异种钢的焊接

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第一节    焊接接头的特点、成分、和组织的控制
一，焊接接头的特点
   异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，主要是熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材存在的不均匀性，主要有：
1.化学成分不均匀。这是因为在焊接加热过程中，两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因“稀释”作用会发生变化。接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的影响，易采用小电流、浅熔深。
2.组织的不均匀性。在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构。
参见舍夫勒图Nieq -- 镍当量；Creq—铬当量
熔合比（稀释率）θ-在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。用实验测得的。
θ＝A/A+B=A1+A2/A1+A2+B
θ取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）的性质以及焊条（焊丝）的倾角等因素
3.性能的不均匀性。由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大。
4.应力场分布不均匀。由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；导热系数不同会引起热应力不同。在组织应力和热应力的共同作用下发生叠加后会产生应力峰值，导致接头发生断裂。
总之，对于异种钢焊接接头，其成分、组织、性能和应力场的不均匀是主要特点。
二，异种钢焊缝金属的成分、组织的控制
1.焊缝成分与舍夫勒组织图的关系。异种钢焊接时由于选择的焊材与母材不同，要推算焊缝金属的成分、组织及性能。舍夫勒组织图就有这个功能。（图2-3）
奥氏体形成元素的镍当量计算公式：
   Nieq＝wNi+30wC+0.5wMn
铁素体形成元素的铬当量计算公式：
     Creq＝wCr+wMo+1.5wSi+0.5wNb
也可以由母材、填充金属的成分和稀释率求出焊缝金属的成分。
2.影响稀释率的因素。
2.1预热的影响.预热温度高，稀释率大，因为熔深增加了；反之就小。要适中。
2.2焊接参数.电流大，稀释率大；焊接速度小，稀释率小。由于母材熔化的单位面积的大小的影响。 见（图2-4）
2.3焊接方法.见（图2-5）
2.4接头形式.坡口大，稀释率小；坡口窄，稀释率变化不大。见（图2-6）
（从母材熔化大小的角度理解）
三，不同焊接方法焊接异种金属的特点(优缺点)
1.熔化焊：总有部分母材熔入焊缝引起稀释,使接头各区域组织状态不同.通过调整工艺可以控制高温的停留时间和减少熔深降低稀释率。
2.压力焊：接热温度不高或不加热，减轻或避免热循环对母材金属性能的不利影响，防止产生脆性的金属间化合物，不存在稀释率引起的接头性能问题。
   压力焊设备目前还不普及，限制了应用范围。
3.其他方法：母材不发生熔化和结晶过程，对接头影响不大。在重要设备中使用的较少。
第二节，异种金属焊接时的焊材和焊接方法选择
一，熔合区的特点
1.熔合区分为未混合区和半熔化区，填充金属和母材金属的成分差别越大越不容易充分混合，熔合区越明显。
2.稀释率大，熔合区越明显。
3.熔合区金属液态停留时间长或流动性好，成分越均匀，熔合区有所减少。
4.熔合区成分的不均匀性，可以调整焊接参数和热处理工艺加以改善。
二，焊接方法选择（满足质量要求为前提）
1.效率和经济性；
2.了解不同焊接方法的适用性；
3.针对不同材料的特点及工艺性；
三，焊材的选择
     异种钢焊接是以金相组织来分的。
目前国际上对异种钢的组织分类有三种即：
         A/F 、A/M、 F/M；
国内分为3类6组，
     A/M、A/B、A/P；M/B、M/P；B/P。
书中介绍了4种选材原则，在此不介绍了。
介绍国际的选材原则。
AWS和BS工艺规范的指导性意见：
1.焊接金属化学成分与低合金一侧的材料一致；（低配）
2.焊接金属化学成分与高合金一侧的材料一致；（高配）
3.焊接金属化学成分取二种母材的中间成分；(中间配)
4.焊缝采用镍基合金材料。
第三节，异种钢的焊接要点
1.要考虑熔合线附近的韧性下降。该处产生了脆性组织或脆性产物，在应力的作用下易产生裂纹。
2.接头可以通过调整焊接方法、焊接工艺及参数、坡口形式、焊条种类等方法加以改善和避免。
3.焊缝的稀释率与钢材的合金含量有关，随着合金含量的增多，稀释率增大。P体钢单层对接焊的θ在20～40％，A体钢比P体钢高10～20％。
4.被焊件的两侧钢材之一是淬硬钢时必须预热，预热温度按淬硬钢侧选择。用A体焊条焊接时可适当降低温度或不预热。
5.合理的焊后热处理非常重要。对于F／M异种钢接头处理时，最高温度不能超过F体钢侧的上限，保证强度。
6.A/M(F)异种钢焊接时，可在非A体侧坡口预先堆焊一层高Cr（Ni）的金属，然后再用A体钢焊条焊接，非A侧堆焊时是否预热应视具体钢种确定
第四节，低碳与低合金钢的焊接
     要点：
1.预热：按照低合金钢选择；
2.选材：按照强度、塑性、韧性不低于两侧母材的最低值；
3.工艺参数：合适的线能量，晶粒粗大不易消除，焊缝和热影响区的韧性不好；（书中介绍可以用大的E，其实不好）
4.焊后热处理的选择按照低合金钢选择。
第五节，低合金耐热钢与低合金钢的焊接
     要点
1.防止冷裂，选用低氢型焊条；
2.预热和焊后热处理按照耐热钢选择；
3.坡口选用较窄型，即用小的熔合比；
4.整个焊接过程做好防止“氢”的侵入和逸氢的工作，防止延迟裂纹。
第六节，低合金钢与马氏体钢的焊接
     要点
1.焊接性较差，有淬硬倾向；
2.形成“白带”，在珠光体钢侧形成脱碳层，马氏体钢侧有增碳层；
3.较高的预热温度和层间温度，目的是防止冷裂纹和减少残余应力；
4.焊后增加一次促进马氏体的转变过程的处理，然后再进行正常的热处理。热处理温度以马氏体钢侧选择；
5.选择焊材有3种情况一是低配，二是高配，三是用A体焊条；
第七节，低合金钢与奥氏体钢的焊接
     要点
1.要考虑熔合比（ θ ），容易降低焊缝内的合金元素含量，导致发生马氏体产物的转变，接头性能变坏；
2.一般选择焊材多用A体焊材，或者在低合金耐热钢侧堆焊一层高V、Nb、Ti含量的堆焊层，提高耐热钢的热强性。堆焊后要热处理，温度按低合金耐热钢选择；
3.采用较小的焊接规范和工艺参数；
4.可以采用较大角度的坡口，减少熔合比。
5.需要预热和焊后热处理的部件。
第八节，铁素体钢与奥氏体钢的焊接
     要点（基本同P／A的焊接）
1.和P／A的焊接相同，在F体钢侧有脱碳层和A体钢侧发生马氏体产物的转变，接头性能变坏；
2.焊材选择一般用Cr-Ni含量高的焊条；
3.焊前可以不预热，焊后有的要热处理；
4.焊后热处理是为了消除残余应力和因为二者不同的热膨胀系数引起的附加应力，但热膨胀系数引起的附加应力是消除不掉的，只能加以改善或重新分布。
第九节，高鉻马氏体钢、高鉻铁素体钢与铁素体-奥氏体钢的焊接
     要点
1.做好防止淬硬开裂的工作；
2.控制层间温度，采用较小的操作规范和参数，坚持多层多道焊接的方式；
3.焊材选择尽量和母材接近，A体钢焊条由于强度达不到要求，仅仅可以防止裂纹；
4.预热温度和焊后回火温度选择要适当，同时要注意回火时机的选择，结构应力大的构件应及时回火，防止开裂。