1、异种金属的焊接异种金属的焊接 n何谓异种金属焊接何谓异种金属焊接?指各种母材的物理性能和金属组织各不相指各种母材的物理性能和金属组织各不相同的金属之间的焊接。同的金属之间的焊接。主要包括三种情况主要包括三种情况:异种钢焊接、异种有色异种钢焊接、异种有色金属焊接、钢和有色金属。金属焊接、钢和有色金属。异种金属材料焊接接头特点异种金属材料焊接接头特点 1.1.化学成分的不均匀性化学成分的不均匀性 异种金属焊接接头各区域化学成分的异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程度，不仅取决于母材和填充材料不均匀程度，不仅取决于母材和填充材料各自的原始成分，同时也随焊接工艺而改各自的原始成分，同时也随焊接工艺
2、而改变。变。2.2.组织的不均匀性组织的不均匀性 组织不均匀性取决于母材和填充材料组织不均匀性取决于母材和填充材料的化学成分，同时与焊接方法、焊道层次、的化学成分，同时与焊接方法、焊道层次、焊接工艺以及焊后热处理过程有关。焊接工艺以及焊后热处理过程有关。稀释率（熔合比）：稀释率（熔合比）：=M/(M+T)=(M1+M2)/=M/(M+T)=(M1+M2)/（M1+M2+TM1+M2+T）异种金属材料焊接接头特点异种金属材料焊接接头特点 3.3.性能的不均匀性性能的不均匀性 各区域化学成分的差异造成了接头性各区域化学成分的差异造成了接头性能的不均匀，接头各区域的强度、硬度、能的不均匀，接头各区域
3、的强度、硬度、塑性和韧性等力学性能以及物理化学性能塑性和韧性等力学性能以及物理化学性能都有很大的差别。都有很大的差别。4.4.应力场分布不均匀应力场分布不均匀 异种金属焊接接头中焊接残余应力分异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不均匀，这是由于接头各部位塑性和材布不均匀，这是由于接头各部位塑性和材料热导性差异所致。料热导性差异所致。n影响稀释率的因素：影响稀释率的因素：1.1.预热（预热温度高，稀释率大）预热（预热温度高，稀释率大）2.2.焊接参数（线能量越大，稀释率越大）焊接参数（线能量越大，稀释率越大）3.3.焊接方法（焊条焊接比埋弧焊稀释率小）焊接方法（焊条焊接比埋弧焊稀释率小）4.4.接
4、头形式、坡口形式、焊接层次接头形式、坡口形式、焊接层次(坡口角度坡口角度增大，稀释率减小；窄坡口对接稀释率也很增大，稀释率减小；窄坡口对接稀释率也很小）小）异种金属焊接接头熔合区特点异种金属焊接接头熔合区特点n 异种金属焊接时，在母材和焊缝之间有异种金属焊接时，在母材和焊缝之间有一个成分和母材或焊缝都不相同且往往介于一个成分和母材或焊缝都不相同且往往介于两者之间，实际上形成化学成分的过渡层。两者之间，实际上形成化学成分的过渡层。n 熔合区实际分为熔合区实际分为未混合区未混合区和和半熔化区半熔化区，焊缝和母材成分差别越大，越并不容易混合，焊缝和母材成分差别越大，越并不容易混合，则熔合区越明显，液
5、体金属存在时间越长，则熔合区越明显，液体金属存在时间越长，或流动性越好，则成分越均匀，熔合区越小。或流动性越好，则成分越均匀，熔合区越小。n异种钢焊接方法选择原则异种钢焊接方法选择原则：既要满足异种钢焊接质量（尽可能减小熔合既要满足异种钢焊接质量（尽可能减小熔合比防止裂纹产生），又要尽可能考虑效率和经济。比防止裂纹产生），又要尽可能考虑效率和经济。优先选择焊条电弧焊（焊条种类多，适应性优先选择焊条电弧焊（焊条种类多，适应性强。珠光体钢与高铬马氏体钢焊接可采用二氧化强。珠光体钢与高铬马氏体钢焊接可采用二氧化碳焊；高合金异种钢焊接一般氩弧焊碳焊；高合金异种钢焊接一般氩弧焊;简单异种简单异种钢构件可
6、采用扩散焊、钎焊等钢构件可采用扩散焊、钎焊等n异种钢焊接材料选择原则异种钢焊接材料选择原则:n要求焊缝金属力学性能及其他性能不低于母材中要求焊缝金属力学性能及其他性能不低于母材中的较低的一侧的指标。的较低的一侧的指标。n原则原则:n1.1.在焊接接头不产生裂纹的前提，如果不能兼顾在焊接接头不产生裂纹的前提，如果不能兼顾焊缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的焊缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的焊接材料。焊接材料。n2.2.在许多情况下焊缝金属性能只需要符合两种母在许多情况下焊缝金属性能只需要符合两种母材的一种，即认为技术要求。材的一种，即认为技术要求。n3.3.焊接材料应具有良好的工艺
7、性能，焊缝成型美焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成型美观。观。n4.4.焊接材料应经济、易得。焊接材料应经济、易得。n异种钢焊接工艺要点异种钢焊接工艺要点:（主要解决熔合线附近的金属韧性下降的问题）（主要解决熔合线附近的金属韧性下降的问题）1.1.异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的减小，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚减小，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚对接时宜用对接时宜用X X形坡口或形坡口或U U形坡口。形坡口。2.2.焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方式焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方式及焊接层数的选择，应以减少
8、母材金属的熔化和及焊接层数的选择，应以减少母材金属的熔化和提高焊缝的堆积量为主要原则。提高焊缝的堆积量为主要原则。3.3.当被焊的两种钢之一是淬硬钢时必须预热，预热当被焊的两种钢之一是淬硬钢时必须预热，预热温度应根据焊接性差的一方选择。温度应根据焊接性差的一方选择。4.4.复杂结构应先分件组装焊接，然后复杂结构应先分件组装焊接，然后 再整体拼装焊再整体拼装焊接比整体组装焊接好接比整体组装焊接好珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接n一、一、珠光体钢与奥氏体不锈钢的焊接性珠光体钢与奥氏体不锈钢的焊接性分析分析 异种钢之间因为其成分和组织、性能上的差别可异种钢之间因为其成分和组织、性能上的差别可能很大，所以焊
9、接要比同种金属困难得多。将珠光体能很大，所以焊接要比同种金属困难得多。将珠光体钢钢(碳钢和低合金钢碳钢和低合金钢)与奥氏体不锈钢焊接在一起时，与奥氏体不锈钢焊接在一起时，由于焊缝金属是由两种不同类型的母材及填充金属熔由于焊缝金属是由两种不同类型的母材及填充金属熔合而成，所以就会产生与焊接同种金属所不同的一系合而成，所以就会产生与焊接同种金属所不同的一系列新问题列新问题。n1、焊缝金属的稀释n 珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时，选择奥氏体不锈钢焊丝作填珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时，选择奥氏体不锈钢焊丝作填充金属，由于珠光体钢不含有合金元素（如碳钢）或合金元素含量充金属，由于珠光体钢不含有合金元素（如
10、碳钢）或合金元素含量很少（如低合金钢），所以熔化的很少（如低合金钢），所以熔化的珠光体母材对焊缝金属中合金元珠光体母材对焊缝金属中合金元素的含量具有素的含量具有冲冲淡作用，也就是稀释作用淡作用，也就是稀释作用。由于熔化的珠光体母材。由于熔化的珠光体母材的稀释作用的稀释作用,使焊缝中奥氏体形成元素含量减少，结果使焊缝中奥氏体形成元素含量减少，结果焊缝金属中可焊缝金属中可能会出现马氏体组织，从而恶能会出现马氏体组织，从而恶化了化了接头质量，严重时甚至可能出现接头质量，严重时甚至可能出现裂纹。裂纹。焊缝的组织取决于焊缝金属的成分，在焊接材料确定之后焊缝焊缝的组织取决于焊缝金属的成分，在焊接材料确定之
11、后焊缝金属的成分还取决于母材的熔化量，即熔合比金属的成分还取决于母材的熔化量，即熔合比。熔合比发生变化时。熔合比发生变化时，焊缝金属的成分和组织都要随之发生变化，这种变化可以根据舍，焊缝金属的成分和组织都要随之发生变化，这种变化可以根据舍夫勒夫勒(Schaeffler)不锈钢组织图来进行估计不锈钢组织图来进行估计。n图中横坐标为铬（图中横坐标为铬（Cr）当量，即把焊缝金属中某些合金元素的含量折算）当量，即把焊缝金属中某些合金元素的含量折算成铬的相当含量成铬的相当含量n计算公式为：计算公式为：n（Cr当量当量）=（Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb）%n图中纵坐标为镍（图中纵坐标为镍（Ni）当量
12、）当量,即把焊缝金属中某些合金元即把焊缝金属中某些合金元素的含量折算成镍的相当含量素的含量折算成镍的相当含量,其计算公式为其计算公式为:n（Ni当量当量）=（Ni+30C+0.5Mn）%式中的元素符号为该元素在钢中的最高含量。当知道了当知道了两种母材金属的化学成分后两种母材金属的化学成分后,将其分别折算成铬当量和镍将其分别折算成铬当量和镍当量当量,然后根据镍当量和镍当量的值然后根据镍当量和镍当量的值,在不锈钢组织图上找在不锈钢组织图上找出相应的点出相应的点,再根据熔合比再根据熔合比,就能估计出焊缝的组织状态。就能估计出焊缝的组织状态。n 以以1Cr18Ni9不锈钢和不锈钢和Q235低碳钢为例低
13、碳钢为例,说明异种钢说明异种钢焊接时焊缝金属的稀释及焊接材料的选择。焊接时焊缝金属的稀释及焊接材料的选择。1Cr18Ni9不锈钢和不锈钢和Q235低碳钢的铬镍当量值见表低碳钢的铬镍当量值见表1-17。1Cr18Ni9不锈钢的铬镍当量为图不锈钢的铬镍当量为图1-14中的中的a点点,Q235低低碳钢的铬镍当量为图中的碳钢的铬镍当量为图中的b点点,如果两种母材熔化量相同如果两种母材熔化量相同,则焊缝金属的化学成分为图中的则焊缝金属的化学成分为图中的f点。如不加填充材料点。如不加填充材料,由图中可以看出由图中可以看出,由于由于Q235低碳钢母材的稀释作用低碳钢母材的稀释作用,焊缝焊缝金属的铬镍当量减少
14、金属的铬镍当量减少,使得焊缝得到马氏体组织。为避免使得焊缝得到马氏体组织。为避免焊缝得到马氏体组织焊缝得到马氏体组织,就必须选用含铬镍较高的填充材料就必须选用含铬镍较高的填充材料。n表1-171Cr18Ni9不锈钢和Q235低碳钢的铬镍当量值母 材化学成分（质量分数）（%）铬当量（%）镍当量（%）图上位置（C）（Mn）（Si）（Cr）（Ni）1Cr18Ni9钢0.071.360.6617.88.6518.7911.42aQ235钢0.180.440.350.535.62bn 再以手工钨极氩弧焊为例再以手工钨极氩弧焊为例,来说明焊缝的稀释作用及不锈来说明焊缝的稀释作用及不锈钢组织图的具体应用。现
15、分别采用焊丝牌号钢组织图的具体应用。现分别采用焊丝牌号H1Cr19Ni9(成分成分18-8型型)、牌号、牌号H1Cr24Ni13(成分成分25-13型型)、牌号、牌号H1Cr26Ni21(成分成分25-20型型)三种焊丝进行焊接三种焊丝进行焊接,该三种焊该三种焊丝的铬、镍当量及其在图上的位置，分别见表丝的铬、镍当量及其在图上的位置，分别见表1-18和图和图1-14。n表1-18不锈钢焊丝的铬镍当量值焊丝牌号化学成分（质量分数）（%）铬当量（%）镍当量（%）图上位置（C）（Mn）（Si）（Cr）（Ni）H1Cr19Ni90.071.220.4619.28.5019.8911.15cH1Cr24N
16、i130.111.320.4824.812.8025.5216.76dH1Cr26Ni210.181.400.5426.218.8027.0124.90en（1）采用）采用H1Cr19Ni9焊丝焊丝n 此焊丝的铬镍当量相当于图此焊丝的铬镍当量相当于图1-14中的中的c点点,此时焊缝此时焊缝金属可视为当量成分为金属可视为当量成分为f点的母材与焊条金属熔化混合点的母材与焊条金属熔化混合而成而成,所以当母材金属熔合比发生变化时所以当母材金属熔合比发生变化时,焊缝的当量成焊缝的当量成分将沿分将沿fc线段上各点变化线段上各点变化,当母材的熔合比为当母材的熔合比为40%,即即两种材料在焊缝中各占两种材料在
17、焊缝中各占20%时时,焊缝的当量成分相当于焊缝的当量成分相当于图图1-14中的中的g点；当母材的熔合比为点；当母材的熔合比为30%时时,焊缝的当焊缝的当量成分相当于量成分相当于h点。因此点。因此,当母材的熔合比为当母材的熔合比为30%40%时时,焊缝的组织为奥氏体焊缝的组织为奥氏体+马氏体。马氏体。n（2）采用H1Cr24Ni13焊丝此焊丝的铬镍当量相当于图1-14中的d点,如果母材的熔合比为母材的熔合比为40%时时,在fd线段上求得焊缝的位置在j点,则焊缝为含焊缝为含2%铁素体的奥氏体铁素体的奥氏体+铁素体双相组织。铁素体双相组织。n（3）采用 H1Cr26Ni21焊丝此焊丝的铬镍当量相当于
18、图1-14中的e点,如果母材的熔合比为母材的熔合比为30%40%时时,在fe线段上求得焊缝的位置在k点和l点,则焊缝为单相奥氏焊缝为单相奥氏体组织体组织。n 由上述分析可知由上述分析可知,由于由于Q235钢母材的稀释作用钢母材的稀释作用,使得焊缝的成分使得焊缝的成分和组织都发生了变化。通过选择不同的焊丝和控制熔合比和组织都发生了变化。通过选择不同的焊丝和控制熔合比,能在相当能在相当宽的范围内调整焊缝的成分和组织。宽的范围内调整焊缝的成分和组织。18-8型的型的H1Cr19Ni9焊丝不焊丝不能满足要求能满足要求,焊缝会得到硬脆的马氏体组织焊缝会得到硬脆的马氏体组织,要想得到不含马氏体的要想得到不
19、含马氏体的焊缝组织焊缝组织,必须用极小的熔合比才行必须用极小的熔合比才行,这在工艺上是非常困难的。这在工艺上是非常困难的。25-20型的型的H1Cr26Ni21焊丝又得到单相奥氏体组织焊缝焊丝又得到单相奥氏体组织焊缝,而容易产生而容易产生热裂纹。所以比较理想的是热裂纹。所以比较理想的是选用选用25-13型的型的H1Cr24Ni13焊丝焊丝,此时此时只要把母材的熔合比控制在只要把母材的熔合比控制在40%以下以下,就能得到具有较高抗裂性能就能得到具有较高抗裂性能的奥氏体的奥氏体+铁素体组织。铁素体组织。n2、n 珠光体钢和奥氏体不锈钢焊接时，珠光体钢一侧熔合线处的液珠光体钢和奥氏体不锈钢焊接时，珠
20、光体钢一侧熔合线处的液体金属由于温度较低，流动性较差，在液体状态停留时间较短，体金属由于温度较低，流动性较差，在液体状态停留时间较短，机械力的搅拌作用也较弱。当采用奥氏体不锈钢做填充材料时，机械力的搅拌作用也较弱。当采用奥氏体不锈钢做填充材料时，熔化的珠光体钢母材和填充材料成分相差悬殊，又不能充分相互熔化的珠光体钢母材和填充材料成分相差悬殊，又不能充分相互混合，所以越靠近熔合线，珠光体钢母材成分所占的比例越大，混合，所以越靠近熔合线，珠光体钢母材成分所占的比例越大，也就是被稀释的越严重。靠近珠光体钢熔合线的这部分被稀释的也就是被稀释的越严重。靠近珠光体钢熔合线的这部分被稀释的焊缝金属称为过渡层
21、，它介于珠光体钢母材和奥氏体不锈钢焊缝焊缝金属称为过渡层，它介于珠光体钢母材和奥氏体不锈钢焊缝之间，一般宽度为之间，一般宽度为0.20.6mm0.20.6mm，为马氏体区。当马氏体区较宽时，为马氏体区。当马氏体区较宽时，会显著降低焊接接头的韧性，使用过程中容易出现局部脆性破坏会显著降低焊接接头的韧性，使用过程中容易出现局部脆性破坏。因此，。因此，当工作条件要求接头的冲击韧性较好时，应选用含奥氏当工作条件要求接头的冲击韧性较好时，应选用含奥氏体化元素镍含量较高的填充材料体化元素镍含量较高的填充材料。n3、扩散层的形成扩散层的形成n 当焊接接头在焊后热处理或高温条件下工作时，碳当焊接接头在焊后热处
22、理或高温条件下工作时，碳从珠光体钢母材向奥氏体不锈钢焊缝扩散。结果在靠从珠光体钢母材向奥氏体不锈钢焊缝扩散。结果在靠近熔合线近熔合线珠光体钢一侧形成脱碳层而软化珠光体钢一侧形成脱碳层而软化，在，在奥氏体奥氏体不锈钢焊缝金属一侧形成增碳层而硬化不锈钢焊缝金属一侧形成增碳层而硬化。脱碳层和增。脱碳层和增碳层的宽度，随温度的增高和高温停留时间的加长而碳层的宽度，随温度的增高和高温停留时间的加长而增大。增大。n 扩散层扩散层是这两类异种钢焊接接头中的薄弱环节是这两类异种钢焊接接头中的薄弱环节,由于熔合线两侧金由于熔合线两侧金属性能相差悬殊，接头受力时可能引起属性能相差悬殊，接头受力时可能引起应力集中应
23、力集中,降低接头高温持久强降低接头高温持久强度和塑性。度和塑性。一般降低一般降低10%20%10%20%左右。为了解决碳迁移问题，可以采取左右。为了解决碳迁移问题，可以采取以下措施阻止碳的扩散：以下措施阻止碳的扩散：n（1 1）焊后焊接接头尽量不进行热处理。）焊后焊接接头尽量不进行热处理。n（2 2）尽量降低焊件工作温度和缩短高温停留时间。）尽量降低焊件工作温度和缩短高温停留时间。n（3 3）在珠光体钢中增加碳化物形成元素）在珠光体钢中增加碳化物形成元素(如如CrCr、MoMo、V V、Ti Ti等等),),而在奥而在奥氏体不锈钢中减少这些元素。氏体不锈钢中减少这些元素。n（4 4）提高奥氏体
24、填充材料中的含镍量。）提高奥氏体填充材料中的含镍量。n（5 5）用高镍基焊材预先在珠光体钢坡口面上堆焊）用高镍基焊材预先在珠光体钢坡口面上堆焊68 mm68 mm厚的过渡层厚的过渡层。n4 4、焊接接头高应力状态、焊接接头高应力状态 这类异种钢焊接接头中会产生较大的热应力这类异种钢焊接接头中会产生较大的热应力,其原因是奥氏体钢母其原因是奥氏体钢母材和焊缝金属的线膨胀系数比珠光体钢母材大材和焊缝金属的线膨胀系数比珠光体钢母材大1.51.5倍左右倍左右,而热导率却而热导率却只有珠光体钢的只有珠光体钢的1/21/2左右。因此在焊接时，受到迅速加热和冷却，必然左右。因此在焊接时，受到迅速加热和冷却，必
25、然产生很大的热应力。同时异种钢焊接接头在交变温度条件工作时，容产生很大的热应力。同时异种钢焊接接头在交变温度条件工作时，容易形成所谓热疲劳裂纹。易形成所谓热疲劳裂纹。异种钢接头通过焊后热处理来消除焊接残余应力是不可能的，只能异种钢接头通过焊后热处理来消除焊接残余应力是不可能的，只能引起应力的重新分布，引起应力的重新分布，这一点与同种金属的焊接有很大的不同。这一点与同种金属的焊接有很大的不同。采用线膨胀系数与珠光体钢接近且塑性好的高镍基焊材焊接，使采用线膨胀系数与珠光体钢接近且塑性好的高镍基焊材焊接，使热应力集中在奥氏体钢侧熔合线处，可通过奥氏体不锈钢的塑性变形热应力集中在奥氏体钢侧熔合线处，可
26、通过奥氏体不锈钢的塑性变形，减小热应力及热疲劳应力的不利影响。，减小热应力及热疲劳应力的不利影响。n二、奥氏体不锈钢与珠光体钢的焊接二、奥氏体不锈钢与珠光体钢的焊接n1、焊接方法选择、焊接方法选择n 这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和具体条件外，关键是控制具体条件外，关键是控制 熔合比，焊接时尽量减小熔合熔合比，焊接时尽量减小熔合比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的熔合比范围。熔合比范围
27、。表表1-19奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点比较序号焊接方法熔合比（）特点及应用1带极埋弧堆焊最小主要应用于大面积堆焊2不熔化极气体保护焊最小（不填充金属10%）与操作技术和填充金属数量有关，能在较宽范围内变化3熔化极气体保护焊很小变化范围不大，很适合焊接这类异种钢4埋弧自动焊较大随焊接电流变化范围较大，但过渡层宽度较焊条电弧焊小5焊条电弧焊较小方便灵活，不受焊件形状限制，这类异种钢焊接应用最普遍由表由表1-19显然可知，这类异种钢焊接采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔显然可知，这类异种钢焊接采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊均比较合
28、适。埋弧自动焊则需注意限制焊接热输入量，化极气体保护焊均比较合适。埋弧自动焊则需注意限制焊接热输入量，把熔合比控制在合理的范围内。把熔合比控制在合理的范围内。n2、焊接材料、焊接材料n 奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时，焊缝及熔合区的组奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时，焊缝及熔合区的组织和性能主要取决于填充金属材料织和性能主要取决于填充金属材料，焊接时，焊接材料应，焊接时，焊接材料应根据母材种类和工作温度等条件进行选择。根据母材种类和工作温度等条件进行选择。n（1）克服珠光体钢对焊缝的稀释作用）克服珠光体钢对焊缝的稀释作用n 由于珠光体钢对焊缝金属有稀释作用，因此，不采用由于珠光体钢对焊缝金属有稀释作
29、用，因此，不采用填充金属材料（如钨极氩弧焊）是不允许的，选择的焊接填充金属材料（如钨极氩弧焊）是不允许的，选择的焊接材料应使焊缝金属得到的组织基本上是奥氏体或全部是奥材料应使焊缝金属得到的组织基本上是奥氏体或全部是奥氏体组织。所以氏体组织。所以一般应选择含镍量较高，能起到稳定奥氏一般应选择含镍量较高，能起到稳定奥氏体组织作用的焊接材料。体组织作用的焊接材料。n（2）抑制熔合区中碳的扩散）抑制熔合区中碳的扩散n 提高焊接材料的奥氏体形成元素，是抑制熔合区中提高焊接材料的奥氏体形成元素，是抑制熔合区中碳扩散最有效的手段。随着焊接接头在使用过程中工作碳扩散最有效的手段。随着焊接接头在使用过程中工作温
30、度的提高，要阻止焊接接头中碳扩散，镍的含量也必温度的提高，要阻止焊接接头中碳扩散，镍的含量也必须提高。须提高。n对奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢焊接时，须严格控制熔对奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢焊接时，须严格控制熔合区的扩散和提高接头的高温持久温度，此有三种类型合区的扩散和提高接头的高温持久温度，此有三种类型的填充金属。的填充金属。n1）珠光体型）珠光体型采用一般珠光体类型的低合金耐热钢采用一般珠光体类型的低合金耐热钢焊接材料所焊成的焊接接头，高温工作寿命很短，甚至焊接材料所焊成的焊接接头，高温工作寿命很短，甚至在几千小时后就开始破坏。此外，焊缝中还存在合金马在几千小时后就开始破坏。此外，焊缝中还存
31、在合金马氏体组织，焊接时容易出现裂纹，常温性能也较差。氏体组织，焊接时容易出现裂纹，常温性能也较差。采采用含铌的珠光体钢作为中间过渡件用含铌的珠光体钢作为中间过渡件。通常是采用含通常是采用含有有V、Nb、Ti等强碳化物形成元素的珠光体钢，作为中间等强碳化物形成元素的珠光体钢，作为中间过渡件，用含有过渡件，用含有V、Nb、Ti等强碳化物形成元素的珠光等强碳化物形成元素的珠光体耐热钢焊条，可先在珠光体耐热钢坡口一侧堆焊过渡层体耐热钢焊条，可先在珠光体耐热钢坡口一侧堆焊过渡层，再用奥氏体不锈钢焊条（丝）焊接。例如，用，再用奥氏体不锈钢焊条（丝）焊接。例如，用25-20型型焊条（丝）焊接焊条（丝）焊接
32、2.25Cr-lMo钢钢+1Cr18Ni9Ti钢的异种钢钢的异种钢接头，在接头，在600时作长期试验，由于碳的强烈扩散，最后时作长期试验，由于碳的强烈扩散，最后拉断于熔合区。若先用含铌的拉断于熔合区。若先用含铌的2.25Cr-lMo焊条（丝）在焊条（丝）在珠光体钢一侧堆焊过渡层，在同样试验条件下，碳的扩散珠光体钢一侧堆焊过渡层，在同样试验条件下，碳的扩散程度减弱，持久强度得到提高，最后拉断于珠光体母材一程度减弱，持久强度得到提高，最后拉断于珠光体母材一侧。侧。n2）奥氏体型）奥氏体型用一般的奥氏体钢焊条（丝）常常得不用一般的奥氏体钢焊条（丝）常常得不到满足要求的持久强度接头。如用到满足要求的持
33、久强度接头。如用E1-16-25Mo6N-16（A502）焊接）焊接12CrMoV+1Cr18Ni9Ti异种钢时，在异种钢时，在580、105h的试验条件下，接头的持久强度仅为的试验条件下，接头的持久强度仅为40MPa。如。如采用含镍量较高的奥氏体钢采用含镍量较高的奥氏体钢Cr15Ni60Mo6焊条焊条,在同样试在同样试验条件下，接头的持久强度提高验条件下，接头的持久强度提高70MPa。n3）镍基合金型）镍基合金型 这是一种应用最广的焊接材料，重要的这是一种应用最广的焊接材料，重要的奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢+珠光体耐热钢的焊接，几乎都采用镍基合珠光体耐热钢的焊接，几乎都采用镍基合金钢型焊接材料
34、。金钢型焊接材料。n常用的镍基合金钢型焊接材料需采用直流电源进行焊接，常用的镍基合金钢型焊接材料需采用直流电源进行焊接，奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢焊接用焊接材料的牌号及化奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢焊接用焊接材料的牌号及化学成分，见表学成分，见表1-20。表1-20奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢焊接用材料CMnFePSSiCuNiAlTiCrNbMoH1Cr24Ni130.121.0-2.5-0.030.030.60-12.0-14.0-23.0-25.0-H1Cr24Ni13Mo0.121.0-2.5-0.030.030.60-12.0-14.0-23.0-25.0-2.0-3.0ERNiCr-3
35、 0.102.5-3.53.00.030.0150.500.5067.0-0.7518.0-22.02.0-3.0-ERNiCrMo-30.100.505.00.020.0150.500.5058.00.400.4020.0-23.03.15-4.158.0-10.0n（3）改变焊接接头的应力分布）改变焊接接头的应力分布n 在高温下工作的异种钢接头，如果焊缝金属的线膨胀系在高温下工作的异种钢接头，如果焊缝金属的线膨胀系数与奥氏体不锈钢母材接近，那么高温应力就将集中在珠数与奥氏体不锈钢母材接近，那么高温应力就将集中在珠光体耐热钢一侧的熔合区内；由于珠光体耐热钢通过塑性光体耐热钢一侧的熔合区内；由
36、于珠光体耐热钢通过塑性变形降低应力的能力较弱，所以高温应力集中在奥氏体不变形降低应力的能力较弱，所以高温应力集中在奥氏体不锈钢一侧较为有利。因此，这类异种钢焊接时，最好选择锈钢一侧较为有利。因此，这类异种钢焊接时，最好选择线膨胀系数接近珠光体钢的镍基合金材料，如国外常用线膨胀系数接近珠光体钢的镍基合金材料，如国外常用Cr15Ni70镍基材料，作为焊接材料用来焊接上述两类钢。镍基材料，作为焊接材料用来焊接上述两类钢。n（4）提高焊缝金属抗热裂纹的能力）提高焊缝金属抗热裂纹的能力n 珠光体钢与普通奥氏体不锈钢珠光体钢与普通奥氏体不锈钢(Cr/Ni1)焊接时，为焊接时，为避免出现热裂纹，在不影响使用
37、性能的前提下，最好使焊避免出现热裂纹，在不影响使用性能的前提下，最好使焊缝含有缝含有3%7%的铁素体组织，因此在填充金属材料中的铁素体组织，因此在填充金属材料中要含有一定量的铁素体形成元素；珠光体钢与热强奥氏体要含有一定量的铁素体形成元素；珠光体钢与热强奥氏体钢（钢（Cr/Ni1）焊接时，所选用的填充金属材料应保证焊）焊接时，所选用的填充金属材料应保证焊缝具有较高抗裂性能的单相奥氏体或奥氏体缝具有较高抗裂性能的单相奥氏体或奥氏体+碳化物组织碳化物组织。如。如18-8型奥氏体不锈钢和型奥氏体不锈钢和Q235低碳钢焊接时低碳钢焊接时,最好选用最好选用25-13型的型的H1Cr24Ni13焊丝。焊丝
38、。n 综上所述，奥氏体不锈钢与珠光体钢钨极氩弧焊时，所综上所述，奥氏体不锈钢与珠光体钢钨极氩弧焊时，所选用的焊丝只有选用的焊丝只有H1Cr24Ni13和和H1Cr26Ni21比较合适，比较合适，它们不仅能克服珠光体钢对焊缝的稀释，并且对抑制熔合它们不仅能克服珠光体钢对焊缝的稀释，并且对抑制熔合区中碳扩散和改变焊接接头的应力分布也有利。但区中碳扩散和改变焊接接头的应力分布也有利。但H1Cr26Ni21只适合焊接热强奥氏体型钢，焊接其他类型只适合焊接热强奥氏体型钢，焊接其他类型的奥氏体不锈钢，由于焊缝金属为单向奥氏体组织，热裂的奥氏体不锈钢，由于焊缝金属为单向奥氏体组织，热裂倾向大，所以生产上应用
39、较少。而倾向大，所以生产上应用较少。而H1Cr24Ni13焊丝焊接焊丝焊接时，只要把母材金属的熔合比控制在时，只要把母材金属的熔合比控制在40%以下，就能得到以下，就能得到具有较高抗裂性能的具有较高抗裂性能的“奥氏体奥氏体+铁素体铁素体”组织，所以在生组织，所以在生产中应用广泛。产中应用广泛。n3、焊接工艺参数选择、焊接工艺参数选择n 选择焊接工艺参数的基本出发点是尽量减小珠光体钢的选择焊接工艺参数的基本出发点是尽量减小珠光体钢的熔化量。焊条电弧焊时，为降低熔合比，焊接时应采用小直熔化量。焊条电弧焊时，为降低熔合比，焊接时应采用小直径焊条或焊丝径焊条或焊丝,尽量使用小电流、高电压和快速焊接。尽
40、量使用小电流、高电压和快速焊接。n 焊接工艺规范对熔合比有直接影响，焊接热输入量越大焊接工艺规范对熔合比有直接影响，焊接热输入量越大，母材熔入焊缝越多。焊接热输入量又取决于焊接电流、电，母材熔入焊缝越多。焊接热输入量又取决于焊接电流、电弧电压和焊接速度等规范参数，所以选用合适的规范参数至弧电压和焊接速度等规范参数，所以选用合适的规范参数至关重要，异种钢焊接时，应选用小的热输入量，即小电流、关重要，异种钢焊接时，应选用小的热输入量，即小电流、快速焊。采用手工钨极氩弧焊时，熔合比在快速焊。采用手工钨极氩弧焊时，熔合比在10%100%。表1-21焊接工艺参数规 范 参 数操 作项 目焊接方法电源极性
41、焊条(丝)直 径(mm)焊接电流(A)电弧电压(V)焊速 mm/min)保护气体流量(L/min)其它对口定位焊Ws直流正接2.470-808-12/9/根层打底焊 Ws直流正接2.470-808-12/9/中间层填充焊Ws直流正接2.480-908-12/9/盖面层施焊Ws直流正接2.475-808-12/9/注意n管径76mm异种钢管对接45固定加障碍焊条电弧焊的操作技能n1、一般采取“铁水过渡偏熔焊法”施焊（针对于一侧是不锈钢材料），即引弧后，先将耐热钢侧熔化形成熔池，随之向熔池填充一滴铁水，然后焊条摆向不锈钢侧填充金属熔滴，在坡口间形成一个“桥”，焊条快速返回耐热钢侧填充熔滴，停顿片刻
42、，以增加焊道厚度，再移向不锈钢侧，最后形成斜坡形的根层焊缝 n一般情况下：所选择的焊条必须能够保证异种钢焊接接头设计所需要的性能，如力学性能，耐热、耐腐蚀性能等，但只需要符合两种母材中的一种，即可认为满足技术条件和使用要求。n对于金相组织较为接近的异种钢接头，其焊条的选择原则是要求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，这种认识在大多数情况下是对的，但从焊接工艺来说，有时这样选材是不恰当的，需要按 n性能较高的母材选择焊条，比如，铬的含量为12%的Cr12型复杂合金化的高铬热强钢与低合金的12Cr1MoV钢的焊接实践表明，如果选用性能较低的12Cr1MoV钢常用的E5515B2V焊条（工作温度540），n在Cr12热影响区会出现裂纹，而选用性能较高的Cr12钢常用的E11MoVNiW-15焊条（工作温度580）,反而可以避免热影响区裂纹，可见选择焊条应综合全面考虑，其焊缝金属的性能只需要符合母材中的一种即可。
