异种钢焊接方法、材料及参数选择

焊接方法的选择

在保证焊接质量的前提下，选择易于操作、工艺简单、成本低廉的方法。首先考虑传统的焊接方法--熔化焊，熔化焊中优先考虑焊条电弧焊。因为焊条电弧焊技术成熟、操作简便、焊条种类繁多、适应性强、选择余地大。焊接方法的选择，对任何材料的焊接都是同等重要的。由于异种金属焊接是由两种以上的金属组成的，因此，必须兼顾这些金属，首先要满足焊接性较差金属的要求。由于熔化焊对金属加热的温度较高，化学成分变化较大，还要经过一个结晶过程，因此接头的组织性能会发生较大的变化；另外，由于异种金属的焊接是将不同的金属焊在一起，存在它们相溶的问题，所以熔化焊用于焊接异种金属具有相当的局限性，而非熔化焊（即固相焊接，如压力焊，包括电阻焊、摩擦焊、扩散焊、钎焊等）以及熔钎焊（即一种母材熔化而另一种母材不熔化）将得到较多的应用。由于不同钢种的基本元素是铁，因此，一般来说，熔化焊还是能够满足要求的。


焊接材料的选择

从材料角度来看，异种金属焊接有三种情况：异种钢焊接、钢与非铁金属的焊接、异种非铁金属之间的焊接。

大部分焊接方法可用于异种金属焊接，如各种熔化焊、各种压力焊、钎焊和扩散焊等。

熔化焊中的焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等应用最广。

正确选择焊接材料是异种金属焊接的关键，接头质量与焊接材料的关系十分密切。由于异种金属焊接的特性，必须根据母材的化学成分、性能、接头形式和使用要求来选择焊接材料。

1.焊接材料的要求

1)焊接材料的选择最重要的是不使焊接接头产生不允许的焊接缺陷（如气孔、夹杂、各类焊接裂纹等）。

2)要保持焊缝金属组织的稳定性，即在使用条件下不会发生明显的组织转变。

3)在上述这些前提下，应满足使用性能的要求（包括力学性能及其他特殊要求，如耐蚀、耐磨、耐高温、耐低温等），特别是要保证焊缝金属及过渡区的性能。如果结构是在特殊条件下工作（这往往是采用异种金属焊接的初衷），则满足特殊性能就是第一位的。在满足特殊性能要求的前提下考虑力学性能，即使焊缝金属的力学性能不低于性能较低的母材。在力学性能上，若不能兼顾强度和塑性，则应选用塑性较好的焊接材料。这里应当指出的是，必须要有适当的焊缝金属化学成分与焊接参数的配合，首先满足对冷却速度（对焊接热影响区是很重要的）的要求。

4)在焊接工艺受到限制时（如不能焊前预热和焊后热处理），可选用镍基焊接材料或奥氏体焊接材料，以提高焊缝金属的塑性和韧性。

2.焊接材料的选择准则

1)所选择的焊接材料必须满足结构的使用性能，特别是特殊性能（如力学性能、耐蚀性等）的要求。

2)所选择的焊接材料必须有利于改善焊接性，具有适宜的熔化温度等热物理性能，被稀释后仍能满足结构的使用性能（如力学性能、耐磨性、耐蚀性等）。

3)所选择的焊接材料中有害杂质及气体（碳、氧、氢、氮）含量要低。

4)异种金属焊接时，焊接材料的选择通常是就高不就低。如低合金钢与不锈钢焊接时，应选择不锈钢焊接材料；低合金钢与镍基合金焊接时或不锈钢与镍基合金焊接时，应选择镍基合金焊接材料。

5)当两种金属材料的焊接性相差太远，没有可采用的焊接材料时，应选用过渡材料，先与一种金属焊接，再选择合适的焊接材料将过渡材料与另一种金属焊接起来。


焊接参数的选择

焊接参数的选择要考虑两个因素：一是熔合比，这一点对异种金属（包括异种钢）的熔化焊来说尤为重要，特别是对过渡层（即多层焊之第一层）的焊接。焊缝金属的化学成分由所采用的焊接材料及熔合比来决定，而熔合比要通过接头坡口形式及焊接参数（如预、后热温度及焊接热输入）来调整。二是焊接接头的组织，这一点由化学成分及焊接热循环来决定，特别是对于焊接热影响区。

两种不同金属材料的焊接，有如下几种情况：首先工作温度有变化，如燃气轮机各部位的工作温度不同，其叶轮外圆周的工作温度在6000℃以上，需要用高合金耐热钢制造；而叶轮中心部位的工作温度大大低于此温度，选用合金结构钢制造就可以满足要求。采用两种性能、成分有差异的金属材料焊成的复合结构，充分发挥各自特长，就可以节省大量高合金耐热钢材料，获得可观的经济效益。其次，许多接触高温、腐蚀介质的容器、管道，其内壁要求承受高温和腐蚀介质的侵蚀，而置于空气中的支承部件以及受到磨损的零部件则可用碳钢或低合金钢材料，将这些异种金属焊接成复合结构，可使各种材料做到物尽其用。从另外一个方面来讲，只要在其工作表面堆焊一层耐蚀、耐磨的高合金钢材料，就能达到这一目的，这也是异种金属焊接接头的一种形式。再次，被焊金属材料相同而采用异类焊接材料的焊接接头也常用于难焊材料零部件的焊接。此时，如果选用与被焊金属材料相同的焊接材料施焊，焊接接头不可避免地会产生裂纹缺陷。为了防止焊接接头产生裂纹，焊接这种材料时焊前要预热，焊接过程要控制层间温度，焊后还要缓冷或进行热处理，使焊接工艺变得复杂化，且很难保证焊接接头质量。如果选用一种焊接性好、焊接时不需采取上述工艺措施的焊接材料，可使所得焊接接头既具有一定的强度，又有一定的塑性和韧性，这就成为优选的焊接接头形式。

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