演示文稿常見異種金屬材料的焊接當前1頁，總共47頁。（優選）常見異種金屬材料的焊接當前2頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接珠光體耐熱鋼與低合金鋼的焊接一、焊接性這類異種鋼焊接時的主要問題是焊接接頭的熱影響區或熔合區容易產生冷裂紋。為了消除或減少冷裂紋的形成，在設計焊接結構時，要選擇合理的結構形式，盡量避免焊接接頭應力過于集中，減少T形和十字接頭的焊接結構；同時在焊前應嚴格控制氫的來源，要嚴格清理。清洗焊絲，烘干焊劑和焊條，盡量選用低氫型焊條，徹底清理坡口兩側20mm內的油污、鐵銹和油漆等；正確選用焊接參數。焊前要將待焊處進行預熱，采用較大的焊接熱輸人進行焊接，焊后進行緩冷或熱處理，選擇合理的焊接順序以減少焊接殘余應力。當前3頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接遷鋼3#爐坡口（Q345+15GrMo）當前4頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接當前5頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接當前6頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

二、焊接方法這類異種鋼可以選用焊條電弧焊和氣體保護電弧焊等焊接方法。對于重要的高壓管道，可先采用手工鎢極氬弧焊（TIG）打底，然后用焊條電弧焊蓋面，以保證焊縫質量。當前7頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

三、預熱溫度和層間溫度無論是定位焊，還是正式施焊，焊前均應進行預熱。預熱溫度可根據珠光體耐熱鋼的要求(4dor150mm)進行選擇。可以整體或局部預熱。對于焊接結構剛度比較大、質量要求高的產品，最好采用整體預熱，而且多層焊時層間溫度不能低于此溫度，并一直要保持到焊接結束。焊接過程如果間斷，則焊件應保溫后再緩慢冷卻，必要時，還應進行脫氫處理，再施焊時，仍按原要求重新進行預熱。當前8頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

四、焊接材料和坡口珠光體耐熱鋼與低合金鋼焊接時，應根據鋼材的力學性能來選擇相應強度等級的焊接材料，而不是根據珠光體耐熱鋼的化學成分來選擇焊接材料。焊接坡口的選擇原則是希望珠光體耐熱鋼熔入焊縫金屬的量越少越好，即熔合比越小越好。其目的是為了減少熱影響區脆硬的馬氏體組織，避免或減少出現冷裂紋。當前9頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

五、焊后熱處理為了減少焊接接頭的殘余應力，消除延遲裂紋，改善焊接接頭的力學性能，防止在使用過程中產生變形，焊后必須進行回火熱處理。當焊后不能立即進行回火熱處理時，要及時進行后熱處理間熱到（200～350℃，保溫2～6h）焊后熱處理的溫度要以珠光體耐熱鋼為基準(600℃-650℃)。當前10頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接珠光體鋼與馬氏體鋼的焊接

馬氏體鋼是介于珠光體鋼與奧氏體鋼之間的鋼種，含鉻量5%-9%和12%的高鉻鋼。由于含鉻量較高，所以抗氧化性能好，在高溫580℃以上，高溫持久強度比一般常用的珠光體耐熱鋼高，并且有較好的抗蠕變性能。一、焊接性這類異種焊接接頭的焊接性較差，主要表現在兩個方面：1、淬硬傾向

馬氏體鋼具有明顯的空氣淬硬傾向，焊后易得到硬度很高的馬氏體組織，使焊縫金屬脆性增加。當前11頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接在焊接熱循環作用下，經高溫放熱，焊縫及熔合線附近晶粒急劇長大，加上焊接殘余應力的作用，極易形成冷裂紋。此外，這兩類鋼種的碳當量值均較高，如珠光體鋼的碳當量為0.626%，馬氏體鋼碳當量為2.99%，均超過產生冷裂紋的碳當量極限值0.4%，所以冷裂紋傾向均很大。當前12頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

2、形成增碳層和脫碳層

為了提高馬氏體鋼的高溫強度，常在這類鋼種加入Mo、V、W等易形成碳化物的元素，從而在焊接接頭中導致珠光體鋼焊縫熔合線附近的碳擴散形成脫碳層，而馬氏體鋼一側，由于碳的遷入，形成增碳層。如F11鋼與12Cr1MoV鋼焊接時，選用E2-11MoVNiW-15焊條，焊縫金屬中含鉻量高，由于碳和鉻的親和力很強，于是在12Cr1MoV鋼焊縫熔合區中的碳向著焊縫金屬遷移，在焊接熱循環的作用下，較短時間內，擴散距離可在。當前13頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

2、形成增碳層和脫碳層

如果焊后再760℃、保溫4-5h進行回火熱處理，則為碳擴散創造了更充分的條件，在靠近12Cr1MoV鋼一側焊縫的熔合區形成了一個寬的脫碳層。當前14頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

二、焊接工藝

這類異種鋼焊接時，由于焊接性較差，所以必須采取嚴格的工藝措施。

1、預熱與層間溫度焊前預熱和控制層間溫度的目的是預防裂紋和殘余應力。例如珠光體鋼ZG15Cr1MoV和馬氏體鋼F12進行焊接時，預熱溫度按F12要求進行選擇，溫度控制在300-450℃，并保持此層間溫度。當前15頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接2、焊后層間溫度的控制及回火熱處理馬氏體鋼的焊接接頭，如2Cr13、F12，焊后必須緩慢冷卻到Mf點以下，大約在150-100℃，保溫0.5-10h，使其焊接接頭完全轉變成馬氏體組織，然后升溫，進行熱處理。

馬氏體鋼的焊接接頭，焊后不宜在較高溫度下立即升溫回火，是因為在焊接過程中奧氏體組織還未完全轉變，立即升溫進行回火熱處理時，碳化物會從奧氏體晶界析出，得到粗大的鐵素體加碳化物組織，性質很脆，容易造成焊接接頭脆斷。當前16頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接2、焊后層間溫度的控制及回火熱處理如果將焊接接頭焊后冷卻到室溫后進行回火熱處理，此時2Cr13、F12鋼將出現空氣淬硬傾向，造成常溫塑性降低，并且在常溫下殘余奧氏體將繼續轉變為馬氏體組織，使焊接接頭變得又硬又脆，組織應力也隨之增加。如果再加上擴散氫的聚集，焊接接頭中就可能產生裂紋。所以，2Cr13、F12鋼的焊接接頭，焊后一定要緩冷到150-100℃，保溫，才能進行回火熱處理。當前17頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接2、焊后層間溫度的控制及回火熱處理對于F12鋼與ZG15Cr1MoV鋼的異種鋼焊接接頭的回火熱處理參數，均按焊接性較差的鋼種即F12鋼進行選擇，常用回火熱處理溫度為720-780℃，保溫時間根據焊接壁厚，控制在2-5h范圍內。F12鋼與ZG15Cr1MoV鋼焊接接頭熱處理過程的工藝參數，如圖所示。當前18頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接3、焊接材料珠光體鋼與馬氏體鋼焊接時，可以選擇三種不同的焊接材料：一種與珠光體鋼相似；一種與馬氏體鋼相似；再一種是與這兩類鋼完全不同的焊接材料，即奧氏體焊條或焊絲。

采用奧氏體鋼焊條或焊絲時，可以使焊縫金屬得到奧氏體組織，抗裂性能較好。缺點是焊后回火熱處理過程中，容易發生碳的遷移，另外奧氏體鋼熱膨脹系數比馬氏體鋼約大50%，使焊縫祖師產生較大的內應力。所以一般都避免使用奧氏體鋼焊條或焊絲。當前19頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接3、焊接材料采用與珠光體鋼相似的E5515-B2-VNb焊條焊接F12與ZG15Cr1MoV異種鋼時，在接頭處未發現脫碳層和增碳層現象。經過力學性能試驗，沖擊韌度大于100J/cm2，硬度值大于250HBS，其高溫強度與馬氏體耐熱鋼相等。

當前20頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接

一、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接性

1．焊縫的稀釋

由于珠光體鋼合金元素含量相對較低，所以它對整個焊縫金屬的合金具有稀釋作用，從而使焊縫的奧氏體形成元素含量減少，結果焊縫中可能會出現馬氏體組織，導致焊接接頭性能惡化，嚴重時甚至可能出現裂紋。焊縫的組織決定于焊縫的成分，而焊縫的成分決定于母材的熔入量，即熔合比。因此，一定的熔合比決定了一定的焊縫成分和組織。熔合比發生變化時，焊縫的成分和組織都要隨之發生相應的變化，這種變化可以根據舍夫勒不銹鋼的組織圖來表示。當前21頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接當前22頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

2．過渡層的形成在焊接熱源的作用下，熔化的母材和填充金屬材料相互混合的程度在熔池邊緣是不相同的。在熔池邊緣，液態金屬溫度較低，流動性較差，在液態停留時間較短。由于珠光體鋼與奧氏體鋼填充金屬材料的成分相差懸殊。當前23頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

2．過渡層的形成在緊靠珠光體鋼一側熔合線的焊縫金屬中，會形成和焊縫金屬內部成分不同的過渡層。離熔合線越近，珠光體的稀釋作用越強烈，過渡層中含鉻、鎳量也越小，因此，其鉻當量和鎳當量也相應減少。對照舍夫勒組織圖可以看出，此時過渡層將由奧氏體區十馬氏體，過渡層的寬度決定于所用焊條的類型。當前24頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

2．過渡層的形成當馬氏體區較寬時，會顯著降低焊接接頭的韌性，使用過程中容易出現局部脆性破壞。因此，當工作條件要求接頭的低溫沖擊韌度較好時，應選用含鎳較高的焊條。當前25頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接3．熔合區擴散層的形成奧氏體鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中，由于珠光體鋼的合碳量較高，但合金元素含量較少（主要指碳化物形成元素）而奧氏體鋼則相反，這樣在熔合區珠光體鋼一側的碳和碳化物形成元素含量差。當接頭在溫度高于350～400℃長期工作時，熔合區便出現明顯的碳的擴散，即碳從珠光體鋼一側通過熔合區向奧氏體焊縫擴散。結果，在靠近熔合區的珠光體鋼母材上形成了一層脫碳軟化層，在奧氏體焊縫一側產生了增碳硬化。當前26頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

影響脫碳層發展的因素有：（1）接頭加熱溫度和在高溫停留的時間

焊后狀態，特別是在單層焊縫的接頭中，即使采用大功率的韓惡疾參數，擴散層也是很弱的。但把接頭重新加熱到較高溫度（500℃左右），并保溫一定時間，擴散層就開始明顯發展起來，到了600～800℃時最為強烈，800℃時達到最大值，并且隨著加熱時間的延長，擴散層加寬。因此在通常情況下，這類異種鋼接頭不宜進行焊后熱處理。當前27頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

影響脫碳層發展的因素有：（2）碳化物形成元素的影響奧氏體鋼種碳化物形成元素的種類和數量對珠光體鋼中脫碳層的寬度有不同的影響。碳化物形成元素按由弱到強接下列次序排列：Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ti。在數量相同的情況下，與碳親和力越大的元素，則在珠光體鋼中形成的脫碳層越寬。對于某一種碳化物形成元素，隨著數量增加，脫碳層加寬。反之，當珠光體鋼中碳化物形成元素增加時，能降低擴散層的發展。因此，在珠光體鋼中加入Cr、Mo等元素，而且其數量要足以完全把碳固定在穩定碳化物中，是抑制這兩類異種鋼熔合區擴散層的有效手段，通常叫穩定珠光體鋼。當前28頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接（3）母材含碳量的影響珠光體鋼中含碳量越高，擴散層的發展越（4）鎳的影響鎳是一種石墨化元素，它會降低碳化物的穩定性，并削弱碳化物形成元素對碳的結合能力，因此提高焊縫中的鎳含量，可以減弱擴散層。在金屬材料中增加鎳含量，是一種抑制熔合區擴散過程的有效手段。

擴散層是這兩種異種鋼焊接接頭中的薄弱環節，對接頭的常溫和高溫瞬時力學性能影響不大，但會降低接頭的高溫持久強度，一般要降低10%-20%左右。當前29頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

4.焊接接頭應力狀態的特點由于奧氏體鋼和焊縫金屬的線膨系數比珠光體鋼大30％～50％，而熱導率卻只有珠光體鋼的50％左右。因此，這種異種鋼的焊接接頭將會產生很大的熱應力，特別當溫度變化速度較快時，由熱應力引起的熱沖擊力像合金鋼淬火一樣容易引起焊件開裂。此外，在交變溫度條件下工作時，由于珠光體鋼一側抗氧化性能較差，易被氧化形成缺口，在反復熱應力的作用下，缺口便沿著薄弱的脫碳層擴展，形成所謂熱疲勞裂紋。這類異種鋼接頭焊后熱處理并不能消除殘余應力，只能引起應力的重新分布，這一點與同種金屬的焊接有很大的不同。當前30頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接5.延遲裂紋氫在不同的組織中，溶解度并不相同，并且與溫度有關。當溫度為500℃時，氫在奧氏體組織中的溶解度為4cm3/100g，而在鐵素體組織中為0.75

cm3/100g，在100℃時，氫在奧氏體組織中的溶解度降到0.9cm3/100g，在鐵素體組織中溶解度只有0.2cm3/100g。這類異種鋼的焊接熔池在結晶過程中，既有奧氏體組織又有鐵素體組織，兩者相互接近，氣體可以進行擴散，使擴散氫得以聚集，為產生延遲裂紋創造了條件，使焊接接頭受到破壞。當前31頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

二、珠光體鋼和奧氏體鋼的焊接工藝

1．焊接方法的選擇由于焊條電弧焊時熔合比比較小．而且操作靈活，不受焊件形狀的限制，所以，焊接這類鋼時焊條電弧焊應用最為普遍。當前32頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

2．焊接材料的選擇珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，焊縫及熔合區的組織和性能主要取決于填充金屬材料。

（1）克服珠光體鋼對焊縫的稀釋作用由于珠光體鋼對焊縫金屬有稀釋作用，因此，不釆用填充金屬材料（如鎢極氬弧焊）是不允許的。用E347-16型焊條施焊時，焊縫中會產生大量馬氏體組織，而且在靠近珠光鋼一側，馬氏體數量多，是脆性破壞的根源，故此種填充金屬也不適用。用Ni大于12%的E309-16、E310-16型焊條施焊時，焊縫金屬得到的組織基本上是奧氏體或者全部是奧氏體組織。由于鎳的含量較高，能起到穩定奧氏體組織的作用，是比較理想的填充金屬材料。當前33頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接（2）抑制熔合區碳的擴散提髙焊接材料中的奧氏體形成元素，是抑制熔合區碳擴散的最有效的手段。隨著焊接接頭在使用過程中工作溫度的提高，要阻止焊接接頭中碳擴散，鎳的含量也必須提高。不同溫度工作條件下，異種鋼接頭對焊縫含鎳量的要求如表所示。當前34頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接（3）改變焊接接頭的應力分布

在高溫工作下的異種鋼接頭，如果焊縫金屬的線膨脹系數與奧氏體鋼母材接近，那么高溫應力就將集中、存珠光體鋼一側的熔合區內；由于珠光體鋼通過塑性形降低應力的能力較弱，所以高溫應力集中在奧氏體鋼一側較為有利。因此，焊接這類異種鋼時，最好選用膨脹系數接近于珠光體鋼的鎳基合金焊接材料，如國外常用Crl5Ni70鎳基材料，作為焊接上述異種鋼的焊接材料。當前35頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接例如某廠在生產上焊接這類異種鋼的對接接頭時，將焊件開成V形坡口，可先在珠光體鋼一側的坡口用E309-16或E309-15型焊條堆焊或使用E347-16型焊條進行施焊，施焊結果如表所示。均未發現任何裂紋現象，且綜合力學性能較好。對表中后三種焊件，不論其厚度如何，均要進符預熱和焊后回火熱處理，才能得到滿意的結果。當前36頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

（4）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力

珠光體鋼與普通(Cr/Ni>1)奧氏體鋼焊接時，為了避免在焊縫中出現熱裂紋，在不影響使用性能的前提下，最好使焊縫中含有體積分數為3%?7%的鐵素體組織。為此，在填充金屬材料中要含有一定量的鐵素體形成元素；珠光體鋼與熱強(Cr/Ni＜l)奧氏體鋼焊接時，所選用的填充金屬材料應保證焊縫具有較高抗裂性能的單相奧氏體或奧氏體+碳化物組織。當前37頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

（4）提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力

綜上所述，珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，選用E309-16、E309-15或E310-16、E310-15型焊條，它們不僅能抑制珠光體鋼熔合區中碳的擴散，而且對改變焊接接頭應力分布也有利。用E310-16、E310-15型焊條，其焊縫金屬為單相奧氏體組織，除了焊接熱強奧氏體鋼外，對于其他類型的奧氏體鋼，其熱裂紋傾向較大，故生產上用得比較少。。當前38頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

3.焊接工藝珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時主要是減少母材金屬熔入焊縫。確定焊接工藝時，應保證焊縫獲得一定的成分和組織，使接頭具有良好的使用性能。珠光體鋼的含碳量較高，碳化物形成元素較少，而奧氏體鋼則相反，因此在珠光體鋼與奧氏體鋼接頭的熔合線兩側出現碳和碳化物形成元素的濃度差。這類異種鋼處于350?400℃溫度下長期工作時，或在焊后熱處理過程中，往往會在熔合線區域出現碳元素的、擴散，即前面所講過的碳從珠光體鋼一側通過熔合線向奧氏體焊縫擴散，從而在珠光體鋼母材金屬邊緣形成脫碳層，脫碳層的晶粒粗大，導致軟化。當前39頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接在奧氏體鋼母材金屬一側形成增碳層，增碳層中的碳元素以鉻的碳化物形態析出，并導致硬化。實踐證明，脫碳層是接頭中的薄弱環節，對高溫持久強度的影響較大，約降低10%?20%。因此在選擇焊條及制定焊接工藝時，應充分考慮兩種材料的特性及焊條的選用。當前40頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接12CrMo、15CiMo珠光體鋼與lCrl8Ni9Ti奧氏體鋼焊接時，若選用E309-15、E310-15型焊條，即使稀釋率達25%-30%，焊縫金屬中也不致于出現馬氏體組織。厚度超過20mm的珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接接頭剛度較大，在焊后熱處理過程中或周期性的加熱、冷卻運行條件下，將產生很大的熱應力，導致珠光體鋼一側的熔合區出現熱疲勞裂紋。裂紋沿著脫碳層延伸至母材金屬內部，嚴重的引起接頭斷裂。為了減少熱應力，采用熱膨脹系數與珠光體鋼相接近的含鎳量高的E16-25MoN-15型焊條或ENiCrMo-0(NTi307)型運條。當前41頁，總共47頁。常見異種金屬材料的焊接

運行溫度高于400～450℃的異種鋼焊接時，在珠光體耐熱鋼熱12CrMoV）坡口上采用含釩、鈮、鈦、鎢等碳化物形成元素的珠光體耐熱鋼焊條（如E5515－B2－V、E5515-B2VNb型焊條）堆焊一層5～6mm