毕业设计论文异种钢接头的焊接方法及其填充材料的选择.doc

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1、. 学校代码：11517 学 号：200806111203 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业论文课题名称 异种钢接头的焊接方法和填充材料的选择学生姓名 专业班级 机械设计制造及其自动化0844班 学 号 系 （部） 机械工程系 指导教师(职称) 完成时间 2012年5月20日 河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务

2、；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名： 2012年5月20 日 河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 2012年 5月 20日河南工程学院毕业设计（论文）任务书

3、题目： 异种钢接头的焊接方法和填充材料的选择 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名： 主要内容、基本要求、时间安排、主要参考资料等：一、主要内容：了解异种钢接头的焊接方法和焊接工艺以及对焊接材料和填充材料进行初步了解，并在实验中进行选择，得出最佳搭配。二、基本要求：了解异种钢接头的焊接方法和焊接工艺，通过实验对异种钢焊接有深刻了解,最终得出最经济的焊接工艺。三、设计目的：毕业设计是本科培养目标要求的重要阶段，是对学生学习实践成果的重要总结。四、主要参考资料：1 刘中青.异种金属的焊接第一讲异种金属的焊接性N.沈阳汽车工业学院,1993年9月2 郭军.异种金属的焊接性能分析及实例N.金属加

4、工,2010年第22期3 石洪民.谈几种金属材料的焊接J.煤炭技术,2008年7月第27卷第7期4 丁德全.金属工艺学M.北京,机械工业出版社,2000.55 王文其. 焊接新技术新工艺实用指导手册第十讲异种金属的焊接M.北方工业出版社,2007年5月6 陈文静，屈金山.异种金属焊接工艺及接头性能研究D.西华大学材料加工工程专业,2006年11月至2008年4月指导教师签名： 专业负责人签名： 2011年12 月 3日目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景11.2 异种金属焊接今后的研究热点与发展趋势22 异种钢焊接概述22.1 异种钢焊接的必要性32.2 异种钢焊接的特

5、点32.3 异种钢焊接存在的问题42.4 异种钢焊接工艺要点62.5焊接缺陷73 焊接方法及填充材料73.1 常用的焊接方法83.2 异种金属焊接的填充材料选择103.3 填充材料选取的一般原则114 实验124.1 材料介绍124.1.1 材料的结构组成及用途124.1.2 材料的焊接性134.1.3 焊接特点134.2 实验步骤144.2.1 材料的选取144.2.2 焊接方法及工艺的确定144.2.3 焊接填充材料的选择154.2.4 焊接练习及焊接前的准备164.2.5 焊接参数的选择164.2.6 焊接过程发现的问题184.3 实验分析184.3.1 金相组织分析184.3.2 硬度

6、分析205 实验结论236 结论25致 谢26参考文献27异种钢接头的焊接方法及其填充材料的选择异种钢接头的焊接方法和填充材料的选择摘 要随着现代科学技术的发展,各种工程结构不仅需要对大量的同种金属进行焊接，同时也需要对相当数量的异种钢进行焊接。目前，异种钢的焊接已成为各行各业生产中不可缺少的一门新技术。异种钢焊接在现代生产中的应用越来越广泛，本文对异种钢焊接性进行了初步的研究，也讨论了在异种钢焊接中所存在的问题，对不锈钢和结构钢的焊接性能及焊接缺陷进行了分析，并且对这种异种钢焊接的焊接工艺进行了分析，找出了焊接方面的规律。关键词 异种钢焊接/异种钢/焊接方法/填充材料WELDING METH

7、OD OF DISSIMILAR STEEL WELSED JOINT AND FILLER MATERIAL SELECTIONAbstractWith the development of modern science and technology, varieties of engineering structure require not only a large amount of the same metal welding, but also a considerable number of dissimilar steel welding. At present, dissim

8、ilar steel welding has become a new technology and indispensable for the production in all walks of life. In modern production, dissimilar steel welding is widely used, and this article has carried on preliminary research of the dissimilar steel weldability, it also discusses the problems in the dis

9、similar steel welding. The welding performance and weld defects and welding technology of stainless steel and structural steel analyzed. Eventually we find out the regularity of welding aspect. KEY WORDS: dissimilar steel welding，dissimilar steel，welding method，filling materialII异种钢接头的焊接方法及其填充材料的选择1

10、 绪论1.1 课题背景早期的焊接主要是同种材料的焊接，随着科学技术的不断发展，新结构、新设备层出不穷；新材料、新工艺的应用日益广泛，对各类工程构件的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等等，在有些情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足使用要求，或者即使是某种金属材料比较理想，但往往由于十分稀贵，不能在工业中普遍应用，因此，采用焊接方法制造异种金属复合零部件日益受到了人们的广泛重视，出现了一门新的科学技术-异种金属的焊接1。科学技术的不断进步对各类工程机械构件的性能，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久性等提出了更高的要求。在许多情况下，单纯的一种金属材料

11、已经不能满足工程使用要求，采用焊接方法制造异种金属构件备受人们关注。异种金属的焊接不仅能充分利用各组成材料的优异性能，还大大降低了整体生产成本，显著提高了经济效益，因此，它在石油化工、航空航天、交通运输、电站锅炉及工程机械等行业的机械设备和构件中得以广泛应用。各种金属因为组织性能的差异（如熔点、膨胀系数、热导率、比热容、电磁性、化学成分等差异），加大了异种金属焊接的难度。因此，在可能形成焊接的前提下，特别要在熔焊条件下获得一个实际可用的焊接接头，还需重视几种效应：高温效应、碳迁移效应、马氏体效应、应力、应变效应等。如在大型电站锅炉对流管束中，高温段一般采用耐热性和耐蚀性更强的铬镍奥氏体不锈钢，

12、而从经济角度出发。低温段一般采用价格低，耐热性和耐蚀性稍差的珠光体耐热钢。这样，由于在机组中的各部位的工作温度的不同，相应地需要使用各种不同化学成分和组织性能的钢材，因此必然会遇到异种金属的焊接问题。异种金属焊接构件可以最大限度地利用材料各自的优点，达到物尽其用的效果。异种金属的焊接是一门新的学科技术，它除了要研究焊接的一般规律以外，还要研究许多特殊的规律，如异种金属的物理、化学性能和组织结构变化、金属间化合物的形成机理，冶金扩散过程，接头性能的检测等等，涉及面很广。近年来，异种金属焊接的试验研究和生产应用日益受到广大焊接科技工作者的重视，并已取得了许多丰富的理论知识和实践经验，相信在不久的将

13、来异种金属焊接构件会在工程上得到越来越广泛的应用。异种金属焊接由于不同金属的化学成分、组织结构、机械性能及物理性能的差异，因此要比同种金属复杂得多，焊接的可靠性问题也显得更加突出。本文拟对异种金属的焊接进行较为全面的综述和评论，以期为未来的焊接研究及实际生产应用提供参考。1.2 异种金属焊接今后的研究热点与发展趋势随着人们对焊接领域研究的不断深入，异种金属焊接已经成为工程应用不可缺少的工艺手段，并已成为焊接领域的研究热点。对异种金属焊接的研究已经深入到各个领域，在今后的研究工作中，重心将偏向以下几个方面：(1)新焊材的研制。如何克服因母材性能差异形成劣质异种焊接接头的问题是异种金属焊接面临的重

14、大挑战。研制出同时具有两种母材性能的焊材或填充材料，其意义等同于缩小母材的性能差异，减少碳的迁移，提高接头的高温持久性能，达到改善异种金属焊接接头的目的。(2)提高异种金属焊接接头的抗腐蚀性能。在石油化工和电站锅炉等行业中，腐蚀成为异种钢焊接接头最常见的失效形式。由于接头由两种不同的母材和填充材料经过高温快冷结合而成的，组织结构复杂，相对于母材，异种金属焊接接头抗腐蚀能力很低。因此，如何提高异种钢焊接接头抗腐蚀性能也是工程实践中急需解决的难题。(3)采用现代先进的检测手段和计算机模拟技术深入研究异种金属焊接接头的腐蚀性能、应力分布、碳迁移规律等，构建完善的数据库，为异种金属焊接作业提供参考依据

15、。(4)轻合金异种材料焊接。随着航天航空、电子产业的飞速发展，轻金属材料的日益普及，轻合金异种材料焊接将成为轻工业领域的主要工艺手段2。2 异种钢焊接概述两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢(如奥氏体不锈钢)。对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头，也属于第二类接头。异种

16、钢之间能否进行焊接，决定于这两种金属在焊接条件下，他们合金元素之间的相互作用。当两种金属元素之间不但在液态而且在固态下都互相溶解，能形成一种新相固溶体，那么这两种金属元素之间便会具有冶金学上的“相溶性”，原则上是可以焊接的3。2.1 异种钢焊接的必要性（1）在不同运行温度、腐蚀和氧化环境可以采用不同的材料。（2）为提高化工压力容器使用寿命，在低合金耐热钢容器内侧，熔敷一层耐强腐蚀和高温的高合金奥氏体不锈钢。（3）为提高表面强度和耐磨性，在普通钢表面堆焊一层高强耐磨合金。（4）为免除焊后热处理工艺，选择高合金的奥氏体不锈钢作焊接填充金属。（5）许多低合金钢、碳钢和铸铁，用同种材料补焊，会产生开裂

17、，一般选用高合金的奥氏体钢焊条进行补焊。（6）为减轻机械承载结构的重量，在局部受力较大部位采用高合金钢。2.2 异种钢焊接的特点（1）在室温下，异种金属焊接接头区的机械性能(如拉伸、冲击、弯曲等)一般优于被焊母材的性能，但高温下或高温长期运行后，接头区的性能劣于母材。（2）接头熔合区组织和性能的不稳定性在母材与焊缝金属之间的熔合区，由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性，因此就引起组织极大的不均匀性，给接头的物理性能、化学性能、力学性能带来很大影响。比如用奥氏体不锈钢焊条焊接低合金钢与奥氏体不锈钢之间的异种钢接头，在熔合区就存在着“碳迁移”现象，使熔合区靠焊缝一侧形成增碳层，而低合金钢一侧形成脱

18、碳层，在此区域内硬度变化剧烈，同时力学性能下降，甚至引起开裂。（3）焊后热处理或高温运行过程中碳迁移会导致在熔合线两侧分别形成增碳层和脱碳层。一般认为脱碳层由于碳的减少而导致该区域组织、性能发生较大变化(一般是劣化)，从而使得该区域容易在服役过程中发生早期失效。很多服役中的高温管线或者试验中的高温管线的失效部位都集中在脱碳层。（4）焊后热处理是较难处理的问题异种钢接头的焊后热处理是一个比较难处置的问题，如果处置不当，会严重损坏异种钢接头的力学性能，甚至造成开裂。例如对于同类异种钢接头，一侧母材强度较低，要求的焊后热处理温度也较低，而另一侧母材强度及合金元素含量较高，要求的焊后热处理温度较高，此

19、时如果焊后热处理温度选择不当，会使强度低的一侧母材强度下降过度。（5）化学成分的不均匀性。异种钢焊接接头的化学成分不均匀及由此导致的组织和力学性能不均匀的问题极为突出，特别是对于第二类异种钢接头更是如此。不仅焊缝与母材的成分往往不同，就连焊缝本身的成分也是不均匀的，焊接的时候，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有着明显的差别，焊接过程中，母材和焊材都会熔化并相互混合，混合的均匀程度随着焊接工艺的改变而改变，而且焊接接头不同的位置，混合均匀程度也有很大差异，这就造成了焊接接头化学成分的不均匀性。这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大。（6）金相组织的不均匀性。由于焊接接头化学成分的不连续

20、，经历了焊接热循环后，焊接接头各个区域出现不同的组织，往往在某些区域出现极其复杂的组织结构。（7）性能的不连续性。焊接接头的化学成分和金相组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同。沿焊接接头的各个区域强度、硬度、塑性、韧性、冲击性能、高温蠕变、持久性能都有很大差别。这种显著的不均匀性使得焊接接头不同区域在相同的条件下，表现出来的行为有很大的差异，出现弱化区域和强化区域，尤其是在高温的条件下，异种金属焊接接头在服役过程中经常出现早期失效。总之，一方面随着异种金属连接技术在机械、石油、化工等行业得到越来越多的运用和日益受到人们的重视。而另一方面由于异种金属在化学成分、显微组织和理化机械性能等方面存

21、在较大的差异，采用通常的焊接工艺方法进行焊接会遇到相当大的困难，难以满足工程实际的需型，同时异种金属结构一般在复杂的工况下工作，如高温、高压、腐蚀环境等。因此，研究不同材料之间的连接具有现实的工程实用意义4。2.3 异种钢焊接存在的问题金属材料的焊接性能是指被焊金属材料在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度,焊接性能好的材料，在焊接时不需采用附加工艺措施，就能获得良好机械性能的焊接接头。同样的金属材料，所用的焊接方法不同，其焊接性差别也很大。焊接性能产品设计、施工准备及正确拟定焊接工艺的重要依据。异种钢因物理性能、化学成分等有明显不同，所以焊

22、接异种钢时有许多困难和不利因素。异种金属焊接所存在的一些固有问题也阻碍了它的发展，如异种金属熔合区的构成和性能，异种金属焊接结构的破坏多半发生在熔合区，由于靠近熔合区各段上焊缝结晶特点不同，又易形成性能不好的，成分变化的过渡层。另外，由于处在高温的时间长，这一区域的扩散层会扩大，会进一步使金属的不均匀性增加。而且异种金属焊接时或焊后经热处理或经高温运行后，经常发现低合金一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中“迁移”的现象，分别在熔合线两侧形成脱碳层和增碳层，在低合金一侧母材形成脱碳层，在高合金焊缝一侧形成增碳层。防碍和阻止异种金属结构的使用和发展主要表现在以下几个方面：一、物理性能差异带来的焊接问

23、题1.熔点熔焊时,两种母材都需熔化,若两者熔化温度接近（相差100以内）,通常的焊接方法和工艺都能顺利进行。两者熔化温度相差很大时,就会因它们熔化不同步，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。此外，熔点高的金属凝固和收缩时，会使出处于部分凝固和薄弱状态的低熔点金属产生应力，导致裂纹。2.热导率和比热容两种金属热导率和比热容相差很大时，会导致热输入失衡，熔化不均和改变焊缝及其两侧的结晶条件。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。3.线膨胀系数线膨胀系数差别大的异种钢焊接在一起时，由于彼此间冷却收缩不一致，便会引起较大的焊接应力，严重时

24、能导致焊接裂纹。4.磁场作用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，会因磁性作用，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。二、结晶化学性能的差异结晶化学性能的差异主要是指晶格的类型、晶格参数、原子半径原子的最外层电子结构等的差异，也就是通常所说的“冶金学上的不相容性”两种被焊金属在冶金学上是否相容，取决于他们在液态和固态时的互溶性以及这两种材料在焊接过程中是否产生金属间化合物。研究表明能够形成连续固溶体的一种材料具有良好的焊接性，有限的溶解度有时会形成金属间化合物或使饱和固溶体的剩余成分析出

25、，从而降低接头的性能。这时因为焊接互溶性有限的两种金属或合金时，能否防止裂纹的产生主要取决于结晶条件材料的相变性质以及手里状态。三、材料的表面状态材料的表面状态是很复杂的，表面氧化层（氧化膜）、结晶表面层情况、吸附的氧离子和空气分子、水、油污、杂质等的状态，都直接影响到异种材料的焊接性。此外，焊接一种材料时，必定会产生一层成分、组织及性能与母材不同的过渡层，过渡层的性能会给焊接接头的整体性能带来重大的影响；过大的融合比，会增加焊缝的稀释率，使过渡层更加明显；焊缝金属与母材化学成分相差越大，熔池内金属越不容易充分混合，过渡层越明显，熔池内金属液态存在时间越长，越容易混合均匀。所以，焊接异种材料时

26、需要采取相应的焊接工艺措施来控制过渡层，来保证接头的性能5。2.4 异种钢焊接工艺要点一、焊材选择正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。异种钢接头的焊缝和熔合区，由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区，过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀，而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异，可能会引起焊接缺陷(如裂纹、气孔等)或严重降低性能。为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。其焊材选用的基本原则有以下几点：1.在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊材。2.焊缝金

27、属性能只需要符合两种母材中的一种，即可认为满足使用技术要求。一般情况下，选用焊材使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，即认为满足了技术要求。但在某些情况下还应从焊接工艺性能(如抗裂性等)方面来考虑。3.结构钢的异种钢号焊接时，对相同强度等级的结构钢焊条，一般应选用抗裂性能好的低氢焊条。对于金相组织差别比较大的异种钢接头，如珠光体奥氏体异种钢接头，则必须充分考虑填充金属受到稀释后焊接接头性能仍然得到保障。4.在满足性能要求的条件下，选用工艺性能好、价低、易得的焊材。5.对于异类异种钢接头，一般均选用高铬镍奥氏体不锈钢焊条或镍基合金焊条。对于工作条件苛刻的重要接头，首推选用

28、镍基合金焊条，因为虽然它价格较贵，但可以减少或避免碳迁移，且其焊缝金属的线膨胀系数介于铁素体钢和奥氏体钢之间，对接头的组织及力学性能都有好处。二、焊接预热要求预热温度的确定，一般按预热要求高的一侧来确定焊接预热温度，但对于异类异种钢接头，可以适当降低预热温度，必要时经试验后确定。三、焊接规范的确定对于异类异种钢接头，在选择焊接规范时，因设法降低熔合比。为此，应选择小直径焊条或焊丝，尽量选用小电流快速焊。2.5 焊接缺陷焊接过程中，在焊接接头中产生的未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边、焊瘤、烧穿、偏析、未填满、焊接裂纹等金属不连续、不致密或连接不良的现象称之为焊接缺陷。这些缺陷减少焊缝截面积，降低

29、承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。其中危害最大的是焊接裂纹和气孔6。3 焊接方法及填充材料3.1 常用的焊接方法金属之间焊接方法有很多种，按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊、钎焊和压力焊三大类。一、熔化焊1.气焊气焊主要应用于薄钢板、低熔点材料（有色金属及其合金）、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接，以及磨损、报废车件的补焊、构件变形的火焰矫正等。2.电弧焊手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。另外由于电弧焊设备轻便，搬运灵活，可以在任何有电源的地方进行焊接作业。适用于各种金属材料、各种厚度和各种结构形状的焊接

30、。埋弧焊一般只适用于平焊位置，不适于焊接厚度小于1mm的薄板。由于埋弧焊熔深大，生产率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属，如镍基合金、钛合金和铜合金等。3.气电焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气电焊。气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体不同，分为不熔化极（钨极）惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊，氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。4.激光焊激光焊可以焊接各种金属材料和非金属材料如碳钢、硅钢、铝和钛等金属及其合金、钨、钼等难熔金属

31、及异种金属以及陶瓷、玻璃和塑料等。特别适于焊接微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件，适于焊接厚度小于0.5mm的薄板、直径小于0.6mm的金属丝。5.等离子弧焊等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。能够焊接更细、更薄（如1mm以下极薄金属的焊接）的工件。6.电渣焊电渣焊可以焊接各种碳素结构钢、低合金高强度钢、耐热钢和中合金钢，现已广泛应用于锅炉、压力容器、重型机械、冶金设备和船舶等的制造中。另外，用电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。7.电子束焊电子束焊设备复杂，价格贵，使用维护要求高；焊件装配要求高，尺寸受真空室大小限制；需防护X射线。电子束焊可以用来焊接绝大多数金属及合金以及要求变形小、质

32、量高的工件等。目前电子束焊已广泛应用于精密仪器、仪表和电子工业等。二、钎焊1.火焰钎焊火焰钎焊适于碳素钢、铸铁以及铜及其合金等材料的钎焊。氧乙炔焰是常用的火焰。2.电阻钎焊电阻钎焊分为直接加热及间接加热两种方式。间接加热电阻钎焊适宜于热物理性能差别较大和厚度差别较大焊件的钎焊。3.感应钎焊感应钎悍的特点是加热快、效率高、可进行局部加热，且容易实现自动化。按照保护方式,可以分为空气中感应钎焊、保护气体中感应钎焊和真空中感应钎焊7。三、压力焊1.电阻焊电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊和对焊。点焊适用于可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。缝焊广泛应用于油桶、罐

33、头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接。凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。板件凸焊最适宜的厚度为0.54mm。2.超声波焊超声波焊接原则上适于焊接大多数热塑性塑料。3.2 异种金属焊接的填充材料选择一、异种金属焊接对填充材料的一般要求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

34、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8。二、奥氏体不锈钢对焊接材料的选择焊接材料与母材等强原则对奥氏体不锈钢并不完全适用，奥氏体不锈钢如用于耐蚀工况，对强度无具体要求，主要考虑焊缝的抗腐蚀性能。如用于高温高压工况，短时工作则要求具有一定的高温短时强度，长期工作则要保证焊缝金属有足够的持久强度和蠕变极限，奥氏体不锈钢焊接，选择焊接材料更主要考

35、虑熔敷金属的化学成份应与母材成份相当，只要焊接材料的熔敷金属的化学成份与母材相当，此焊缝金属的使用性能就能与母材相当，包括力学性能抗蚀性等，特别要注意制造技术条件或图纸对抗腐蚀性能的特殊要求。为防止焊接过程产生晶间裂纹最好选用低碳（超低碳），含Ti、Nb的不锈钢焊接材料。焊条药皮中或焊剂中如SO2含量过高就不适用含镍高的奥氏体钢的焊接。为防止焊缝热裂纹（凝固裂纹），应控制P、S、Sb、Sn杂质的含量，尽可能避免焊缝金属生成单相奥氏体组织。尽管许多资料介绍，奥氏体不锈钢焊缝中的铁素体含量对降低焊缝金属裂纹倾向有利，但是过去大量的纯奥氏体焊缝金属已使用多年，而且接头运行良好。在某些介质中适当的铁素

36、体含量对耐蚀性有利，但是对低温工况下焊缝金属的冲击有害。综合考虑，一般希望奥氏体不锈钢中的铁素体含量为4-12为宜，因为5的铁素体含量就可获得满意的抗晶间腐蚀性。选择奥氏体不锈钢焊接材料应注意焊接方法对熔敷金属化学成份的影响。钨极氩弧焊方法对焊缝金属化学成份变化的影响最小，未受稀释的焊缝金属中除C、N外，其它变化不大，其中C损失最大，含C量0.06的焊丝，氩弧焊未受稀释的熔敷金属中含量为0.04，而N的含量焊缝金属则增加0.02左右。熔化极气体保护焊Mn、Si、Cr、Ni、Mo含量可能发生轻微变化，而C的损失仅为氩弧焊的1/4，而N的含量增加较多，焊接工艺不同则增加量不同最高可达0.15。在手

37、工电弧焊和埋弧自动焊时，焊缝金属的合金元素受药皮、焊剂与焊芯、焊丝共同影响，尤其那些通过药皮或焊剂进行合金元素过渡的焊接材料，无法用焊芯、焊丝的化学成份估算焊缝金属的化学成份。当然通过焊缝金属中的合金含量可估算出焊缝中铁素体含量，但是这种估算值与实际值有一定偏差，因为焊接过程的冷却速度也影响铁素体含量，一致认为如果焊缝金属中合金元素含量完全相同，焊接方法不同，则铁素体含量也不相同。以带极堆焊最高，依此是埋弧焊、手工电弧焊、CO2气保焊、MAG焊、MIG焊、氩弧焊焊缝铁素体含量最低，即使同样的带极堆焊，在测量中发现，收弧和起弧处铁素体含量比中间段低2-3左右。随着不锈钢材料和焊接材料的标准化，使

38、奥氏体不锈钢焊材选择变得简单，可以通过不锈钢材料的牌号选择对应焊接材料牌号。3.3 填充材料选取的一般原则填充材料的选择是异种钢焊接的关键，接头质量和性能的好坏与填充材料关系十分密切。选择异种钢填充材料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，若不可能兼顾焊缝金属的强度和塑性，则应选用塑性较好的填充材料。2异种钢填充材料的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条件。3填充材料应具有良好的工艺性能，焊缝成形美观。4填充材料应经济、易得。但选择填充材料应综合考虑上述各个方面，而不能简单依据某种原则。因此，异种钢焊接时有4种填充材料可供选择：（1）与异种钢焊接接头合金质

39、量分数较低的一侧母材金属成分相同的材料（低匹配）。（2）与异种钢焊接接头合金质量分数较高的一侧母材金属成分相同的材料（高匹配）。（3）介于异种钢焊接接头两侧母材金属中间成分的材料（中匹配）。（4）完全不同于异种钢焊接接头两侧母材金属成分的材料。4 实验为了更进一步的说明问题，本次论文特选取一组材料进行举例。异种钢的组合多种多样，本论文选取最常用的碳钢Q235和奥氏体不锈钢18-8。4.1 材料介绍4.1.1 材料的结构组成及用途1. 组成 Q235是普通碳素结构钢，Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右，并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由

40、于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。其化学成份及力学性能见表4-1:表4-1 Q235化学成份种类力学性能化学成分屈服强度抗拉强度伸长率CSiMnSPMPakg/mmMPakg/mm不大于不大于不大于不大于Q235A23524375-46038-47260.14-0.220.30.30-0.650.50.045Q235B0.12-0.200.30-0.700.450.045Q235C0.180.35-0.800.40.04Q235D0.170.35-0.800.0350.035 2.用途大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥

41、梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。4.1.2 材料的焊接性4.1.2.1 Q235的焊接性由于低碳钢含碳量

42、低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。但在少数情况下，焊接时也会出现困难：1.采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。2.沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。3.采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q23

43、5-A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。4.某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。4.1.2.2 奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢在任何温度下都不会发生相变，对清脆不敏感，在焊态下奥氏体不锈钢接头也有较好的韧性和塑性。焊接的主要问题是：各种形式的腐蚀和焊接裂纹等。此外，因导热性能差、线膨胀系数大，焊接应力和变形较大。4.1.3 焊接特点4.1.3.1

44、 Q235的焊接特点Q235的碳和其他合金元素含量较低，其塑性、韧性好，一般无淬硬倾向，不易产生焊接裂纹等倾向，焊接性能优良。Q235焊接时，一般不需要预热和焊后热处理等特殊的工艺措施，也不需选用复杂和特殊的设备。对焊接电源没有特殊要求，一般的交、直流弧焊机都可以焊接。4.1.3.2 奥氏体不锈钢的焊接特点1.容易出现热裂纹2.晶间腐蚀3.应力腐蚀开裂4.焊缝金属的低温脆化4.2 实验步骤4.2.1 材料的选取在钢材市场买的材料，其规格是150mm长，50mm宽，6mm厚，各两块。4.2.2 焊接方法及工艺的确定由于条件有限以及根据要求，选择手工焊条电弧焊进行本次实验的焊接。手工焊是一种非常普遍的、易于使用的焊接方法。电弧的长度靠人的手进行调节，它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小。同时，当作为电弧载体时，电焊条也是焊缝填充材料。这种焊接方法很简单，可以用来焊接几乎所有材料。对于室外使用，它有很好的适应性，在电极焊中，电弧长度决定于人的手：当你改变电极与工件的缝隙时，你也改变了电弧的长度。在大多数情况下，焊接采用直流电，电极既作为电弧载体，同时也作为焊缝填充材料。电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成。这层药皮保护焊缝不受空气的侵害，同时稳定电弧。它还引起渣层的形成，保护焊缝使它成型。电焊条即可是钛型焊条，也可是缄