常用金屬材料的焊接

第三章常用金屬材料的焊接成形工藝基礎(chǔ)－焊接313.1金屬材料的可焊性3.2碳鋼的焊接3.3不銹鋼的焊接3.5有色金屬的焊接3.4鑄鐵的補焊成形工藝基礎(chǔ)－焊接323.1金屬材料的可焊形可焊性的概念金屬材料的可焊性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出“好焊”和“不好焊”的差別。焊接性是一個相對概念，非一成不變也！焊接性受：材料、焊接方法、構(gòu)件類型、使用要求等因素影響。估算鋼材可焊性的方法碳當(dāng)量法：碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當(dāng)量經(jīng)驗公式為：成形工藝基礎(chǔ)－焊接33根據(jù)經(jīng)驗：C當(dāng)量＜0.4%時，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件不會產(chǎn)生裂縫，但對厚大工件或低溫下焊接時應(yīng)考慮預(yù)熱。C當(dāng)量=0.4%～0.6%時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。C當(dāng)量＞0.6%時，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，可焊性不好。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后要進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，才能保證焊接接頭質(zhì)量。成形工藝基礎(chǔ)－焊接34小型抗裂試驗從應(yīng)用一般焊接工藝焊后有無裂縫或裂縫多少，可初步評定試板材料的可焊性好壞；而后調(diào)整工藝（如預(yù)熱、緩冷等）再焊接試板，使達到不裂，從而可參考抗裂試驗制訂出合理的焊接工藝規(guī)程與規(guī)范。成形工藝基礎(chǔ)－焊接353.2碳鋼的焊接

低碳鋼含碳量不大于0.25%，塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接熱過程不敏感，可焊性良好。焊這類鋼時，不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需要進行熱處理（電渣焊除外）。低碳鋼適宜各種焊接方法，應(yīng)用較廣有：焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊、電渣焊和電阻焊。3.2.2中、高碳鋼的焊接

中碳鋼含碳量在0.25%～0.6%之間，隨含碳量的增加，淬硬傾向愈發(fā)明顯，可焊性逐漸變差。在實際生產(chǎn)當(dāng)中，主要是焊接各種中碳鋼的鑄鋼件與鍛件。

高碳鋼工件一般只限于修補工作。3.2.1低碳鋼的焊接成形工藝基礎(chǔ)－焊接36熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂縫中碳鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)被加熱超過淬火溫度的區(qū)段時，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，將出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織。如焊件剛性較大或工藝不恰當(dāng)時，就會在淬火區(qū)產(chǎn)生冷裂縫，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到常溫后產(chǎn)生裂縫。焊縫金屬熱裂縫傾向較大焊接中碳鋼時，因母材含碳量與硫、磷雜質(zhì)遠遠高于焊條鋼芯，母材熔化后進入熔池，使焊縫金屬含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低熔點雜質(zhì)的存在，焊縫及熔合區(qū)在相變前就可能因內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。因此，焊接中碳鋼構(gòu)件，焊前必須進行預(yù)熱，使焊接時工件各部分的溫差減小，以減小焊接應(yīng)力，同時減慢熱影響區(qū)的冷卻速度，避免產(chǎn)生淬硬組織,并選用細焊條。中碳鋼的焊接特點：成形工藝基礎(chǔ)－焊接373.2.3合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金鋼的焊接特點：熱影響區(qū)的淬硬傾向

低合金鋼焊接時，熱影響區(qū)可能產(chǎn)生淬硬組織，淬硬程度與鋼材的化學(xué)成分和強度級別有關(guān)。鋼中含碳及合金元素越多，鋼材強度級別越高，焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向也越大。強度級別大于450MPa級的低合金鋼，淬硬傾向增加，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，形成淬火區(qū)，硬度明顯增加，塑性、韌性則下降。合金結(jié)構(gòu)鋼分為機械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度鋼(工程:橋梁、建筑、船舶等用鋼）成形工藝基礎(chǔ)－焊接38焊接接頭的裂縫傾向不同環(huán)境溫度的預(yù)熱要求：工件厚度/mm：16以下，不低于-10℃不預(yù)熱,-10℃以下預(yù)熱100～150℃工件厚度/mm：16-24，不低于-5℃不預(yù)熱,-5℃以下預(yù)熱100～150℃工件厚度/mm：24-40，不低于0℃不預(yù)熱,0℃以下預(yù)熱100～150℃工件厚度/mm：40以上，均應(yīng)預(yù)熱100～150℃成形工藝基礎(chǔ)－焊接39焊接方法與工藝：

一般按(屈服)強度分等級，常用焊條電弧焊和埋弧焊焊接，其焊接材料選用如下表：鋼號焊條電弧焊焊條牌號埋弧焊預(yù)熱溫度新標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)焊絲牌號焊劑牌號Q29509Mn2J422,J423H08AHJ431不預(yù)熱Q34516MnJ502,J507H08MnA

HJ431不預(yù)熱Q39515MnVJ556,J557H08Mn2Si

HJ431≥100℃

機械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼焊接與中碳鋼焊接相似。成形工藝基礎(chǔ)－焊接310

不銹鋼按空冷后室溫組織不同可分為：

1.馬氏體型(M)不銹鋼(3Cr13)；2.鐵素體型(F)不銹鋼(1Cr17)；3.奧氏體型(A)鉻鎳不銹鋼(1Cr18Ni9或Cr25Ni20)但應(yīng)用最廣的是奧氏體型鉻鎳不銹鋼。奧氏體型不銹鋼焊接性良好，一般不需要采取特殊的工藝措施，通常應(yīng)用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊或埋弧焊。3.3不銹鋼的焊接關(guān)鍵在于：焊條（絲）要對應(yīng)于被焊母材化學(xué)成分類型相同。成形工藝基礎(chǔ)－焊接3113.4鑄鐵的焊補3.4.1熱焊法熱焊法是焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃，焊后緩慢冷卻。熱焊法可防止工件產(chǎn)生白口組織和裂縫，焊補質(zhì)量較好，焊后可以進行機械加工。但熱焊法成本較高，生產(chǎn)率低，焊工勞動條件差。對鑄鐵進行熱焊補使用氣焊比較方便。用專門鑄鐵棒焊條，配以CJ201氣焊焊劑。

一般用于焊補形狀復(fù)雜焊后需要加工的重要鑄件，如床頭箱、汽缸體等。

鑄鐵含碳高,塑性差,屬于焊接性很差的材料.生產(chǎn)中對于鑄鐵主要是焊補，氣焊、焊條電弧焊(個別大件可用電渣焊)。鑄鐵在焊補中的表現(xiàn)：（三易特點）

易生白口、易生裂紋、易生氣孔成形工藝基礎(chǔ)－焊接3123.4.2冷焊法

焊補之前，工件不預(yù)熱或只進行400℃以下低溫預(yù)熱的焊補方法通常稱為冷焊法，主要依靠焊條來調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防止或減少白口組織和避免裂縫。冷焊法方便靈活生產(chǎn)率高、成本低、勞動條件好。但焊接處切削加工性能較差。生產(chǎn)中多用于焊補要求不高的鑄件以及怕高溫預(yù)熱引起變形的工件。焊接時，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及時輕輕錘擊焊縫以松弛應(yīng)力，防止焊后開裂。成形工藝基礎(chǔ)－焊接313冷焊法關(guān)鍵：焊條的選用。冷焊法以焊條電弧焊為多。

關(guān)于冷焊法焊條選用：

1.一般非加工面焊補，選鋼芯或鑄鐵芯鑄鐵焊條；如：E5016、高釩Z116；

2.重要鑄件加工面的焊補,選鎳基鑄鐵焊條；如：EZNi(Z308)；

3.焊后須加工的灰鐵件焊補,選銅基鑄鐵焊條;如：EZNiCu(Z508)。

成形工藝基礎(chǔ)－焊接3143.5有色金屬的焊接3.5.1銅及銅合金的焊接

銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多，其原因是：銅的導(dǎo)熱性很高（紫銅約為低碳鋼的8倍），焊接時熱量極易散失。因此，焊前工件要預(yù)熱，焊接時要選用較大電流或火焰，否則容易造成焊不透缺陷。銅在液態(tài)易氧化，生成的Cu2O與銅組成低熔點共晶，分布在晶界形成薄弱環(huán)節(jié)；又因銅的膨脹系數(shù)大，凝固時收縮率也大，容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。因此，焊接過程中極易引起開裂。成形工藝基礎(chǔ)－焊接315銅在液態(tài)時吸氣性強，特別容易吸氫。凝固時氣體從熔液中析出，來不及逸出就會生成氣孔。銅的電阻極小，不適于電阻焊接。銅合金中的合金元素有的比銅更易氧化，使焊接的困難增大。例如黃銅（銅鋅合金）中的鋅沸點很低，極易燒蝕蒸發(fā)并生成氧化鋅（ZnO）。改變接頭化學(xué)成分、降低接頭性能，而且形成氧化鋅煙霧易引起焊工中毒。鋁青銅中的鋁，焊接時易生成難熔的氧化鋁，增大熔渣粘度，生成氣孔和夾渣。銅及銅合金可用氬弧焊、氣焊、碳弧焊、釬焊等方法進行焊接。采用氬弧焊是保證紫銅和青銅焊接質(zhì)量的有效方法。成形工藝基礎(chǔ)－焊接3163.5.2鋁及鋁合金的焊接工業(yè)上用于焊接的主要是純鋁（熔點658℃）、鋁錳合金、鋁鎂合金及鑄鋁。鋁及鋁合金的焊接也比較困難，其焊接特點是：鋁與氧的親和力很大，極易氧化生成氧化鋁（Al2O3）。氧化鋁組織致密，熔點高達2050℃，它覆蓋在金屬表面，能阻礙金屬熔合。此外，氧化鋁密度大，易使焊縫夾渣。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)較大，要求使用大功率或能量集中的熱源，厚度較大時應(yīng)考慮預(yù)熱。鋁的膨脹系數(shù)也較大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，并可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。成形工藝基礎(chǔ)－焊接317液態(tài)鋁能吸收大量的氫，鋁在固態(tài)時又幾乎不溶解氫，因此在溶池凝固時易生成氣孔。鋁在高溫時強度及塑性很低，焊接時常由于不能支持熔池金屬而引起焊縫塌陷，因此常需采用墊板。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。不論采用哪種焊接方法焊接鋁及鋁合金，焊前必須徹底清理焊件的焊接部位和焊絲表面的氧化膜與油污，清理質(zhì)量的好壞將直接影響焊縫性能。成形工藝基礎(chǔ)－焊接3183.5.3異種金屬的焊接性分析異種金屬焊接通常要比同種金屬的焊接困難，因為除了金屬本身的物理化學(xué)性能對焊接有影響外，兩種金屬材料性能的差異會更大程度上影響它們之間的焊接。結(jié)晶化學(xué)性的差異物理性能的差異熔點線膨脹系數(shù)導(dǎo)熱率和比熱金屬的氧化性金屬間化合物焊縫與母材不等強性成形工藝基礎(chǔ)－焊接319為了獲得優(yōu)質(zhì)的異種金屬焊接接頭，除合理地選用焊接方法和填充材料，正確地制定焊接工藝外，還可采取如下一些工藝措施：盡量縮短被焊金屬在液態(tài)下相互接觸時間，以防止或減少生成金屬間化合物。熔焊時要很好地保護被焊金屬，防止金屬與周圍空氣的相互作用。采用與兩種被焊金屬的焊接性都很好的中間層或堆焊中間過渡層，以防止生成金屬間化合物。在焊縫中加入某些合金元素，以阻止金屬間化合物相的產(chǎn)生和增長。成形工藝基礎(chǔ)－焊接320異種金屬的焊接方法熔焊采用熔焊最大特點是控制稀釋率和金屬間化合物的產(chǎn)生。因此，為了減少稀釋率，降低熔合比或控制不同金屬母材的熔化量，?？蛇x用熱源能量密度較高的電子束焊、激光焊、等離子弧焊等方法。解決母材金屬稀釋問題，可用堆焊隔離層的方法實現(xiàn)。對一些熔合不理想的屬，可通過增加過渡層金屬，使其能更好地熔合在一起。成形工藝基礎(chǔ)－焊接321堆焊隔離層的應(yīng)用成形工藝基礎(chǔ)－