第三节常用金属材料焊接

1、第三节金属材料的焊接性能第三节金属材料的焊接性能 金属材料的可焊性金属材料的可焊性钢的焊接钢的焊接铸铁的焊补铸铁的焊补有色金属的焊接有色金属的焊接异种金属的焊接异种金属的焊接金属材料的可焊性金属材料的可焊性可焊性的概念可焊性的概念 金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊好焊”和和“不好焊不好焊”的差别。的差别。估算钢材

2、可焊性的方法估算钢材可焊性的方法碳当量法：碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：公式为：15)()(5)()()(6)()()(CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEw 根据经验：根据经验： C C当量当量0.4%0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。热。 C C当量当量=0.4%=0.4%0.6%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向时，

3、钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。 C C当量当量0.6%0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。适当的热处理，才能保证焊接接头质量。 试比较下列钢材的焊接性。试比

4、较下列钢材的焊接性。 钢 号主要化学成分WE100工件板厚 （mm）CMnCuVMo09Mn2Cu0.11.40.31009MnV0.121.20.15014MnMoV0,121.50.150.550问题：零件结构材料不同，其焊接性不同。为了保 证焊接质量，那又如何来考虑其焊接技术呢？要解决这一问题，请注意以下三个要点：要解决这一问题，请注意以下三个要点： 钢的焊接钢的焊接一、低碳钢焊接一、低碳钢焊接低碳钢焊接性很好。一般的焊接方法都可以采用。低碳钢焊接性很好。一般的焊接方法都可以采用。母材大都选用母材大都选用 Q235Q235钢钢。根据不同焊接方法配根据不同焊接方法配 选焊条、焊丝或焊剂。选

5、焊条、焊丝或焊剂。焊接工艺与技术：焊接工艺与技术： 1 1、清除接口油污、水分，、清除接口油污、水分， 烘干焊条、焊剂。烘干焊条、焊剂。 2 2、对于厚度大的零件，、对于厚度大的零件， 为防止裂纹倾向，建为防止裂纹倾向，建 议采用焊前预热，不宜快冷。议采用焊前预热，不宜快冷。 预热温度为预热温度为100100150150。 汽车冲焊结构采用低碳钢，主要用汽车冲焊结构采用低碳钢，主要用点焊和点焊和MIGMIG焊等焊接方法，焊接性好。一般从效率上焊等焊接方法，焊接性好。一般从效率上考虑较多。生产线上多数用机器人操作。考虑较多。生产线上多数用机器人操作。焊接机器人焊接机器人 中碳钢又称调质钢，含中碳

6、钢又称调质钢，含碳量为碳量为0.40.6 ，主，主要用作轴、杆、轮及重载要用作轴、杆、轮及重载零件。零件。 高碳钢的含碳量高碳钢的含碳量0.6 ，一般作为高硬度、高耐，一般作为高硬度、高耐磨件的材料。磨件的材料。二、中、高碳钢焊接二、中、高碳钢焊接 中、高碳钢焊接中的主要问题是易在热影中、高碳钢焊接中的主要问题是易在热影响区内形成硬脆的马氏体组织，冷、热裂纹敏响区内形成硬脆的马氏体组织，冷、热裂纹敏感性强烈，也容易产生气孔和出现软化点。感性强烈，也容易产生气孔和出现软化点。 怎么办？1）清除接口油污、水分，烘清除接口油污、水分，烘 干焊条、焊剂，减少外界干焊条、焊剂，减少外界 氢的侵入。氢的侵

7、入。2 2）焊前预热，控制冷却速度）焊前预热，控制冷却速度 ，抑制，抑制马氏体相变。马氏体相变。3）采用低氢焊条）采用低氢焊条 。减小线能。减小线能量输入。量输入。4)4)焊后缓冷或后热等。焊后缓冷或后热等。合金结构钢中含有较多的合金元素，碳当量大，合金结构钢中含有较多的合金元素，碳当量大，焊接性不好。焊接中的主要问题依然是冷、热裂焊接性不好。焊接中的主要问题依然是冷、热裂纹敏感性和热影响区性能的脆化。纹敏感性和热影响区性能的脆化。合金结构钢的焊接工艺要点建议为：合金结构钢的焊接工艺要点建议为： 1、减少焊接材料中的合金成分含量，控制含碳、减少焊接材料中的合金成分含量，控制含碳量在最低范围内量

8、在最低范围内 ，只要求力学性能与母材匹配。，只要求力学性能与母材匹配。 2）焊前预热，控制冷却速度，抑制焊前预热，控制冷却速度，抑制马氏体相变。马氏体相变。 3）保持一定的焊接层间温度。）保持一定的焊接层间温度。焊后缓冷。焊后缓冷。 4 4）及时回火热处理，消除内应力，减小）及时回火热处理，消除内应力，减小脆性。脆性。三、合金结构钢的焊接 对不锈钢与耐热钢的焊接，不仅有力学性能要求，还要有物理化学性能的要求，比如耐腐蚀或高温抗氧化性等。四、不锈钢与耐热钢的焊接对不锈钢与耐热钢零件，怎么焊？对不锈钢与耐热钢零件，怎么焊？ 一般焊接方法都可以用于焊不锈钢。一般焊接方法都可以用于焊不锈钢。TIGTI

9、G焊用于焊焊用于焊不锈钢薄板。但焊耐热钢则有所不同。不锈钢薄板。但焊耐热钢则有所不同。 实施小电流、低电压、窄焊缝、快速焊。实施小电流、低电压、窄焊缝、快速焊。 焊前严格清除油污、尘土、水分等。坡口必须整焊前严格清除油污、尘土、水分等。坡口必须整齐光滑。齐光滑。 对奥氏体不锈钢，一般焊前不预热，焊后不热处对奥氏体不锈钢，一般焊前不预热，焊后不热处理。理。 焊接耐热钢时，可要依据其种类和合金成分的不焊接耐热钢时，可要依据其种类和合金成分的不同而选择不同的焊接方法和工艺。同而选择不同的焊接方法和工艺。铸铁的焊接特点：铸铁的焊接特点： 熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易熔合区易产生白口组织；易产生

10、裂缝；易产生气孔；熔池金属易流失产生气孔；熔池金属易流失1 热焊法热焊法 热焊法是焊前将工件整体或局部预热到热焊法是焊前将工件整体或局部预热到600600700700，焊后缓慢冷却。，焊后缓慢冷却。 热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。较高，生产率低，焊工劳动条件差。 一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件，如床头箱、汽缸体等。件，如床头箱、汽缸体等。五、铸铁的焊接2 冷焊法冷焊法 焊补之

11、前，工件不预热或只进行焊补之前，工件不预热或只进行400400以下低温以下低温预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝。冷焊法方便灵活、生产率高、成本低、劳动条缝。冷焊法方便灵活、生产率高、成本低、劳动条件好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于件好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。件。 焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、焊接时，应尽量采用小电流、短弧、

12、窄焊缝、短焊道（每段不大于短焊道（每段不大于50mm50mm）并在焊后及时轻轻锤击）并在焊后及时轻轻锤击焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。1 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是： 铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的8 8倍），焊接时热倍），焊接时热量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。 铜在液态易氧化，生成的铜在液态易氧化

13、，生成的CuCu2 2O O与铜组成低熔点共晶，分与铜组成低熔点共晶，分布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起开裂。程中极易引起开裂。六六 有色金属的焊接有色金属的焊接 铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔液中析出，来不及逸出就会生成气孔。从熔液中析出，来不及逸出就会生成气孔。 铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。 铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，

14、使焊接的铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。困难增大。 铜及铜合金铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、电弧焊、钎焊等可用氩弧焊、气焊、电弧焊、钎焊等方法进行焊接。方法进行焊接。 采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。法。2 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点658658）、铝）、铝锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：困难，其焊接特点是： 铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（铝与氧的亲和力很大，

15、极易氧化生成氧化铝（AlAl2 2O O3 3）。氧）。氧化铝组织致密，熔点高达化铝组织致密，熔点高达20502050，它覆盖在金属表面，能，它覆盖在金属表面，能阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。 铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。 液态铝能吸收大量的氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，液态铝能吸收大量的

16、氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，因此在溶池凝固时易生成气孔。因此在溶池凝固时易生成气孔。 铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。 目前焊接铝及铝合金的目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。焊、点焊、缝焊和钎焊。 不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能

17、。与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。钛及钛合金密度小，比强度高，高温强度好，且具钛及钛合金密度小，比强度高，高温强度好，且具有良好的低温冲击韧性，良好的抗腐蚀性能。有良好的低温冲击韧性，良好的抗腐蚀性能。（1 1）主要问题）主要问题 a a）氧化污染及接头脆化）氧化污染及接头脆化 b b）裂纹）裂纹 c c）气孔）气孔（2 2）焊接方法）焊接方法钨极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊钨极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊3 3钛及钛合金的焊接钛及钛合金的焊接 异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，因为除了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，因为除

18、了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它们之两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它们之间的焊接。间的焊接。 结晶化学性的差异结晶化学性的差异 物理性能的差异物理性能的差异熔点熔点线膨胀系数线膨胀系数导热率和比热导热率和比热 金属的氧化性金属的氧化性 金属间化合物金属间化合物 焊缝与母材不等强性焊缝与母材不等强性七七 异种金属的焊接性分析异种金属的焊接性分析 为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工艺外，还可采取如下一些工艺措施：艺外，

19、还可采取如下一些工艺措施： 尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止或减少生成金属间化合物。或减少生成金属间化合物。 熔焊时要很好地保护被焊金属，防止金属与周围空熔焊时要很好地保护被焊金属，防止金属与周围空气的相互作用。气的相互作用。 采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆焊中间过渡层，以防止生成金属间化合物。焊中间过渡层，以防止生成金属间化合物。 在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物相的产生和增长。相的产生和增长。异种金属的焊接方法异种金属的焊接方法 熔焊熔焊 采用熔焊最大特点是控制稀释率和金属间化采用熔焊最大特点是控制稀释率和金属间化合物的产生。因此，为了减少稀释率，降低熔合合物的产生。因此，为了减少稀释率，降低熔合比