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異種金屬焊接時的焊接材料和焊接方法選擇

 dtwalter 2016-12-05

一、熔合區(qū)的特點

異種金屬焊接時,在母材和焊縫之間有一個成分和母材或焊縫都不相同且往往介于兩者之間,實際上形成了化學成分的過渡層(圖3-2-1)。如果焊條(或焊絲)成分和母材成分,或者兩種母材的成分相差很大時,熔合區(qū)的性能將對焊接接頭的性能有著很大的影響。所以,在選擇焊接材料和確定焊接工藝時,不僅要考慮焊縫金屬本身的成分和性能,還要考慮熔合區(qū)成分和性能。雖然熔合區(qū)的厚度極小,通常只有幾個晶粒,或者更小,但它對接頭的性能影響卻是很大的。

實際上熔合區(qū)可分為未混合區(qū)和半熔化區(qū)。如果焊縫金屬和母材金屬化學成分差別愈大,愈不容易充分混合,則熔合區(qū)越明顯。熔合比和稀釋率高時,熔合區(qū)也更明顯。熔合區(qū)金屬液體存在時間越長,或液體金屬流動性越好,則成分越均勻,熔合區(qū)會有所減小。熔合區(qū)成分的不均勻性,可通過調(diào)整焊接參數(shù)、熱處理工藝來進行適當?shù)母纳啤?/span>

圖3-2-1化學元素的含量在過渡區(qū)的分布

1—化學元素在母材中的含

量大于在焊縫中的含量

時的理論分布曲線

2—化學元素在母材中的含量

小于在焊縫中的含量

時的理論分布曲線

3—實際分布曲線

二、異種鋼焊接時焊接方法的選擇原則

大部分的焊接方法都可以用于異種鋼的焊接,只是在焊接參數(shù)及措施方面需適當考慮異種鋼的特點。在選擇焊接方法時,既要保證滿足異種鋼焊接的質(zhì)量要求,又要盡可能考慮效率和經(jīng)濟。在一般生產(chǎn)條件下使用焊條電弧焊最為方便,.因為焊條的種類很多,便于選擇,適應(yīng)性強,可以根據(jù)不同的異種鋼組合確定適用的焊條,而且焊條電弧焊熔合比小。堆焊可以降低熔合比。埋弧焊則生產(chǎn)效率高。焊接金相組織不同的鋼,如珠光體鋼和奧氏體鋼焊接時,還應(yīng)考慮盡量使金屬熔化量降到最小限度,即盡可能地降低熔合比,以防止過渡區(qū)出現(xiàn)脆性的淬硬組織和裂紋等缺陷。不同的珠光體鋼焊接以及珠光體鋼與高鉻馬氏體鋼焊接,采用二氧化碳氣體保護焊,具有廣泛實用性。高合金異種鋼焊接一般采用惰性氣體保護焊,一般薄件采用鎢極氬弧焊,厚件采用熔化極惰性氣體保護焊。電子束焊可以用于制造異種鋼真空設(shè)備薄壁構(gòu)件。小直徑的異種鋼管可用閃光對焊。形狀簡單的異種材料構(gòu)件可用摩擦焊、擴散焊、爆炸焊和釬焊焊接。如采用熔焊時,應(yīng)盡量采用小電流快速焊,以降低母材金屬的熔化量,保證較小的熔合比。選用適合的焊接材料或有關(guān)措施,可以調(diào)整焊縫成分和性能,防止產(chǎn)生裂紋,提高焊接接頭的性能,用各種電阻焊焊接異種鋼時,要特別注意控制母材的熔化量。

三、異種鋼焊接時焊接材料的選擇

正確選擇焊接材料是異種鋼焊接時的關(guān)鍵,接頭質(zhì)量和性能與焊接材料關(guān)系十分密切。異種鋼接頭的焊縫和熔合區(qū),由于有合金元素被稀釋和碳遷移等因素的影響,存在著一個過渡區(qū)段,這里不但化學成分和金相組織不均勻,而且物理性能也不同,甚至力學性能也有極大的差異,可能引起缺陷或嚴重降低性能,所以必須按照母材的成分、性能、接頭形式和使用要求正確地選擇焊接材料。

從使用要求來說,對于金相組織較為接近的異種鋼接頭,其焊接材料的選擇原則是要求焊縫金屬的力學性能及其他性能不低于母材中性能較低一側(cè)的指標,這種認識在大多數(shù)情況下是對的,但從焊接工藝來說,有時這樣選材是不適當?shù)?,需要按性能較高的母材選擇焊接材料,比如,鉻的質(zhì)量分數(shù)為12%的Crl2型復(fù)雜合金化的高鉻熱強鋼與低合金的12CrlMoV鋼的焊接實踐表明,如果選用性能較低的12CrlMoV鋼常用的E5515-B2-V這種工作溫度<><>

1)在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋等缺陷的前提下,如果不可能兼顧焊縫金屬的強度和塑性,則應(yīng)該選用塑性較好的焊接材料。

2)在許多情況下焊縫金屬性能只需符合兩種母材中的一種,即認為滿足技術(shù)要求。

3)焊接材料應(yīng)具有良好的工藝性能,焊縫成形美觀。

4)焊接材料應(yīng)經(jīng)濟、易得。

可供異種鋼焊接時選用的各類焊條分別列于表3-2-1至表3-2-5,以供參考。

3-2-1可用于異種鋼焊接的結(jié)構(gòu)鋼焊條

牌號

焊條型號

藥皮類型

焊接電源

主要用途

J422

E4303

鈦鈣型

AC.DC

焊接較重要的低碳鋼及低合金鋼結(jié)構(gòu)

J426

E4316

低氫鉀型

AC.DC

焊接較重要的低碳鋼及低合金鋼結(jié)構(gòu)

J427

E4315

低氧鈉型

DC+

焊接較重要的低碳鋼及低合金鋼結(jié)構(gòu)

J502

E5003

鈦鈣型

AC.DC

焊接Q345 (16Mn)及相同強度級別的低合金鋼一般結(jié)構(gòu)

J505

E5011

纖維素型

AC、DC

焊接Q345 (16Mn)及相同強度級別的低合金鋼一般結(jié)構(gòu)

J506

E5016

低氫鉀型

AC,DC

焊接中碳鋼及重要低合金鋼結(jié)構(gòu)

J507

E5015

低氫鈉型

DC+

焊接中碳鋼及重要低合金鋼結(jié)構(gòu)

J507Mo

E5015-G

低氫鈉型

DC+

焊接抗高溫硫及硫化氫腐蝕用鋼結(jié)構(gòu)

J507MoW

E5015-G

低氫鈉型

DC+

焊接抗高溫氫、氮、氨腐蝕的1OMnWVNb等鋼

J607

E6015-G

低氧鈉型

DC+

焊接中碳鋼和相應(yīng)的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼等。

J707

E7015-D2

低氫鈉型

DC+

焊接低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

J807

E8015-G

低氫鈉型

DC+

焊接低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

J857

E8515-G

低氫鈉型

DC+

焊接低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

J907

E9015-G

低氧鈉型

DC+

焊接低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

Jl07

E10015-G

低氫鈉型

DC+

焊接低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

3-2-2可用于異種鋼焊接的鉬及鉻鋁耐熱鋼焊條

牌號

焊條型號

藥皮類型

焊接電源

焊縫金屬主要成分(質(zhì)量分數(shù),%)

主要用途

R107

E5015-AI

低氫鈉型

DC

Mo O.5

工作溫度<>

R207

E5015-B1

低氫鈉型

DC

M0 0.5, CrO.5

工作溫度<>

R307

E5515-B2

低氫鈉型

DC

M0 0.5, Cr l.0

工作溫度<>

R317

E5515-B2-V

低氫鈉型

13(2

M0 0.5, Cr l.0

VO.2

工作溫度<>

R327

E5515-B2-VW

低氫鈉型

DC

M00.8, Crl.2

VO.3, WO.4

工作溫度<>

R337

E5515-B2-VNb

低氫鈉型

13(2

M00.8, Cr l.2

V0.3, Nb0.2

工作溫度<>

R347

E5515-B3-VWB

低氫鈉型

DC

V 0.4, Cr 2.0

W0.4, B 0.002

工作溫度< 620℃的珠光體耐熱鋼(如12cr2mo="">

R407

E6015-B3

低氫鈉型

13(2

M0 1.0, Cr2.5

Cr2.5Mo等珠光體耐熱鋼

R417

E5515-B3-VNb

低氫鈉型

DC

M0 0.9, Cr2.7

V0.4, Nb0.5

工作溫度<>

R427

E5515-B3-VNb

低氫鈉型

DC

Mol.0, Cr2.7

V 0.3,. Nb 0.2

W0.4

工作溫度<>

R507

E1-SMoV-15

低氫鈉型

De

M0 0.4--0.7

Cr 4.5--6.0

V 0.1--0.35

CrSMo等珠光體耐熱鋼

R707

E1-9Mo-15

低氫鈉型

DC

M0 0.8, Cr9.0

Mn 0.8, Si 0.5

用CrgMo鋼等珠光體耐熱鋼

R717


低氫鈉型

DC

Mol.0, Cr9.0

Ni 0.8, Mn0.9V0.3, N0.05

工作溫度在600~650℃的9CrMoNiV耐熱鋼,如T91/P91或F9

R807

E11MoVNi-15

低氫鈉型

DC

M00.8, Cr 11

Mn 0.8, Si 0.5

V0.3, Ni0.8

工作溫度為565℃以下耐熱鋼, 如1CrllMoV等

牌號

焊條型號

藥皮類型

焊接電源

焊麓金屬主要成

分(質(zhì)量分數(shù),%)

主要用途


R817

E2-11M-11MoWNiV- 15

低氫鈉型

DC

Cr 9.5--12.0

M0 0.8~1.1

Ni 0.4~1.1

W 0.4~0.7

V 0.4~0.7

工作溫度< 580℃的耐熱鋼(如crll="" mo="">


R827

相當于E1-11MoVNi-1

低氫鈉型

DC

Cr 9.5--12.0

M0 0.8--1.1

Ni 0.4~1.1

V 0.2~0.4

工作溫度<>












3-2-3可用于異種鋼焊接的鉻不銹鋼焊條

牌號

焊條型號

藥皮類型

焊接電源

焊縫金屬主要成分(質(zhì)量分數(shù),%)

用 途

G202

E410-16

鈦鈣型

AC、DC

Crl3, Mn~l, Si--<>

Ni~<0.7,><>

0Cr13、1Cr13不銹鋼等

G207

E410-15

低氫鈉型

DC

Crl3, Si~0.9, Ni~0.7

Mo~0.75, Cu~0.75

0Cr13、1Cr13不銹鋼等

G217

相當EA10-15和E1-13-15

低氫鈉型

DC

Crl3, Mn~

Ni~0.7, Mo~<>

Cu~0.75

0Cr13, 1Cr13,2Cr13不銹鋼等,

G302

EA30-16

鈦鈣型

AC.DC

Crl7, Mn~0.1, Si~-~0.9

Ni~0.6,. Mo~0.75

Cu~0.75

Crl7不銹鋼等’

G307

E430-15

低氫鈉型

DC

Crl7, Mn~l, Si~<>

Ni~0.6, Mo~0.75Cu~0.75

Crl7不銹鋼等

3-2-4可用于異種鋼焊接的鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條

牌號

焊條壁號

藥皮類型

焊接電源

焊縫金屬主要成分(質(zhì)量分數(shù),%)

用 途

A002

E308L-16

鈦鈣型

AC,DC

C≤ 0.04, Crl8.0 -'21.0,Ni9.0--11.0

焊接超低碳不銹鋼,如

00Crl9Nil l.0Crl8Nil lTi

A022

E316L-16

鈦鈣型

AC.DC

C<>

20.0 Ni11.0--14.0

焊接尿素及合成纖維設(shè)備,也可用于焊后不能熱處理的鉻不銹鋼及復(fù)合鋼

A042

E309MoI~16

鈦鈣型

AC.DC

C~0.04,Cr15.0--22.0 Nil2.0-- 14.0,M02.0--3.0

用于超低碳不銹鋼及異種鋼焊接

A052


鈦鈣型

AC.DC

C~0.04,Cr17.0~22.0 Ni22.0~ 27.0,M04.0~5.0

用于化學耐酸硫、醋酸、磷酸中的反應(yīng)器,同時可

用于抗海水腐蝕用鋼及異種鋼焊接。

A102

E308-16

鈦鈣型

AC.DC

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

工作溫度<>

蝕不銹鋼如0Crl9Ni9.

0Crl 8Nil lTi

A107

E308-15

低氫鈉型

DC

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

工作溫度<>

蝕不銹鋼,如0Crl9N19、

0Crl 8Nil lTi

A137

E347-15

低氫鈉型

DC

C≤0.08,Cr18.0~21.0 Ni9.0-- 11.0

重要的含鈦穩(wěn)定劑的

0Crl8Ni-llTi不銹鋼

A172

E307-16

鈦鈣型

AC.DC

C0.04~0.14,Cr18.0~21.5Ni8.0-- 10.7,M00.5--1.5

適用于ASTM307鋼及其他異種鋼焊接

A202

E316-16

鈦鈣型

AC.IX;

C~0.08,M02.0--2.5Cr17.0~20.0,Nill.0-- 14.0

在有機或無機酸介質(zhì)中工作的0Crl7Nil2M02不銹鋼

A207

E316-15

低氫鈉型

DC

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

在有機或無機酸介質(zhì)中工作的0Crl7Nil2M02不銹鋼等

A212

E318-16

鈦鈣型

AC.DC

C≤ 0.08, M02.03.00 Crl7.0-- 20.0,Nill.0--14.0

重要的0Crl7Nil2M02不銹鋼等

牌號

焊條型號

藥皮類型

焊接電源

焊縫金屬主要成分

(質(zhì)量分數(shù),%)

用 途

A242

E317-16

鈦鈣型

AC.DC

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

用于同類及異種鋼焊接

A302

E309-15

鈦鈣型

AC.DC

C~ 0.15, Cr22.0~ 25.0

Nil2.0~ 14.0

同類型的不銹鋼及異種鋼焊接

A307

E309-15

低氫鈉型

DC

C≤ 0.15, Cr22.0~ 25.0Nil2.0-- 14.0

同類型的不銹鋼及異種鋼焊接

A312

E309Mo-16

鈦鈣型

AC.DC

C≤ 0.12, M02.0 -- 3.0

Cr22 -- 25, Nil2 -- 14

受硫酸介質(zhì)腐蝕的同類型的不銹鋼等

A317

E309Mo-15

低氫鈉型

DC

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

Nil2.0 -- 14.0, M02.0

3.0 Mn0.5--2.5,Si0.9

用于焊接耐酸介質(zhì)(硫氫)腐蝕的同類不銹鋼、復(fù)合鋼及異種鋼焊接

A402

E310-16

鈦鈣型

AC.DC

C≤ 0.20, Cr25~ 28Ni20.0--22.5, Mnl.02.5

焊接Cr5Mo,CrgMo及高溫下工作的耐熱不銹鋼等

A407

E310-15

低氫鈉型

DC

C≤ 0.20, Cr25 -- 28Ni20.0 -- 22.5, Mnl. 02.5

焊接Cr5Mo,CrgMo及高溫下工作的耐熱不銹鋼等

A502

E16-25MoV-16

鈦鈣型

AC.DC

C~0.12, N≥0.10, M05~ 7Cr14~ 18, Ni22~ 27,Mn0.5--2.5

淬火狀態(tài)下的低合金鋼和中合金鋼,如30CrMnSiA等

A507

E16-

25M06N15

低氫鈉型

DC

C~0.12, N>~0.10 MoS.0

~7.0, Cr14~ 18 Ni22

27,M00.5~2.5

淬火狀態(tài)下的低合金鋼和中合金鋼,如

30CrMnSiA












3-2-5可焊接異種鋼的鎳及鎳合金焊條

牌號

焊接電源

焊縫金屬主要成分(質(zhì)量分數(shù),%)

用途

Nil12

AC.DC

Ni≥92

鎳基合金和雙金屬

Ni307

DC

NiTOCrl5

鎳基合金或異種鋼

Ni307B

DC

Ni70Crl5Mn7

鎳基合金或異種鋼

Ni337

DC

Ni70Crl5Nb3M04

鎳基合金或異種鋼、復(fù)合鋼

Ni347

DC

Ni70Crl 8Mn4Nb2

鎳基合金或異種鋼、復(fù)合鋼


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