异种金属焊接技术的应用实践

2011-12-31马琰陈兰

中国新技术新产品 2011年19期

马琰陈兰

（安阳钢铁股份有限公司，河南安阳 455004）

1 前言

在实际使用过程中，任何一种零部件各部分所承担的载荷不一致，使得零件某一部分的工作条件较差，可能接近材料许用应力的极限值，而零件的另一部分的工作条件可能只承受很小的应力。在这种情况下，应用异种金属焊接技术就比较合适，因为它能充分发挥不同材料的性能优势，最大限度地利用材料的各自优点，收到"物尽其用"的效果。通过焊接的方法选择，将不同性能的材料焊接成复合零部件，既能满足各种性能的要求，又可节约各种贵重材料，降低成本。

2 异种金属焊接的主要难点

1）当两种被焊金属的物理性能差异较大时，会使熔化不一致，焊接困难，易使焊接接头难以焊合。当两种被焊金属的线膨胀系数相差较大时，会使接头区产生较大的残余应力和变形，即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。

2)当被焊金属的导热性能和比热容不同时，会改变焊缝的温度场及结晶条件，并影响难容金属的清润性能。同时使焊缝结晶条件变坏，晶粒粗化严重。

3）当被焊金属的电磁性相差很大时，焊接电弧不稳定，造成焊缝形成不良。异种金属的氧化性越强，越难进行焊接。异种金属之间形成金属间化合物的数量越多，焊缝越容易产生裂纹。异种金属焊接时，焊缝与母材不易达到等强度，尤其是焊接异种有色金属更为明显。

3 选择异种金属焊接材料的基本原则

1）保证焊接接头的使用性能，保证焊接金属过渡区、热影响区等接头区域具有良好的力学性能和综合性能，如耐热性、热强性、抗氧化性等，以满足使用要求；保证焊接接头具有良好的工艺性能，在焊接接头区域不能出现热裂纹和冷裂纹；保证焊接金属具有一定的致密性，不得有超标的焊接缺陷。

2）在焊接工艺受到限制时，如无法进行焊前预热或焊后热处理时，应注意选择镍基合金或奥氏体不锈钢焊接材料，应提高焊缝金属的塑性和韧性。

3）异种金属材料焊接时，焊接材料的选择通常是就高不就低，如低合金与不锈钢焊接时，选择不锈钢焊接材料。

4 金属焊接技术的实践应用

碎边剪改造：碎边剪刀轴原材质34CrNi－Mo，要用42CrMo材质接长：需解决34CrNi－Mo+42CrMo的焊接问题，属不同珠光体钢的焊接范畴。粗轧机主电机转子吊具制作：需解决原材料16Mn+Q235的焊接问题，也属不同珠光体钢的焊接范畴。

虽然同属不同珠光体钢的焊接范畴，但由于含碳量不同或合金成分的种类不同，焊接性能有很大差异。焊接这类钢时首先要采取防止近焊缝区裂纹的措施，还要防止焊接接头中的不均匀性。不同珠光体钢焊接时，选用的焊接材料熔敷金属强度应保证焊缝金属及接头的强度不低于强度较低一侧母材的强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差一侧母材的性能。如果工件不允许进行预热和焊后热处理，可采用奥氏体钢的焊接，奥氏体钢焊缝的塑性、韧性很好，并且排除了扩散氢的来源，可以有效地防止产生冷裂纹，同时焊缝金属的力学性能也能满足要求。

1）34CrNiMo和 42CrMo的焊接。34CrNi－Mo和42CrMo，均为中碳低合金钢，两种钢的碳当量Ceq≈0.9，淬硬、冷裂倾向都很大。碎边剪机刀轴在工作中承受交变载荷作用，要求焊缝强度高、塑性好；同时，由于刀轴上装有齿轮、轴承等部件，焊接后不可能采取退火的方法消除焊接应力，因此焊前不能预热。所以，必需采用合适的焊接材料，进行冷焊。综合考虑以上因素，选用A502焊条进行焊接。在操作时，严格控制焊接线能量输入，以减少粗晶淬火区的高温停留时间，降低奥氏体的过热长晶。

2）Q235和16Mn的焊接。Q235和16Mn这两种材料的塑性、韧性好，淬硬脆化倾向小，采用J427焊条进行焊接。但由于采用δ60mm圆筒与δ160mm钢板刚性大，焊接应力大，为了消除焊接应力，促使扩散氢逸出以防止产生冷裂纹，采取焊前预热、焊后600℃×3h退火，以改善焊接接头的组织及性能。