常用金屬材料的焊接及工藝

1、第四節(jié)第四節(jié) 常用金屬材料的焊接常用金屬材料的焊接一、一、 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性1 1、 焊接性的概念焊接性的概念是指被焊金屬在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)是指被焊金屬在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接接頭的難易程度。焊接性是一個相對的概念。如：焊接性是一個相對的概念。如：AlAl、TiTi2 2、焊接性的評定指標、焊接性的評定指標材料經(jīng)焊接后焊接接頭產(chǎn)生缺陷的傾向性大小，如材料經(jīng)焊接后焊接接頭產(chǎn)生缺陷的傾向性大小，如裂紋，（裂紋，（工藝焊接性工藝焊接性）；）；焊接接頭在使用中的可靠性，包括焊接接頭的力學焊接接頭在使用中的可靠性，包括焊接接頭的力學性能和其它

2、特殊性能，性能和其它特殊性能， （使用焊接性使用焊接性）。焊接性通常通過抗裂性試驗、力學性能試驗等確定。焊接性通常通過抗裂性試驗、力學性能試驗等確定。3 3、鋼材焊接性的評定方法、鋼材焊接性的評定方法鋼材焊接性的影響因素鋼材焊接性的影響因素： （1 1）材料的化學成分：）材料的化學成分：WcWc焊接性焊接性 接頭淬硬程度是引起焊接裂紋的原因。接頭淬硬程度是引起焊接裂紋的原因。（2 2）焊接方法，焊接材料，焊件結(jié)構(gòu)）焊接方法，焊接材料，焊件結(jié)構(gòu) 間接判斷法：用間接判斷法：用碳當量碳當量評價鋼的焊接性評價鋼的焊接性碳當量的定義碳當量的定義：指把鋼中合金元素（包括碳）的含：指把鋼中合金元素（包括碳）

3、的含量按其作用換算成碳的相當含量。即把影響焊接性量按其作用換算成碳的相當含量。即把影響焊接性能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響。能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響。焊接學會推薦的碳鋼和低合金高強鋼焊接學會推薦的碳鋼和低合金高強鋼C CE E計算公式為：計算公式為：根據(jù)經(jīng)驗分析：根據(jù)經(jīng)驗分析：1 1）C C當量當量0.4%0.4%時，焊接性好。一般的焊接工藝條件時，焊接性好。一般的焊接工藝條件下，不會產(chǎn)生裂紋下，不會產(chǎn)生裂紋; ;厚大件或在低溫焊接時需預熱厚大件或在低溫焊接時需預熱；2 2） C C當量當量=0.4=0.40.6%0.6%時，塑性降低，淬硬傾向逐漸明時，塑性降低，淬硬傾向逐漸

4、明顯，焊接性較差。需焊前預熱，采取工藝措施；顯，焊接性較差。需焊前預熱，采取工藝措施；3 3） C C當量當量0.6%0.6%時，塑性差，淬硬傾向大，焊接性差。時，塑性差，淬硬傾向大，焊接性差。焊接前、中、后需都需采取措施。焊接前、中、后需都需采取措施。練習：試比較下列鋼材的焊接性練習：試比較下列鋼材的焊接性1.4%0.3%0.1%0.35% 615Ceq （最好） 09Mn2Cu 09Mn2Cu的碳當量為：的碳當量為：1.2%0.1%0.12%0.34% 65Ceq （較好） 09MnV 09MnV的碳當量為：的碳當量為：1.5%0.5%0.15%0.12%0.5% 65Ceq（較差） 14

5、MnMoV 14MnMoV的碳當量為：的碳當量為： vCeqCeq值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。1 1、碳鋼的焊接、碳鋼的焊接低碳鋼的焊接低碳鋼的焊接1 1）焊接性：焊接性良好）焊接性：焊接性良好WcWc0.25%0.25%，C CE E0.4%50mm50mm）需預熱或焊后熱處理。）需預熱或焊后熱處理。二、常用鋼材的焊接二、常用鋼材的焊接u手工電弧焊時，根據(jù)母材強度等級一般選用酸性焊條手工電弧焊時，根據(jù)母材強度等級一般選用酸性焊條 E4303(J422)E4303(J422)、E4320(J424)E4320(J424)等；承受動載荷

6、、結(jié)構(gòu)復雜等；承受動載荷、結(jié)構(gòu)復雜的厚大焊件，選用抗裂性好的堿性焊條的厚大焊件，選用抗裂性好的堿性焊條E4351(J427)E4351(J427)、E4316(J426)E4316(J426)等。等。u埋弧焊時，一般選用焊絲埋弧焊時，一般選用焊絲H08AH08A或或H08MnAH08MnA配合焊劑配合焊劑HJ431HJ431。2 2）中碳鋼焊接的主要特點（存在問題）：）中碳鋼焊接的主要特點（存在問題）：中碳鋼的焊接：焊接性較差中碳鋼的焊接：焊接性較差1 1）焊接性：）焊接性：Wc=0.25=0.250.6% C0.6% C當量當量0.40.40.6% 0.6% 可焊性較差，隨可焊性較差，隨CC

7、，由中變差。，由中變差。1 1）“HAZ”HAZ”區(qū)產(chǎn)生淬硬組織區(qū)產(chǎn)生淬硬組織M M及冷裂紋；及冷裂紋；2 2）焊縫金屬易產(chǎn)生熱裂紋。）焊縫金屬易產(chǎn)生熱裂紋。u防止裂紋（冷裂、熱裂）工藝措施：防止裂紋（冷裂、熱裂）工藝措施：1 1）選用抗裂性能好的低）選用抗裂性能好的低H H型焊條型焊條 J506J506、J507J507等等2 2）焊前預熱；）焊前預熱；應力、應力、冷速冷速 Wc0.45%0.45%預熱預熱150150250250； C C、件厚、件厚,預熱預熱250250350350。2 2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 焊接結(jié)構(gòu)中，用得最多的是低合金結(jié)構(gòu)鋼。主要用焊接結(jié)構(gòu)中，用

8、得最多的是低合金結(jié)構(gòu)鋼。主要用于建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)，如壓力容器、鍋爐、橋梁、于建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)，如壓力容器、鍋爐、橋梁、船舶、車輛和起重機械等。船舶、車輛和起重機械等。(1) (1) 焊接主要問題如下焊接主要問題如下: : 熱影響區(qū)有淬硬傾向熱影響區(qū)有淬硬傾向: : 淬硬程度與鋼材的化學成分和強度級別有關(guān)。淬硬程度與鋼材的化學成分和強度級別有關(guān)。普低鋼普低鋼 以熱軋或正火狀態(tài)供應，按以熱軋或正火狀態(tài)供應，按ss分六級：分六級：300300、350350、400400低等級（強度）普低鋼或低合金鋼低等級（強度）普低鋼或低合金鋼 450450、500500、550550高等級（強度）普低鋼或低合

9、金鋼高等級（強度）普低鋼或低合金鋼1 1、300300、350350、400400低等級（強度）焊接特點：低等級（強度）焊接特點： C C當量當量 0.4% 20 mm20 mm焊后熱焊后熱處理）仍可得良好的質(zhì)量。處理）仍可得良好的質(zhì)量。2 2、450450、500500、550550高等級（強度）焊接特點：高等級（強度）焊接特點： C C當量當量 = 0.40= 0.400.50% 0.50% 焊接性稍差。淬硬傾向增加，焊接性稍差。淬硬傾向增加， 熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，硬度明顯增高，塑熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，硬度明顯增高，塑 性和韌度則下降。性和韌度則下降。2 2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊

10、接、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 強度級別高，易出現(xiàn)冷裂紋；級別強度級別高，易出現(xiàn)冷裂紋；級別，裂紋加劇。，裂紋加劇。影響冷裂紋的因素三方面：影響冷裂紋的因素三方面： 焊縫及焊縫及“HAZ”HAZ”的含的含H H量；量； （重要因素）（重要因素） “ “HAZ” HAZ” 的淬硬程度；的淬硬程度； 接頭處殘余應力大小。接頭處殘余應力大小。 （又稱延遲裂紋）（又稱延遲裂紋） 焊接接頭的裂紋傾向：焊接接頭的裂紋傾向：2 2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 (1) (1) 焊接主要問題如下焊接主要問題如下: : 熱影響區(qū)有淬硬傾向熱影響區(qū)有淬硬傾向: : (2)低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接生產(chǎn)中采取的措施：低合金

11、結(jié)構(gòu)鋼焊接生產(chǎn)中采取的措施：1.1.強度級別低，一般和低碳鋼一樣；強度級別低，一般和低碳鋼一樣；2.2.對鍋爐、壓力容器等重要構(gòu)件，當厚度大于對鍋爐、壓力容器等重要構(gòu)件，當厚度大于20mm20mm時，焊后必須進行退火處理，以消除應力。時，焊后必須進行退火處理，以消除應力。3.3.強度級別高，焊前一般均需預熱；焊接時，應強度級別高，焊前一般均需預熱；焊接時，應調(diào)整焊接參數(shù)，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度。焊后調(diào)整焊接參數(shù)，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度。焊后還應進行熱處理以消除內(nèi)應力。還應進行熱處理以消除內(nèi)應力。2 2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 三、鑄鐵件的焊補三、鑄鐵件的焊補為修補鑄件的缺陷

12、而進行的焊接稱為補焊。為修補鑄件的缺陷而進行的焊接稱為補焊。1 1、鑄鐵的焊接特點、鑄鐵的焊接特點1 1）接頭易產(chǎn)生白口組織及淬硬組織：）接頭易產(chǎn)生白口組織及淬硬組織： 局部加熱，冷速快局部加熱，冷速快3 3）鑄鐵含碳量高，焊接時易生成）鑄鐵含碳量高，焊接時易生成CO2CO2和和COCO氣體，氣體， 產(chǎn)生氣孔。產(chǎn)生氣孔。2 2）易產(chǎn)生裂縫：鑄鐵強度低，塑性差；雜質(zhì)含量高）易產(chǎn)生裂縫：鑄鐵強度低，塑性差；雜質(zhì)含量高4 4）流動性好，液體易流失，只適用平焊。）流動性好，液體易流失，只適用平焊。 1 1） 熱焊法熱焊法 焊前將工件局部或整體預熱到焊前將工件局部或整體預熱到600600700700，焊

13、后緩，焊后緩慢冷卻。特點是：焊補質(zhì)量好，但生產(chǎn)率低，成本慢冷卻。特點是：焊補質(zhì)量好，但生產(chǎn)率低，成本高，勞動條件差，一般用于重要鑄件。高，勞動條件差，一般用于重要鑄件。鑄鐵的焊補一般采用氣焊和手工電弧焊鑄鐵的焊補一般采用氣焊和手工電弧焊2 2、 鑄鐵的補焊工藝鑄鐵的補焊工藝2 2） 冷焊法冷焊法 焊前工件不預熱或只進行焊前工件不預熱或只進行400400以下的低溫預熱的焊以下的低溫預熱的焊補方法。補方法。冷焊法主要冷焊法主要依靠焊條的化學成分來防止產(chǎn)依靠焊條的化學成分來防止產(chǎn)生白口組織和裂縫。特點是：生產(chǎn)率高，成本低，生白口組織和裂縫。特點是：生產(chǎn)率高，成本低，勞動條件好，但質(zhì)量不易保證。勞動條

14、件好，但質(zhì)量不易保證。四、有色金屬及其合金的焊接四、有色金屬及其合金的焊接1 . 1 . 銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接1 1）銅及銅合金的焊接特點：）銅及銅合金的焊接特點：銅的導熱性高，焊接時熱量極易散失。銅的導熱性高，焊接時熱量極易散失。焊不透焊不透銅在液態(tài)時易氧化，生成的銅在液態(tài)時易氧化，生成的CUCU2 2O O與銅組成低熔點共與銅組成低熔點共晶，分布在晶界上形成薄弱環(huán)節(jié)；晶，分布在晶界上形成薄弱環(huán)節(jié)； 力學性能低力學性能低銅的收縮系數(shù)大；銅的收縮系數(shù)大；易產(chǎn)生焊接應力和裂縫易產(chǎn)生焊接應力和裂縫。銅在液態(tài)時吸氣性強；銅在液態(tài)時吸氣性強；易產(chǎn)生氣孔易產(chǎn)生氣孔。銅的電阻極??；銅的電阻極小

15、；不適宜電阻焊接不適宜電阻焊接。銅合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。銅合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。2 2）銅及銅合金的常用焊接方法）銅及銅合金的常用焊接方法銅及銅合金焊條牌號焊接工藝見：GB367083易保證紫銅、青銅的焊接質(zhì)量！黃銅焊接普遍采用的方法碳弧焊氣焊釬焊氬弧焊焊接方法埋弧焊埋弧焊鋁的焊接性與銅的可焊性相似鋁的焊接性與銅的可焊性相似-焊接困難。焊接困難。2.2.鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接焊絲與母材成分相近焊絲與母材成分相近 焊接表面要清潔焊接表面要清潔1. 1. 易氧化；易氧化； ALAL2 2O O3 3熔點熔點2050 2050 2. 2. 導熱系數(shù)大，線膨系數(shù)大

16、，易產(chǎn)生應力與變形；導熱系數(shù)大，線膨系數(shù)大，易產(chǎn)生應力與變形；3. 3. 液態(tài)鋁易吸氣、尤其是吸液態(tài)鋁易吸氣、尤其是吸H2H2，比，比CuCu還強還強.氣孔氣孔4. 4. 高溫強度、塑性低，焊縫塌陷，用墊板，液高溫強度、塑性低，焊縫塌陷，用墊板，液固同固同色，難操作。色，難操作。目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點焊、目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點焊、縫焊和釬焊?？p焊和釬焊。其中氬弧焊是焊接鋁及鋁合金較好的方法。其中氬弧焊是焊接鋁及鋁合金較好的方法。氣焊常用于要求不高的鋁及鋁合金工件的焊接。氣焊常用于要求不高的鋁及鋁合金工件的焊接。第五節(jié)第五節(jié) 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)設(shè)

17、計一、焊件的選材原則（一、焊件的選材原則（5 5條）條）1 1）在滿足使用性能要求的前提下，應盡量選用焊接）在滿足使用性能要求的前提下，應盡量選用焊接性較好的材料。性較好的材料。 低碳鋼和強度級別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼和強度級別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼2 2）輔助工藝的可行性）輔助工藝的可行性 如選高碳鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，需預熱和緩冷的條件如選高碳鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，需預熱和緩冷的條件3 3）注意材料與焊接方法的匹配性）注意材料與焊接方法的匹配性 4 4）盡量不選用異種材料相互焊接。）盡量不選用異種材料相互焊接。如如AlAl、MgMg等，應選擇亞弧焊的方法等，應選擇亞弧焊的方法如選用，盡量使熔點、力學性能

18、和抗氧化如選用，盡量使熔點、力學性能和抗氧化 性能相差較小。性能相差較小。合理選材與減少焊縫5 5）盡量選用軋制型材，以減少備料工作量和焊縫數(shù)量，）盡量選用軋制型材，以減少備料工作量和焊縫數(shù)量，降低成本，且減少焊接應力、變形和焊接缺陷。降低成本，且減少焊接應力、變形和焊接缺陷。二、焊件的結(jié)構(gòu)工藝性二、焊件的結(jié)構(gòu)工藝性1. 1. 焊縫的布置焊縫的布置 結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵 原則要求如下原則要求如下：1 1）焊縫位置應便于施焊）焊縫位置應便于施焊 a)a)平焊平焊 b)b)橫焊橫焊 c)c)立焊立焊 d)d)仰焊仰焊 焊縫的空間位置焊縫的空間位置 焊條電弧焊焊條電弧焊電阻電阻點點焊或縫焊焊或縫

19、焊2 2） 焊縫的布置應盡可能分散焊縫的布置應盡可能分散改進改進密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區(qū)及焊接應力。密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區(qū)及焊接應力。3 3）焊縫的位置應盡可能對稱布置）焊縫的位置應盡可能對稱布置不合理變形最變形最小小最好是能同時施焊最好是能同時施焊 4 4）焊縫應盡量避開最大應力和應力集中的位置）焊縫應盡量避開最大應力和應力集中的位置最大應力處易產(chǎn)生應力集中！5 5）焊縫應盡量遠離機械加工表面）焊縫應盡量遠離機械加工表面 2.2.焊接接頭形式的選擇焊接接頭形式的選擇1）、接頭及坡口形式）、接頭及坡口形式（1）焊接接頭）焊接接頭形式形式 對接接頭對接接頭 角接接頭角接接頭 形

20、接頭形接頭 搭接接頭搭接接頭（2） 坡口坡口形式形式 與焊件厚度有關(guān)與焊件厚度有關(guān)根據(jù)設(shè)計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝根據(jù)設(shè)計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成一定幾何形狀的溝槽稱為坡口。配成一定幾何形狀的溝槽稱為坡口。目的：使接頭處焊透并減小焊條的熔化量。目的：使接頭處焊透并減小焊條的熔化量。對接接頭受力較均勻，重要的受力焊縫對接接頭受力較均勻，重要的受力焊縫應盡量選用。應盡量選用。焊件不在同一平面，產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也焊件不在同一平面，產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也大，一般應避免采用。但不需開坡口，焊前準備簡大，一般應避免采用。但不需開坡口，焊前準備簡便，裝配時尺寸要求不高，對于受力不大的平面聯(lián)便，裝配時尺寸要求不高，對于受力不大的平面聯(lián)結(jié)與空間架構(gòu)，采用搭接可以節(jié)省工時。結(jié)與空間架構(gòu)，采用搭接可以節(jié)省工時。 受力比對接接頭復雜，接頭成一定角受力比對接接頭復雜，接頭成一定角度必須選用。度必須選用。2 2）、坡口形式的選擇）、坡口形式的選擇單面坡口的可焊性較好，但焊條消耗量大，且焊后單面坡口的可焊性較好，但焊條消耗量大，且焊后易產(chǎn)生角變形；雙面坡口受熱均勻，變形較小，焊易產(chǎn)生角變形；雙面坡口受熱均勻，變形較小，焊條消耗量也小，但必須兩面施焊。條消