过程装备制造与检测金属材料焊接PPT课件

1、第三节第三节 常用钢材的焊接常用钢材的焊接一、焊接性的概念一、焊接性的概念 金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定的的焊接方法焊接方法、焊接材料焊接材料、工艺参数工艺参数及及结构形式结构形式条件条件下，获得优质焊接接头的下，获得优质焊接接头的难易程度难易程度。 即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出易焊和难焊的差别。易焊和难焊的差别。第1页/共49页 金属材料的焊接性不是一成不变的金属材料的焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料及焊接工艺（包括预热和热处理用不同的

2、焊接方法、焊接材料及焊接工艺（包括预热和热处理等），其焊接性可能有很大差别。等），其焊接性可能有很大差别。 例如，化学活泼性极强的钛，焊接是比较困难的，曾一度例如，化学活泼性极强的钛，焊接是比较困难的，曾一度认为钛的焊接性很不好。但自氩弧焊的应用比较成熟以后，钛认为钛的焊接性很不好。但自氩弧焊的应用比较成熟以后，钛及其合金的焊接结构已在航空等工业部门广泛应用。及其合金的焊接结构已在航空等工业部门广泛应用。 由于新能源的发展，等离子弧焊接、真空电子束焊接、激由于新能源的发展，等离子弧焊接、真空电子束焊接、激光焊接等新的焊接方法相继出现，使钨、钼、钽、铌、锆等高光焊接等新的焊接方法相继出现，使钨、

3、钼、钽、铌、锆等高熔点金属及其合金的焊接都已成为可能。熔点金属及其合金的焊接都已成为可能。第2页/共49页焊接性包括两个方面：焊接性包括两个方面： 一是工艺焊接性一是工艺焊接性 主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性；纹的可能性； 二是使用焊接性二是使用焊接性 主要是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学主要是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其它特殊性能性能及其它特殊性能( (如耐热、耐蚀性能等如耐热、耐蚀性能等) )。 金属材料这两方面的焊接性可通过估算和试验方法来确定。金属材料这两方面的

4、焊接性可通过估算和试验方法来确定。第3页/共49页可焊性研究的工程意义：可焊性研究的工程意义： 根据目前的焊接技术水平，工业上应用的绝大多数金属材根据目前的焊接技术水平，工业上应用的绝大多数金属材料都是可焊的，只是焊接时的难易程度不同而已。料都是可焊的，只是焊接时的难易程度不同而已。 当采用新的材料制作焊接结构时，了解及评价新材料的焊当采用新的材料制作焊接结构时，了解及评价新材料的焊接性，是产品设计、施工准备及正确制定焊接工艺的重要依据。接性，是产品设计、施工准备及正确制定焊接工艺的重要依据。第4页/共49页二、钢材焊接性的估算方法二、钢材焊接性的估算方法 实际焊接结构所用的金属材料绝大多数是

5、钢材。实际焊接结构所用的金属材料绝大多数是钢材。 影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。 各种化学元素对焊缝组织性能、夹杂物的分布以及对焊接各种化学元素对焊缝组织性能、夹杂物的分布以及对焊接热影响区的淬硬程度等的影响不同，对产生裂纹倾向的影响也热影响区的淬硬程度等的影响不同，对产生裂纹倾向的影响也不同。不同。 在各种元素中，碳的影响最为明显，其它元素的影响可折在各种元素中，碳的影响最为明显，其它元素的影响可折合成碳的影响。合成碳的影响。 因此可用碳当量法来估算被焊钢材的焊接性。硫、磷对钢因此可用碳当量法来估算被焊钢材的焊接性。硫、磷对钢材的焊接性能影响也很大，

6、在各种合格钢材中，硫、磷含量都材的焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中，硫、磷含量都受到严格限制。受到严格限制。第5页/共49页碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为： 式中式中(C)、(Mn)、(Cr)、(Mo)、(V)、(Ni)、(Cu)为为钢中相应元素的质量百分数。钢中相应元素的质量百分数。根据经验：根据经验： (C)(C)当量当量0.40.60.6第6页/共49页碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为： 式中式中(C)、(Mn)、(Cr)、(Mo)、(V)、(Ni)、(Cu)为为钢中相应元素的质量百分数。钢中相应元

7、素的质量百分数。根据经验：根据经验： (C)(C)当量当量0.40.60.6时时第7页/共49页碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为： 式中式中(C)、(Mn)、(Cr)、(Mo)、(V)、(Ni)、(Cu)为为钢中相应元素的质量百分数。钢中相应元素的质量百分数。根据经验：根据经验： (C)(C)当量当量0.40.60.6时时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减接性不好。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，焊后要进行适当的热处少焊接应力和防

8、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。理，才能保证焊接接头质量。第8页/共49页 利用碳当量法估算钢材焊接性是粗略的，因为钢利用碳当量法估算钢材焊接性是粗略的，因为钢材的焊接性还受材的焊接性还受结构刚度结构刚度、焊后应力条件焊后应力条件、环境温度环境温度等因素等因素的影响。的影响。 例如，当钢板厚度增加时，结构刚度增大，焊后例如，当钢板厚度增加时，结构刚度增大，焊后残余应力也较大，焊缝中心部位处于三向拉应力状态，残余应力也较大，焊缝中心部位处于三向拉应力状态，因此表现出焊接性下降。因此表现出焊接性下降。 在实际工作中确定材料焊接性时，除初步估算外，在实际工作中确定材料

9、焊接性时，除初步估算外，还应根据实际情况进行抗裂试验及焊接接头使用焊接还应根据实际情况进行抗裂试验及焊接接头使用焊接性的试验，为制定合理的工艺规程提供依据。性的试验，为制定合理的工艺规程提供依据。第9页/共49页三、小型抗裂试验法三、小型抗裂试验法 小型抗裂试验法所用试样的尺寸较小，应小型抗裂试验法所用试样的尺寸较小，应用简便，能定性评定不同拘束形式的接头产生用简便，能定性评定不同拘束形式的接头产生裂纹的倾向。裂纹的倾向。常用的试验方法常用的试验方法：刚性固定对接试验法：刚性固定对接试验法 斜斜Y Y形坡口试验法形坡口试验法( (小铁研法小铁研法) ) 十字接头试验法等十字接头试验法等第10页

10、/共49页刚性固定对接试验法刚性固定对接试验法 先加工出一个厚度大于先加工出一个厚度大于40 mm40 mm的方的方形刚性底板，边长由焊接方法确定形刚性底板，边长由焊接方法确定( (焊焊条电弧焊时为条电弧焊时为300 mm300 mm，埋弧焊时为，埋弧焊时为400 400 mm)mm)。 再将待试焊接性的钢材按实际产再将待试焊接性的钢材按实际产品厚度加工出两块长方形试板，按规品厚度加工出两块长方形试板，按规定开出坡口后，如图将试板焊在刚性定开出坡口后，如图将试板焊在刚性底板上：底板上：试板厚度试板厚度12 mm12 mm时，取焊脚时，取焊脚k=k=；试板厚度试板厚度12 mm12 mm时，焊脚

11、足取为时，焊脚足取为12 mm12 mm。第11页/共49页刚性固定对接试验法刚性固定对接试验法 待周围固定焊缝冷却到常温以后，待周围固定焊缝冷却到常温以后，按实际产品的焊接工艺进行单层焊或多按实际产品的焊接工艺进行单层焊或多层焊。层焊。 焊完后在室温下放置焊完后在室温下放置24 h24 h：先检查焊缝及热影响区有无表面裂纹；先检查焊缝及热影响区有无表面裂纹；再从垂直焊缝方向切取厚度为再从垂直焊缝方向切取厚度为15 mm15 mm的金相磨片的金相磨片两块，进行低倍放大检验是否存在内裂纹。两块，进行低倍放大检验是否存在内裂纹。 第12页/共49页 从采用一般焊接工艺焊后检验有无裂纹或从采用一般焊

12、接工艺焊后检验有无裂纹或裂纹的多少，即可初步评定试板材料的焊接性。裂纹的多少，即可初步评定试板材料的焊接性。 而后调整工艺而后调整工艺( (如预热、缓冷等如预热、缓冷等) )再焊接试再焊接试板，直至不产生裂纹为止。板，直至不产生裂纹为止。 最后参考抗裂试验制订合理的焊接参数。最后参考抗裂试验制订合理的焊接参数。第13页/共49页常用钢材的焊接常用钢材的焊接第14页/共49页碳钢的焊接碳钢的焊接一、低碳钢的焊接一、低碳钢的焊接 低碳钢含碳量低碳钢含碳量0.250.25，其塑性好，一般没有淬硬倾向，其塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，焊接性好。焊这类钢时，不需要采取特殊对焊接过程不敏感，

13、焊接性好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需进行热处理的工艺措施，通常在焊后也不需进行热处理( (电渣焊除外电渣焊除外) )。 厚度大于厚度大于 50 mm50 mm的低碳钢结构，常用大电流多层焊，焊后的低碳钢结构，常用大电流多层焊，焊后应进行消除内应力退火。应进行消除内应力退火。 低温环境下焊接刚度较大的结构时，由于焊件各部分温差较大，低温环境下焊接刚度较大的结构时，由于焊件各部分温差较大，变形又受到限制，焊接过程容易产生较大的内应力，有可能导变形又受到限制，焊接过程容易产生较大的内应力，有可能导致结构件开裂，因此应进行焊前预热。致结构件开裂，因此应进行焊前预热。第15页

14、/共49页 低碳钢可以用各种焊接方法进行焊接。低碳钢可以用各种焊接方法进行焊接。 应用最广泛的：应用最广泛的：焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等和电阻焊等。 熔焊法熔焊法焊接结构钢时，焊接材料及工艺的选择主要焊接结构钢时，焊接材料及工艺的选择主要应保证应保证焊接接头与工件材料等强度。焊接接头与工件材料等强度。 焊条电弧焊焊条电弧焊焊接一般低碳钢结构，可选用焊接一般低碳钢结构，可选用E4313(J421)E4313(J421)、E4303(J422)E4303(J422)、E4320(J424)E4320(J424)焊条。焊条。 焊接动载荷结构

15、、复杂结构或厚板结构时，应选用焊接动载荷结构、复杂结构或厚板结构时，应选用E4316(J426)E4316(J426)、E4315(J427)E4315(J427)或或E5015(J507)E5015(J507)焊条。焊条。 埋弧焊埋弧焊时，一般采用时，一般采用H08AH08A或或H08MnAH08MnA焊丝配焊剂焊丝配焊剂431431进行焊接。进行焊接。第16页/共49页二、中、高碳钢的焊接二、中、高碳钢的焊接 中碳钢含碳量在中碳钢含碳量在0.250.250.60.6之间。随着含碳量的增加，之间。随着含碳量的增加，淬硬倾向越加明显，焊接性逐渐变差。实际生产中，主要是焊接淬硬倾向越加明显，焊接

16、性逐渐变差。实际生产中，主要是焊接各种中碳钢的铸件与锻件。各种中碳钢的铸件与锻件。 中碳钢的焊接特点：中碳钢的焊接特点： (1) (1) 热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹。热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹。 中碳钢属淬火钢，热影响区金属被加热超过淬火温度区段时，受工中碳钢属淬火钢，热影响区金属被加热超过淬火温度区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，势必出现马氏体等淬硬组织。件低温部分的迅速冷却作用，势必出现马氏体等淬硬组织。 当焊件刚性较大或工艺不当时，就会在淬火区产生冷裂纹，即焊接当焊件刚性较大或工艺不当时，就会在淬火区产生冷裂纹，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到室温后产生裂纹。接头焊后

17、冷却到相变温度以下或冷却到室温后产生裂纹。 (2) (2) 焊缝金属产生热裂纹倾向较大。焊缝金属产生热裂纹倾向较大。第17页/共49页二、中、高碳钢的焊接二、中、高碳钢的焊接中碳钢的焊接特点：中碳钢的焊接特点： (1) (1) 热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹。热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹。 (2) (2) 焊缝金属产生热裂纹倾向较大。焊缝金属产生热裂纹倾向较大。 焊接中碳钢时，因工件基体材料含碳量与硫、磷杂质焊接中碳钢时，因工件基体材料含碳量与硫、磷杂质含量远远高于焊芯，基体材料熔化后进入熔池，使焊缝金含量远远高于焊芯，基体材料熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加，塑性下降，加上硫、磷等杂质

18、的存在，焊属含碳量增加，塑性下降，加上硫、磷等杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产生裂纹。缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产生裂纹。经验表明，用焊条电弧焊焊接碳素钢，在焊缝中含碳量超过0.20%时，就有可能产生热裂纹；当含碳量超过0.4%时，热裂纹很难避免。 第18页/共49页焊接前：焊接前： 焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各部焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各部分的温差小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，分的温差小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织：避免产生淬硬组织： 一般情况下，一般情况下，3535钢和钢

19、和4545钢的预热温度可选为钢的预热温度可选为150150250250。结构刚度较大或钢材含碳量更高时，预热温度应再提高些。结构刚度较大或钢材含碳量更高时，预热温度应再提高些。焊接后：最好焊接后立刻热处理。焊接后：最好焊接后立刻热处理。 由于中碳钢主要用于制造各类机器零件，焊缝一般有一定由于中碳钢主要用于制造各类机器零件，焊缝一般有一定的厚度，但长度不大：的厚度，但长度不大： 焊接中碳钢多采用焊条电弧焊。焊接中碳钢多采用焊条电弧焊。 厚件可考虑采用电渣焊，但焊后要进行相应的热处理。厚件可考虑采用电渣焊，但焊后要进行相应的热处理。第19页/共49页焊条选择焊条选择 焊接中碳钢焊件，应选用抗裂能力

20、较强的低氢型焊条：焊接中碳钢焊件，应选用抗裂能力较强的低氢型焊条： 要求焊缝与工件材料等强度时要求焊缝与工件材料等强度时，可根据钢材强度选用，可根据钢材强度选用E5016(J506)E5016(J506)、E5015(J507)E5015(J507)、E6016E6016D1(J606)D1(J606)、E6015E6015D1(J607)D1(J607)焊条。焊条。 若若不要求等强度时不要求等强度时，可选用，可选用E4315 (J427)E4315 (J427)型强度低些的型强度低些的焊条，以提高焊缝的塑性。焊条，以提高焊缝的塑性。 不论用哪种焊条焊接中碳钢件，均应选用细焊条、小电不论用哪种

21、焊条焊接中碳钢件，均应选用细焊条、小电流，开坡口进行多层焊，以防止工件材料过多地熔人焊缝，流，开坡口进行多层焊，以防止工件材料过多地熔人焊缝，同时减小焊接热影响区的宽度。同时减小焊接热影响区的宽度。第20页/共49页高碳钢的焊接：高碳钢的焊接：特点：特点： 高碳钢的焊接特点与中碳钢基本相似。由于含碳量更高，焊高碳钢的焊接特点与中碳钢基本相似。由于含碳量更高，焊接性变得更差。接性变得更差。工艺：工艺： 进行焊接时，应采用更高的预热温度、更严格的工艺措施。进行焊接时，应采用更高的预热温度、更严格的工艺措施。应用：应用： 实际上，高碳钢的焊接一般只限采用焊条电弧焊进行修补工实际上，高碳钢的焊接一般只

22、限采用焊条电弧焊进行修补工作。作。第21页/共49页高碳钢的焊接高碳钢的焊接 1 1 高碳钢的成分特点与焊接性 高碳钢中碳的质量分数wcwc0.6%0.6%，焊接性很差，在实际中不用作焊接结构，一般是用作工具钢和铸钢，用于要求高硬度和高耐磨性的部件、零件和工具，所以高碳钢的焊接大多为修复性焊接。第22页/共49页1 1 高碳钢的成分特点与焊接性1 1）由于碳的质量分数更大，因此焊接时比中碳钢更容易产生热裂纹；2 2）高碳钢对淬火更加敏感，焊接时热影响区极易产生脆硬的高碳马氏体组织，所以淬硬倾向和冷裂纹倾向都很大；3 3）高碳钢导热性比低碳钢差，在焊接高温下晶粒长大快，且碳化物容易在晶界上集聚、

23、长大，使焊缝脆性增大，从而使接头强度降低；同时在接头中引起的内应力也较大，更容易促使裂纹的产生。第23页/共49页2 2高碳钢的焊接工艺要点1 1）焊接方法高碳钢焊接主要是高硬度、高耐磨性部件、零件和工具的焊接与修复，所以主要的焊接方法是焊条电弧焊和钎焊。2 2）焊接材料高碳钢焊接一般不要求接头与母材等强度。焊接材料根据钢中碳的质量分数、结构特点和使用条件来选择。第24页/共49页2 2高碳钢的焊接工艺要点2 2）焊接材料高碳钢的抗拉强度一般在675MPa675MPa以上，当要求接头强度较高时可选择E7015-D2E7015-D2（J707J707）或E6015-D2E6015-D2（J607

24、J607）焊条；强度要求不高时可选择E5015E5015（J507J507）或E5016E5016（J506J506）焊条；或者选择与以上焊条强度等级相当的低氢型低合金钢焊条；必要时可选用奥氏体不锈钢焊条，牌号与中碳钢所选焊条相同。第25页/共49页2 2高碳钢的焊接工艺要点3 3）施焊工艺要点1 1）高碳钢零件一般经过淬火+ +回火的热处理，因此焊接之前要先行退火，以减小裂纹倾向。2 2）采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热和道间温度控制在250250350350以上。3 3）采取与中碳钢相同的焊接工艺措施，如减小熔合比、小电流、低焊速焊接，整个工件应连续施焊完成，并采取措施减小内应力。

25、4 4）焊后将焊件立即放入炉中，在650650保温，进行消除应力热处理。第26页/共49页耐热钢和不锈钢的焊接耐热钢和不锈钢的焊接 珠光体耐热钢 ：以Cr，Mo为基础的低、中合金钢 碳当量数值约为0.45%0.90%，焊接性较差 焊条电弧焊：选用与母材成分相近的焊条，预热温度150400，焊后应及时进行高温回火处理。 低温钢：含Ni量较高的5Ni，9 Ni钢等 焊前不需预热 焊条成分要与母材匹配 焊接线能量输入要小 焊后回火注意避开“回火脆性区” 耐蚀钢： 除P含量较高的钢以外，其它耐蚀钢焊接性较好，不需预热或焊后热处理等。 选择与母材相匹配的耐蚀焊条。 第27页/共49页 奥氏体型不锈钢：C

26、r，Ni元素含量较高，C含量低 焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施 。 焊条、焊丝和焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同 采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速 接触腐蚀介质的表面应最后施焊 铁素体型不锈钢 热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化 焊前预热温度应在150以下 采用小电流、快速焊等工艺，以降低晶粒粗大倾向。 马氏体型不锈钢： 焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹 焊前预热温度200400 焊后要进行热处理，否则应选用奥氏体不锈钢焊条 第28页/共49页有色金属的焊接1 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

27、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，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

28、。第29页/共49页 铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔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。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，使焊接的困难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。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生成氧化锌（蚀蒸发并生成氧化锌（ZnOZnO）。改变接头化学成分、降）。改变接头化学成分、降低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝低接头性能

29、，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘度，生成气孔和夹渣。度，生成气孔和夹渣。 铜及铜合金铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、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。第30页/共49页2 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

30、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，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。

31、接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。第31页/共49页 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

32、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。与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。第32页/共49页合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接 合金结构钢分类：合金结构钢分类：机械制造用合金结构钢机械制造用合金结构钢低合金结构钢低合金结构钢 用于机械制造的合金结构钢零件用于机械制造的合金结构钢零件( (包括调质钢、渗碳钢包括调质钢、渗碳钢) )，一般都采用轧制或锻造的坯料，焊接结构较少。一般都采用轧制或锻造的坯料，焊接结构较少。 如需焊接，因其焊接性与中碳钢相似，所以其焊接工艺措如需焊接，因其焊接性与中碳钢相似，所以其焊

33、接工艺措施与中碳钢基本相同。施与中碳钢基本相同。第33页/共49页 焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢，焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢，又称低合金高强钢。其焊接特点如下：又称低合金高强钢。其焊接特点如下：(1) (1) 热影响区的淬硬倾向热影响区的淬硬倾向 低合金结构钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬低合金结构钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及合金元素程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，则焊后热影响区的淬硬倾向越大。越多，钢材强度级别越高，则焊后热影响区的淬硬倾向越大。 如如300 MP

34、a300 MPa级的级的09Mn209Mn2、09Mn2Si09Mn2Si等钢材的淬硬倾向很小，其焊接性与一等钢材的淬硬倾向很小，其焊接性与一般低碳钢基本一样。般低碳钢基本一样。 350 MPa350 MPa级的级的 Q345(Q345(即即16Mn)16Mn)钢淬硬倾向也不大，但当实际含碳量接近钢淬硬倾向也不大，但当实际含碳量接近允许上限或焊接参数不当时，过热区也完全可能出现马氏体等淬硬组织。允许上限或焊接参数不当时，过热区也完全可能出现马氏体等淬硬组织。 强度级别较大的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易强度级别较大的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，硬度明显增高，塑性和

35、韧度则下降。产生马氏体组织，硬度明显增高，塑性和韧度则下降。第34页/共49页 焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢，焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢，又称低合金高强钢。其焊接特点如下：又称低合金高强钢。其焊接特点如下：(2) (2) 焊接接头的裂纹倾向焊接接头的裂纹倾向 随着钢材强度级别的提高，产生冷裂纹的倾向也加剧。影随着钢材强度级别的提高，产生冷裂纹的倾向也加剧。影响冷裂纹的因素主要有三个方面：响冷裂纹的因素主要有三个方面： 焊缝及热影响区的含氢量；焊缝及热影响区的含氢量； 热影响区的淬硬程度；热影响区的淬硬程度； 焊接接头的应力大小。焊接接头的应力大小。 对于热裂纹，由于我国低合金

36、结构钢系统其含碳量低，且对于热裂纹，由于我国低合金结构钢系统其含碳量低，且大部分含有一定的锰，对脱硫有利。因此产生热裂纹的倾向不大部分含有一定的锰，对脱硫有利。因此产生热裂纹的倾向不大。大。第35页/共49页 根据低合金结构钢的焊接特点，生产中可分别采取以下措根据低合金结构钢的焊接特点，生产中可分别采取以下措施进行焊接。施进行焊接。对于强度级别较低的钢材：对于强度级别较低的钢材： 在常温下焊接时与对待低碳钢基本一样。在常温下焊接时与对待低碳钢基本一样。 在低温或在大刚度、大厚度构件上进行小焊脚、短焊缝焊在低温或在大刚度、大厚度构件上进行小焊脚、短焊缝焊接时，应防止出现淬硬组织，要适当增大焊接电

37、流、减慢焊接接时，应防止出现淬硬组织，要适当增大焊接电流、减慢焊接速度、选用抗裂性强的低氢型焊条。必要时需采用预热措施。速度、选用抗裂性强的低氢型焊条。必要时需采用预热措施。 对锅炉、受压容器等重要构件，当厚度大于对锅炉、受压容器等重要构件，当厚度大于20 mm20 mm时，焊时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。后必须进行退火处理，以消除应力。第36页/共49页对于强度级别高的低合金结构钢件：对于强度级别高的低合金结构钢件： 焊前一般均需预热。焊前一般均需预热。 焊接时，应调整焊接参数，以控制热影响的冷却速度不宜焊接时，应调整焊接参数，以控制热影响的冷却速度不宜过快。过快。 焊后还应进行热处

38、理以消除内应力。不能立即热处理时，焊后还应进行热处理以消除内应力。不能立即热处理时，可先进行消氢处理，即焊后立即将工件加热到可先进行消氢处理，即焊后立即将工件加热到200200350350，保，保温温2 26 h6 h，以加速氢扩散逸出，防止产生因氢引起的冷裂纹。，以加速氢扩散逸出，防止产生因氢引起的冷裂纹。第37页/共49页铸铁的补焊铸铁的补焊 铸铁含碳量高，组织不均匀，塑性很低，铸铁含碳量高，组织不均匀，塑性很低，属于焊接性很差的材料。因此不应用铸铁设计属于焊接性很差的材料。因此不应用铸铁设计和制造焊接构件。和制造焊接构件。 但铸铁件常出现铸造缺陷，铸铁零件在使但铸铁件常出现铸造缺陷，铸铁

39、零件在使用过程中有时会发生局部损坏或断裂，用焊接用过程中有时会发生局部损坏或断裂，用焊接手段将其修复，经济效益是很大的。手段将其修复，经济效益是很大的。 所以，铸铁的焊接主要是焊补工作所以，铸铁的焊接主要是焊补工作。第38页/共49页铸铁的焊接特点：铸铁的焊接特点： (1) (1) 熔合区易产生白口组织。熔合区易产生白口组织。 由于焊接时为局部加热，焊后铸铁件上的焊补区冷却速度远比铸造由于焊接时为局部加热，焊后铸铁件上的焊补区冷却速度远比铸造成形时快得多，因此很容易形成白口组织，其硬度很高，焊后很难进行成形时快得多，因此很容易形成白口组织，其硬度很高，焊后很难进行机械加工。机械加工。 (2)

40、(2) 易产生裂纹。易产生裂纹。 铸铁强度低，塑性差。当焊接应力较大时，就会在焊缝及热影响区铸铁强度低，塑性差。当焊接应力较大时，就会在焊缝及热影响区内产生裂纹，甚至使焊缝整体断裂。内产生裂纹，甚至使焊缝整体断裂。 当采用非铸铁组织的焊条或焊丝冷焊铸铁件时，铸铁因碳及硫、磷当采用非铸铁组织的焊条或焊丝冷焊铸铁件时，铸铁因碳及硫、磷杂质含量高，基体材料过多熔入焊缝中，易产生裂纹。杂质含量高，基体材料过多熔入焊缝中，易产生裂纹。 (3) (3) 易产生气孔。易产生气孔。 铸铁含碳量高，焊接时易生成铸铁含碳量高，焊接时易生成 COCO和和 COCO2 2气体，铸铁凝固中由液态转气体，铸铁凝固中由液态

41、转变为固态所经过的时间很短，熔池中的气体来不及逸出而形成气孔。变为固态所经过的时间很短，熔池中的气体来不及逸出而形成气孔。 (4) (4) 铸铁的流动性好。铸铁的流动性好。 立焊时熔池金属容易流失，所以一般只应进行平焊。立焊时熔池金属容易流失，所以一般只应进行平焊。第39页/共49页 根据铸铁的焊接特点，采用根据铸铁的焊接特点，采用气焊气焊、焊条电弧焊焊条电弧焊( (个别大件个别大件可采用电渣焊可采用电渣焊) )进行焊补较为适宜。进行焊补较为适宜。 按焊前是否预热，铸铁的补焊可分为按焊前是否预热，铸铁的补焊可分为热焊法热焊法和和冷焊法冷焊法两大两大类。类。 (1) (1) 热焊法热焊法 焊前将

42、工件整体或局部预热到焊前将工件整体或局部预热到600600700700，焊补后缓慢冷却。焊补后缓慢冷却。优点：优点： 热焊法能防止工件产生白口组织和裂纹，焊补质量较好，热焊法能防止工件产生白口组织和裂纹，焊补质量较好，焊后可进行机械加工。焊后可进行机械加工。缺点：缺点： 热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。应用：应用： 一般用于焊补形状复杂、焊后需进行加工的重要铸件。如一般用于焊补形状复杂、焊后需进行加工的重要铸件。如床头箱、汽缸体等。床头箱、汽缸体等。第40页/共49页焊接方法：焊接方法： 用气焊进行铸铁热焊比较方便。气焊火焰还可用气焊进行铸铁

43、热焊比较方便。气焊火焰还可以用于预热工件和焊后缓冷。以用于预热工件和焊后缓冷。填充金属：填充金属： 应使用专制的铸铁棒，并配以应使用专制的铸铁棒，并配以 CJ201CJ201气焊焊剂，气焊焊剂，以保证焊接质量。以保证焊接质量。 也可用铸铁焊条进行焊条电弧焊焊补，药皮成也可用铸铁焊条进行焊条电弧焊焊补，药皮成分主要是石墨、硅铁、碳酸钙等，以补充焊补处碳分主要是石墨、硅铁、碳酸钙等，以补充焊补处碳和硅的烧损，并造渣清除杂质。和硅的烧损，并造渣清除杂质。第41页/共49页 (2) (2) 冷焊法冷焊法 焊补前工件不预热或只进行焊补前工件不预热或只进行 400400以下的以下的低温预热。焊补时主要依靠

44、焊条来调整焊缝的化学成分以防止低温预热。焊补时主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分以防止或减少白口组织和避免裂纹。或减少白口组织和避免裂纹。优点：优点： 冷焊法方便、灵活、生产率高、成本低，劳动条件好。冷焊法方便、灵活、生产率高、成本低，劳动条件好。缺点：缺点： 焊接处切削加工性能较差。焊接处切削加工性能较差。应用：应用： 生产中多用于焊补要求不高的铸件以及不允许高温预热引生产中多用于焊补要求不高的铸件以及不允许高温预热引起变形的铸件。起变形的铸件。工艺：工艺： 焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、短焊道焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、短焊道( (每每段不大于段不大于50 mm50 m

45、m），并在焊后及时锤击焊缝以松弛应力，防止），并在焊后及时锤击焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。焊后开裂。第42页/共49页焊接方法：焊接方法： 冷焊法一般采用焊条电弧焊进行焊补。冷焊法一般采用焊条电弧焊进行焊补。焊条选择：焊条选择： 根据铸铁性能、焊后对切削加工的要求及铸件的重要性等根据铸铁性能、焊后对切削加工的要求及铸件的重要性等来选定焊条。常用的有：来选定焊条。常用的有： 钢芯或铸铁芯铸铁焊条钢芯或铸铁芯铸铁焊条，适用于一般非加工面的焊补；，适用于一般非加工面的焊补； 镍基铸铁焊条镍基铸铁焊条，适用于重要铸件的加工面的焊补；，适用于重要铸件的加工面的焊补； 铜基铸铁焊条铜基铸铁焊条，用于焊后需要加工的灰