常用金属材料焊接与工艺

常用金属材料焊接与工艺第一页，共30页。3、钢材焊接性的评定方法钢材焊接性的影响因素：

（1）材料的化学成分：Wc↑→焊接性↓接头淬硬程度是引起焊接裂纹的原因。（2）焊接方法，焊接材料，焊件结构间接判断法：用碳当量评价钢的焊接性碳当量的定义：指把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。即把影响焊接性能的元素对可焊性的影响折算为碳的影响。焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢CE计算公式为：第二页，共30页。根据经验分析：1）C当量＜0.4%时，焊接性好。一般的焊接工艺条件下，不会产生裂纹;厚大件或在低温焊接时需预热；2）C当量=0.4～0.6%时，塑性降低，淬硬倾向逐渐明显，焊接性较差。需焊前预热，采取工艺措施；3）C当量＞0.6%时，塑性差，淬硬倾向大，焊接性差。焊接前、中、后需都需采取措施。第三页，共30页。练习：试比较下列钢材的焊接性09Mn2Cu的碳当量为：09MnV的碳当量为：14MnMoV的碳当量为：

Ceq值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。第四页，共30页。1、碳钢的焊接低碳钢的焊接1）焊接性：焊接性良好——Wc<0.25%，CE<0.4%，一般不会产生淬硬、冷裂倾向。2）焊接工艺：一般不需要预热，不需要特殊的焊接工艺措施，焊后也不需要进行热处理；对于在低温焊接时或厚大件（>50mm）需预热或焊后热处理。二、常用钢材的焊接手工电弧焊时，根据母材强度等级一般选用酸性焊条E4303(J422)、E4320(J424)等；承受动载荷、结构复杂的厚大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4351(J427)、E4316(J426)等。埋弧焊时，一般选用焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。第五页，共30页。2）中碳钢焊接的主要特点（存在问题）：中碳钢的焊接：焊接性较差1）焊接性：Wc=0.25～0.6%C当量≥0.4～0.6%可焊性较差，随C↑，由中变差。1）“HAZ”区产生淬硬组织M及冷裂纹；2）焊缝金属易产生热裂纹。防止裂纹（冷裂、热裂）工艺措施：1）选用抗裂性能好的低H型焊条J506、J507等2）焊前预热；↓应力、↓冷速

Wc<0.45%预热150～250℃；

C、件厚↑,预热250～350℃。第六页，共30页。2、低合金结构钢的焊接

焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢。主要用于建筑结构和工程结构，如压力容器、锅炉、桥梁、船舶、车辆和起重机械等。(1)焊接主要问题如下:①热影响区有淬硬倾向:

淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。普低钢以热轧或正火状态供应，按σs分六级：300、350、400低等级（强度）普低钢或低合金钢450、500、550高等级（强度）普低钢或低合金钢第七页，共30页。1、300、350、400低等级（强度）焊接特点：

C当量<0.4%焊接性良好。300级与Q235A(A3)几乎无差别。16Mn（Q345为350级）可与低碳钢同等对待。等级↑，“HAZ”区淬硬倾向↑，但只要规范得当（低H型焊条、预热150～250℃、板厚>20mm焊后热处理）仍可得良好的质量。2、450、500、550高等级（强度）焊接特点：

C当量=0.40～0.50%焊接性稍差。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，塑性和韧度则下降。2、低合金结构钢的焊接

第八页，共30页。强度级别高，易出现冷裂纹；级别↑，裂纹加剧。影响冷裂纹的因素三方面：焊缝及“HAZ”的含H量；（重要因素）

“HAZ”

的淬硬程度；接头处残余应力大小。（又称延迟裂纹）②焊接接头的裂纹倾向：2、低合金结构钢的焊接

(1)焊接主要问题如下:①热影响区有淬硬倾向:

第九页，共30页。(2)低合金结构钢焊接生产中采取的措施：1.强度级别低，一般和低碳钢一样；2.对锅炉、压力容器等重要构件，当厚度大于20mm时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。3.强度级别高，焊前一般均需预热；焊接时，应调整焊接参数，以控制热影响区的冷却速度。焊后还应进行热处理以消除内应力。2、低合金结构钢的焊接

第十页，共30页。第十一页，共30页。三、铸铁件的焊补为修补铸件的缺陷而进行的焊接称为补焊。1、铸铁的焊接特点1）接头易产生白口组织及淬硬组织：局部加热，冷速快3）铸铁含碳量高，焊接时易生成CO2和CO气体，产生气孔。2）易产生裂缝：铸铁强度低，塑性差；杂质含量高4）流动性好，液体易流失，只适用平焊。第十二页，共30页。1）热焊法焊前将工件局部或整体预热到600～700℃，焊后缓慢冷却。特点是：焊补质量好，但生产率低，成本高，劳动条件差，一般用于重要铸件。铸铁的焊补一般采用气焊和手工电弧焊2、铸铁的补焊工艺2）冷焊法焊前工件不预热或只进行400℃以下的低温预热的焊补方法。冷焊法主要依靠焊条的化学成分来防止产生白口组织和裂缝。特点是：生产率高，成本低，劳动条件好，但质量不易保证。第十三页，共30页。四、有色金属及其合金的焊接1.铜及铜合金的焊接1）铜及铜合金的焊接特点：铜的导热性高，焊接时热量极易散失。焊不透铜在液态时易氧化，生成的CU2O与铜组成低熔点共晶，分布在晶界上形成薄弱环节；力学性能低铜的收缩系数大；易产生焊接应力和裂缝。铜在液态时吸气性强；易产生气孔。铜的电阻极小；不适宜电阻焊接。铜合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。第十四页，共30页。2）铜及铜合金的常用焊接方法铜及铜合金焊条牌号焊接工艺见：GB3670—83易保证紫铜、青铜的焊接质量！黄铜焊接普遍采用的方法埋弧焊第十五页，共30页。铝的焊接性与铜的可焊性相似---焊接困难。2.铝及铝合金的焊接焊丝与母材成分相近焊接表面要清洁1.易氧化；AL2O3熔点2050℃2.导热系数大，线膨系数大，易产生应力与变形；3.液态铝易吸气、尤其是吸H2，比Cu还强.↑气孔4.高温强度、塑性低，焊缝塌陷，用垫板，液—固同色，难操作。目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。其中氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法。气焊常用于要求不高的铝及铝合金工件的焊接。第十六页，共30页。第五节焊接结构设计一、焊件的选材原则（5条）1）在满足使用性能要求的前提下，应尽量选用焊接性较好的材料。——低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢2）辅助工艺的可行性——如选高碳钢或合金结构钢，需预热和缓冷的条件3）注意材料与焊接方法的匹配性4）尽量不选用异种材料相互焊接。——如Al、Mg等，应选择亚弧焊的方法——如选用，尽量使熔点、力学性能和抗氧化性能相差较小。第十七页，共30页。合理选材与减少焊缝5）尽量选用轧制型材，以减少备料工作量和焊缝数量，降低成本，且减少焊接应力、变形和焊接缺陷。第十八页，共30页。二、焊件的结构工艺性1.焊缝的布置结构设计关键原则要求如下：1）焊缝位置应便于施焊

a)平焊

b)横焊c)立焊d)仰焊

焊缝的空间位置

焊条电弧焊电阻点焊或缝焊第十九页，共30页。2）焊缝的布置应尽可能分散改进密集、交叉的焊缝，会加大热影响区及焊接应力。第二十页，共30页。3）焊缝的位置应尽可能对称布置不合理变形最小最好是能同时施焊第二十一页，共30页。4）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置最大应力处易产生应力集中！第二十二页，共30页。5）焊缝应尽量远离机械加工表面

第二十三页，共30页。2.焊接接头形式的选择1）、接头及坡口形式（1）焊接接头形式

对接接头角接接头Ｔ形接头搭接接头（2）坡口形式与焊件厚度有关根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。目的：使接头处焊透并减小焊条的熔化量。第二十四页，共30页。对接接头受力较均匀，重要的受力焊缝应尽量选用。第二十五页，共30页。焊件不在同一平面，产生附加弯矩，金属消耗量也大，一般应避免采用。但不需开坡口，焊前准备简便，装配时尺寸要求不高，对于受力不大的平面联结与空间架构，采用搭接可以节省工时。第二十六页，共30页。受力比对接接头复杂，接头成一定角度必须选用。第二十七页，共30页。2）、坡口形式的选择单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊。1、焊条电弧焊焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时，用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于6mm的构件时，