異種金屬焊接技術的應用實踐

馬琰 陳蘭

（安陽鋼鐵股份有限公司，河南 安陽 455004）

1 前言

在實際使用過程中，任何一種零部件各部分所承擔的載荷不一致，使得零件某一部分的工作條件較差，可能接近材料許用應力的極限值，而零件的另一部分的工作條件可能只承受很小的應力。在這種情況下，應用異種金屬焊接技術就比較合適，因為它能充分發揮不同材料的性能優勢，最大限度地利用材料的各自優點，收到"物盡其用"的效果。通過焊接的方法選擇，將不同性能的材料焊接成復合零部件，既能滿足各種性能的要求，又可節約各種貴重材料，降低成本。

2 異種金屬焊接的主要難點

1）當兩種被焊金屬的物理性能差異較大時，會使熔化不一致，焊接困難，易使焊接接頭難以焊合。當兩種被焊金屬的線膨脹系數相差較大時，會使接頭區產生較大的殘余應力和變形，即容易使焊縫及熱影響區產生裂紋，甚至導致焊縫與母材剝離。

2)當被焊金屬的導熱性能和比熱容不同時，會改變焊縫的溫度場及結晶條件，并影響難容金屬的清潤性能。同時使焊縫結晶條件變壞，晶粒粗化嚴重。

3）當被焊金屬的電磁性相差很大時，焊接電弧不穩定，造成焊縫形成不良。異種金屬的氧化性越強，越難進行焊接。異種金屬之間形成金屬間化合物的數量越多，焊縫越容易產生裂紋。異種金屬焊接時，焊縫與母材不易達到等強度，尤其是焊接異種有色金屬更為明顯。

3 選擇異種金屬焊接材料的基本原則

1）保證焊接接頭的使用性能，保證焊接金屬過渡區、熱影響區等接頭區域具有良好的力學性能和綜合性能，如耐熱性、熱強性、抗氧化性等，以滿足使用要求；保證焊接接頭具有良好的工藝性能，在焊接接頭區域不能出現熱裂紋和冷裂紋；保證焊接金屬具有一定的致密性，不得有超標的焊接缺陷。

2）在焊接工藝受到限制時，如無法進行焊前預熱或焊后熱處理時，應注意選擇鎳基合金或奧氏體不銹鋼焊接材料，應提高焊縫金屬的塑性和韌性。

3）異種金屬材料焊接時，焊接材料的選擇通常是就高不就低，如低合金與不銹鋼焊接時，選擇不銹鋼焊接材料。

4 金屬焊接技術的實踐應用

碎邊剪改造：碎邊剪刀軸原材質34CrNi－Mo，要用42CrMo材質接長：需解決34CrNi－Mo+42CrMo的焊接問題，屬不同珠光體鋼的焊接范疇。粗軋機主電機轉子吊具制作：需解決原材料16Mn+Q235的焊接問題，也屬不同珠光體鋼的焊接范疇。

雖然同屬不同珠光體鋼的焊接范疇，但由于含碳量不同或合金成分的種類不同，焊接性能有很大差異。焊接這類鋼時首先要采取防止近焊縫區裂紋的措施，還要防止焊接接頭中的不均勻性。不同珠光體鋼焊接時，選用的焊接材料熔敷金屬強度應保證焊縫金屬及接頭的強度不低于強度較低一側母材的強度，同時焊縫金屬的塑性和沖擊韌性應不低于強度較高而塑性較差一側母材的性能。如果工件不允許進行預熱和焊后熱處理，可采用奧氏體鋼的焊接，奧氏體鋼焊縫的塑性、韌性很好，并且排除了擴散氫的來源，可以有效地防止產生冷裂紋，同時焊縫金屬的力學性能也能滿足要求。

1）34CrNiMo和 42CrMo的焊接。34CrNi－Mo和42CrMo，均為中碳低合金鋼，兩種鋼的碳當量Ceq≈0.9，淬硬、冷裂傾向都很大。碎邊剪機刀軸在工作中承受交變載荷作用，要求焊縫強度高、塑性好；同時，由于刀軸上裝有齒輪、軸承等部件，焊接后不可能采取退火的方法消除焊接應力，因此焊前不能預熱。所以，必需采用合適的焊接材料，進行冷焊。綜合考慮以上因素，選用A502焊條進行焊接。在操作時，嚴格控制焊接線能量輸入，以減少粗晶淬火區的高溫停留時間，降低奧氏體的過熱長晶。

2）Q235和16Mn的焊接。Q235和16Mn這兩種材料的塑性、韌性好，淬硬脆化傾向小，采用J427焊條進行焊接。但由于采用δ60mm圓筒與δ160mm鋼板剛性大，焊接應力大，為了消除焊接應力，促使擴散氫逸出以防止產生冷裂紋，采取焊前預熱、焊后600℃×3h退火，以改善焊接接頭的組織及性能。

5 實施效果

碎邊剪改造因為碎邊剪刀軸的竄動撞擊箱蓋造成箱體漏油，用42CrMo鍛鋼調質后將碎邊剪機刀軸接長，致使離箱體距離加大30MM，以便于刀軸的緊固。解決了材質34CrNiMo+42CrNiMo的焊接問題，既延長刀軸備件的使用壽命，也解決了剪機箱體漏油問題，大大減少了維修時間，極大的穩定了生產。

粗軋機主電機轉子100t吊具制作當時粗軋機主電機安裝中需要100t吊具，時間緊、任務重。16Mn+Q235的焊接問題的解決，確保了該設備順利制作，及時交貨使用。同時為制作單位積累了制造同類設備的經驗，也為集團公司節約了大量的備件訂貨資金。

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第二卷）.機械工業出版社,1993.

[2]安珣，錢在中.焊接技術手冊.山西科學技術出版社,1999.

[3]完衛國.焊條電弧堆焊應用實例.機械工業出版社,1999.