第13讲 常用金属材料的焊接

1、材料成型基础材料成型基础 刘志卫 单位：机械工程学院 机械制造与自动化教研室 手机邮箱： 安徽理工大学安徽理工大学 材料成型基础材料成型基础 第第1313讲讲 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 p一、金属材料的焊接性 p二、碳素钢和低合金结构钢的焊接 p三、不锈钢的焊接 p四、铸铁的补焊 p五、非铁金属的焊接 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 主要内容主要内容 p 焊接性焊接性：采用一定焊接方法、材料、工艺参数及结构形式 的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 p 焊接性一般包括两个方面：焊接性一般包括两个方面： 接合性能：接合性能：在给定焊接工艺条件下，形成

2、完好焊接接头的 能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性； 使用性能：使用性能：在给定焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件 下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性 能（如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等）。 金属材料的焊接性金属材料的焊接性 焊接性概念焊接性概念 p 材料因素：材料因素：金属材料和焊接材料。 p 焊接方法：焊接方法：不同材料选用不同方法。 p 工艺因素：工艺因素：焊接电流、电压等的选择。 p 使用条件：使用条件：耐腐蚀、耐高温等。 金属材料的焊接性金属材料的焊接性 影响焊接的因素影响焊接的因素 p 钢的裂纹倾向与化学成分有关钢的裂纹倾向与化学成分有关: 通常将影响最大的碳作为基础

3、元素 其它元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数 p 碳当量碳当量:碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和 p 国际焊接学会推荐的碳钢和低合金结构钢: 金属材料的焊接性金属材料的焊接性 焊接性评定方法碳当量焊接性评定方法碳当量 15 )()( 5 )()()( 6 )( )()( CuwNiwVwMowCrwMnw CwCEw p 碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。 p wCE0.4%时，淬硬和冷裂倾向不大,焊接性良好； p wCE=0.4%0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向逐渐增加,焊接 性较差,焊接时需要采取一定的预热、缓冷等

4、工艺措施，以防 止产生裂纹； p wCE0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差， 一般不用于生产焊接结构。 金属材料的焊接性金属材料的焊接性 焊接性评定方法碳当量焊接性评定方法碳当量 p 低碳钢的焊接低碳钢的焊接(Wc0.25%) Q235、10、15、20等是应用最广的焊接结构材料，塑性 好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，焊接性最好。任何焊接 方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。 p 注意以下问题： （1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进 行预热，否则容易产生裂纹。 （2）重要结构焊后进行去应力退火消除焊接应力。低碳钢 对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧

5、焊、埋弧 焊、气体保护电弧焊和电阻焊。 碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接 碳素钢的焊接碳素钢的焊接 p 低碳钢的焊接低碳钢的焊接(Wc0.25%) 碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接 碳素钢的焊接碳素钢的焊接 低碳钢焊接材料的选择 p 中碳钢的焊接中碳钢的焊接(WC 0.25%0.60%) 中碳钢有淬硬倾向，接头易产生低塑性的淬硬组织和冷裂 纹，焊接性较差。一般为锻件和铸钢件，常进行补焊。 p 焊接方法：手工电弧焊手工电弧焊。 p 焊条选用：抗裂性好的低氢型焊条(如J426、J427、J506、 J507)，焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的焊条。焊

6、接时，应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向， 减小焊接应力。接头处开坡口进行多层焊，采用细焊条小电 流，可以减少母材金属的熔入量,降低裂纹倾向。 碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接 碳素钢的焊接碳素钢的焊接 p 高碳钢的焊接高碳钢的焊接(WC 0.60%) 其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大， 焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构，大多是用手 工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件。 p 焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。 碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接 碳素钢的焊接碳素钢的焊接 p 按屈服强度分为

7、九级：Q300、350、400、450、500、550 、600、700、800MPa。 p 400MPa的低合金结构钢，的低合金结构钢，wCE0.4%，存在淬硬和冷裂问，存在淬硬和冷裂问题，焊接性与 中碳钢相当，需焊前预热(150左右左右)可以降低冷却速度，避 免出现淬硬组织； p 适当调节焊接工艺参数，可以控制热影响区的冷却速度， 保证焊接接头获得优良性能；焊后热处理能消除残余应力， 避免冷裂。 碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接 低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接 p 按屈服强度分为九级：Q300、350、400、450、500、550 、600、700、800MPa

8、。 p 含C较低，对较低，对S、P控制较严，控制较严，手弧焊手弧焊、埋弧焊埋弧焊、气保焊气保焊和 电渣焊电渣焊均可用，以手工电弧焊和埋弧焊较常用；选择焊接材 料时，通常从等强度原则出发，为了提高抗裂性，尽量选用 碱性焊条和碱性焊剂，对于不要求焊缝和母材等强度的焊件 ，亦可选择强度级别略低的焊接材料，以提高塑性，避免冷 裂。 碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接 低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接 p 含有不少于12%的铬，还含有镍、锰、钼等合金的铬，还含有镍、锰、钼等合金元素，以 保证其耐热性和耐腐蚀性。 p 按组织状态，不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢 和马氏体不锈钢

9、等，其中以奥氏体不锈钢的焊接性最好，广 泛用于石油、化工、动力、航空、医药、仪表等部门的焊接 结构中。 p 常见1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9 不锈钢的焊接不锈钢的焊接 不锈钢的焊接不锈钢的焊接 p 一般熔焊方法均能用于奥氏体不锈钢的焊接，目前生产上 常用的方法：手工电弧焊；氩弧焊和埋弧焊。 p 注意注意：焊条、焊丝、焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成 分类型相同。 不锈钢的焊接不锈钢的焊接 不锈钢的焊接工艺不锈钢的焊接工艺 p 铸铁在制造和使用中容易出现各种缺陷和损坏。铸铁补焊 是对有缺陷铸铁件进行修复的重要手段，在实际生产中具有 很大的经济意义。 p 铸铁的焊接性

10、p 铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易 产生白口组织、裂纹和气孔。 p 应用：应用：补焊铸铁常用方法补焊铸铁常用方法：气焊和手工电弧焊。气焊和手工电弧焊。 铸铁的补焊铸铁的补焊 铸铁的补焊铸铁的补焊 p 铸件焊补常分为热焊法和冷焊法两种。 p 热焊法：热焊法：加热达600700高温，采用同材质焊条， 选择大电流连续补焊，焊后缓冷。一般多用于小型及焊后需 加工的复杂和重要铸件。 p 特点：质量好，生产率低，成本高，劳动条件差。 p 冷焊法：冷焊法：焊前不预热或进行较低温度预热(400)。冷 焊时，采用非铸铁型焊条，应用小电流、短电弧、窄焊缝， 每次焊接长度一般不超过50mm，并在

11、焊后及时轻轻锤击焊缝 。 p 特点：加工性能较差，但劳动条件好，成本低。 铸铁的补焊铸铁的补焊 铸铁的补焊铸铁的补焊 p （1）难熔合导热系数大，散热快，要求热源集中且）难熔合导热系数大，散热快，要求热源集中且焊前 须预热，否则，易产生未焊透或未熔合等缺陷。 p （2）裂纹倾向大，氧化形成的低熔共晶体）裂纹倾向大，氧化形成的低熔共晶体(Cu2O+Cu)在在 晶界上，容易产生热裂纹。晶界上，容易产生热裂纹。 p （3）焊接应力和变形较大，铜的线胀系数大，收缩率）焊接应力和变形较大，铜的线胀系数大，收缩率也 大，且焊接热影响区宽。 p （4）容易产生气孔液态铜溶解大量的氢，冷却凝固）容易产生气孔液

12、态铜溶解大量的氢，冷却凝固时， 来不及逸出的氢气即在焊缝中形成氢气孔。 非铁合金的焊接非铁合金的焊接 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接存在问题存在问题 p 常用：常用：氩弧焊、气焊和手工电弧焊 p 其中氩弧焊是焊接紫铜和青铜最理想的方法； p 黄铜焊接常采用气焊，因气焊时可采用微氧化焰加热，使 熔池表面生成高熔点的氧化锌薄膜，以防止锌的进一步蒸发 ，或选用含硅焊丝，可在熔池表面形成致密的氧化硅薄膜， 既阻止锌的蒸发，又对焊缝起到保护作用。 非铁合金的焊接非铁合金的焊接 铜及铜合金的焊接方法铜及铜合金的焊接方法 p 为保证焊接质量，应采取以下措施： p （1）为防止产生）为防止产生Cu2O，可在

13、焊接材料中加入脱氧，可在焊接材料中加入脱氧剂，如 采用磷青铜焊丝，即可利用磷进行脱氧。 p （2）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的来源 ，避免气孔的形成。 p （3）厚板焊接时焊前预热弥补热量的损失，改善应）厚板焊接时焊前预热弥补热量的损失，改善应力的 分布状况。焊后锤击焊缝，减小残余应力。 非铁合金的焊接非铁合金的焊接 铜及铜合金的焊接工艺铜及铜合金的焊接工艺 p （1）易生成致密的氧化膜）易生成致密的氧化膜(2050,Al2O3)，焊接，焊接时阻碍金 属的熔合，且由于密度大，容易形成夹杂。 p （2）液态铝大量溶解氢，液态时吸收的氢气来不及

14、）液态铝大量溶解氢，液态时吸收的氢气来不及析出 ，极易在焊缝中形成气孔。 p （3）线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，）线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，焊接 应力很大，焊接接头容易产生裂纹。 p （4）高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，操）高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，操作时 难以掌握加热温度，容易出现烧穿等缺陷。 非铁合金的焊接非铁合金的焊接 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 主要问题主要问题 p 焊接方法：氩弧焊、电阻焊、气焊，其中氩弧焊应用最广 ，气焊在薄件生产中仍在采用。 p 电阻焊焊接铝合金时，应采用大电流、短时间通电，焊前 必须清除焊件表面的氧化膜。 p 如果对焊接质量要求不高，薄壁件可采用气焊，焊前必须 清除工件表面氧化膜，焊接时使用焊剂，并用焊丝不断破坏 熔池表面的氧化膜，焊后应立即将焊剂清理干净，以防止焊 剂对焊件的腐蚀。 非铁合金的焊接非铁合金的焊接 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 p 采取以下工艺措施： p （1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分， 便于熔合，防止气孔、夹渣等缺陷。