钢与有色金属焊接
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有色金属焊接方法
有色金属焊接方法有色金属焊接是指对铜、铝、镍、钛等非铁基金属的焊接过程。
由于这些金属的熔点低、导热性能好、导电性能好以及韧性强等特点，使得它们成为各种工业领域中广泛应用的材料。
下面将详细介绍一些常见的有色金属焊接方法。
1. 焊锡焊接：焊锡焊接主要适用于铜及铜合金的焊接。
该方法通过在焊缝上焊锡来完成焊接过程。
焊锡具有低的熔点，使得在加热的过程中只需受热区域达到焊锡的熔点即可保证焊接质量。
这种方法适用于很多领域，如电子器件、仪器仪表、管道等。
2. 氩弧焊接：氩弧焊接适用于铝及其合金的焊接。
氩气在该焊接方法中起到保护焊缝的作用，以防止氧化。
在焊接过程中，电弧通过铝焊丝，并在氩气的保护下使焊丝熔化，然后与基材达到焊接温度，形成焊缝。
这种方法适用于飞机、汽车、船舶等航空航天工业和交通工具制造业。
3. 电阻焊接：电阻焊接适用于铜、铝等金属的焊接。
该方法利用电流通过工件引起局部加热，使两个工件达到熔点而完成焊接过程。
这种方法能够在短时间内实现快速焊接，适用于各种金属材料的焊接，如汽车制造、管道安装等。
4. 慢速电弧焊接：慢速电弧焊接适用于钛及其合金的焊接。
由于钛的反应性较强，容易氧化，所以在焊接过程中需要使用惰性气体来保护焊缝。
电弧的温度可达到5000摄氏度，因此在焊接过程中需要较高的焊接能量。
这种方法适用于航空航天工业和化工工业中的钛材料焊接。
5. 气体焊接：气体焊接适用于铜、铝、镍等金属的焊接。
气体焊接主要包括氩气焊接、氢气焊接和二氧化碳焊接等。
其中，氩气焊接适用于非铁基金属及其合金的焊接，氢气焊接适用于高温合金的焊接，二氧化碳焊接适用于低碳钢等的焊接。
这种方法适用于船舶、汽车制造、建筑等各个领域。
总结起来，有色金属焊接方法有很多种，每种方法都有其适用的金属与焊接需求。
在选择合适的焊接方法时，需要根据具体的材料和焊接要求进行综合考虑。
同时，焊接操作和焊接设备的选择也是影响焊接质量的重要因素，需要严格遵循相关的操作规程和标准，确保焊接质量。
《金属材料焊接》课程标准
《金属材料焊接》课程标准一、课程定位《金属材料焊接》是焊接技术及自动化专业的核心专业课程。
该课程是焊接技术及自动化专业的必修科目，前期知识包括金属材料与热处理等专业基础课，后期是金属材料的焊接操作方法等专业课程。
本课程主要是对各种金属材料的分类与性能进行介绍，然后分析其焊接性，通过分析焊接性再制定各种焊接方法与焊接工艺。
最后要达到能够对各种金属材料选择焊接方法，制定焊接工艺，特别是不同的金属材料在选择焊接工艺过程中的差异。
二、课程目标通过《金属材料焊接》课程的学习，使学生具备对各种不同的金属材料焊接工艺进行合理的选择与制定的基本知识，为学习掌握和提高专业知识和职业技能打下基础。
1.知识目标（1）理解金属焊接性的基本概念与内容，以及理解影响金属焊接性的四大因素，特别是各个因素的主要内容，掌握金属焊接性的各个实验方法。
（2）掌握非合金钢（碳钢）焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（3）掌握低合金高强度钢焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（4）掌握低合金特殊用钢焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（5）掌握不锈钢焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（6）掌握铸铁焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（7）掌握有色金属焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（8）掌握异种金属焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（9）掌握堆焊焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（10）掌握新型金属材料焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
金属材料与焊接基础知识
金属材料与焊接基础知识1.金属材料的分类金属材料主要分为有色金属和非色金属两大类。
有色金属包括铜、铝、铅、锡等，非色金属包括铁、钢等。
根据金属的组织结构和外形特点，金属材料可以进一步分为结晶态金属、非晶态金属和准晶态金属。
2.金属材料的特点金属材料具有良好的导电、导热性能，以及较高的强度和塑性。
金属材料也具有较高的熔点和热膨胀系数。
此外，金属材料容易与氧气反应生成氧化物，容易发生腐蚀。
3.焊接的基本概念焊接是利用高温将金属材料熔接在一起的过程。
焊接可以达到使焊缝与母材具有相同或相似的物理和化学性能的目的。
焊接方法可以分为气焊、电弧焊、电阻焊和激光焊等几种。
4.焊接的分类焊接可以分为气焊、弧焊、电阻焊、激光焊和电子束焊等几种。
气焊主要是通过燃烧混合气体来提供热源进行焊接；弧焊主要是使用电弧作为热源进行焊接；电阻焊主要是利用电流通过基材和焊件之间产生的电阻热进行焊接；激光焊则是利用激光束进行焊接；电子束焊则是利用电子束的能量进行焊接。
5.焊接缺陷与检测焊接中常见的缺陷主要有焊缝夹杂物、焊缝裂纹、焊接变形等。
为了保证焊接质量，需要进行焊缺陷的检测。
常见的焊缺陷检测方法有目视检测、超声波检测、射线检测等。
6.焊接安全注意事项在进行焊接操作时应注意个人安全。
首先，应佩戴焊接面罩和防护手套，以保护眼睛和皮肤免受强光和热溅的伤害。
其次，操作时应注意周围环境的通风和防护，避免中毒和火灾等危险。
最后，需要注意焊接设备和材料的正确使用和保养，以确保操作安全。
7.焊接中常用的金属材料焊接中常用的金属材料主要包括钢、铝、铜等。
钢是最常用的金属材料之一，具有较高的强度和耐用性。
铝和铜具有良好的导电和导热性能，适用于一些特殊焊接需求。
8.焊接材料与焊接参数在进行焊接操作时，需要选择合适的焊接材料和调整相应的焊接参数。
焊接材料包括焊芯和焊条。
焊接参数主要包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等。
选择合适的焊接材料和调整适当的焊接参数对焊接质量至关重要。
铸铜ZCuAl10Fe3与Q235B钢气体保护焊焊接工艺研究
of ZCuA l10Fe3 and Q235B steel
材质
铸造 数据 方法 类型
Rm / M Pa
Rp0. 2 / A ( % ) HB S M Pa
ZCuA l10Fe3
S型
标准值 实测值
≥500 605
≥280 235
≥15 ≥115 41 149
Q235B
热轧 标准值 ≥390 ≥235 ≥26 N /A 钢板 实测值 475, 510 305, 285 28, 31 N /A
12
加 ,焊缝组织为双相 α +ε组织 ,即焊缝的抗裂纹 性能提高 ,当含碳量为 10% ～43%时 ,焊缝具有 最高的抗裂纹性能 。但是试验发现再进一步提高 含碳量时 ,其抗裂纹性能迅速下降 ,其中原因和机 理还不清楚 。因此在我们的焊接和试验中必须要 严格控制焊缝的含碳量 。尽管许多资料表明这只 是调整铜与碳钢焊缝抗裂性能的一个方面 ,但是 在实际焊接中 ,具有很强的指导意义 。当然焊缝 抗裂纹性能的好坏还与其它合金元素有关 。
1 GM AW 焊接工艺与其它焊接工艺的比较
对于有色金属铜的焊接 ,我们常常采用焊条 电弧焊 ( SMAW )进行紫铜的焊接 。如在生产中采 用 T107铜焊条进行紫铜电极排的焊接 。该焊条 以紫铜为焊芯 ,采用直流反接 ,焊接时电弧比较稳 定 ,成型良好 。但是在实际焊接中一般需要采用 退焊法 、短焊道 ,层与层之间的焊渣必须要清理干 净 ,否则容易形成夹渣 。同时为了获得较好的接 头性能需要采用锤击法 。在施焊过程中要求层间 温度控制在 500～600 ℃,对焊接操作人员来讲其
4. 1 评定试件接头形式
先进行预堆 Q235B 侧 ,然后进行组对焊接 , 坡口间隙为 2. 5 mm ～3. 0 mm ,钝边为 2 mm ,焊接 过程中注意控制反变形 ,可以正反面交替施焊 ,反 面清根时注意不要将预堆的过渡层破坏 ,其工件 的坡口形式如图 1所示 。
焊接
3、电弧的极性及应用 （1)直流电源焊接 正接法：焊件接电源正极，焊条接负极。 反接法：焊件接电源负极，焊条接正极。 选择极性时，主要根据焊条的性质与焊件的厚度。 正接时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深,用于厚件 焊接；反接法用于薄板和有色金属焊接。
（2)交流电源焊接时，不存在正、反接问题。
（二）手工电弧焊设备
（四）手弧焊工艺
1）接头形式及坡口 根据焊接的结构形状、厚度及工作条件，可选择不同的接头 类型及坡口。
（3）焊接规范 焊接时，影响焊接质量与生产效率的工艺参数， 主要是焊条直径与焊接电流
焊条直径
由工件厚度、焊缝位臵和焊接层数等因素确定； 选用较大直径的焊条，能提高生产率； 但如用过大直径的焊条，会造成未焊透和焊缝成形不良。 一般情况下，焊件厚度＜4mm时，焊条直径等于焊件厚度；
气焊加热过程比较平稳、缓慢，生产率不高。 气焊的热影响区大，焊后工件变形较大，火焰对熔池保护差， 焊接质量不高。
主要用于焊接厚度＜3mm的薄钢板、有色金属及其合金，以 及铸铁的焊补。
（二）氧-乙炔焰 乙炔与氧混合所形成的火焰，由焰心、内焰和外焰组成
65
距内焰末端（2～4）mm处 温度最高，可达3150℃， 此处为焊接区
（三）电焊条（简称焊条） （1）电焊条的组成及其作用 手工焊焊条由焊芯和涂料（药皮）组成。
（3）电焊条的选用原则
• 等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求 焊缝金属与母材等强度， 因此可根据钢材强度等级来选 用相应的焊条。 • 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考 虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性 能而定。 • 低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度 较低的钢材来选用相应的焊条。 • 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用 相应的专用焊条。
异种金属的焊接
第八章异种金属的焊接随着现代工业的发展，对零部件提出了更高的要求，如高温持久强度、低温韧性、硬度及耐磨性、磁性、导电导热性、耐蚀性等多方面的性能。
而在大多数情况下，任何一种材料都不可能满足全部性能要求，或者是大部分满足，但材料价格昂贵，不能在工程中大量使用。
因而，为了满足零部件使用要求，降低成本，充分发挥不同材料的性能优势，异种材料焊接结构使的用越来越多。
第一节异种金属焊接概述一、异种金属的焊接性异种金属焊接与同种金属焊接相比，一般较困难，它的焊接性主要由两种材料的冶金相容性、物理性能、表面状态等决定的。
1.冶金相容性的差异“冶金学上的相容性”是指晶格类型、晶格参数、原子半径和原子外层电子结构等的差异。
两种金属材料在冶金学上是否相容，取决于它们在液态和固态的互溶性以及焊接过程中是否产生金属间化合物。
两种在液态下互不相溶的金属或合金不能用熔化焊的方法进行焊接，如铁与镁、铁与铅、纯铅与铜等，只有在液态和固态下都具有良好的互溶性的金属或合金（即固溶体），才能在熔焊时形成良好的接头；由于金属间化合物硬而脆，不能用于连接金属，如焊接过程中产生了金属间化合物，则焊缝塑性、韧性将明显下降，甚至不能完全使用。
2.物理性能的差异各种金属间的物理性能、化学性能及力学性能差异，都会对异种金属之间的焊接产生影响，其中物理性能的差异影响最大。
当两种金属材料熔化温度相差较大时，熔化温度较高的金属的凝固和收缩，将会使处于薄弱状态的低熔化温度金属产生内应力而受损；线膨胀系数相关较大时，焊缝及母材冷却收缩不一致，则会产生较大的焊接残余应力和变形；电磁性相差较大时，则电弧不稳定，焊缝成形不佳甚至不能形成焊缝；导热系数相差较大时，会影响焊接的热循环、结晶条件和接头质量。
3.表面状态的差异材料表面的氧化层、结晶表面层情况、吸附的氧离子和空气分子、水、油污、杂技等状态，都会直接影响异种金属的焊接性。
焊接异种金属时，会产生成分、组织、性能与母材不同的过渡层，而过渡层的性能会影响整个焊接接头的性能。
金属材料基础知识(2020.3.2)
导电性好的金属，导热性就好；相反，导热性好的，导电性不一定好。？
热膨胀性
金属受热时体积发生胀大的性能。衡量热膨胀性的指标称为 热膨胀系数。
磁性
金属材料在磁场中受到磁化的性能。 根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，分为铁磁性材 料、顺磁性材料、抗磁性材料三种。 铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。 抗磁性材料可用作要求避免电磁场干扰的零件和结构材料。
金属材料基础知识
二、钢材的分类、 常用钢材的表示方
碳素钢
法
1.钢材的分类
钢 材
合金钢
普通 碳素钢
优质 碳素钢
按合金 含量分
按用 途分
甲类钢 乙类钢 特类钢
按含碳 量分
工业纯铁C≤0.04% 低碳钢C＜0.25% 中碳钢C 0.25—0.6%
高碳钢C＞0.6%
按用 途分
碳素结构钢 易切钢 碳素工具钢
金属材料是现代机械制造业的基 本材料，广泛应用于制造各种生 产设备、工具、武器以及生活用 具，金属材料之所以获得广泛的 应用，是由于它具有许多良好的 性能。
金属材料在使用条件 下所表现出来的性能。
使用性能
金属 材料性能
物理性能 化学性能 机械性能
工艺性能
力学性能
金属材料在加工过程 中适应加工的能力。
金属材料基础知识
αk 值越大，材 料的韧性越好。
在小能量多次 冲击条件下， 其冲击抗力主 要取决于材料 的强度和塑性。
金属材料基础知识
5.疲劳强度
许多机械零件在工作过程中各点的应力随时间作周期性 的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力(也 称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力 低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作而产生裂纹或 突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。
钢与钛合金焊接
中间填料一般需要具备以下条件:
(1) 与两种基体(钛及钢) 分别有好的焊接性, 这是基本条件; (2) 要有一定的强度; (3) 耐腐蚀性要好。 后两个条件可视产品要求而定。
钢与钛及其合金的焊接
2、钢与钛及其合金的焊接特性
铌铜组合作中间填料
用铌与铜组合做中间填料,使钛与钢间接地焊接起来,这样就形成钛－铌 －铜－钢接头。用的材料是TA5 钛板、纯铌板、1Cr18Ni9Ti 不锈钢板、 10 号低碳钢板及青铜板。钛－铌－铜－钢接头本身存在着3 组接头:即 铌钛、铜钢及铌铜。
钢与钛及其合金的焊接
1、钛合金特点、分类及性能
钛合金 钛合金：加入Al、稳定相，中性元素Sn、Zr。
加入Al 5％，再结晶温度600 ——800 ，耐热性提高，减少H的敏感性， 过多（7％），Ti3Al相——脆性。
钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定， 但加工性比钛合金和＋钛合金差，不同进行热处理强化，只是600 ℃——700 ℃退火消除加工硬化， 500 ℃——600 ℃不完全退火消除焊 接残余应力。
当钛与钢直接熔焊时,焊缝中的含铁量会超过在钛中的溶解度范 围,在焊缝中极易形成脆性的金属间化合物。除金属间化合物外, 焊缝中还有与金属间化合物形成的低熔点共晶体
钢与钛及其合金的焊接
2、钢与钛及其合金的焊接特性
钢与钛及其合金的焊接
2、钢与钛及其合金的焊接特性
高温下钛易于吸收氢、氧、氮。从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸 收氧，从600℃开始吸收氮，使焊接区被这些气体污染而脆化，甚至 产生气孔。焊接时，加热到400℃以上的区域必须用惰性气体保护。 钛及钛合金的热导率大约只有钢的1/6，弹性模量只有钢的1/2。由于 热导率较小，焊接时容易引起变形。可以采用刚性夹具、冷却压块、 反变形及选用合适的焊接工艺等方法防止和减少变形。
(1) 与两种基体(钛及钢) 分别有好的焊接性, 这是基本条件; (2) 要有一定的强度; (3) 耐腐蚀性要好。 后两个条件可视产品要求而定。
钢与钛及其合金的焊接
2、钢与钛及其合金的焊接特性
铌铜组合作中间填料
用铌与铜组合做中间填料,使钛与钢间接地焊接起来,这样就形成钛－铌 －铜－钢接头。用的材料是TA5 钛板、纯铌板、1Cr18Ni9Ti 不锈钢板、 10 号低碳钢板及青铜板。钛－铌－铜－钢接头本身存在着3 组接头:即 铌钛、铜钢及铌铜。
钢与钛及其合金的焊接
1、钛合金特点、分类及性能
钛合金 钛合金：加入Al、稳定相，中性元素Sn、Zr。
加入Al 5％，再结晶温度600 ——800 ，耐热性提高，减少H的敏感性， 过多（7％），Ti3Al相——脆性。
钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定， 但加工性比钛合金和＋钛合金差，不同进行热处理强化，只是600 ℃——700 ℃退火消除加工硬化， 500 ℃——600 ℃不完全退火消除焊 接残余应力。
当钛与钢直接熔焊时,焊缝中的含铁量会超过在钛中的溶解度范 围,在焊缝中极易形成脆性的金属间化合物。除金属间化合物外, 焊缝中还有与金属间化合物形成的低熔点共晶体
钢与钛及其合金的焊接
2、钢与钛及其合金的焊接特性
钢与钛及其合金的焊接
2、钢与钛及其合金的焊接特性
高温下钛易于吸收氢、氧、氮。从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸 收氧，从600℃开始吸收氮，使焊接区被这些气体污染而脆化，甚至 产生气孔。焊接时，加热到400℃以上的区域必须用惰性气体保护。 钛及钛合金的热导率大约只有钢的1/6，弹性模量只有钢的1/2。由于 热导率较小，焊接时容易引起变形。可以采用刚性夹具、冷却压块、 反变形及选用合适的焊接工艺等方法防止和减少变形。
按照焊接过程中金属所处的状态及工
③ CO2 气体保护焊。CO2 气体保护焊属熔化极气体保护焊，其具有生产效率高、焊接变形小、适用范围广等特点。焊接时电弧为明弧焊，可见性好，采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便，操作简单，容易掌握，但不足之处是焊接飞溅较大，防风能力差。CO2 气体保护焊是目前广泛应用的一种电弧焊方法，主要用于汽车、船舶、管道、机车车辆、集装箱、矿山及工程机械、电站设备和建筑等金属结构的焊接。从被焊件材质上看，CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢；从工件厚度上看，采用钢丝短路过渡的方法，可以焊接薄板；采用粗丝熔滴过渡的方法，可以焊接中、厚板；从焊接位置上看，可以进行全位置焊接，也可以进行平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。
② 焊接速度高，当焊接厚度为8～10mm的钢板时，单丝埋弧焊速度可达 50～80cm/min；
③ 焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢地凝固，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。
但由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置，且不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏。另外，不适于焊接厚度小于l mm的薄板。
（6） 电子束焊 电子束焊是利用加速和聚集的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。
2．压力焊
压力焊是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。这类焊接有两种形式，可加热后施压，亦可直接冷压焊接，其压接接头较牢固。
（1） 电阻焊
电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。
1） 手弧焊
手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。另外由于电弧焊设备轻便，搬运灵活，可以在任何有电源的地方进行维修及装配中的短缝的焊接作业。特别适用于难以达到部位的焊接。适用于各种金属材料、各种厚度和各种结构形状的焊接。如工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金。
异种钢的焊接
原则: 1.在焊接接头不产生裂纹的前提，如果不能兼顾
焊缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的 焊接材料。 2.在许多情况下焊缝金属性能只需要符合两种母 材的一种，即认为技术要求。 3.焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成型美 观。 4.焊接材料应经济、易得。
异种钢焊接工艺要点:
（主要解决熔合线附近的金属韧性下降的问题） 1.异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的
1、焊接方法选择
这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和 具体条件外，关键是控制 熔合比，焊接时尽量减小熔合 比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合 金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的 熔合比范围。
表1-19奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点 比较
序号 1 2 3 4 5
减小，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚 对接时宜用X形坡口或U形坡口。 2.焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方式 及焊接层数的选择，应以减少母材金属的熔化和 提高焊缝的堆积量为主要原则。 3.当被焊的两种钢之一是淬硬钢时必须预热，预热 温度应根据焊接性差的一方选择。 4.复杂结构应先分件组装焊接，然后 再整体拼装焊 接比整体组装焊接好
既要满足异种钢焊接质量（尽可能减小熔合 比防止裂纹产生），又要尽可能考虑效率和经济。
优先选择焊条电弧焊（焊条种类多，适应性 强。珠光体钢与高铬马氏体钢焊接可采用二氧化 碳焊；高合金异种钢焊接一般氩弧焊;简单异种 钢构件可采用扩散焊、钎焊等
异种钢焊接材料选择原则:
要求焊缝金属力学性能及其他性能不低于母材中 的较低的一侧的指标。
H1Cr26Ni21 0.18 1.40 0.54 26.2 18.80 27.01 24.90 e
（1）采用H1Cr19Ni9焊丝
焊缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的 焊接材料。 2.在许多情况下焊缝金属性能只需要符合两种母 材的一种，即认为技术要求。 3.焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成型美 观。 4.焊接材料应经济、易得。
异种钢焊接工艺要点:
（主要解决熔合线附近的金属韧性下降的问题） 1.异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的
1、焊接方法选择
这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和 具体条件外，关键是控制 熔合比，焊接时尽量减小熔合 比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合 金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的 熔合比范围。
表1-19奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点 比较
序号 1 2 3 4 5
减小，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚 对接时宜用X形坡口或U形坡口。 2.焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方式 及焊接层数的选择，应以减少母材金属的熔化和 提高焊缝的堆积量为主要原则。 3.当被焊的两种钢之一是淬硬钢时必须预热，预热 温度应根据焊接性差的一方选择。 4.复杂结构应先分件组装焊接，然后 再整体拼装焊 接比整体组装焊接好
既要满足异种钢焊接质量（尽可能减小熔合 比防止裂纹产生），又要尽可能考虑效率和经济。
优先选择焊条电弧焊（焊条种类多，适应性 强。珠光体钢与高铬马氏体钢焊接可采用二氧化 碳焊；高合金异种钢焊接一般氩弧焊;简单异种 钢构件可采用扩散焊、钎焊等
异种钢焊接材料选择原则:
要求焊缝金属力学性能及其他性能不低于母材中 的较低的一侧的指标。
H1Cr26Ni21 0.18 1.40 0.54 26.2 18.80 27.01 24.90 e
（1）采用H1Cr19Ni9焊丝
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钢与铝及其合金的焊接
钢与铝及铝合金的物理性能对比
材 钢 料 碳钢Q235 不锈钢1Cr18Ni9Ti 纯铝1060（L2） 防锈铝5A03(LF3) 铝及铝合 金 熔点 /℃ 1500 1450 658 610 热导率 /W.m-1.K-1 77.5 16.3 217.7 146.5 密 度 /g.cm-3 7.86 7.98 2.70 2.67 线膨胀系数 /10-6.K-1 11.76 16.6 24 23.5 电阻率 /10-6.Ω.cm 1.5 7.4 2.66 4.96
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
② 镀锌低碳钢与铝及铝合金的氩弧焊 低碳钢与铝及铝合金（L1、L2、L3、LF21、LF3和LF5等）氩弧焊时，在碳钢 表面镀厚度为3～5μm的Zn、Sn、Ag可以获得较好的接头。但镀Cu、Ni、Al 等中间层，焊后接头强度不高。采用浸渍法镀上100～120μm厚的锌层，接头 强度也较好。钢表面镀锌层厚度对接头强度有很大影响，镀锌层越厚，接头强 度越高。 有镀锌层碳钢与铝及铝合金氩弧焊时，焊丝的选择对接头强度也有一定的影响。 如镀锌的Q235钢与铝氩弧焊时，选择1035（L4）铝丝作为填充材料，接头强 度可满足某些工件的要求，但不太稳定，断裂发生在焊缝上；用含镁焊丝 （LF5）不能保证焊缝强度，且断裂产生在电镀层上；纯铝L2和L3与镀锌钢 （镀层厚度小于30μm）焊接接头强度较好。 为减少金属间化合物脆性层厚度，必须提高焊接速度，但焊接速度太大时会产生 未焊透和其他形式的焊接缺陷。
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
近年来，环保问题越来越受到世界各国的重视,汽车工业 为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量,因此 对汽车用材料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其 中的重要措施之一。 在国外工业生产中，采用“钢＋铝”双金属焊接结构的产 品越来越多。由于铝及铝合金的密度小、比强度高，且具 有良好的导电性、导热性和耐蚀性，为了充分发挥材料的 固有性能和节省材料，将钢与铝及铝合金焊接成为异种金 属结构，具有独特的优势和良好的经济效益
碳钢与纯铝的冷压焊接头，强度可达80～100MPa；18-8奥氏体不锈 钢与Al-Mg合金的接头强度可达200～300MPa。采用摩擦焊时，为防 止产生金属间化合物，应尽量缩短接头的加热时间并施加较大的挤压 力，以便将可能形成的金属间化合物挤出接头区。但加热时间不能过 短，以免塑性变形量不足而不能形成完全结合。
在会影响铝的力学性能和焊接性能。
钢与铝及其合金的焊接
铝中加入铁会提高强度和硬度，降低塑性，增大脆性，对 焊接性影响严重。并且铝在铁中的溶解度比铁在铝中的溶解 度在很多倍，含大量铝的钢，具有某些良好的性能（如抗氧 化性），但含铝量超过5％以上时具有较大的脆性，严重地影 响焊接性。 熔点相差大 _ Al先熔，钢处于固态 线膨胀系数相差大 _ 热应力，热裂纹 Al氧化 _ Al2O3， 焊缝夹渣 助焊剂使用
工业纯铝 变形铝合金 铸造铝合金
铝及合金分类、成分和性能
分类 铸造铝合金 合金名称 简单铝硅合金 合金系 Al-Si 性能特点 铸造性能好，不能热处 理强化，力学性能较低 铸造性能良好，可热处 理强化，力学性能较高 示例 ZL102
特殊铝硅合金
Al-Si-Mg Al-Si-Cu Al-Si-Mg-Cu Al-Si-Mg-Cu-Ni
ZL101 ZL107 ZL105,ZL110 ZL109
铝铜铸造合金
铝镁铸造合金 铝锌铸造合金 铝稀土铸造合金
Al-Cu
Al-Mg Al-Zn Al-Re
耐热性好，铸造性能与 抗蚀性差
力学性能高，抗蚀性好 能自动淬火，宜于压铸 耐热性能好
ZL201
ZL301 ZL401
变形铝合 金
不能热处理强化 铝合金 可热处理强化铝 合金
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
汽车轻量化的要求必然涉及到铝钢之间的焊接,而铝 钢之间的焊接一直是焊接领域的热点问题和难点问 题, 铝钢焊接的主要问题： 两者之间的的固溶度较低、热物理性能差异较大, 并 且两者极易反应生成脆性的金属间化合物, 这种脆 性的金属间化合物极大地降低了焊接接头的力学性 能
防锈铝
Al-Mn Al-Mg
抗蚀性、压力加工性与 焊接性能好，但强度较 低 力学性能高 室温强度最高 锻造性能好 耐热性能好
3A21 5A05 2A11,2A12 7A04,7A09 2A14,2A50 2A70,2A80
硬铝 超硬铝 锻铝
Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al-Mg-Si-Cu Al-Cu-Mg-Fe-Ni
被焊材料 Q235A+LF6 Q235A+LF6 Q235A+LF6 厚度 /mm 3 6～8 9～10 电极材料、 直径/mm 钨极，φ3 钨极，φ3 钨极，φ3 焊接电流 /A 110～130 130～160 180～200 焊接电压 /V 16 18 20 焊接速度 /cm.s-1 0.18～0.22 0.18～0.24 0.18～0.28 填充金属化学成 分/% Ni3.5,Zn7, Si 4～5, Al余量
钢与铝及其合金的焊接
纯铝和铝合金牌号命命
GB/T3190-1996和GB/16474－1996 4位字符牌号 1×××或1A×× 纯铝 2××× Al－Cu 3××× Al－Mn 4××× Al－Si 5××× Al－Mg 6××× Al－Mg－Si 7××× Al－Zn 8××× Al－其他 9××× Al－备用
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
④ 不锈钢与铝及铝合金的氩弧焊 不锈钢与铝之间的相互作用取决于不锈钢的类型，铝与不锈钢直接进行氩弧焊不 会获得良好的接头。主要是因为它们之间会产生金属间化合物，使接头脆化。 因此，对于不锈钢与铝的焊接，必须采用中间金属过渡层的办法。
镀层金属种类不同，焊后结果也不同。镀镍层焊接性较差，镀层易被烧损；Ni、 Cu、Ag复合镀层上易形成裂纹；Ni、Cu、Sn复合镀层效果较好，Ni、Zn复 合镀层效果更佳。
焊接接头质量在很大程度上取决于镀镍过程的质量。焊前对铝及铝合金的表面准 备也是十分重要的，包括表面清洁及镀层。首先是清除油脂、油垢，清水冲洗， 盐酸溶液侵蚀，然后进行镀镍→镀铜→镀锌，干燥后渗铝，最后检查镀层表面 质量。
钢与铝及其合金的焊接
2、钢与铝及其合金的焊接特性
铁与铝既可以形成固溶体、金属间化合物，又 可以形成共晶体。铁在固态铝中的溶解度极小，室 温下铁几乎不溶于铝，所以含微量铁的铝合金在冷 却过程中会产生金属间化合物 FeAl3 。随着含铁量 的 增 加 ， 相 继 出 现 Fe2Al 、 Fe2Al7 、 Fe2Al5 、 Fe2Al2和 FeAl等，其中 Fe2Al5的脆性最大。由于在 铝合金中的铁总是以金属间化合物形式存在，其存
钢与有色金属的焊接－1
雷永平
主要内容
概论 钢与铝及其合计的焊接
概论
铝、铜、镍、钛等有色金属具有良好的耐蚀性， 较高的比强度以及在低温下能保持良好的力学 性能等特点。 有色＋钢复合制品：提高复合性能，导热导电， 耐蚀，提高焊接产品的使用寿命，节约材料。
应用：航空、汽车、化工、国防
钢与铝及其合金的焊接
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
工业纯铝 变形铝合金 铸造铝合金
为解决钢与铝熔焊时的困难，常采用的工艺措施有以下几种。 ① 在钢表面镀上与铝相匹配的第三种金属，如锌、银等，厚度约30 －40m为过渡层，钢侧为钎焊，铝侧为熔焊。 ② 对接焊时，使用K形坡口，坡口开在钢材侧。焊接热源偏在铝材 一侧，以使两侧受热情况均衡，防止镀层金属蒸发。 ③ 使用气体保护进行焊接，如采用氩弧焊。
钢与铝及其合金的焊接
1、铝及合金的特点
铝及合金分类、成分和性能
特点：
纯铝（Al)熔点：665℃，密度，2.7g/cm3,合金熔点 约566 ℃，比强度高，热容大，熔化潜热高，；致 密氧化膜，耐蚀性好，导电导热性好，纯铝导热性 是低碳钢的6陪，线膨胀系数是低碳钢的2陪。塑性 好，易加工成型和铸造各类零件。
防锈铝5A06(LF6)
防锈铝3A21(LF21) 硬铝2A12(LY12)
580
643 502117.2来自163.3 121.4
2.64
2.73 2.78
24.7
23.2 22.7
6.73
3.45 5.79
硬铝2A14(LD10)
510
159.1
2.80
22.5
4.30
钢与铝及其合金的焊接
（1 ） 熔焊特点 钢与铝及铝合金熔焊时，一般采用氩弧焊、电子束焊以 及气焊等焊接方法。要想获得良好的接头，必须保证在接 头上不产生金属间化合物。熔焊时，必须在钢表面镀一层 过渡金属，此过渡层金属与铝要有很好的结合性，才能形 成良好的焊接接头。
钢与铝及其合金的焊接
（2） 压焊特点
钢与铝采用摩擦焊、超声波焊、扩散焊和冷压焊等压焊方法进行焊 接，也可以得到良好的接头，但这些焊接方法有一个共同的缺点，就 是焊件的形状受到一定的限制。 压焊有利于钢与铝及铝合金的焊接，焊前必须彻底清理连接表面， 消除氧化物及薄膜，同时要保证接头处变形量在70%～80%以上。为 了得到更好的焊接接头，也可在钢母材金属表面先镀一层Zn、Cu或 Ag。
钢与铝及其合金的焊接
3、钢与铝及其合金的焊接工艺
（1）钢与铝及铝合金的氩弧焊
钨极氩弧焊的焊接工艺参数： 焊接电流为80～120A，钨极直径为3mm，填充 铝丝直径3mm。 焊接时，首先要使电弧指向铝一侧的焊丝上， 以减小和防止锌镀层过多或过早地被熔化。尤其 是在焊第一层焊缝时，更要特别注意镀层不能过 多或过早地烧损，必须使电弧指向填充焊丝上， 以防止电弧直接熔化镀锌层。 钢与铝氩弧焊的接头方式和电弧位置如图所示。 从采用氩弧焊方法和接头连接方式来看，实质上 是熔焊－钎焊的工艺形式，即对钢件来说是钎焊， 而对铝件来说是熔焊。这也是低熔点与高熔点异 种材料焊接工艺一种有效的方法。