温强度和高温强度组织稳定，普通选用成分或强度常温强度和高温强度介于两者之间的焊接资料。介于两者之间的焊接资料。 B B、碳钢或低合金、高合金钢与奥氏体不锈钢焊接，、碳钢或低合金、高合金钢与奥氏体不锈钢焊接，要思索稀释、碳分散和热应力三方面的问题，同时还要思要思索稀释、碳分散和热应力三方面的问题，同时还要思索焊接工艺性及运用条件：索焊接工艺性及运用条件： a a、当产品任务温度、当产品任务温度400400时，通常选用时，通常选用A30

16、7A307或或A507A507； b b、当产品任务温度、当产品任务温度400400或焊接接头要求热处置时，或焊接接头要求热处置时，那么受压元件对接接头可选用镍基焊接资料，而受压元件那么受压元件对接接头可选用镍基焊接资料，而受压元件与附件的焊接选用高铬镍不锈钢焊接资料。与附件的焊接选用高铬镍不锈钢焊接资料。 为了防止因应力过高而在回火处置或运用过程中在熔合区出现开裂为了防止因应力过高而在回火处置或运用过程中在熔合区出现开裂景象，可以在珠光体钢的坡口外表堆焊含有较多的强碳化物构成元素过景象，可以在珠光体钢的坡口外表堆焊含有较多的强碳化物构成元素过渡层渡层 如高铬镍奥氏体钢焊条或镍及镍合金电焊条如

17、高铬镍奥氏体钢焊条或镍及镍合金电焊条Ni307Ni307。过渡层厚。过渡层厚度普通为度普通为6-9mm6-9mm。 为防止凝固过渡层，可在为防止凝固过渡层，可在P P钢的坡口先堆焊一层钢的坡口先堆焊一层23-1323-13之类的之类的A A金属金属隔离层，这样可使隔离层，这样可使P P钢在拘谨度极小的情况下焊接；堆焊隔离层时，应钢在拘谨度极小的情况下焊接；堆焊隔离层时，应防止在防止在A A钢上熔敷碳钢或低合金钢，从而导致构成脆硬的钢上熔敷碳钢或低合金钢，从而导致构成脆硬的M M组织焊缝；组织焊缝； 为防止碳迁移景象，可先在为防止碳迁移景象，可先在P P钢的坡口上用钢的坡口上用V V、NbNb、

18、TiTi等含量较高的等含量较高的焊条堆焊第一隔离层，再用适当的焊条堆焊第一隔离层，再用适当的A A焊条堆焊第二隔离层；广泛用于焊条堆焊第二隔离层；广泛用于不锈钢管与低合金钢管的焊接不锈钢管与低合金钢管的焊接焊接工程实例焊接工程实例 0Cr18Ni10Ti+Q345 0Cr18Ni10Ti+Q345异种钢焊接异种钢焊接工程实例工程实例 沥青溶液换热器中有一道法沥青溶液换热器中有一道法兰材质为兰材质为Q345Q345钢的锻件，与壁厚钢的锻件，与壁厚为为26mm26mm的的0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni10Ti钢筒体焊钢筒体焊接的工序，为异种钢的焊接。接的工序，为异种钢的焊接。1焊接方案的制定

19、在锻件内侧与待焊坡口处堆焊过渡层，然后与筒节成为同质资料的焊接，焊接接头方式与坡口尺寸如下图。2焊接方法锻件内侧用焊条电弧焊施焊；锻件与筒体焊接采用焊条电弧焊打底，再用埋弧焊施焊。3内侧过渡层堆焊法兰盘内侧堆焊过渡层并延伸至坡口内侧。堆焊前采用丙酮清理坡口内侧的油污等污染物，并用氧乙炔火焰进展烘烤，以防止堆焊时产生裂纹和气孔。堆焊时采用小电流、多层多道焊，焊条选择及焊接参数见表。 Q345钢锻件与钢锻件与0Cr18Ni10Ti钢焊接接头方式与钢焊接接头方式与焊接层数焊接层数Q345Q345钢锻件与钢锻件与0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni10Ti钢筒体堆焊的焊接参数钢筒体堆焊的焊接参数焊接层

20、数焊接层数 焊接方法焊接方法焊材型号及焊材型号及规格规格/ /电源电源极性极性焊接焊接电流电流/A/A电弧电压电弧电压/V/V焊接速度焊接速度/(m/h)/(m/h)坡口内侧坡口内侧堆焊及第堆焊及第8 8层层焊条焊条电弧焊电弧焊E309-16E309-164.04.0直流直流反接反接130130150150242430300.520.520.610.61焊接焊接1 17 7层及层及第第9 9层层埋弧焊埋弧焊H0Cr18Ni10H0Cr18Ni10TiTi5.05.0HJ260HJ260直流直流正接正接4504504804803434363635353636 4要严厉控制焊接热输入，特别是用小的

21、焊接电流和快的焊接速度来将熔合比控制在最小值。 装配时，要求对接接头处不留任何间隙，最大装配间隙不能超越1.0mm。正面第一层焊缝用埋弧焊施焊。各层焊接参数及焊接资料选用见表。 正面焊缝全部焊接终了，反面用碳弧气刨清根，彻底打磨渗碳层后，进展反面第八层焊缝的焊接，采用焊条电弧焊施焊。 焊接接头内部质量经X光射线探伤满足JB4730-1994级以上规范。 复合钢板的焊接特点复合钢板的焊接特点复合钢板是由两种资料复合轧制而成的双复合钢板是由两种资料复合轧制而成的双金属板。它是由覆层不锈钢和基层金属板。它是由覆层不锈钢和基层碳钢或低合金钢组成。碳钢或低合金钢组成。接触腐蚀介质或高温的一面由不锈钢板承

22、接触腐蚀介质或高温的一面由不锈钢板承当，而构造所需强度和刚度那么由碳钢当，而构造所需强度和刚度那么由碳钢或低合金钢板承当。或低合金钢板承当。广泛用于石油、化工、制药、制碱和航海广泛用于石油、化工、制药、制碱和航海等要求防腐和耐高温的容器和管道等。等要求防腐和耐高温的容器和管道等。其中以低合金钢与奥氏体不锈钢合成的其中以低合金钢与奥氏体不锈钢合成的不锈复合钢板运用最为广泛。不锈复合钢板运用最为广泛。不锈复合钢板由于化学成分和物理性能差不锈复合钢板由于化学成分和物理性能差别很大，其焊接性也存在艰苦差别，因别很大，其焊接性也存在艰苦差别，因此不能采用单一的焊接资料和焊接工艺此不能采用单一的焊接资料和焊接工艺进展焊接，而应将覆层和基层区别对待。进展焊接，而应将覆层和基层区别对待。1.焊接方法可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体维护焊及惰性气体维护焊等方法。但覆盖层常用焊条电弧焊。2.焊接资料焊缝由过渡层、基层和覆层三部分组成，各自的焊接资料选择如下：1过渡层焊接资料必需选用其铬、镍