常用金属材料的焊接基本知识

关于常用金属材料的焊接基本知识第1页，课件共21页，创作于2023年2月模块一

金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性（一）金属材料的焊接性的定义金属材料在一定的焊接工艺条件下，通过焊接加工，能否获得在使用条件下安全运行的焊接接头，就是金属材料的焊接性。1-1关于焊接性有如下几点需要说明：1.安全运行实际上是指它的使用性能要好，如对于耐蚀钢，其接头的耐蚀性要好。低温钢其接头的韧性要好，耐热钢其接头的耐高温性能要好。2.焊接接头主要包括熔合区、焊缝和热影响区。第2页，课件共21页，创作于2023年2月模块一

金属材料的焊接性（二）工艺焊接性工艺条件对金属材料焊接性也有着重要影响。当材料一定时，要保证产品的质量和结构的安全运行，必须联系工艺条件来分析其焊接性问题，这实质上是所谓的工艺焊接性问题。1-2金属在一定的工艺条件下形成具有一定使用性能的焊接接头的能力，就是工艺焊接性。就熔化焊而言，它又可以分为热焊接性和冶金焊接性两部分。热焊接性主要指焊接过程中，热源的加热对近缝区母材的组织、性能所引起的变化。冶金焊接性主要指熔化焊过程中，熔池的形成、结晶，最终形成焊缝时反发生的一系列的气相、渣相、液态金属间的复杂的物理化学反应和引起的焊接性变化。冶金焊接性主要影响焊缝金属的性能，热焊接性主要影响近缝区母材的性能。第3页，课件共21页，创作于2023年2月模块一

金属材料的焊接性二、影响金属材料焊接性的因素1-31.工艺因素主要有：坡口形状、装配质量、电源种类和极性、焊接工艺方法、工艺参数、预热和焊后热处理等。2.材料因素母材和焊材的成分对缝化学成分、组织和性能有直接影响。二者的匹配不当会导致裂纹、气孔等缺陷的产生，直接影响金属的焊接性。3.使用条件使用条件越严酷，工艺焊接性能越不容易保证。主要包括：载荷的性质，工作温度，工作介质腐蚀性等。4.结构因素设计时应尽量避免缺口，截面突变、锥高过大和焊缝交叉等情况，尽量使焊接接头承受较小的拘束，否则会造成应力集中，不利于使用性能。第4页，课件共21页，创作于2023年2月模块二低合金高强钢的焊接一、低合金高强钢的含义低合金钢是在碳素钢（简称碳钢）基础上加一定量的合金元素的合金钢，其合金元素总量不超过5%。合金元素的加入主要是为了提高钢的强度并保证其一定的或使用钢具有一些特殊性能。2-1常见的低合金钢可分为高强度钢、低温用钢、耐腐蚀用钢及珠光体耐热钢四种。通常所说的高强钢，它的范围很强，凡是屈服强度大于294MPa的强度用钢均称为高强钢。第5页，课件共21页，创作于2023年2月模块二低合金高强钢的焊接二、低合金高强钢的种类低合金高强钢大量用于常温下工作的一些受力结构，如压力容器，工程机械、桥梁、建筑结构、管理和动力设备等。按屈服强度级别和热处理状态，低合金高强钢一般可分为三种类型，低碳调质钢，中碳调质钢和热及正火钢等，下面分别介绍：2-2（一）低碳调质的焊接1.低碳调质的成分各性能特点用多种合金元素进行熔强化、析出强化等综合强化。用了热处理强化措施来获得较为满意的综合机械性能，是热处理强化。这类钢屈服强度范围：490~980，具有良好的性能，及耐磨，耐久性能。这类钢含碳量，一般在0.15~0.20范围内。第6页，课件共21页，创作于2023年2月模块二低合金高强钢的焊接2.低碳调质钢的焊接特点（1）热裂纹国外以Cr、Ni、Mo合金化系统的材料，有一定的热裂纹倾向；而国产钢主要以Ｍn为主要合金元素，一般热裂纹倾向较小。（２）再热裂纹对母材和焊缝金属强韧化有益的元素如Cr、Mo、Ｖ、Ti、Nb等，在焊后消除应力处理和重复加热时会在影响区出现再热裂纹。（３）热影响区的软化和脆化热影响区的软化区主要产生于热影响区受热时未完全奥氏体化的区域及受热最高温度低于Ａc1，而高于该钢调质处理时回火温度的那个区域。（４）冷裂纹这类钢的冷裂纹倾向比热轧碳钢大得多，主要是因为这类钢的合金元素品种多，含量较大，使碳当量增大，导致其淬火倾向增大。2-3第7页，课件共21页，创作于2023年2月模块二低合金高强钢的焊接一、焊接电弧的产生电弧的两种引燃方法：高频高压引弧法和接触短路引弧法。（一）高频高压引弧法2-４这种方法主要是利用2000~3000V的高电压，直接将两电极间的空气击穿，引燃电弧。由于高电压对人身有危险，通常将其频率提高到150kHZ~260kHZ，利用高频电所产生的强烈的集肤效应，可使人身免受危害。在进行钨极氩弧焊的时候，在钨极和焊件之间留有2~5mm的间隙，然后加上高空载电压，将电弧引燃。所以高频高压引弧法主要用于氩弧焊和等离子弧焊中。第8页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧（二）接触短路引弧法

接触引弧法主要有于焊条电弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊中。2-2具体方法是：将焊条或焊丝与焊件接触短路，利用短路电流加热产生高温。在短路后迅速地将焊条或焊丝拉开，这时在焊条或焊丝端部与焊件表面之间立即产生一个电压，即焊机空载电压，使空气电离产生焊接电弧。第9页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧二、焊接电弧的组成

（一）电弧的结构焊接电弧主要是由阳极区、阴极区、和弧柱区组成。2-3第10页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧二、焊接电弧的组成

（一）电弧的结构2-41.阳极区从阳极表面起靠近阳极的地方，就是阳极区。在阳极区表面上有一个明显的光亮的斑点，称为“阳极斑点”。由于阳极表面堆积有一批电子，所以，形成一个电压降，称为阳极电压降U阳。2.阴极区从阴极表面起靠近阴极的地方，就是阴极区，此区很窄。在阴极区表面上有一个明显的光亮的斑点，称为“阴极斑点”。由于阳极表面堆积有一批正离子，所以，形成一个电压降，称为阴极电压降U阴。3.弧柱区（1）弧柱区的概念：在阳极区和阴极区中间的区域，就是弧柱区。弧柱子区最长，平时所说的弧长就是指弧柱区的长度。由于在弧术长度方向上带电质点分布是均匀的，所以，弧柱电压降U柱的分布的也是均匀的。第11页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧（一）电弧的结构

当电极材为、电源种类及气体介质一定时，电弧电压仅决定于电弧长度，即当弧长缩短时，电弧电压降低；当弧长拉长时，电弧电压升高。2-5（2）电弧电压电弧电压是电弧两端之间的电压降。电弧电压由三部分组成，即阳极电压降、阴极电压降、和弧柱电压降。第12页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧（二）三个区域的温度

2-6焊接电弧的三个区域的温度分布是不均匀的，弧柱区中心部分温度最高，一般在5000~8000K之间，离开弧柱区中心线，温度逐渐降低；阳极斑点温度高于阴极斑点温度，但都低于该种电极材料的沸点。当焊接电流为交流电时，由于电流在每秒钟内要变换的50次方向，电极和母材轮流为阴极或阳极，斑点处的温度相同，等于阴极斑点和阳极斑点温度的平均值。第13页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧三、焊接电弧的特性

2-7（一）焊接电弧极性的理解如果是采用直流弧焊电源，焊件可与电源输出端正极或负极连接，分别称为正接法和反接法。1.正接法：是指在进行直流电弧焊的时候，焊件接电源输出端的正极，电极接电源输出端的负极的接线法。2.反接法：是指在进行直流电弧焊的时候，焊件接电源输出端的负极，电极接电源输出端的正极的接线法。第14页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧三、焊接电弧的特性

2-8（二）焊接电源极性的应用（1）焊条电弧焊时，对于酸性焊条来说，可采用交流电源，也可采用直流电源。采用直流电源时，焊接厚板一般采用正接。因为阳极区温度比阴极区高，可以获得较大的熔深。焊接薄板时，采用直流反接，对防止烧穿有利。堆焊时，采用直流反接，其目的是增加焊条的熔化速度，减少母材的熔深，有利于降低母材对堆焊层的稀释。（2）焊条电弧焊时，对于碱性焊条（低氢钠型焊条）采用直流反接，电弧燃烧稳定，飞溅少，而且焊接时声音较平静均匀。钨极氩弧焊一般都采用直流正接，电弧比较稳定，钨极寿命长。采用直流反接时，钨极因过热而损失严重，使用寿命短。熔化极气体保护焊采用直流反接，电弧稳定，焊丝熔化速度快，熔敷效率高。第15页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧四、焊接电弧的静特性

2-9（一）焊接电弧的静特性概念电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压的变化关系。焊接电弧的静特性如图所示。焊接电弧的静特性曲线是指表示焊接电流与电弧电压之间的关系的曲线。电弧的静特性曲线呈U形，分为三部分，即下降特性小段、随着焊接电流的增加，电弧电压迅速减小；水平特性小段，随着焊接电流的增加，电弧电压基本保持不变；上升特性小段，随着焊接电流的增加，电弧电压也随之增加。第16页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧四、焊接电弧的静特性

2-10（二）不同焊接方法的电弧静特性1.钨极氩弧焊在较大电流区间焊接时，其静特性曲线呈水平趋势；在小电流区间焊接时，其静特性曲线呈下降趋势。2.熔化极气体保护焊细丝熔化极气体保护焊的电流密度较大，所以其静特性曲线呈上升趋势。3.焊条电弧焊因为焊条电弧焊焊接电流受到使用电流密度范围的限制，所以，其静特曲线无上升特性，焊条电弧焊的静特性曲线呈水平趋势。第17页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧四、焊接电弧的静特性

2-11（二）不同焊接方法的电弧静特性如图反映的是焊条电弧焊的电弧静特性曲线。从图中可以看出，一个弧长对应一条曲线，弧长增加时，曲线上移，即所需要的电弧电压要增加。所以，弧状的工短决定电弧电压的高低。03060901201501802105040302010焊接电流/A电弧电压/.A第18页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧五、焊接电弧的磁偏吹电弧偏吹是指电弧偏离电极轴线的现象。电弧偏吹使温度分布不均匀，容易产生咬边、未熔合、夹渣等缺陷。

2-12（一）电弧偏吹的产生原因1.气流的影响由于热空气引起冷空气流动，在进行钢板两端焊接的时候，使电弧向钢板外面偏吹。2.接地线的影响接地线位置不当引起电弧偏吹。3.焊条药皮偏心因药皮偏心，圆周各处药皮厚度不一致，熔化快慢不同，药皮薄的一边熔化得快，药皮厚的一侧熔化慢，焊条端部产生“马蹄形”套筒，使电弧吹向一边。4.风的影响在风的作用下，电弧向风吹的方向偏斜。第19页，课件共21页，创作于2023年2月模块二焊接电弧五、焊接电弧的磁偏吹

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