异种钢的焊接总结

异种材料的分类与组合：异种材料的焊接由于兼顾不同材料的优势，在机械、化工、航空、核电等领域应用非常较广，其中最常见是异种钢的焊接构件。主要有以下几种情况：1、母材金相组织相同，但焊缝金属与母材基体合金系及组织性能不同；例如：低碳钢与铭钼耐热钢之间的焊接2、母材金相组织不同的异种钢的焊接。3、复合材料焊接结构件。异种材料的焊接：指将不同化学成分、不同组织性能的两种或两种以上的材料，在一定工艺条件下焊成满足设计要求和使用要求的构件。（1）异种材料焊接性分析物理性能差异T熔不同T焊缝熔化和结品状态不一致，力学性能变坏；例如如低熔点金属过早熔化而发生流淌或者与高熔点金属产生未熔合。入不同9接头产生较大的焊接应力和变形，焊缝及HAZ易开裂。a和C不同9热输入失衡.熔化不均和改变焊缝及其两侧的结品条件。例如：热导率高的金属热影响区宽，冷却速度快容易淬硬，而热导率低的金属则发生过热电磁性不同9焊接电弧不稳，焊缝成形差例如：有磁性金属和无磁性金属组合，当采用直流电弧或电子束方法焊接时会因磁场的作用，使电弧偏吹或电子束偏离其轴线（偏向磁铁体一侧），其后果是磁铁体金属熔化量过大，产生过分稀释，或无磁性金属根部未熔合等缺陷。力学性能不同9接头力学性能不均匀，恶化接头质量。结品化学性能差异结品化学性差异（品格类型、品格常数、原子半径、原子外层电子结构等）决定两种材料在冶金学上的相容性一无限固溶、有限固溶、形成化合物、产生中间相以及不能形成合金。当两种材料液固状态下均互溶时，可形成一种新相（固溶体），这两种材料之间便具有冶金“相溶性〃，原则上是可焊的。例如Cu-Ni（匀品相图材料的表面状态材料的表面状态（表面氧化层、结品表面层、吸附的氧离子、水分、油污、杂质等）直接影响材料的焊接。过渡层的控制异种金属焊接时，必产生一层成分、组织、及性能与母材不同的过渡层，其性能很大程度上决定了整个接头的性能。例如：熔合比越大，焊缝金属与母材的差异越大，过渡层越明显；液态熔池停留时间越长，则焊缝金属混合越均匀，过渡层不明显。异种材料焊接方法：1、熔焊：对于互溶度有限，物理化学性相差大的异种材料，熔焊元素相互扩散导致接头的成分和组织不均匀或生成脆性化合物，因此，熔焊时应降低稀释率，采用小电流高速焊，或在坡口一侧或两侧堆焊中间合金过渡层。2、压焊：大多数压焊方法是对母材加热至塑性状态或不加热，在一定压力下完成焊接的，一般不存在稀释问题。例如冷压焊、超声波焊、扩散焊等方法在接头处温度低，一般也不发生金属间化合物，这对异种金属焊接很有利。3、钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙实现连接焊件的方法。异种材料焊接对填充金属的要求：1）能够承受母材的稀释而不产生裂纹、气孔、夹杂物以及有害的金属间化合物；2）形成的焊缝金属其组织和性能保持稳定。在使用条件下不会产生元素的迁移，脆性相析出等不良现象；3）具有与母村相适应的物理性能。如线膨胀系数介于两母材之间；热导率和电导率尽可能相近等；4）所形成的焊缝金属，在使用各条件下其强度和塑性至少与两母材中的一种相同；其耐腐蚀性能也应等于或超过两母材的耐蚀性能。在具体选择中遇到两种母材熔化温度相差很大时，宜选择常用于焊接低熔点母材的那种填充金属。如果用了高熔点填充金属就可能受到低熔点母材的过分稀释；当两母材线膨胀系数相差较大，除了选用线膨胀系数介于两母材之间的填充金属外，也可以考虑选用具有高塑性的填充金属，缓解因温度变化时所产生的热应力。焊接材料选取的一般原则：保证焊接接头的使用性能，可根据接头两侧焊接性较差或强度较低的材料选择。如异种P钢的焊接，按强度较低一侧母材的要求选焊接材料，焊缝熔敷金属成分与强度较低一侧母材成分接近，焊缝热强性N母材。焊缝具有一定的致密性和良好的工艺性能保证焊缝金属具有所要求的特性，如热强性、耐热性、耐蚀性和耐磨性等。如低合金钢和不锈钢的焊接，选用焊丝应具有较高的抗裂和抗蚀性。加能形成中间过渡层的焊接材料：如陶瓷与金属的焊接，一般应加入中间过渡层，对两母材的性能差异起缓冲作用。异种钢的焊接性分析稀释或合金化的程度取决于熔合比，即基体金属在焊缝中所占的百分比。焊缝金属实际上是熔敷金属与熔化的基体金属混合在一起的合金。基体金属（母材）熔入焊缝后使其合金元素比例发生变化，焊缝中合金元素比例减小称为“稀释”，若比例增加则称为“合金化”珠光体钢与奥氏体钢焊接时，由于珠光体钢母材的稀释作用，使得焊缝的成分和组织发生了很大的变化。碳迁移扩散层危害：靠近珠光体钢一侧熔合区的焊缝金属中，形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层，降低熔合区塑性。在靠近熔合区的珠光体钢一侧出现脱碳层（铁素体）而软化，在焊缝侧出现增碳层而硬化。随着碳扩散的发展，接头在熔合区发生脆性断裂的倾向增大。在高温下长期运行过程中，在脱碳层上还容易产生晶间腐蚀。为了防止碳在熔合区附近的扩散迁移，一般可采取下列防止措施：1、采用过渡层；2、采用中间过渡段；3、采用Ni含量高的填充材料。（后面的工艺部分会具体讲解）工艺要点1）首先必须保证复合钢工件装配的质量，一般对接接头间隙1.5~2mm，保证不错边。2）装配时的定位焊在基层刚上进行，定位焊焊缝不可产生裂纹和气孔。3）先焊基层，第一道基层焊缝不应熔透到复层金属，以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。4）基层焊完后，用碳弧气刨、铲削或磨削法清理焊根，经X射线探伤合格后，才能焊接过渡层。5）最后将复层焊满。焊后热处理在不锈复合钢的焊接接头中，不进行复层的固溶处理，一般也不进行消应力热处理。但是，在极厚的复合钢的焊接中，往往要求中间退火和消应力热处理。陶瓷与金属的焊接陶瓷的定义：陶瓷是指以各种金属的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物为原料，经适当配料、成形和高温烧结等人工合成的无机非金属材料。性能：1、陶瓷有离子键或共价键构成的多晶体，具有方向性，滑移小，脆性大2、离子品体结构，硬度高，室温E高。3、气孔多、不致密，抗拉强度小，抗压强度较大，抗拉与抗压之比小3.2陶瓷与金属的焊接性分析1、入金属>>入陶瓷，焊接时产生较大的残余应力，开裂2、陶瓷与金属的原子本质不同，冶金不相溶，焊接界面润湿性差1、裂纹原因：1.入差异，膨胀收缩差异大，接头产生应力而开裂2.陶瓷的熔点高，焊接温度高，焊接高温与室温之差会增加残余应力措施：添加塑性材料或与陶瓷膨胀系数相近的金属作焊接中间层，缓解应力。常用的中间层材料：Ni（塑性金属），W（低线膨胀系数），Cu，Ti等焊接方法：扩散焊：在一定的温度、压力、保压时间、保护介质等条件下，使工件连接表面只产生微观塑性变形，界面处的金属原子相互扩散而形成接头的连接方法。（中间层的成分和厚度对接头都有影响）钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙实现连接焊件的方法。钎料特点：塑性好、屈服强度低、低熔点活性钎料2、界面润湿差原因：陶瓷含有离子键或共价键，表现出非常稳定的电子配位，很难被金属键的金属润湿，所以熔焊方法很难使金属与陶瓷产生熔合。多采用钎焊，使钎料对陶瓷表面产生润湿，再与金属焊接。措施：改善被焊陶瓷表面的润湿性。陶瓷表面的金属化处理（也称为陶瓷金属化法）：Mo-Mn法、蒸发法、喷溅法、离子注入法等活性金属化法：在钎料中加入活性元素，使钎料与陶瓷之间发生化学反应，使陶瓷表面分解形成新相，产生化学吸附，形成结合牢固的陶瓷与金属结合界面，这种方法称为活性金属化法。活性金属常用过渡族金属，如Ti、Zr、Hf、Nb、Ta等（化学活性强，与氧化物、硅酸盐亲和力大，易在陶瓷表面形成金属-陶瓷复合的反应层）。3、界面反应陶瓷与金属接头在界面间存在着原子结构能级的差异，陶瓷与金属之间是通过过渡层（扩散层或反应层）而焊接结合的。陶瓷与金属扩散焊时，陶瓷与金属界面发生反应形成化合物，所形成的化合物种类与焊接条件（如温度、表面状态、中间合金及厚度等）有关。例如：温度高、扩散充分、接头强度高，但是高温易产生脆性相而降低接头性能。另外，金属熔点越高，接头强度越高。保温时间短：扩散不够，强度不好；保温时间长，热输入过大，晶粒粗化，强度降低。3.3陶瓷与金属的焊接工艺特点接头要求：所形成的陶瓷与金属的焊接接头，必须具有较高的强度；焊接接头必须具有真空的气密性；接头残余应力应最小，接头在使用过程中应具有耐热、耐蚀和热稳定性能；'接工艺应尽可能简化，工艺过程稳定，生产成本低。方法：钎焊：陶瓷金属化法（先在陶瓷表面进行