常用金属材料的焊接..docVIP

培训考证、学历提升-苏州上德教育常用金属材料的焊接.学习目的：了解常用金属的焊接性；了解常用金属的焊接特性；掌握常用金属的焊接工艺和方法；教学重点：焊接方法教学难点：焊接工艺教学课时：48课时第一节 金属的焊接性概述一、金属焊接性1.概念：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。 包括：一焊接工艺性；二焊接使用性。如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。2.影响焊接性的因素1）材料因素 2）设计因素3）工艺因素4）使用因素二、碳当量及其计算方法1碳当量钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响较显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(Ceq)，以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值越小，钢材的焊接性能越好。碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。2.钢的碳当量计算方法CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15x100%第二节 低合金高强度结构钢的焊接一、焊接准备1.焊接前，接头清洁要求在坡口两侧30mm范围内，将影响焊缝质量的毛刺、油污、水锈脏物、氧化皮清洁干净。2.当施工环境温度低于0或钢材的碳当量大于0.41%，及结构刚性过大，物件较厚时应采用焊前预热措施，预热温度为80100，预热范围为板厚的5倍，但不小于100mm。3.工件厚度大于6mm时，为确保焊接强度，在板材的对接边缘应采用开切V形或X形坡口，坡口角度为60钝边p为01mm，装配间隙b为01mm；当板厚差4mm时，应对较厚板材的对接边缘进行削斜处理。4.焊前应对CO2焊机送丝顺畅情况和气体流量作认真检查。5. 若使用瓶装气体应作排水提纯处理，且应检查气体压力，若低于9.810：5PQ（10kgf/mm）应停止使用。6.根据不同的焊接工件和焊接位置调节好范围，通常的焊接规范可以用以下公式：V=0.04I+16 （允许误差1.5V）二、焊接材料1. CO2气体纯度要求99.5%；含水量不超过0.1%；含碳量不超过0.1%。2.焊丝牌号：低碳钢及高强度低合金钢重要结构焊接选用H08Mn2SiA。低碳钢及一般结构焊接选用H08MnSi。焊丝表面镀铜不允许有锈点存在。三、焊接规范板厚mm 焊丝直径mm 焊接规范电流A 电压V 气体流量l/min 1 0.8 6080 1617 1012 3 1.0120150 1820 1012 6 1.0140160 2122 101210 1.2180200 2324 141820 1.2210240 2528 18201020 1.2100120 2022 1418(适用于立、横、仰焊)320 1.2140170 2124 1418(适用于立向下角焊及立向上角焊)如使用药芯焊丝，焊接时间可参考此规范。四、操作要点1.垂直或倾斜位置开坡口的接头必须从下到上焊接，对不开坡口的薄板对接和立角焊可采用向下焊接；平、横、仰对接接头可采用左向焊接法。2.室外作业在风速大于1m/s时，应采用防风措施。3.必须根据被焊工件结构，选择合理的焊接顺序。4.对接两端应设置尺寸合适的引弧和熄弧板。5.应经常清理软管内的污物及喷嘴的飞溅。6.有坡口的板缝，尤其是厚板的多道焊缝，焊丝摆动时在坡口两侧应稍作停留，锯齿形运条每层厚度不大于4mm，以使焊缝熔合良好。7.根据焊丝直径正确选择焊丝导电阻，还是伸出长度一般控制在10倍焊丝直径范围以内。8.送丝软管焊接时必须拉顺，不能盘曲，送丝软管半径不小于150mm。施焊前应将送气软管内残存的不纯气体派出。9.导电咀磨损后孔径增大，引起焊接不稳定，需重新更换导电咀。五、焊接程序1.焊接板缝，有纵横交叉的焊缝应先焊端焊缝后焊边焊缝。2.接缝长度超过1m以上，应采用分中对称焊法或逐步退焊法。3.物架上对接与角接焊缝同时存在时，应先焊板的对接缝，后焊物架的对接缝较后焊物架与板的角接焊缝。4.凡对称物件应从中央向首尾方向开始焊接并左、右方向对称进行焊接。5.若工件上、平、立、角焊同时存在时，应先焊立角焊，后焊平角焊；先焊短缝焊，后焊长缝焊6.工件焊缝质量不好，应在部件时就进行反复修改合格，不得留在整体安装焊接时进行。六、焊缝质量要求1.重要结构对接焊缝按各种设计规定技术进行一定数量的X光或超声波缝内部检查，并按设计规定级别评定。2.外表焊缝检查，所有结构焊缝全部进行检查，其焊缝外表质量要求：焊缝直线度，任何部位在100mm内直线度2mm；焊缝应过渡光顺，不能突变90过渡角度；焊缝高低差在长度25mm,其高低差应1.5mm；角焊缝K值公差为工件板厚4mm时，0.9KOKKO+1；工件板厚4mm时，0.9KOKKO+2。（为设计焊脚尺寸）焊缝咬边：当板厚6mm,d0.3mm,局部0.5mm；当板厚6mm，d0.5mm(d为咬边深度) 焊缝不允许低于工件表面及尚未熔合的缺陷存在；多道焊缝表面堆叠相交处下凹深度应1mm；全部焊接缺陷允许进行修补，修补后应打磨光顺。工件物材为铸钢件时，焊后必须经过550退火处理，以消除应力；3.焊接结构允许进行火工校正。第三节 低合金耐热钢的焊接一、概述在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。低、中合金耐热钢是以Cr、Mo为主要合金元素的，铬的质量分数在0.512.5之间，钼的质量分数为0.5或1，室温组织以珠光体为主，因此又称为珠光体耐热钢。珠光体耐热钢具有良好的抗氧化性和热强性，还具有一定的抗硫和氢腐蚀的能力，同时具有很好的冷热加工性能。主要应用于在600以下工作的动力、石油化工等工业设备中。二、低合金耐热钢的焊接1热影响区淬硬性及冷裂纹低合金耐热钢的主要合金元素是Cr和Mo，能显著提高钢的淬硬性。如果在焊接时冷却速度过快，则在焊缝及热影响区形成对冷裂纹敏感的马氏体和上贝氏体等组织。2消除应力裂纹倾向低合金耐热钢中的Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素属于强碳化物元素，若结构拘束度较大，那么在消除应力处理或高温下长期使用时，在热影响区的粗晶区容易出现消除应力裂纹。消除应力裂纹一般在500700敏感温度范围内形成，并且出现在残余应力较高的部位，如接头咬边、未焊透等应力集中处，这些部位在加热过程中，残余应力释放，蠕变变形较大，更容易出现裂纹。3热影响区的软化低合金耐热钢焊接接头热影响区存在软化问题，其软化区的金相组织特征是铁素体加上少量碳化物，在粗视磨片上观察到一条明显的“白带”，其硬度明显下降。软化区的存在对室温性能没有什么不利的影响，但在高温长期静载拉伸条件下，接头往往在软化区发生破坏。4回火脆性Cr-Mo耐热钢及焊接接头在350500温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。焊缝金属回火脆化的敏感性比母材大，这是因为焊接材料中的杂质难以控制。三、低合金耐热钢的焊接工艺低、中合金耐热钢一般在预热状态下焊接（定位焊同样需要预热），焊后大多要进行高温回火处理。多层焊时应保持道间温度不低于预热温度。焊接过程中尽量避免中断，不得以中断焊接时，应采取缓冷措施；重新施焊的焊件仍需预热，焊接完毕应将焊件保持在预热温度以上数小时，然后再缓慢冷却。（1）焊接方法 常采用的熔焊方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和电渣焊,但常以焊条电弧焊为主，埋弧焊和气体保护焊的应用也越来越多。（2）焊前准备 焊前准备的内容主要包括下料、坡口加工、热切割边缘和坡口面的清理以及焊接材料的预处理。一般的低合金耐热钢工件，可以采用各种热切割下料。为防止厚板热切割边缘的开裂，应采取下列工艺措施：对于所有厚度的2.25Cr-Mo、3Cr-1Mo型钢和15mm以上的1.25Cr-0.5Mo钢板，热切割前应将割口边缘预热150以上。对于15mm以下的2.25Cr-Mo钢板，热切割前应预热100以上。热切割边缘应作机械加工并用磁粉探伤检查是否存在表面裂纹。（3）焊接材料选择焊接材料的选择原则是保证焊缝金属的合金成分、强度性能与母材基本一致。若二者成分相差很大，则焊接接头在长期高温条件下工作时，会因成分不均匀而导致合金元素扩散，使焊接接头的高温性能不稳定；焊缝强度不能选得过高，以免使焊缝塑性变差，甚至产生冷裂纹。焊接材料中碳的质量分数应略低于母材，其wc0.12，但不得低于0.07，否则会造成焊缝金属的冲击韧度、热强性等降低。焊接材料在使用前应作适当的预处理。埋弧焊丝用光焊丝，表面要清理干净。镀铜焊丝应将表面积尘和污垢仔细清理。焊条和焊剂要妥善保管，在使用前，应严格按工艺规程的规定进行烘干。（4）预热和焊后热处理低合金耐热钢预热温度范围一般80150，局部预热时，必须保证预热宽度大于焊件壁厚的4倍，且不能少于150。对于低合金耐热钢来说，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，更重要的是改善组织，提高接头的综合性能。低合金耐热钢焊后一般作高温回火处理，回火参数主要是加热温度和保温时间。回火温度的范围在580760。四、低合金耐热钢的焊接局部预热时，必须保证预热宽度大于焊件壁厚的4倍，且不能少于150。对于低合金耐热钢来说，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，更重要的是改善组织，提高接头的综合性能。低合金耐热钢焊后一般作高温回火处理，回火参数主要是加热温度和保温时间。回火温度的范围在580760。1. 焊前准备选用单面V形坡口，用机械方法加工，应严格控制根部间隙和坡口钝边尺寸，以确保打底焊缝彻底熔透。低合金耐热钢预热温度范围一般80150。2.焊条电弧焊应采用短弧焊接，且热输入量不宜过大。若采用长弧焊接，不仅会出现电弧燃烧不稳定、熔深浅、熔化金属飞溅大及合金元素烧损加剧等问题，而且容易产生咬边、未焊透等缺陷，同时空气中的N2、O2等有害气体易进入熔池，在焊缝中形成气孔缺陷。焊接时焊条可作小月牙形运条，在坡口两侧要停留0.51S,焊接层间必须彻底清理焊渣,发现有气孔等焊接缺陷时,用手提砂轮将焊接缺陷除掉收弧时必须将弧坑填满，以免产生弧坑裂纹。各层间的接头应错开，不得有重叠。第四节 不锈钢的焊接一、概念1. 不锈钢的分类定义：不锈钢是指主加元素铬含量能使钢处于钝化状态，又具有不锈特性的钢。按组织分：奥氏体不锈钢 、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体-奥氏体双相钢、沉淀硬化不锈钢。2.不锈钢的组织和性能（1）奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢以铁基合金为基础，在此基础上随着不同的用途，发展成一系列的奥氏体钢。成分：高铬不锈钢+适量的Ni 825%典型钢种：18-8钢 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti25-20钢 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni2025-35钢 0Cr21Ni32 4Cr25Ni35 4Cr25Ni35Nb（2）铁素体不锈钢 具有足够的铬，或铬加一些铁素体形成元素。（3）马氏体不锈钢基本上是铁、铬、碳合金，室温下是铁素体相的马氏体不锈钢，高温下是可以转变为奥氏体，淬火时形成马氏体组织。3.不锈钢的物理性能和力学性能（1）不锈钢的物理性能1）磁性2）密度3）线膨胀系数4）比电阻5）热导率（2）不锈钢的力学性能奥氏体不锈钢常温下具有低的屈强比，伸长率、断面收缩率和冲击吸收功俊很高，高的冷加工硬化性。铁素体不锈钢常温下冲击韧性低伸长率低，断面收缩率与奥氏体不锈钢相似。马氏体不锈钢退火状态下硬度低，可淬火硬化。（3）不锈钢的耐腐蚀性能1）均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。2）晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊接接头中可能会产生焊缝的晶间腐蚀、热影响区敏化区晶间腐蚀和热影响区过热区（熔合区）的“刀蚀”。二、奥氏体不锈钢的焊接1. 奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，如焊接材料和焊接工艺选择不当会出现晶间腐蚀和热裂纹。（一）晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊接接头中可能会产生焊缝的晶间腐蚀、热影响区敏化区晶间腐蚀和热影响区过热区（熔合区）的“刀蚀”。防止措施：1）控制碳量2）添加稳定化合金元素3）使焊缝形成双相组织4）进行固溶处理和稳定化热处理5）采用合理的焊接工艺（2）热裂纹奥氏体不锈钢具有较高的焊接热裂纹敏感性。焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹。25-20型奥氏体钢焊接热裂倾向较大，其次是18-8钢。奥氏体钢焊接热裂倾向还未有十分有效的解决措施。防止措施：1）使焊缝形成双相组织2）控制化学成分3）采用合理的焊接工艺2.奥氏体不锈钢的焊接（1）奥氏体不锈钢焊接材料的选择常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等，选择焊接材料按“等成分原则”。（2）工艺要点1）合理选择较适当的焊接方法由于导热系数小，线胀系数大，自由状态下焊接易产生变形，应选焊接能量集中的方法，以机械化快速焊为好。2）必须控制焊接参数，避免接头产生过热现象奥氏体钢导热系数小，热量不易散失。在同样电流下比结构钢时得到较大的熔深，焊接所用焊接电流和焊接线能量比焊接碳钢要小20%左右。应避免交叉焊缝，不应预热，快冷却，保持较低的层间温度。3）接头设计要合理例如：坡口角度 同质焊接材料，60异质焊接材料，由于金属流动更为粘滞，坡口角度要增大到80，60 时很容易发生熔合不良现象。4）尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定因为焊缝性能对化学成分的变动有较大的敏感性，为 保证焊缝成分稳定，必须保证熔合比稳定。5）控制焊缝成形。表面成形是否光整，是否有易产生应力集中之处，均会影响到接头的工作性能。6）保护焊件的工作表面应处于正常状态随处任意引弧造成弧击，铁锤敲击，打冲眼等都是腐蚀根源；控制焊缝施焊程序，保证面向介质的焊缝在较后施焊，这样可以避免面对介质的焊缝在较后施焊，以避免面对介质的焊缝极其HAZ发生敏化。三、铁素体不锈钢的焊接1.焊接特点高铬不锈钢焊接时，加热到950以上冷却到室温时，会产生严重的脆化，伴随着晶粒长大引起晶间腐蚀，降低乃腐蚀性。同时铁素体本身的塑性、韧性均较低，在焊接应力作用下裂纹倾向也较大。2.焊接工艺通常采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊及熔化极氩弧焊。1.焊缝成分的确定（实际上是焊接材料选择问题）同质焊材：焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织，引起粗晶脆化，室温下韧性低，易产生裂纹。应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化。异质焊缝：A焊接材料（在不宜进行预热或焊后热处理的情况下），焊后不可进行退火处理，因F钢退火温度范围（787843），正好处在A钢敏化温度区间，容易产生晶间腐蚀及脆化。2.预热温度F钢具有高温脆性。加热至9501000以上后急冷至室温，塑性和缺口韧性显著降低，称高温脆性。若重新加热750850恢复塑性产生原因：C，N化合物在晶界和晶内位错上析出，C，N降低高温脆化减少。为防止高温脆化，预热温度要低些，一般T0=150，若C增加，T02003003.焊后热处理F钢也有晶间腐蚀倾向，焊后实际上常在750850退火处理。四、马氏体不锈钢的焊接1.焊接特点具有较大的晶粒长大倾向，冷却速度大时易产生粗大的马氏体，冷却速度小时易出现粗大的铁素体和碳化物。2.焊接工艺（1）焊接材料可选用和基本金属相近的马氏体不锈钢焊条。（2）预热及层间温度预热温度一般选在150400（根据含碳量增加而提高）。（3）焊接一般选用较大的焊接电流，低焊速，运条时横向摆动，防止产生裂纹。（4）焊后热处理目的：一是降低焊缝及热影响区的硬度，改善其塑性和韧性；二是减少或消除焊接残余应力，去除接头中的扩散氢，防止延迟裂纹的产生。五、不锈钢复合钢板的焊接1.焊接材料一般选用高铬镍奥氏体焊条或采用不锈钢药芯焊丝。2.焊前准备坡口宜用刨削加工，一般开在基层一侧，多采用Y形坡口。3.焊接工艺过渡层的焊接尽量采用小电流，焊条摆动幅度小，熔深要浅。离复层12mm时，改用复层焊条焊接，采用小电流、块焊速、多道焊，焊条不做横向摆动。第五节 铸铁的焊接一、概述铸铁是含碳量大于2.11的铁碳合金。按碳在铸铁中存在的状态及形式的不同，可将铸铁分为：白口铸铁：碳绝大部分以在铁素体状态存在，断口亮白色，铁素体硬而脆，机制较少应用。灰 铸 铁：石墨片状存在可锻铸铁：团絮状球墨铸铁：圆球状蠕墨铸铁：蠕虫状二、铸铁的石墨化及其受化学成分的影响1.铸铁的石墨化过程铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体（Fe3C）和游离态的石墨（G）两种形式存在。石墨是碳的单质态之一，其强度、塑性和韧性都几乎为零。渗碳体是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C3Fe +C，形成游离态石墨。因此，铁碳合金实际上存在两个相图，即Fe-Fe3C相图和Fe-G相图，这两个相图几乎重合，只是E、C、S点的成分和温度稍有变化。根据条件不同，铁碳合金可全部或部分按其中一种相图结晶。2.铸铁化学成分对石墨化的影响化学成分的影响 铸铁中的碳和硅是强烈促进石墨化的元素，3%的硅相当于1%碳的作用。碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差；碳、硅含量过高，会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能和质量。磷虽然可促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高（达0.3%以上）。此外，铝、铜、镍、钴等元素对石墨化也有促进作用，而硫、锰、铬、钨、钼、钒等元素则阻碍石墨化。三、焊接材料见“铸铁焊条电弧焊常用焊条”四、灰铸铁的焊接1.灰铸铁的焊接性（1）焊接接头易出现白口组织（2）焊接接头易出现淬硬组织（3）焊接接头易出现冷裂纹和热裂纹2.灰铸铁的焊条电弧冷焊接技术灰铸铁电弧冷焊接是指焊前被焊接铸铁件不预热的焊条电弧焊。特点：效率高、成本低、劳动条件好。（1）灰铸铁同质焊缝焊条电弧冷焊易出现的问题：1）铸铁型焊缝的焊接熔池及其HAZ冷却速度很快，易产生白口及马氏体。2）焊件上的温度场很不均匀，使焊缝产生较高的拉应力，而灰铸铁的焊缝强度较低，基本无塑性，焊后很容易产生冷裂纹。解决措施：1）提高焊缝石墨化的能力。冷焊条件下焊缝中W(C)=4.0%5.5%,Si=3.5%4.5%,C+Si=7.510%，比较合适。2）焊缝中加入Ca、Ba、Al等，这些微量元素的加入，可形成高熔点的硫化物、氧化物等，成为石墨形核的异质核心，加速焊缝石墨化过程。3）为了防止焊接接头上出现白口及淬硬组织，采取大的焊接热输入工艺，即采用大电流、连续焊工艺来降低焊缝冷却速度。4）过去电弧冷焊灰铸铁，受传统观念束缚，一直使焊缝也成为灰铸铁，但灰铸铁石墨为片状，片状石墨的尖端是高应力集中区，加以铸铁焊缝强度低，无塑性，又采用大电流连续工艺，工件局部受热较严重，焊缝应力状态较严重，很易形成冷裂纹。近期，通过冶金处理，改变焊缝石墨的形态，甚至使石墨成为球状，并控制基体为铁素体+珠光体，使焊缝的抗冷裂能力获得提高。（2）灰铸铁异质焊缝的电弧冷焊铸铁型焊缝电弧冷焊存在很多局限性：1）焊缝强度低、塑性差，焊补较大刚度缺陷时易出现裂纹。2）焊缝为铸铁型，由于冷速快，焊缝易出现白口。3）由于工艺要求采用大电流、连续焊，对于薄壁件缺陷的焊补有困难。镍基铸铁焊条所用焊芯有纯镍焊芯、镍铁焊芯W(Ni)=55%,余为Fe、镍铜焊芯W(Ni)=70%,余为Cu三种，所有镍基铸铁焊条均采用石墨型药皮，也就是说，药皮中含有较多的石墨。铜基铸铁焊条的特点：1）（在常温下铁在Cu中的溶解度很小）焊缝中的Cu与Fe是以机械混合物形式存在，焊缝以Cu为基础，在其中机械地混合着少量钢或铸铁的高硬度组织。第一层焊缝时，铸铁中的C较多地熔入焊缝中，由于Cu不溶解C，也不与C形成碳化物，C全部与焊条及母材熔化后的Fe结合，在焊缝快冷情况下，形成M、Fe3C等高硬度组织。2） 整个焊缝还是有较高的塑性，有较好的抗裂性。3）Cu是弱石墨化元素，而且其扩散能力较弱，焊缝接头上白口区较宽。4）焊接接头加工性不良（焊缝的Cu基很软，M、Fe3C很硬）。5）Cu钢焊条所焊焊缝顔色与母材差别较大。4.灰铸铁的气焊技术气焊时应注意以下几点：（1）采用中性焰补焊。（2）火焰的焊芯距熔池表面10mm，使火焰始终盖住熔池。（3）焊丝端头插入熔池底部进行搅拌，使气体从熔池中逸出，防止产生气孔。（4）使焊缝高出母材23mm，焊后焊区加热使其缓冷。五、球墨铸铁的焊接1. 球墨铸铁的焊接性特点：（1）白口化倾向及淬硬性倾向比灰铸铁大。（2）提高对焊接接头的力学性能要求。（3）焊接性比灰铸铁要好。多采用热焊法，并进行焊后热处理。2. 球墨铸铁的焊条电弧焊技术（1）采用同质焊缝时焊条选用低碳钢芯球墨铸铁焊条（Z238），焊前预热至500，焊后缓冷；焊接时采用大电流、连续焊工艺，焊接电流按焊条直径的3060倍选用。（2）采用异质焊缝时焊条选用铁镍铸铁焊条（Z408），工艺与焊接灰铸铁相似，对厚度较大的铸铁件较好预热100200，采用较小的焊接电流。3.球墨铸铁的气焊技术球墨铸铁的气焊用火焰性质及溶剂与灰铸铁气焊相同，采用中性焰及CJ201溶剂。第六节 铝及其合金的焊接一、铝及其合金的种类和性能1.概述与低碳钢相比较，具有密度小，电阻率小，线膨胀系数大(约为低碳钢线膨胀系数的2倍)，导热系数大(铝及其合金熔合区的冷却速度为高强钢熔合区冷却速度的(47)倍)、良好的耐蚀性、较高的比强度，优异的低温韧性，但强度低。抗拉强度一般不超过100MPa，热处理后能达到400 MPa。2.铝及铝合金的分类根据铝合金的化学成分和制造工艺可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。在变形铝合金中又可分为非热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。非热处理强化铝台金通过加工硬化、固溶强化来提高力学性能。3.工业纯铝纯铝的强度低，抗拉强度仅为80100MPa，塑性好，伸长率大，具有良好的耐蚀性和焊接性。4.变形铝合金非热处理强化变形铝合金主要有防锈铝合金；热处理强化变形铝合金主要有硬铝、超硬铝及锻铝合金等。5.铸造铝合金为使铸造铝合金具有一定的强度、良好的耐蚀性及铸造工艺性，合金中加入数量较多的硅、铜、镁、锌及锰等元素。有铝-硅系、铝-铜系、铝镁系、铝-锌系等四类合金。二、铝及铝合金的焊接性1.氧化能力强2.导热性和导电性高3.裂纹倾向性大4.容易形成气孔5.高温下强度和塑性低6.合金元素的蒸发和烧损7.焊接接头与母材强度不等8.固态液态转变时无色泽变化三、铝及铝合金的焊接材料选用1.焊丝选用的焊丝对焊接接头的物理性能和化学成分有较大的影响。一般选用与母材化学成分相同的同质焊丝，或可从母材金属上截取窄条代用。常用的是铝硅合金焊丝SAlSi1。2.焊条使用前应经150烘干12h。3.铝溶剂（1）铝溶剂的作用1）溶解和清除氧化膜，形成熔渣，保护熔化金属不被继续氧化。2）排除熔池中的气体、氧化物及其他夹杂物。3）改善熔池金属的流动性，使焊缝形成良好。（2）铝溶剂的组成铝溶剂由碱金属的氯化物与氟化物混合粉末配制而成。常用CJ401溶剂。焊接铝镁合金时，不宜采用含有氯化钠、氟化钠的溶剂。四、铝及铝合金焊件和焊丝表面的清洗铝及铝合金焊前，必须先清除油污，再清除氧化膜。1.清洗油污一般采用汽油或丙酮、醋酸乙酯、松香水、四氯化碳等溶剂擦洗油污。2.清除氧化膜有机械清理和化学浸洗两种方法（1）机械清理用不锈钢丝轮、铜丝轮或刮刀清理。适用于焊缝质量要求不高、焊件尺寸大、不易用化学方法清理的焊件。（2）化学浸洗效率高，质量稳定，适用于中小型尺寸并成批生产的零件。五、铝及铝合金的钨极手工氩弧焊优点：保护效果好、电弧稳定、热量集中、焊缝成形美观及质量好。1.焊接接头和坡口形状尺寸表3-39。2.钨极手工氩弧焊电流通常采用交流电源。3.焊接规范的选择根据焊件厚度来选择焊接电流和相应的钨极直径。钨极伸出喷嘴的长度为34mm，喷嘴到焊件表面的距离为814mm，焊丝直径一般为35mm。4.操作技术（1）焊接方向通常采用左向焊法（2）焊前检查检查焊件清洗状况，焊机、氩气皮管和冷却水系统是否正常。（3）焊丝、焊枪与焊件之间的相对位置要求焊枪运行平稳，送丝均匀，保持电弧稳定燃烧。（4）引弧采用高频或脉冲两种方法。（5）焊枪运行方法1）等速运行2）断续运行3）横向摆动4）纵向摆动（6）送丝方法断续点滴法和连续推送法（7）收弧通常采用引出板将弧坑引出焊件；中断或不能安引出板的，可采用添加焊丝填满弧坑或采用电流衰减法。六、铝及铝合金的钨极自动氩弧焊优点：生产率高，熔透深度大，焊缝平直美观，焊件质量可靠。1.焊件规范焊件电流比手工氩弧焊大，采用短弧焊件，电弧长度为36mm，喷嘴口径和氩气流量比手工氩弧焊大，钨极伸出喷嘴长度为48mm，喷嘴到焊件表面距离为1014mm，焊丝直径为24mm，送丝速度根据焊件电流、熔池温度、焊缝成形选择，焊件速度根据焊件厚度和熔池温度而定。2.操作技术（1）引弧应用引弧器和应用钨棒引弧两种方法。（2）焊接1）对接缝自动焊有填充焊丝和不加填充焊丝两种2）环缝自动焊焊前必须进行对称定位焊，定位焊点要求熔透均匀，焊接收尾时，应使环缝重叠一定长度（2540mm）。七、铝及铝合金的熔化极氩弧焊1.焊接电源当选用细丝焊接时，通常采用平特性电源。粗丝时采用下降外特性电源。2.电弧特性熔滴过渡形式通常采用射滴和短路相混合的过渡形式，也称亚射流过渡。3.焊接规范焊丝直径一定时，焊接电流尽量偏大，以达到亚射流过渡。焊接速度较高，以减小变形和提高生产率。焊丝伸出长度为1325mm。八、铝及铝合金的气焊适用于薄板（0.52.0mm）构件的焊接和铝铸件的补焊。1.焊前预热小件不预热。厚度大于5mm及结构复杂的焊件，根据板厚和焊件结构形状，一般预热至200250。2.火焰的性质和能率一般采用氧乙炔焰，并选用中性焰或轻微碳化焰。焊嘴大小根据焊件厚度、坡口形式、焊接位置及焊工的技术水平而定。3.操作方法通常采用左向焊法；厚度大于5mm时采用右向焊法。焊炬的运动形式有两种：一种是保持焊炬一定的高度，沿焊接方向移动；另一种是在焊炬向前移动时还做周期的上下挑动。焊丝与焊炬的夹角为80100度。焊后进行清洗。九、铝及铝合金的焊条电弧焊一般只有在无气焊、氩弧焊场合或氩弧焊和气焊炬难以到位的场合，对板厚大于2mm的情况下采用。操作时注意一下几点：（1）焊条使用前150烘干12小时。（2）板厚小于6mm可不开坡口，板厚612mm时开V形坡口，板厚大于12mm时开X形坡口。（3）采用直流电源焊接，焊条接正极。（4）快速焊接。第七节 铜及铜合金的焊接一、铜及铜合金的种类和性能常用的铜及铜合金有四种：纯铜，黄铜，青铜和白铜。1.纯铜纯铜是(Cu)不低于99.5 的工业纯铜，具有良好的导电性、导热性，良好的常温和低温塑性，以及对海水等的耐腐蚀性，纯铜中的杂志如氧、硫、铋等都不同程度地降低纯铜的优良性能，增加材料的冷脆性和接头中出现热裂纹的倾向。2.黄铜黄铜系铜和锌组成的二元合金，黄铜与纯铜强度、硬度和耐腐蚀能力都高，且具有一定塑性，能很好承受热加工和冷加工，(Zn)在 30 40 的黄铜具有相与少量的相，因而提高了强度、塑性、耐蚀性、但对焊接性不利。3.青铜铜合金不以锌或镍为主要元素，而加入锡、铝、硅等其他元素时，称为青铜，分别为锡青铜、铝青铜、硅青铜。4.白铜白铜是铜和镍的合金，具有较好的综合力学性能，易于焊接，不需预热。二、铜及铜合金的焊接性1.焊缝成形能力差（1）导热性强（2）流动性大2.焊缝和热影响区裂纹倾向大产生裂纹原因：（1）铜的氧化（2）低熔点杂质（3）焊接应力和变形大3.气孔倾向严重产生气孔的原因：（1）氢引起的扩散性气孔（2）氧的反应气孔（3）铜的自身特性4.接头性能下降原因:（1）合金元素的蒸发和烧损（2）焊缝及热影响区晶粒变粗（3）杂质和合金元素的渗入三、铜及铜合金焊接材料的选用1. 气体保护焊用焊丝铜薄板和中板焊接，使用气保焊逐渐取代气焊、焊条电弧焊，电极一般采用钍钨极(EWTh-2)。焊接纯铜，一般选用含有(Si) 0.5，(P) 0.15或(Ti) 0.3 0.5脱氧剂的无氧铜焊丝，如HSCu。焊接普通黄铜，采用无氧铜加脱氧剂的锡青铜焊丝，如HSCuSn。对高强度黄铜则采用青铜加脱氧剂的硅青铜焊丝或铝青铜焊丝，如：HSCuAl、HSCuSi等。保护气体则选用氩气(Ar)或Ar+He(Ar+He混合比50/50或30/70)，采用Ar+He混合气体的较大优点是可以改善焊缝金属的润湿性，提高焊接质量。由于氦气保护时输入热量比氩气保护时大，故可降低预热温度。 2. 埋弧焊用焊丝与焊剂埋弧焊的特点是电热效率高，对熔池的保护效果好。大、中厚度铜焊件的焊接工艺与钢基本相同，可选用高硅高锰焊剂HJ431，但可能发生合金元素向焊缝过渡，对接头性能要求高的焊件宜选用HJ260、HJ150。焊丝则选用纯铜焊丝、青铜焊丝、焊接纯铜和黄铜。3.焊条焊条电弧焊用焊条分为纯铜、青铜两类，由于黄铜中的锌容易蒸发，因而极少采用焊条电弧焊。纯铜焊条型号ECu为低氢型药皮，用于焊接脱氧或无氧铜结构件，在大气及海水中具有良好的耐腐蚀性。四、焊前准备1.焊前清理焊前对焊丝和焊件坡口两侧30mm范围内的油脂、水分、金属氧化物进行清除。2.坡口形式采用对接接头、端接接头。五、纯铜的焊件技术焊接纯铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法，大型结构也可采用自动焊。1.纯铜的气焊焊接纯铜较常用的是对接接头，搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝，一种是含有脱氧元素的焊丝，如丝201、202；另一种是一般的纯铜丝和母材的切条，采用气剂301作助熔剂。气焊纯铜时应采用中性焰。2.纯铜的手工电弧焊在手工电弧焊时采用纯铜焊条铜107，焊芯为纯铜（T2、T3）。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时，焊前必须预热，预热温度一般在400500左右。用铜107焊条焊接，电源应采用直流反接。焊接时应当用短弧，焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动，可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时，必须彻底清除层间的熔渣。焊接应在通风良好的场所进行，以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝，消除应力和改善焊缝质量。3.纯铜的手工氩弧焊在纯铜手工氩弧焊时，采用的焊丝有丝201(特制纯铜焊丝)和丝202，也采用纯铜丝，如T2。焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净，避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。对接接头板厚小于3毫米时，不开坡口；板厚为310毫米时， 开V型坡口，坡口角度为6070； 板厚大于10毫米时，开X型坡口，坡口角度为6070；为避免未焊透，一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸，对接接头的装配间隙在0.51.5毫米范围内选取。纯铜手工氩弧焊，通常是采用直流正接，即钨极接负极。为了消除气孔，保证焊缝根部可靠的熔合和焊透，必须提高焊接速度，减少氩气消耗量，并预热焊件。板厚小于3毫米时，预热温度为150300；板厚大于3毫米时，预热温度为350500。预热温度不宜过高，否则使焊接接头的机械性能降低。还有纯铜的碳弧焊，碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。纯铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样，也可用母材剪条，可用气焊纯铜的助熔剂，如气剂301等。六、黄铜的焊件技术黄铜焊接的方法有：气焊、碳弧焊、手工电弧焊和氩弧焊。1.黄铜的气焊由于气焊火焰的温度低，焊接时黄铜中锌的蒸发比采用电焊时少，所以在黄铜焊接中，气焊是较常用的方法。黄铜气焊采用的焊丝有：丝221、丝222和丝224等，这些焊丝中含有硅、锡、铁等元素，能够防止和减少熔池中锌的蒸发和烧损，有利于保证焊缝的性能和防止气孔产生。气焊黄铜常用的熔剂有固体粉末和气体熔剂两类，气体熔剂由硼酸甲脂及甲醇组成；熔剂如气剂301。2.黄铜的手工电弧焊焊接黄铜除了用铜227及铜237外，也可以采用自制的焊条。黄铜电弧焊时，应采用直流电源正接法，焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于6070，为改善焊缝成形，焊件要预热150250。操作时应当用短弧焊接，不作横向和前后摆动，只作直线移动，焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件，焊后必须退火，以消除焊接应力。3.黄铜的手工氩弧焊黄铜手工氩弧焊可以采用标准黄铜焊丝：丝221、丝222和丝224， 也可以采用与母材相同成分的材料作填充材料。焊接可以用直流正接，也可以用交流。用交流焊接时，锌的蒸发比直流正接时轻。通常焊前不用预热，只有板厚相差比较大时才预热。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热300400进行退火处理，消除焊接应力，以防止焊件在使用过程中裂缝。七、青铜的焊接技术1.锡青铜的焊接工艺（1）锡青铜气焊采用中性焰，火焰能率与碳钢气焊时基本相同。火焰的焰心与焊件表面的距离为710mm。焊后可采用焊缝锤击或退火处理，以消除内应力。（2）锡青铜焊条电弧焊采用T227焊条或专用焊条，焊前对铸件进行100200预热。操作工艺与纯铜相同。（3）锡青铜氩弧焊钨极氩弧焊采用直流正接，钨极烧损小，熔深大；采用直流反接时，可获得稳定的熔滴过渡和较高的焊丝熔化速度。锡青铜的导热性比黄铜稍大，焊接时采用较大的焊接电流和较低的焊接速度。2.铝青铜的焊接工艺（1）铝青铜的焊条电弧焊焊条牌号为T237，采用直流反接，短弧焊接。只限于水平位置焊接，焊条不宜做横向摆动，采用大电流。（2）铝青铜氩弧焊采用交流电源焊接，对于厚大的焊件需要150300预热。第八节 堆焊一、堆焊的特点堆焊是用焊接工艺在零件表面熔敷一层耐磨、耐热、耐腐蚀等特殊性能合金层的技术。堆焊目的：修复（恢复尺寸，延长使用寿命）；制造特殊表面性能的新零件。二、堆焊金属表面磨损的类型1.磨料磨损当硬质颗粒或表面粗糙物体（一般称为磨料如岩石、矿石、砂子、硬金属屑或颗粒、砂布、砂轮等）在压力的作用下，对金属表面进行显微切削，即产生了磨料磨损。2.冲击磨损金属受外来物体的冲击作用而引起的磨损称冲击磨损。通常和磨料磨损同时出现。冲击按金属表面所受应力的大小及造成损坏的情况分为三类：轻度冲击、中度冲击、重度冲击。3.金属间摩擦磨损是指金属与金属之间相对运动时，由于两接触面凹凸不平，引起表面金属变形，局部高温焊合而撕裂式转移结合到另一表面的一种表面破坏形式。如轴、轴承、刀具、模具、制动轮、阀门密封面。4.腐蚀磨损金属受周围介质作用而引起的损坏称为腐蚀，包括：化学腐蚀和电化腐蚀。5.气蚀磨损发生在零件与液体接触并在相对运动的条件下。三、堆焊合金材料及其选用堆焊合金材料分为：铁基、镍基、钴基、铜基及碳化钨等类型。1.堆焊合金材料的种类（1）低合金钢合金含量小于5，可分为珠光体和马氏体两类。（2）高铬马氏体钢含铬量13左右，含碳量0.10.2。（3）铬镍奥氏体钢（4）高锰钢含碳量0.71