异种金属的焊接性能分析及实例- 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

【壁垒 垫熊至 芒 I 异种金属的焊接性能分析及实例 汉川机床集团有限公司 ( 陕西汉中7 2 3 0 0 3 ) 郭军 艺措施 的改进。 随着现代技术的发展，异种金属材料焊接可节省大 量的贵重材料，实现在不同温度、载荷及环境下，用不 同材料以得到优良的力学性能，降低成本，做到物尽其 用。但关键是异种金属材料焊接能否形成优质焊接接 头。异种金属在给定的焊接工艺条件下，能否形成优质 焊接接头主要取决于被焊接金属的物理性能、力学性 能、化学成分和工艺措施。异种金属焊接性与它们在液 态和固态时的互溶性及形成脆性化合物的性能也有密切 关系。通常在液态不能互溶的金属及合金，融化时形成 分离的液层，冷却结晶后彼此之间很容易开裂，所以不 能采用熔焊方法进行焊接，因此 ， 异种金属只有在液态 和固态均能无限互溶时， 才能形成牢固的焊接接头，焊 接性较好。 1 概述 异种金属因化学成分 、力学性能等有明显不同，所 以焊接异种金属时有许多困难和不利因素。异种金属 的熔点相差越大，越难进行焊接。焊接熔点相差大的异 种金属，由于熔点低的金属达到熔化状态时，熔点高的 金属仍呈固体状态，因此已熔化的金属容易渗入过热区 的晶界， 使过热区的组织性能降低。当熔点高的金属熔 化时，势必造成熔点低的金属流失、烧损和蒸发，因此 难以焊合。异种金属的线膨胀系数相差越大， 越难进 行焊接。异种金属的线膨胀系数相差越大，在其熔池结 晶时，会产生很大的热应力。焊缝两侧金属承受的应力 状态不同，容易使焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致 焊缝与母材剥离。异种金属的导热率和 比热相差越 大，越难进行焊接。金属的导热率和比热能改变焊缝的 温度分布和结晶条件 ， 使焊缝的晶粒严重粗化。异种 金属的电磁性相差越大，越难进行焊接。电磁性相差越 大， 焊接时电子束发生横向波动使电弧越不稳定 ， 焊缝 成形困难。异种金属的氧化性越强，越难进行焊接。 异种金属的熔池产生的氧化物，能使晶体间结合力降 ( 3 )振动时效有利于环境保护热时效处理使用的 能源主要是重油、天然气和原煤 ，以使用最广泛的重油 为例，每吨重油燃烧后产生约 7 3 5 k g的s 0 ： ，同时还产 生 C O ， 等其他有害气体。而振动时效则有利于节能，减 少环境污染。 4 结论与展望 振动时效对降低或匀化金属结构件的残余应力、 提 高抗动载变形能力、防止裂纹有非常好的效果，并在许 多性能指标上超过热时效。 ( 1 )降低工件内残余应力 ( 峰值)3 0 6 5 ，与 传统的热时效 ( T S R )相当，工件无氧化脱碳现象，无 需清理氧化皮，减少了辅助工时。 幽呈 ! 至笪丝塑 竖堡皇塑型 WWW m et a1 wo r k i n g1 95 0 c orn 参曷 工热 批 ( 2 )与热时效相比提高了工件抗载荷变形能力， 振 动时效工艺使工件抗静载变形能力提高3 0 以上， 抗动 载变形能力提高 1 3 倍多。 ( 3 )是目前超大型结构件和多种材料组合的结构件 唯一时效方法。 振动时效工艺耗能少 、设备投资少和效率高，其 在节能、减少环境污染和提高产品性能方 面有卓越的 表现 ，因此，振动时效是消除大型焊接结构件应力最 行之有效的方法。随着应力测试技术的不断发展和工 艺措施更趋科学合理，振动时效法将有着更广阔的应 用前景。MW ( 2 01 0 1 0 0 8) 低，此外能使焊缝产生夹渣和裂纹，显著降低焊缝强度 和塑性。异种金属之间形成金属问化合物越多，越难 进行焊接。由于金属问化合物具有很大脆性 ，因而金属 间化合物的数量、形式和在焊缝中的分布状态，对焊接 接头的性能均有很大影响。容易使焊缝产生裂纹，甚至 会产生脆断。异种金属焊接时，焊缝和母材不易达到 等强度。焊接异种金属时，通常采用强力热源，因此造 成合金元素的烧损和蒸发，从而会使焊缝的化学成分发 生很大变化，使组织性能显著降低，强度下降。 2 实例分析 焊接异种金属及其合金时，只有合理地选用焊接方 法和填充材料，并正确地制定焊接工艺和采取特殊的措 施，才能获得优质的焊接接头。下面就生产实践中小批 量异种金属焊接工艺实例进行分析。 将外径为2 2 0 mm内径 7 8 m m的 C r l 7 N i l 4 M o 3( 奥氏 体钢)不锈钢管与 b 2 2 0 m m的 C r M 0 钢 ( 铁素体钢)锻 件焊接。要求焊缝射线探伤无裂纹，强度达到 5 0 0 MP a 。 根据焊接工艺要求将两异种金属的端面分别加工为 2 5 。 的坡口，坡 口底部装上衬环 ( 材料为 C r Mo 钢) ，将 c 卜 M o 钢的坡口底部预热，用 6 4 I n m镍基焊条堆焊。焊缝 加工后经射线探伤，多处焊缝中间靠近奥氏体钢处，产 生较大裂纹，致该件报废。经分析焊接时填充金属和 c r M o 钢母材侧的熔合线处，因奥氏体钢母材有较大的 线膨胀系数而产生较高应力，故多处焊缝中间产生较大 裂纹。现将工艺重新调整并精细化如下。 将两异种金属件的端面分别加工成角度为 1 O 。 的坡 口，坡口底部分别装上与母材材料相同的衬环，然后用 6 4 m m镍基焊条，在衬环和坡口边缘之间进行角焊。角 焊高度为 1 9 m m，角焊缝与垂直方向的夹角为3 7 5 。 。接 头坡口形式如图 1 所示。 图 l 1 衬环 ( 材料 c r M o钢) 2 C r - M 0 钢 3 衬环 ( 材料奥氏体钢)4 奥氏体钢 焊前，应将 C r Mo钢的坡 iS l 部预热，预热温度为 1 5 0 。预热时，把 C r M o钢母材侧的衬环除掉，奥氏 体钢的坡口不预热。然后将 C r M o 钢母材装入事先焊在 奥氏体钢上的衬环中，使角焊缝根部之间保持 5 m m左 右的距离。接头坡 E l 装配如图2所示。采用这种焊接工 艺，可避免在填充金属和 c 卜 M o 钢母材侧的熔合线处， 因奥氏体钢母材有较大的线膨胀系数而产生较高应力， 致使焊缝产生裂纹。接头装配后，用 6 4 m m镍基焊条在 C r Mo钢的坡 E l 上进行堆焊。堆焊时层间温度保持在 1 5 0 C 左右。将整个坡17 1 焊满，用石棉把整个接头包好 ， 使之缓冷至室温。 图2 1 C r Mo 钢2 衬环 ( 材料奥氏体钢) 3 奥氏体钢 将焊接接头进行车削，除去金属衬环和焊缝底部的 缺 E l 痕迹，并精整焊缝表面。机械加工后，在焊接接头 的内、外表面进行着色探伤。着色探伤表明，只发现有 分散性针状气孑 L 。探伤后将试件放入炉内加热至6 4 8 ， 加热速度 2 0 4 h ，保温 4 h ，随炉冷至室温。在消除 应力之后，磨削焊接接头表面，再进行着色探伤，探伤 结果与消除应力前基本相同。对焊接接头进行射线探伤 没有发现任何缺陷。 最后进行力学性能检验。检验结果表明，焊接接头 强度达到 5 5 55 6 0 M P a 。破坏拉伸试验时焊接接头在 c r M o钢母材侧断裂。以上结果表明此焊接接头完全达 到了设计和使用要求，说明此焊接工艺合理，方法得 当。 3 结语 焊接异种金属及其合金时，常采用焊前预热，焊后 缓冷及坡口上堆焊合适的过渡层等措施。一般来说 ，只 要合理地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工 艺和选择合适的焊接参数并采取特殊的措施，就能获得 优质的焊接接头。 MW ( 2 01 0 0 8 2 0) 参磊 工热 加 工 焊 接 与 切 割2 0 1 0 年 第 2 2 期 WWW m et al wor k i n gI 9 50 c om