異種金屬焊接技術(shù)的應(yīng)用實(shí)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(shí)際使用過程中，任何一種零部件各部分所承擔(dān)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(yīng)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(yīng)力。在這種情況下，應(yīng)用異種金屬焊接技術(shù)就比較合適，因?yàn)樗艹浞职l(fā)揮不同材料的性能優(yōu)勢，最大限度地利用材料的各自優(yōu)點(diǎn)，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(fù)合零部件，既能滿足各種性能的要求，又可節(jié)約各種貴重材料，降低成本。

2 異種金屬焊接的主要難點(diǎn)

1）當(dāng)兩種被焊金屬的物理性能差異較大時(shí)，會(huì)使熔化不一致，焊接困難，易使焊接接頭難以焊合。當(dāng)兩種被焊金屬的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，會(huì)使接頭區(qū)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和變形，即容易使焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，甚至導(dǎo)致焊縫與母材剝離。

2)當(dāng)被焊金屬的導(dǎo)熱性能和比熱容不同時(shí)，會(huì)改變焊縫的溫度場及結(jié)晶條件，并影響難容金屬的清潤性能。同時(shí)使焊縫結(jié)晶條件變壞，晶粒粗化嚴(yán)重。

3）當(dāng)被焊金屬的電磁性相差很大時(shí)，焊接電弧不穩(wěn)定，造成焊縫形成不良。異種金屬的氧化性越強(qiáng)，越難進(jìn)行焊接。異種金屬之間形成金屬間化合物的數(shù)量越多，焊縫越容易產(chǎn)生裂紋。異種金屬焊接時(shí)，焊縫與母材不易達(dá)到等強(qiáng)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(qū)、熱影響區(qū)等接頭區(qū)域具有良好的力學(xué)性能和綜合性能，如耐熱性、熱強(qiáng)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(qū)域不能出現(xiàn)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(biāo)的焊接缺陷。

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

3）異種金屬材料焊接時(shí)，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(shí)，選擇不銹鋼焊接材料。

4 金屬焊接技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

碎邊剪改造：碎邊剪刀軸原材質(zhì)34CrNi－Mo，要用42CrMo材質(zhì)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(jī)主電機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)首先要采取防止近焊縫區(qū)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(shí)，選用的焊接材料熔敷金屬強(qiáng)度應(yīng)保證焊縫金屬及接頭的強(qiáng)度不低于強(qiáng)度較低一側(cè)母材的強(qiáng)度，同時(shí)焊縫金屬的塑性和沖擊韌性應(yīng)不低于強(qiáng)度較高而塑性較差一側(cè)母材的性能。如果工件不允許進(jìn)行預(yù)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(kuò)散氫的來源，可以有效地防止產(chǎn)生冷裂紋，同時(shí)焊縫金屬的力學(xué)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(dāng)量Ceq≈0.9，淬硬、冷裂傾向都很大。碎邊剪機(jī)刀軸在工作中承受交變載荷作用，要求焊縫強(qiáng)度高、塑性好；同時(shí)，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(yīng)力，因此焊前不能預(yù)熱。所以，必需采用合適的焊接材料，進(jìn)行冷焊。綜合考慮以上因素，選用A502焊條進(jìn)行焊接。在操作時(shí)，嚴(yán)格控制焊接線能量輸入，以減少粗晶淬火區(qū)的高溫停留時(shí)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(jìn)行焊接。但由于采用δ60mm圓筒與δ160mm鋼板剛性大，焊接應(yīng)力大，為了消除焊接應(yīng)力，促使擴(kuò)散氫逸出以防止產(chǎn)生冷裂紋，采取焊前預(yù)熱、焊后600℃×3h退火，以改善焊接接頭的組織及性能。

5 實(shí)施效果

碎邊剪改造因?yàn)樗檫吋舻遁S的竄動(dòng)撞擊箱蓋造成箱體漏油，用42CrMo鍛鋼調(diào)質(zhì)后將碎邊剪機(jī)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(zhì)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(jī)箱體漏油問題，大大減少了維修時(shí)間，極大的穩(wěn)定了生產(chǎn)。

粗軋機(jī)主電機(jī)轉(zhuǎn)子100t吊具制作當(dāng)時(shí)粗軋機(jī)主電機(jī)安裝中需要100t吊具，時(shí)間緊、任務(wù)重。16Mn+Q235的焊接問題的解決，確保了該設(shè)備順利制作，及時(shí)交貨使用。同時(shí)為制作單位積累了制造同類設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，也為集團(tuán)公司節(jié)約了大量的備件訂貨資金。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊（第二卷）.機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

[2]安珣，錢在中.焊接技術(shù)手冊.山西科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[3]完衛(wèi)國.焊條電弧堆焊應(yīng)用實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社,1999.