钢材焊接辽宁科技大学论文材控材加

1、钢材焊接材加12-A2刘斌：策划、补充孙凯铭：查网络资料孙海娇：整理、写论文江山：查网络资料许强：查文献资料 钢材焊接摘要：本文简单介绍了有关钢材焊接的一些知识要点，并重点选取几种常见钢材，对其焊接性能、工艺以及焊接时常见缺陷进行介绍。关键词：钢材、发展、焊接、低碳钢、合金钢。引言: 焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。随着科学技术的发展，钢材在现代工艺、建筑、运输等领域应用非常广泛、其焊接质量是影响钢结构性能的忠重要因素。因此，必须加强对焊接技术的研究，以促进我国经济建设水平的提高。1正文:1焊接焊接：也称作熔接、镕接，是一

2、种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。其物理本质是是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。焊接通过下列三种途径达成接合的目的：（1）加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助；（2）单独加热熔点较低的焊料，无需熔化工件本身，借焊料的毛细作用连接工件（如软钎焊、硬焊）；（3）在相当于或低于工件熔点的温度下辅以高压、叠合挤塑或振动等使两工件间相互渗透接合（如锻焊、固态焊接）。依具体的焊接工艺，焊接可细分为气焊、电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等其他特殊焊接。焊接的能量来源有很多

3、种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。2一些钢材焊接知识点2.1焊接性：指材料在施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定要求的能力。金属焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性：（1）工艺焊接性：在一定焊接工艺条件下能否获得致密、无缺陷焊接接头的能力。（2）使用焊接性：指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使用性能的程度，与产品工作条件有密切关系。2

4、.2碳当量：把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换自成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量。钢材焊接性评定的最简便方法就是碳当量法。在钢材的成分中，影响最大的是碳。其次是锰、铬、钒等，通常把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，称为碳当量，用符号CE来表示。碳当量可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。2.3碳钢：碳钢也叫碳素钢，指含碳量Wc小于2.11%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。碳钢焊接性取决于含碳量，含碳量增加，钢的硬度和强度提高，焊接性变差。3常见缺陷及减少消除钢材焊接过程中，由于种种原因，容易产生各种类型的焊接缺陷。2为了保证焊接质量，确保焊

5、接结构安全可靠的工作，焊接工人应在工作中，要结合自身的工作条件和钢的种类、接头的结构和形式特点等，准确掌握操作技巧，最大限度的避免焊接缺陷的产生。4下面介绍几种常见的缺陷以及其防止方法。3.1冷裂纹冷裂纹是在焊接过程中或焊后，在较低的温度下，大约在钢的马氏体转变温度（即Ms点）附近，或300200以下的温度区间产生的，故称冷裂纹。冷裂纹又可分为：延迟裂纹、淬火裂纹和低塑性脆化裂纹。延迟裂纹，也称氢致裂纹，可以延至焊后几小时、几天、几周甚至更长的时间再发生，会造成预料不到的重大事故，所以具有重大的危险性。3.1.1产生的条件：焊接接头形成淬硬组织。钢材及焊缝中含扩散氢较多。焊接拉应力及拘束应力较

6、大（或应力集中）超过接头的强度极限时产生开裂。3.1.2产生的原因母材与焊材选择匹配不当，造成悬殊的强度差异；材料中含碳、铬、钼、钒、硼等元素过高，钢的淬硬敏感性增加。焊接结构不当，产生很大的拘束应力。点焊处已产生裂纹，焊接时没有铲除掉。3.1.3防止方法：正确地选材。严格地按照试验得出的正确工艺规范进行焊接操作。b、选择合理的焊接结构，避免拘束应力过大；正确的坡口形式和焊接顺序；降低焊接残余应力的峰值。焊前预热、焊后缓冷、控制层间温度和焊后热处理。d、焊后立即锤击，使残余应力分散，避免造成高应力区，是局部补焊时防止冷裂纹行之有效的方法之一。3.2热裂纹热裂纹是在高温下产生的，从凝固温度范围至

7、A3以上温度，所以称热裂纹，又称高温裂纹。其特点是沿焊缝呈直线状，且出现在焊缝中间位置。33.2.1产生的原因选材方面：材料中含硫过多产生“热脆”；含铜过高产生“铜脆”；含磷过高产生“冷脆”。焊接工艺方面：镍基不锈钢，焊接顺序不当或层间温度过高、热输入量过大、冷却速度太慢；坡口形式不当，单层单道焊时易产生焊缝中心偏析裂纹；弧坑保护不好，由于偏析作用，易产生弧坑热裂纹。 3.2.2防止方法限制钢材和焊材中，易产生偏析的元素和有害杂质的含量。调节焊缝金属的化学成分，改善组织、细化晶粒，提高塑性。提高焊条和焊剂的碱度，以减低焊缝中杂质的含量，改善偏析程度。控制焊接规范。3.3未焊透未焊透是指焊接时接

8、头根部未完全熔透的现象。3.3.1产生的原因：坡口及装配方面：间隙过小；钝边太厚；坡口角度太小；坡口歪斜；有内倒角的坡口角度太大；错口严重；工艺规范方面：电流过小；焊速过大；电弧偏吹；起焊处温度低；极性接反；操作方面：焊条太粗；操作歪斜；双面焊时清根不彻底；坡口根部有锈、油、污垢，阻碍基本金属很好地熔化。3.3.2、防止措施：控制好坡口尺寸：间隙、钝边、角度及错口等；控制电流、极性和焊速；使接头充分预热，建立好第一个熔池；控制焊条直径和焊接角度；克服电弧偏吹；双面焊清根一定要彻底；坡口及钝边上的油、锈、渣、垢一定要清理干净。3.4气孔气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，而残留下来形成

9、的空穴。根据气孔产生的部位不同，可分为内部气孔和外部气孔；根据分布的情况可分为单个气孔、涟状气孔和密集气孔；根据气孔产生的原因和条件不同，其形状有球形、椭圆形、旋涡状和毛虫状等。3.4.1、产生的原因：形成气孔的气体主要来源于：大气溶解于母材、焊丝和焊条钢芯中的气体，药皮和焊剂中的水和气体。焊材、母材上的油、锈、水、漆等污物，分解产生气体；操作原因引起的气孔3.4.2防止措施：严格控制焊条的烘干温度和保温时间；不使用过期失效的焊材；使用符合标准要求的保护气体（氩气等）；彻底清理坡口及焊丝上的油、锈、水、漆等污物；3.5夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝中的非金属夹杂物。主要是由于操作原因，熔池中的熔渣

10、来不及浮出，而存在于焊缝之中。3.5.1产生原因：坡口角度太小，运条、清渣困难；运条太快，熔渣来不及浮出；焊接电流太小，熔深太小；3.5.2防止措施：彻底清理坡口的油污、泥沙、锈斑；彻底清理前焊道熔渣；适当调节（加大）焊接电流；控制焊接速度，造成熔渣浮出条件；正确掌握操作方法，使焊缝表面光滑，焊缝中心不堆高；选择优质焊条。4几种具体钢种的焊接性能4.1低碳钢由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。焊接性特点：（1）塑性好，淬火倾向小，焊缝近缝区不易产生冷裂纹。 （2）一般焊前不需要预热，但对于大厚度的结构或在寒冷地区焊接时，需要将焊件预热至1

11、50左右。 （3）在焊接沸腾钢时，由于钢中杂质硫、磷含量较多，有轻微产生裂纹的倾向。 （4）如果火焰能率过大或焊接速度过慢等，会出现热影响区晶粒长大的现象。但在少数情况下，焊接时也会出现困难：（1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。（2）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。（3）些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容

12、易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。4.2中碳钢中碳钢的碳的质量分数为0.25%0.60%。当碳的质量分数接近0.25%而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。如果碳的质量分数为0.45%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直中碳钢焊接性的主要特点如下： （1）含碳量越高、板厚越大，淬火的敏感性也越大，在

13、焊缝金属中容易产生热裂纹，在热影响区容易产生淬硬组织。 （2）由于熔池中含碳量较高，在焊接过程中产生的一氧化碳(CO)就较多，因此焊缝容易产生气孔。 （3）如果焊件刚度较大，焊接工艺参数和焊接材料选用不当，就容易产生冷裂纹。焊接工艺要点：预热 预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常，35和45钢的预热温度为150250含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250400。焊条 条件许可时优先选用碱性焊条。坡口形式 将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形

14、应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。焊接工艺参数 由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。 焊后热处理 焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600650。名称碳质量分数（%）典型硬度典型用途焊接性低碳钢0.1560HRB特殊板材和型材薄板、带材、焊丝优0.150.2590HRB结构用型材、板材、棒材良中碳钢0.250.6025HRC机器部件和工具中（需预热、

15、后热，推荐使用低氢焊接方法）高碳钢0.6040HRC弹簧，模具，钢轨劣（需预热、后热，必需使用低氢焊接方法）4.3合金钢合金结构钢分为高强度钢（GB/T133041991规定屈服点s195Mpa ,抗拉强度b390Mpa的钢均为高强度钢）和专业用钢两大类。高强度钢按钢材供货的热处理状态分为热扎及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢。（1）热扎及正火钢 ：这类钢的屈服点295s490Mpa，非热处理强化钢。主要包括GB/T15911994低合金结构钢中的Q295Q460钢特点：冶炼工艺比较简单，价格低廉，综合力学性能良好，具有良好的焊接性（2）低碳调质钢：这类钢屈服点441s980Mpa，属于热处理强

16、化钢特点：具有较高的强度、优良的塑性和韧性，生产工艺复杂、成本高、进行热加工时对工艺参数较严格。 （3）中碳调质钢：含碳量高Wc0.3%，880s 980Mpa。主要用于制造大型机器上的零件和要求强度而自重小的构件专业用钢：按用途分为珠光体耐热钢、低温用钢和低合金耐热钢 （1）珠光体耐热钢：用于制造在500600度范围内的设备，具有一定的高温强度和抗氧化能力。（2）低温用钢：用于制造在-20196度低温工作的设备韧脆性转变温度低良好的低温韧性（3）低合金耐蚀钢：用于制造在大气、海水、石油、化工产品等腐蚀介质中工作的各种设备。合金元素对合金结构钢焊接性的影响及作用含量Wc/%碳含量多，使焊缝中的

17、结晶裂纹和焊接接头冷裂纹倾向增大0.050.16硅有固容强化作用，可以有效提高钢的强度，是良好的脱氧剂，并防止CO气孔，残余硅回形成低熔点的硅酸盐夹渣导致结晶裂纹，增加熔渣和熔化金属粘度，引起严重的飞溅。0.40.7锰可提高钢的强度和淬透性，可脱氧和脱硫，增加力学性能，降低焊缝金属对结晶裂纹的敏感性。1%铬提高淬透性，耐热性和耐蚀性，强烈增加淬透性，并提高韧脆转变温度钼提高热强性元素和热影响区的淬硬倾向，使裂纹敏感性增大0.65镍提高强度不降低塑性和韧性，从避免产生硬淬组织考虑，对焊接性有利钒能改善低合金结构钢的焊接性少量钛强脱氧和脱氮剂，细化晶粒，可改善钢的焊接性适量铌细化晶粒少量5钢铁行业的进步对于焊接材料产业的影响及改变我国工业化的快速进步，焊接材料产量不断上升，与钢材的消费量增长成正比例，我国焊接材料产量占到全球焊接产量的40%，数量上是世界第一消费大国，但焊接技术并不在强国之列。焊材发展中有很多的问题，焊材质量需不断提高，我国已不断研究新型焊接材料种类以适应国家现代化建设的要求。5如：陶瓷材料和复合