1、焊缝成分的稀释（熔合比）
母材溶入焊缝后使其合金元素比例发生变化：
稀释：焊缝中合金元素比例减小
合金化：焊缝中合金元素比例增加
稀释或合金化的程度取决于熔合比，
即基体金属在焊缝中所占的百分比 应尽量选择熔合比小的焊接方法
1、焊缝成分的稀释（熔合比）
1、焊缝成分的稀释（熔合比）
1、焊缝成分的稀释（熔合比）
热性、耐腐蚀性和耐磨性等
5）为了改善异种金属焊接性能，对不能形成固溶体的 异种金属，可在两种被焊金属之间加能形成固溶体 的中间过渡层
8.2 异种钢的焊接_
8.2.1 异种钢的焊接性分析_
1、焊缝成分的稀释（熔合比）
2、熔合过渡区的形成
3、接头区应力状态
8.2.2
异种钢的焊接工艺特点_
1、焊接方法及焊接材料 2、焊接工艺要点
体的焊接，通过选择焊接材料可以避免马氏体组织的产生；
③ 隔离层堆焊法：为了防止碳迁移层的产生，可采用含碳化物 形成元素（Cr、V、Nb、Ti）的焊条氏体焊条，预先在珠 光体钢一侧坡口上堆焊一隔离层，再用奥氏体焊条堆焊第二 隔离层。
广泛用于不锈钢管与低合金钢管的焊接
图8-10 在珠光体钢一侧堆焊隔离层
图8-4 Q235+1Cr18Ni9焊接舍夫勒图
2、熔合过渡区的形成 （1）熔合区马氏体脆性层 焊接珠光体钢与奥氏体钢接头时，熔池边缘的 液态金属温度较低，流动性较差，导致熔化的母 材与填充金属不能充分地混合。在靠近珠光体钢 一侧熔合线的焊缝金属中，形成一层与内部焊缝 金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏 体组织会使脆性增加，塑性显著下降，从而降低 了焊接结构的可靠性。 熔合区马氏体层的宽度与焊接工艺和填充材料有关
104～106倍；
② 碳在α－Fe中的扩散系数比在γ－Fe中大，碳将由 溶解度低而扩散系数高的铁素体相母材向奥氏体相 焊缝中扩散。 ③碳在液态铁中的溶解度大于固态铁中的溶解度，碳将 由溶解度低的固态母材相溶解度较高的熔池过渡； ④ 奥氏体焊缝比珠光体母材含有更多的碳化物形成元素， 促使碳原子扩散到焊缝中，形成稳定的碳化物。
（2）碳扩散迁移层 定义：异种钢在焊接过程中，存在碳的扩散迁
移，碳从低合金母材向高合金的焊缝中迁移，在低 合金一侧的母材上形成脱碳层，在高合金焊缝一侧 形成增碳层，这种脱碳层和增碳层总称为碳扩散迁 移层。
（2）碳扩散迁移层 形成原因：碳化合物形成元素的差别
① 碳原子扩散能力很强，其扩散性比其他溶质元素大
如低碳钢－铬钼耐热钢，1Cr18Ni9Ti与高Ni奥氏体钢之 间的焊接，这一类实际上属于同种钢焊接构件，但当采用的 焊接材料与母材的成分差别较大时，也会产生类似于异种钢 焊接中的问题
（2）母材金相组织不同的异种钢焊接构件
如珠光体钢－铬镍奥氏体钢、珠光体钢－高铬铁素体钢
（3）复合钢焊接构件
用低碳钢或低合金钢作基层，用不锈钢或有色金属（Ti、 Cu、Al）作复层，采用复合轧制、爆炸焊、堆焊等制成的双 金属板材。
倾向增大。 ④ 高温下长期运行过程中，在脱碳层容易产生晶间腐蚀
化学成分对碳扩散迁移层的影响：
① Cr：强碳化物形成元素，焊缝金属中Cr的质量分 数从0.6%增加到5％时，显著增大珠光体母材脱碳层 的宽度，进一步提高Cr的含量影响减小； ② Ni：焊缝金属中Ni具有石墨化作用，能有效地阻止碳 的迁移，显著减小脱碳层的宽度， 同时也减小了焊缝一 侧增碳层宽度；
2、熔合过渡区的形成
焊缝Cr、Ni含量较高， 单相奥氏体
焊缝Cr、Ni含量较低， 快冷时可能形成M
距离μm
图8-5 低碳钢与Cr25-Ni20焊缝熔合区附近合金元素的分布
Cr5Mo-Ni13焊缝熔合区附近合金元素的分布
图8-5 Cr5Mo-Ni13焊缝熔合区附近合金元素的分布
(a) 母材比例的变化
不同用途的异种材料的焊接
用于耐磨的异种金属焊接构件
如高碳钢、各种合金钢、高锰钢、硬质合金等
用于耐热的异种金属焊接构件
如不锈钢、耐热钢、镍基合金、钴基合金等
用于耐腐蚀的异种金属焊接构件
如不锈钢、镍基合金、铜、铝、钛及其合金等
用于减轻装备重量的异种金属焊接构件
如钛、铝、镁及其合金等，主要用于航空航天、运载火箭等
熔合比取决于多种因素：坡口形式、焊接参数和金属 的熔化特性、导热性等。
坡口角度越大，熔合比越小，熔合比在各堆焊层之间 的变化很大；
坡口角度越小，熔合比越大，熔合比在各堆焊层之间 的变化很小；
珠光体钢对焊缝金属的稀释作用：
珠光体钢合金元素少，奥氏体不锈钢元素多， 在焊接过程中珠光体钢母材的熔化会对焊缝金属 有稀释作用，使得焊缝金属中含Ni量、Cr量减少， 焊缝金属奥氏体化元素含量减少，可能在焊缝中 产生M，使焊缝性能变坏，严重时产生裂纹。
3
异种有色金属
氧化性导致的未熔合、脆性相、气孔、 如铜与铝的焊接、铝与钛的 裂纹 界面结合（润湿性）差、脆性相、裂纹 接头性能下降 焊接等 如钢与石墨的焊接、金属与陶 瓷的焊接、金属间化合物与钢
4
金属与非金属
的焊接
异种钢的焊接
（1）母材金相组织相同，但焊缝金属与母材基体合金 系及组织性能不同的异种钢焊接构件
适于大多数使用条件的焊缝金属成 分，奥氏体+3%~8%铁素体
图8-2 奥氏体异种钢的焊缝组织图
Q235低碳钢+ 1Cr18Ni9奥氏体钢的焊接
熔合比：30~40%
1Cr18Ni9奥氏体钢为a点，Q235低碳钢为b点， f点为平均成分
采用E308-16焊条(c点)： 对应g-h段，A+M组织 E310-15焊条(e点)： 对应k-l段，单相A区，抗裂性较差 E309-15焊条(d点)： 对应i-j段，A+5%F双相组织，抗裂性较好
③ 珠光体母材中含一定量的碳化物形成元素（Cr、Ti、
V、Nb、W等）时，能显著减弱碳的扩散迁移；
防止碳扩散迁移层措施： 1）尽量降低加热温度并缩短高温停留时间； 2）采用隔离层
用含碳化物形成元素（Cr、V、Nb、Ti）的焊条或高 Ni奥氏体焊条，预先在珠光体钢一侧坡口上堆焊一隔离 层，以防止珠光体钢中的碳向熔合区迁移。
8.1 异种材料的分类、组合及焊接性特点
8.1.1 异种材料的分类和组合
表8-1
分类 异种材料焊接组合 1 2 异种钢 钢与有色金属
异种材料焊接的分类、组合及特点
焊接问题 实例
焊缝化学成分不均匀、熔合区塑性降低 如珠光体钢与奥氏体钢的焊接、 (脆性层)、产生裂纹（应力分布不均匀）复合钢的焊接结构等 氧化导致的未熔合、气孔、裂纹、接头 如钢与铝的焊接、钢与铜的 力学性能低 焊接等
第 8章
异种材料的焊接_
8.1 异种材料的分类、组合及焊接性特点_
8.2 异种钢的焊接_ 8.3 钢与有色金属的焊接_
8.1 异种材料的分类、组合及焊接性特点_
8.1.1 8.1.2 异种材料的分类和组合_ 异种材料的焊接性特点_
1、异种材料焊接的困难 2、影响异种材料焊接性的因素 3、异种材料焊接方法 4、异种焊接材料的选用
①焊后回火处理，并未能 消除焊接残余应力 ②接头在回火加热冷却过 程中，产生回火残余应力
珠光体
焊态
回火态
奥氏体
图8-9 异种钢焊接接头的残余应力
危害：接头在交变温度下工 作时，沿珠光体钢一侧熔合 区产生热疲劳裂纹，导致接 头断裂
预防措施:
选用与珠光体钢线膨胀系数相近且塑性好的Ni基合 金作为焊接材料，如Cr15Ni70镍基合金，使焊接应力集 中在焊缝与奥氏体钢母材一侧，而奥氏体钢的塑性变形 能力强，能够承受住较大的应力； 严格控制冷却速度，焊后缓冷，尽可能减小焊接变 形及应力； 焊接接头设计时，尽可能将其安排在没有剧烈温度 变化的位臵。
统设计和接头布臵以改变应力分布。长焊缝应分段
跳焊；
③ 如果珠光体钢淬硬倾向大，焊前应进行预热，预 热温度应按珠光体钢来确定，比同种珠光体钢焊接时 预热温度要略低一些。
8.2.2 异种钢的焊接工艺 焊接方式
奥氏体—珠光体钢焊接
① 过渡层堆焊法：为了防止熔合区脆性层，在珠光体钢一侧 坡口面上堆焊一层Cr23Ni13过渡层； ② 直接施焊法：利用高合金焊接材料直接完成珠光体与奥氏
(b) 合金元素质量分数的变化
图8-7 在奥氏体焊缝靠近碳钢一侧的过渡层
离熔合线越近，珠光体钢的稀释作用越强烈，过渡层中Cr、 Ni含量越少，一般情况下，过渡层Ni的质量分数<5%~6%， 将产生马氏体组织
图 8-8 奥氏体焊缝中Ni含量对马氏体脆性层宽度的影响
马氏体脆性层的宽度与Ni含量成反比
对于低温下工作和承受冲击载荷的珠光体和奥氏体异种钢接头， 应选用Ni含量较高的焊条，以较小熔合区马氏体脆性层的宽度 和冲击韧性降低的幅度。
表 8-4 奥氏体－珠光体钢焊接过程中的问题、产生原因及防止措施
8.2.3 不锈复合钢的焊接
不锈复合钢板是由较厚的珠光体钢与较薄的 不锈钢经轧制、爆炸等工艺加工成双金属板。 珠光体钢部分为基体，多为碳钢或低合金钢主 要满足强度和刚度要求，成本较低； 不锈钢为复层，与工作介质相接触，如 Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti主要满足耐蚀性，复 层占总厚度10-20%。 应用领域：石油化工，常压塔、减压塔、分馏塔等
焊条电弧焊：工艺简便，操作灵活，适应性强 薄件用TIG焊，厚件：MIG或MAG焊
电子束焊、激光焊：热源密度集中，温度高，焊缝窄
而深，焊接质量好。
3、异种材料焊接方法
2）压焊：
压焊基体通常并不熔化，焊接温度低于金属的熔 点。有的也加热至熔化状态，然后加压将液态金属挤 出，但仍以固相结合而形成接头。 电阻焊、冷压焊、扩散焊、摩擦焊等 另：钎焊：熔焊方法难连接的陶瓷、复合材料等