异种金属焊接问题及焊接工艺分析

苏晓东

【摘  要】科技的进步，促进工业建设得到快速发展。我国的科学技术水平不断提高，各种新设备、新技术、新工艺应运而生，随之对我国的工程构件的质量提出了更高的要求。但是在进行工程施工时，不论是哪一种材料，都不可能全面满足施工的需求。为了能够满足施工的需求，人们开始将不同的材料进行有效融合，让这些材料的性能得到了充分的发挥。同时还能够有效替代贵重金属，减少不必要的经济投入，提升企业的经济效益。所以在社会的各个行业之中，经常可以看到异种金属焊接的广泛应用。但是，近几年我国经常发生异种金屬焊接失效的情况，造成了一定的财产损失和人员伤亡。本文就异种金属焊接问题及焊接工艺展开探讨。

【关键词】异种金属;焊接;问题;焊接工艺

引言

随着工业科学技术的发展和工程领域的扩大，在生产和使用中原有设备或其性能己经无法完全满足人们发展的需求，因此对各类工程构件、机械构件或材料本身提出了更高的性能要求。例如在航天航空中要求一些构件材料要同时具备耐高温、高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀和长寿命等性能。而在常见易得的材料中很少有能满足其要求的，对于能满足要求的材料的来源也是少的可怜，同时价格昂贵，使得不可能在工程中广泛应用。工业科技的进步犹如社会的进步，是人们发展的必然趋势。对此，人们在不断的创新中，对多种材料进行组合运用，其异种钢焊接正是其中一种。异种钢焊接使金属材料的性能得到更充分的发挥，同时减少昂贵材料的使用，使其生产成本得到显著的降低，从而得到不错的经济效益。在这巨大的利益下，使得异种钢焊接在近年有着突飞猛进的发展。

1异种金属焊接的特点

（一）焊接接头熔合区：是性能最差的区域，异种金属焊接结构的破坏多半发生在熔合区。在靠近熔合区金属区域还形成性能不好的，成分变化的过渡层。（二）焊接接头的裂纹。（1）冷裂纹：在金属淬硬倾向和氢的作用及焊接应力的共同作用下产生。。（2）热裂纹：这是高合金钢焊缝，特别是纯奥氏体组织的焊缝最易出现在焊缝中的裂纹。因焊缝中还存在未结晶低熔点共晶体液膜，在相应的应力作用条件下生成了裂纹。（三）碳迁移现象。会造成接头高温机械性能降低，高温下失效断裂增加，影响高温使用寿命的主要原因之一。影响碳迁移的因素是温度和时间和化学成分。

2异种金属焊接常见问题

（1）如果是长时间呆在室内，接受的是比较正常的温度，那么焊接的接头位置的性能（比如弯曲、拉伸等）就比焊母材料高很多。但是如果长期在中温或者高温的环境下运行，那么接头位置的性能就要低于母材料。（2）焊接结构之所以会被破坏，主要是由于焊缝熔合区造成的。如果熔合区的性能无法得到保证，就会直接影响焊接结构的正常使用，减低其使用性能。（3）焊接的接头存在着不均匀性。（4）长期在高温环境下运行或者焊后热处理时，会出现碳迁移的情况。绝大部分的高温管线失效的位置，都主要出现的脱碳层。（5）焊后热处理，无法将接头位置的残余应力有效消除。（6）性能不连续。由于金相组织和化学成分的不同，造成了焊接接头位置的力学性能的差异性。在焊接接头的不同位置，其硬度、韧性、塑性、强度、持久性能、高温蠕变、冲击性能等都存在着差异性。由于这种不均匀性，使得在同样的环境条件之下，不同位置的性能也存在明显差异，也就是人们常说的强化区域和弱化区域。特别是在温度极高的环境之下，焊接接头经常会过早地失去使用价值。

3焊接工艺措施

3.1焊接方法的选择

焊接方法的种类比较多，其焊机的种类更是多不胜数。每种焊接方法都可以对多种材料进行焊接，同时一种材料也可以用多种焊接方法焊接，这使得在焊接中焊接方法的选择方案多样化。在一种焊接试验中，不同的焊接方法对应着不同的焊接工艺或焊接缺陷，使得用不同的焊接方法焊接得到的焊接接头可能有着不同组织和性能，因此焊接方法的选择应该满足使用焊接性和工艺焊接性l使用要求和母材焊接性质），同时也要考虑产品的特点以及施工地点的环境影响、焊接效率和经济性等方面。薛根奇等在其30CrNi3与Q235B异种钢焊接工艺研究中介绍到异种钢焊接中焊接方法一般按照焊接性能差的母材选择并同时制定其他焊接工艺（如热处理工艺、工艺参数等）。刘继光在锅炉异种钢焊接实验指出焊接方法在很多大程度上影响着焊缝的韧性，由于母材厚4mm，焊后要有较好的塑韧性，选择了氢弧焊焊接方法（这种焊接方法焊接的焊缝有良好的塑性和韧性）。同时通过合理的工艺，得到了性能良好的焊接接头。不同的焊接方法堆焊使得到的熔合比不一样，Q345B与s31603异种钢焊接时所选择的焊接方法应使熔合比小稀释率低。其碱性焊条电弧焊的熔合比范围为20%-30%;酸性焊条电弧焊为15%-25%;熔化极气体保护焊为20%-30%;埋弧焊为30%-60%钨极氢弧焊为10%-100%。

3.2焊接材料

选择焊接材料时，重点考虑的内容是焊缝金属的性能和成分。当接头没有明显缺陷时，最好选择韧性和塑性较高的材料;焊缝金属的性能比较一般时，可以选择不低于母材性能的焊材，同时还要考虑焊接的工艺性能;焊接异种钢时，可以选择低氢型的焊条，保持其干燥性。

3.3坡口角度

依据母材厚度和熔合比选择。坡口角度越大，熔合比越小。异种钢焊接原则上是希望熔合比越小越好。

3.4工艺参数的选择

对于焊接的工艺参数，在现在的很多实验类文献中都很少具体说明它的选择过程和缘由。这并不代表着工艺参数的选择不重要。合理的选择焊接工艺参数，都是焊接接头质量保证的重要环节，同时合理工艺参数也能有效提高焊接效率。焊接的工艺参数包括很多方面，其中大多数都为物理量，如电源、电流、电压、极性的选择、焊接速度、保护气体和焊条直径等。这些参数分别对焊接的一些方面有着影响，同时相互之间也有一定的影响。如使用低氢焊条的时候，必须使用直流反接的焊接方法，不然焊接是电弧燃烧会不稳定。在参考文献：中分析了一些常用的工艺参数变化对焊接的影响，指出焊接电流增大，会使输入热增大，从而使焊接熔池变大，增大热影响区的范围：电压增大，会使电弧变长，电弧变长，焊接中易发生飞溅：焊接速度对焊接效率有影响，同时也影响着熔池的大小。这些影响在焊接过程中都是应该考虑的问题。对于异种金属焊接中工艺参数的选择，我们可以从许多文献中看出，工艺参数的选择主要是综合地考虑母材的焊接性能，同时根据大量的实验对比得出的，而在今天我们也可以站在前人的肩上（手册、文献）。

3.5焊前预热和焊后热处理

（1）预热：降低焊接接头的淬火裂纹倾向。预热温度由母材的淬火倾向大小和焊缝金属的合金化程度决定。（2）焊后热处理：能提高接头淬硬区的塑性及减小焊接应力。注意合理选择，否则会引发裂纹或出现碳迁移等现象。

结语

焊接异种金属，能够满足某些工程结构的性能需求，替代昂贵的金属，降低施工成本，给企业带来更大的经济效益。因此，在开展实际的焊接工作时，工作人员要不断提升自身的专业技能，对焊接过程中经常出现的问题进行总结，制定相应的结局策略，以此来提升异种金属的焊接质量。

参考文献：

[1]罗平英.异种金属焊接问题及焊接工艺分析[J].四川水泥，2017（12）.

[2]陈志海，芦红梅.焊接工艺及返修问题分析[J].装饰装修天地，2018（21）：94.

[3]宋芳芳，金亮，恩云飞，李斌.异种金属激光焊接的温度场分析方法及应用[J].焊接技术，2016，12：9-13.

（作者单位：山西阳煤化工机械（集团）有限公司）