异种金属焊接的应用和存在的问题

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　　 摘要：现代工程结构中不仅需要对同种材料进行焊接，也需要对异种材料进行焊接。在工程及制造中采用异种材料焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质的不同要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，充分发挥不同材料的性能优势。
　　关键词：异种金属焊接 应用 问题
　　
　　早期的焊接主要是同种材料的焊接，随着科学技术的不断发展，新结构、新设备层出不穷；新材料、新工艺的应用日益广泛，对各类工程构件的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等等，在有些情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足使用要求，或者即使是某种金属材料比较理想，但往往由于十分稀贵，不能在工业中普遍应用，因此，采用焊接方法制造异种金属复合零部件日益受到了人们的广泛重视，出现了一门新的科学技术――异种金属的焊接。
　　如在大型电站锅炉对流管束中，高温段一般采用耐热性和耐蚀性更强的铬镍奥氏体不锈钢，而从经济角度出发。低温段一般采用价格低，耐热性和耐蚀性稍差的珠光体耐热钢。这样，由于在机组中的各部位的工作温度的不同，相应地需要使用各种不同化学成分和组织性能的钢材，因此必然会遇到异种金属的焊接问题。异种金属焊接构件可以最大限度地利用材料各自的优点，达到物尽其用的效果。异种金属的焊接是一门新的学科技术，它除了要研究焊接的一般规律以外，还要研究许多特殊的规律，如异种金属的物理、化学性能和组织结构变化、金属间化合物的形成机理，冶金扩散过程，接头性能的检测等等，涉及面很广。近年来，异种金属焊接的试验研究和生产应用日益受到广大焊接科技工作者的重视，并已取得了许多丰富的理论知识和实践经验，相信在不久的将来异种金属焊接构件会在工程上得到越来越广泛的应用。异种金属焊接由于不同金属的化学成分、组织结构、机械性能及物理性能的差异，因此要比同种金属复杂得多，焊接的可靠性问题也显得更加突出。
　　一、 异种金属焊接的必要性
　　1.在不同运行温度、腐蚀和氧化环境可以采用不同的材料。
　　2.为提高化工压力容器使用寿命，在低合金耐热钢容器内侧，熔敷一层耐强腐蚀和高温的高合金奥氏体不锈钢。
　　3.为提高表面强度和耐磨性，在普通钢表面堆焊一层高强耐磨合金。
　　4.为免除焊后热处理工艺，选择高合金的奥氏体不锈钢作焊接填充金属。
　　5.许多低合金钢、碳钢和铸铁，用同种材料补焊，会产生开裂，一般选用高合金的奥氏体钢焊条进行补焊。
　　6.为减轻机械承载结构的重量，在局部受力较大部位采用高合金钢。
　　二、异种金属焊接存在的问题
　　异种金属焊接所存在的一些固有问题也阻碍了它的发展，如异种金属熔合区的构成和性能，异种金属焊接结构的破坏多半发生在熔合区，由于靠近熔合区各段上焊缝结晶特点不同，又易形成性能不好的，成分变化的过渡层。另外，由于处在高温的时间长，这一区域的扩散层会扩大，会进一步使金属的不均匀性增加。而且异种金属焊接时或焊后经热处理或经高温运行后，经常发现低合金一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中“迁移”的现象，分别在熔合线两侧形成脱碳层和增碳层，在低合金一侧母材形成脱碳层，在高合金焊缝一侧形成增碳层。
　　防碍和阻止异种金属结构的使用和发展主要表现在以下几个方面：
　　1.在室温下，异种金属焊接接头区的机械性能(如拉伸、冲击、弯曲等)一般优于被焊母材的性能，但高温下或高温长期运行后，接头区的性能劣于母材。
　　2.在奥氏体焊缝与珠光体母材之间存在一个马氏体过渡区，该区韧性较低，是一个高硬度脆性层，也是导致构件失效破坏的薄弱区，它会降低焊接结构的使用可靠性。
　　3.焊后热处理或高温运行过程中碳迁移会导致在熔合线两侧分别形成增碳层和脱碳层。一般认为脱碳层由于碳的减少而导致该区域组织、性能发生较大变化(一般是劣化)，从而使得该区域容易在服役过程中发生早期失效。很多服役中的高温管线或者试验中的高温管线的失效部位都集中在脱碳层。
　　4.失效与时间，温度和交变应力等条件有关。
　　5.焊后热处理不能消除接头区的残余应力分布。
　　6.化学成分的不均匀性。
　　异种金属焊接的时候，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有着明显的差别，焊接过程中，母材和焊材都会熔化并相互混合，混合的均匀程度随着焊接工艺的改变而改变，而且焊接接头不同的位置，混合均匀程度也有很大差异，这就造成了焊接接头化学成分的不均匀性。
　　7.金相组织的不均匀性
　　由于焊接接头化学成分的不连续，经历了焊接热循环后，焊接接头各个区域出现不同的组织，往往在某些区域出现极其复杂的组织结构。
　　8.性能的不连续性
　　焊接接头的化学成分和金相组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同。沿焊接接头的各个区域强度、硬度、塑性、韧性、冲击性能、高温蠕变、持久性能都有很大差别。这种显著的不均匀性使得焊接接头不同区域在相同的条件下，表现出来的行为有很大的差异，出现弱化区域和强化区域，尤其是在高温的条件下，异种金属焊接接头在服役过程中经常出现早期失效。
　　总之，一方面随着异种金属连接技术在机械、石油、化工等行业得到越来越多的运用和日益受到人们的重视。而另一方面由于异种金属在化学成分、显微组织和理化机械性能等方面存在较大的差异，采用通常的焊接工艺方法进行焊接会遇到相当大的困难，难以满足工程实际的需型，同时异种金属结构一般在复杂的工况下工作，如高温、高压、腐蚀环境等。因此，研究不同材料之间的连接具有现实的工程实用意义。
　　
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