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异种金属熔焊的焊接性
2010/10/14 15:04:39 来源:51网络采购 点击:356次
内容摘要:异种金属熔焊的焊接性
两种不同母材金属A和B焊成的焊接接头可以看成是一个由A母材金属→A热影响→A熔合区→焊缝金属→B熔合区→B热影响区→B母材金属所构成的一个承载链条,该接头的性能和使用寿命最终决定于其中一个最薄弱环节。为了保证异种材料焊接接头质量,就应该使焊缝金属、两个热影响和两个熔合区都具有不低于或至少接近母材金属的性能。对两个热影响区的组织和性能,则决定于材料本身的性能和焊接工艺条件,这和焊接同种材料时基本一样。异种材料焊接的根本问题,是如何确保焊缝金属以及两个熔合区的质量优良。熔合区的问题往往比焊缝金属的问题更为突出,因为这里的成分复杂、组织很不均匀,其性能也更难于得到保障。
(1)焊缝金属的化学成分、组织和性能  对于钢铁的焊接来说,我们可以根据母材及所选用的焊接材料的化学成分和熔合比,利用舍夫勒图来预测其焊缝金属的化学成分及组织特征,进而分析焊缝金属性能。因此,舍夫勒图对于分析异种钢焊接来说是非常重要的。
    如果不考虑焊接过程中焊缝金属各元素的损失,焊缝金属中某元素的含量可用下式表示:

 从式中可以看出,焊缝金属的组成材料、母材的热物理性能(特别是其熔点和导热性)及焊接条件对焊缝金属中各元素的含量有很复杂的影响。
不同的熔合比,可以得到不同的焊缝金属中各合金元素的平均化学成分(D),再根据式(8-2)和式(8-3)计算出其铬当量Creq和镍当量Nieq就可以在舍夫勒图(图8-2)中得到焊缝金属的组织:

奥氏体不锈钢与普通低合金铁素体钢的异种钢焊接时,通常可以利用舍夫勒图来预测其焊缝金属的化学成分及组织特征,进而分析焊缝金属性能。如,假设母材之一的铁素体钢为含碳wC0.2%的低碳钢的化学成分位于图中A1点)与Cr18Ni10奥氏体不锈钢的化学成分位于图中B点,采用Cr23Ni12焊条(AWSE309L)进行焊接。这些焊接材料的熔敷金属化学成分位于图中C点。假如,两种母材(含碳wC0.2%的低碳钢及Crl8Ni10奥氏体不锈钢)等量熔化,则母材等量熔化熔合后钢的化学成分就位于图A1B连线的中点D1上。而后熔化了的母材(图中D1点)再与填充材料相熔合,于是,焊缝金属的化学成分就在CD1连线上。不同的熔合比可得到不同的焊缝金属的化学成分,就对应不同的组织组成。若熔合比为20%~30%的焊条电弧焊,就可得到含有10%左右的δ铁素体的奥氏体不锈钢焊缝金属组织(图中阴影区),这种组织有极好的抗热裂性能。如果熔合比为40%时,得到含有4%左右的δ铁素体,为具有抗热裂性能的下限。当熔合比为50%时,得到的是没有了δ铁素体,但却成为含有马氏体(约20%)的奥氏体不锈钢焊缝金属组织,这就使得焊缝金属即可能产生热裂纹,也有可能产生冷裂纹。所以,熔合比对奥氏体不锈钢与普通低合金铁素体钢的异种钢焊缝金属的性能至关重要。当焊接Nieq较高的铁素体钢(如淬火+回火的Ni钢及高碳高锰钢)与奥氏体不锈钢时,同样可利用图8-2来进行分析。如含碳量为wC0.6%,Nieq为18的碳钢(图8-2中A2点)与Crl8Nil0奥氏体不锈钢焊接时(图中B点),使用Cr23Nil2(图中C点)焊接材料。D2为A2B连线的中点,连接D2C成线,此线即表示出不同熔合比时焊缝金属的化学成分及组织组成。当熔合比为30%时,δ铁素体含量为0,得到单相奥氏体不锈钢焊缝金属,存在较大热裂倾向。
当熔合比为20%时,δ铁素体的体积分数约为7%,将不易产生热裂纹。

于是,我们就可以根据母材及所选用的焊接材料的化学成分和熔合比,利用舍夫勒图来预测其焊缝金属的化学成分及组织特征,进而分析焊缝金属性能。因此,舍夫勒图对于分析异种钢焊接是非常重要的。
若成分不同及其性能也不同的材料焊接在一起,其接头的性能不仅决定于其中最弱者,而且往往由于两者的不同或不均匀而出现新的问题。例如,由于构成腐蚀电池,异种金属焊接接头的耐腐蚀寿命,可能比其中任一材料的腐蚀寿命都大大缩短;强度、塑性、弹性模量不同也可导致应力应变集中,因而提前发生断裂;此外诸如热膨胀率、热导率等的差异也会导致热应力应变和热疲劳损伤等。因此,异种材料焊接接头的成分不均匀性和性能的不均匀性,应当受到特别关注。
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