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1、材料成型技术第四章焊接本讲稿第一页，共二十页4.3 4.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接4.3.1 4.3.1 材料的焊接性材料的焊接性 焊接性焊接性是材料在限定的施工条件下焊成是材料在限定的施工条件下焊成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。求的能力。1.1.材料焊接性的影响因素材料焊接性的影响因素:（1 1）材料的化学成分：）材料的化学成分：1 1）在）在FeFeC C合金中，随含合金中，随含C C量的增加，量的增加，焊接性下降；焊接性下降；2 2）非铁合金的焊接性一般均较差。）非铁合金的焊接性一般均较差。本讲稿第二页，共二十页（2
2、2）焊接方法）焊接方法:同种材料采用不同的焊接方法，材料的焊同种材料采用不同的焊接方法，材料的焊接性差别很大。采用接性差别很大。采用埋弧焊、等离子弧焊、激埋弧焊、等离子弧焊、激光焊等方法时，焊接性较好。光焊等方法时，焊接性较好。例例如如：焊焊接接难难熔熔金金属属，异异种种材材料料时时，若若采采用用手手工工电电弧弧焊焊、气气体体保保护护焊焊等等较较困困难难，但但采采用用等离子弧焊、激光焊等可获得良好的接头。等离子弧焊、激光焊等可获得良好的接头。（3 3）焊接材料）焊接材料:指焊条、焊丝、焊剂和气体等。指焊条、焊丝、焊剂和气体等。例如：选用碱性焊条，例如：选用碱性焊条，焊缝力学性能比选用酸性焊条要
3、高。焊缝力学性能比选用酸性焊条要高。本讲稿第三页，共二十页（4 4）焊接结构类型）焊接结构类型:焊件结构越复杂或板厚越大，焊接性就越差。焊件结构越复杂或板厚越大，焊接性就越差。（5 5）服役要求（使用要求）服役要求（使用要求）:焊接使用要求不高时，焊接性好些。焊接使用要求不高时，焊接性好些。2.2.焊接性的评价焊接性的评价:（1 1）估算法：）估算法：1 1）碳当量法：）碳当量法：即把钢中合金元素（包括碳）的即把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，作为评价钢材含量按其作用换算成碳的相当含量，作为评价钢材焊接性的一种参考指标。焊接性的一种参考指标。本讲稿第四页，共二十页国际焊
4、接学会推荐的公式：国际焊接学会推荐的公式：式中式中 碳当量（）；碳当量（）；（）、（）、（）（）碳、锰等相应成分碳、锰等相应成分的质量分数（）。的质量分数（）。本讲稿第五页，共二十页A U T SCECE值愈大，焊接性愈差。值愈大，焊接性愈差。CECE0.4%0.4%时，焊接性能时，焊接性能良好良好。淬硬、冷裂倾向不大，不需特殊的工艺措施。淬硬、冷裂倾向不大，不需特殊的工艺措施。CE=0.4%CE=0.4%0.6%0.6%时，焊接性能时，焊接性能较差较差。淬硬、冷裂倾向明显，需一定的工艺措施。淬硬、冷裂倾向明显，需一定的工艺措施。（焊前预热、焊后缓冷）（焊前预热、焊后缓冷）CECE0.6%0.
5、6%时，焊接性能时，焊接性能很差很差。淬硬、冷裂倾向严重，需严格的工艺措施。淬硬、冷裂倾向严重，需严格的工艺措施。（焊前较高温度的预热，焊后缓冷并进行去应力退火）（焊前较高温度的预热，焊后缓冷并进行去应力退火）本讲稿第六页，共二十页2 2）冷裂纹敏感系数法）冷裂纹敏感系数法P PWW考虑了板厚、焊缝氢量的影响。考虑了板厚、焊缝氢量的影响。式中式中 PwPw_冷裂纹敏感系数；冷裂纹敏感系数；(C)(C)、(Mn)(Mn)等等_碳、锰等相应成分的碳、锰等相应成分的 质量分数质量分数(%)(%)；本讲稿第七页，共二十页HH_100100克焊缝金属中扩散氢的含量克焊缝金属中扩散氢的含量(Ml)(Ml)
6、；h h _材料板厚材料板厚(mm)(mm)。防止裂纹要求的最低预热温度防止裂纹要求的最低预热温度TpTp：Tp=1440Pw-392Tp=1440Pw-392（）PwPw值越大（反映材料焊接性差）值越大（反映材料焊接性差），预热温度预热温度TpTp越高。越高。（2）焊接性试验：）焊接性试验：即评定母材焊接性的试验。即评定母材焊接性的试验。如焊接裂纹试验接头、力学性能试验、如焊接裂纹试验接头、力学性能试验、接头耐腐蚀性能试验等。接头耐腐蚀性能试验等。本讲稿第八页，共二十页常用金属材料的焊接性能常用金属材料的焊接性能材料种类材料种类焊接性焊接性主要焊法主要焊法工艺措施工艺措施低碳钢低碳钢良好良好
7、所有方法所有方法 一般不需，只有一般不需，只有焊厚大构件或在焊厚大构件或在0 0以下低温环境中焊以下低温环境中焊接时，应适当预热接时，应适当预热低合金低合金结构钢结构钢低强度低强度良好良好手弧、埋弧、手弧、埋弧、电渣、电渣、COCO2 2高强度高强度较差较差手弧、埋弧、手弧、埋弧、电渣、电渣、Ar+COAr+CO2 2焊前需预热，重要焊前需预热，重要件焊后去应力退火件焊后去应力退火中碳钢中碳钢较差较差手弧、埋弧、手弧、埋弧、气焊等气焊等 焊前预热，焊前预热，焊后缓冷焊后缓冷高碳钢高碳钢很差很差手弧、埋弧、手弧、埋弧、气焊等气焊等 焊前预热，焊前预热，焊后缓冷并热处理焊后缓冷并热处理本讲稿第九页
8、，共二十页材料种类材料种类焊接性焊接性主要焊法主要焊法工艺措施工艺措施不锈不锈钢钢奥氏体奥氏体良好良好 氩弧焊、氩弧焊、手弧、埋弧手弧、埋弧不需不需马氏体马氏体铁素体铁素体较差较差焊前预热，焊后缓焊前预热，焊后缓冷，有时需热处理冷，有时需热处理铜、铝、钛铜、铝、钛等有色金属等有色金属较差较差氩弧焊、气焊、氩弧焊、气焊、电阻焊、钎焊电阻焊、钎焊 厚板需焊前预热厚板需焊前预热铸铁铸铁极差极差（只焊补（只焊补）手弧焊、手弧焊、气焊（薄壁）气焊（薄壁）重要件、复杂件重要件、复杂件 焊焊前预热，焊后缓冷前预热，焊后缓冷（续表）（续表）本讲稿第十页，共二十页4.3.2 4.3.2 常用金属材料的焊接常用金
9、属材料的焊接1.1.碳钢的焊接碳钢的焊接低碳钢的焊接低碳钢的焊接 低碳钢的低碳钢的.，焊接性良好，焊接性良好应用：应用：一般的工程结构和强度要求不高的机器零件一般的工程结构和强度要求不高的机器零件中碳钢的焊接：中碳钢的焊接：中碳钢的一般为中碳钢的一般为.，焊接性较差，焊接接头易产生淬硬组织和裂纹焊接性较差，焊接接头易产生淬硬组织和裂纹本讲稿第十一页，共二十页改善焊接性的措施：改善焊接性的措施：预热和后热；预热和后热；选用低氢型焊条或碱度较多的焊剂；选用低氢型焊条或碱度较多的焊剂；使用小电流、低速焊和多层焊；使用小电流、低速焊和多层焊；焊后应当立即进行热处理。焊后应当立即进行热处理。高碳钢的焊接
10、：高碳钢的焊接：高碳钢的高碳钢的.，焊接性更差。，焊接性更差。措施：措施：采用更高的预热温度和更严格的工艺措施。采用更高的预热温度和更严格的工艺措施。应用：应用：工具、模具的修补。工具、模具的修补。本讲稿第十二页，共二十页低合金钢结构低合金钢结构强度级别低的低合金钢的焊接强度级别低的低合金钢的焊接当当 S S=295390Mpa=295390Mpa，CECE0.4%0.4%时，时，焊接性较好。焊接性较好。强度级别较高的低合金钢的焊接：强度级别较高的低合金钢的焊接：当当 S S=440540Mpa=440540Mpa，CECE：0.40.6%0.40.6%时，时，焊接性较差。焊接性较差。采取措施
11、：采取措施：预热和后热预热和后热采用碱性焊条碱度较高的焊剂采用碱性焊条碱度较高的焊剂 焊后需进行去应力退火或高温回火焊后需进行去应力退火或高温回火本讲稿第十三页，共二十页耐热钢的焊接：耐热钢的焊接：焊接性一般均较差焊接性一般均较差措施：措施：焊前清理；焊前清理；预热和后热；预热和后热；选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；焊后热处理。焊后热处理。本讲稿第十四页，共二十页.不锈钢的焊接：不锈钢的焊接：焊接性一般均较差。焊接性一般均较差。措施：措施：采用高纯焊接材料；采用高纯焊接材料；选用高碱度焊剂或低氢型焊条；选用高碱度焊剂或低氢型焊条；焊接时须采用热量集中的焊法、小的
12、热输入、焊接时须采用热量集中的焊法、小的热输入、低的层间温度，以减少热影响区的受热程度；低的层间温度，以减少热影响区的受热程度；焊后热处理。焊后热处理。本讲稿第十五页，共二十页铸铁的焊接：铸铁的焊接：焊接时易产生裂纹、白口及淬硬组织，焊接时易产生裂纹、白口及淬硬组织，故焊接性较差。需采取一定的工艺措施。故焊接性较差。需采取一定的工艺措施。常用的焊接方法有：常用的焊接方法有：异质焊缝冷焊：异质焊缝冷焊：即选用焊缝为非铸铁型组织的焊条；以防止出即选用焊缝为非铸铁型组织的焊条；以防止出现白口组织和裂纹。现白口组织和裂纹。常用焊条电弧焊，通常不预热。常用焊条电弧焊，通常不预热。应用：应用：纯镍铸铁焊条
13、仅用于机床导轨面；纯镍铸铁焊条仅用于机床导轨面；碳钢铸铁焊条只能用于焊补铸铁件的非加工面。碳钢铸铁焊条只能用于焊补铸铁件的非加工面。本讲稿第十六页，共二十页同质焊缝热焊：同质焊缝热焊：即选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前即选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前将铸件整体或局部预热至将铸件整体或局部预热至550650，且焊，且焊时温度不低于时温度不低于400。常用常用焊条电弧焊和气焊焊条电弧焊和气焊，焊后需去应力退火。，焊后需去应力退火。优点：优点：有效地防止白口、淬硬组织及裂纹，接有效地防止白口、淬硬组织及裂纹，接头切削加工性好。头切削加工性好。缺点：缺点：成本高，生产效率低，劳动条件差。成本高，
14、生产效率低，劳动条件差。应用：应用：用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加工的重要铸件。工的重要铸件。本讲稿第十七页，共二十页非铁金属的焊接非铁金属的焊接铝及铝合金铝及铝合金工业纯铝和非热处理强化的变形铝合金，工业纯铝和非热处理强化的变形铝合金，焊接性较好。焊接性较好。可热处理强化变形铝合金和铸造铝合金，可热处理强化变形铝合金和铸造铝合金，焊接性较差。焊接性较差。焊接的主要困难：焊接的主要困难：极易生成熔点高、密度大的氧化物使焊缝产极易生成熔点高、密度大的氧化物使焊缝产生未熔合或夹渣缺陷；生未熔合或夹渣缺陷；易产生内应力、变形和裂纹；易产生内应力、变形和裂纹；本讲
15、稿第十八页，共二十页易使焊缝产生气孔；易使焊缝产生气孔；所含的低沸点合金元素焊接时极易蒸发、烧所含的低沸点合金元素焊接时极易蒸发、烧损；损；铝的热导率和热容量大，焊接时热损失大等。铝的热导率和热容量大，焊接时热损失大等。焊接时注意事项：焊接时注意事项：尽量选用能量集中的强热源；尽量选用能量集中的强热源；焊丝成分一般应与母材相同或相近；焊丝成分一般应与母材相同或相近；焊前清理焊丝和焊件；焊前清理焊丝和焊件；板厚较大或气温较低时需预热。板厚较大或气温较低时需预热。本讲稿第十九页，共二十页铜及铜合金铜及铜合金:焊接性较差。焊接性较差。主要困难主要困难:易引起热裂纹；易引起热裂纹；易生成气孔；易生成气孔；易引起内应力、变形和裂纹；易引起内应力、变形和裂纹；易产生未熔合、未焊透等缺陷。易产生未熔合、未焊透等缺陷。注意事项注意事项:熔焊时焊丝成分一般应于母材成分相近；熔焊时焊丝成分一般应于母材成分相近；焊接热输入宜大，必要时进行去应力退火。焊接热输入宜大，必要时进行去应力退火。本讲稿第二十页，共二十页