第13讲 常用金属材料的焊接

1、材料成型基础材料成型基础 刘志卫单位：机械工程学院 机械制造与自动化教研室手机邮箱：安徽理工大学安徽理工大学材料成型基础材料成型基础第第1313讲讲 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接p一、金属材料的焊接性p二、碳素钢和低合金结构钢的焊接p三、不锈钢的焊接p四、铸铁的补焊p五、非铁金属的焊接常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接主要内容主要内容p 焊接性焊接性：采用一定焊接方法、材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。p 焊接性一般包括两个方面：焊接性一般包括两个方面：接合性能：接合性能：在给定焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，特别是接头对

2、产生裂纹的敏感性；使用性能：使用性能：在给定焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等）。金属材料的焊接性金属材料的焊接性焊接性概念焊接性概念p 材料因素：材料因素：金属材料和焊接材料。p 焊接方法：焊接方法：不同材料选用不同方法。p 工艺因素：工艺因素：焊接电流、电压等的选择。p 使用条件：使用条件：耐腐蚀、耐高温等。金属材料的焊接性金属材料的焊接性影响焊接的因素影响焊接的因素p 钢的裂纹倾向与化学成分有关钢的裂纹倾向与化学成分有关:通常将影响最大的碳作为基础元素其它元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数p

3、 碳当量碳当量:碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和p 国际焊接学会推荐的碳钢和低合金结构钢:金属材料的焊接性金属材料的焊接性焊接性评定方法碳当量焊接性评定方法碳当量15)()(5)()()(6)()()(CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEwp 碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。p wCE0.4%时，淬硬和冷裂倾向不大,焊接性良好；p wCE=0.4%0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向逐渐增加,焊接性较差,焊接时需要采取一定的预热、缓冷等工艺措施，以防止产生裂纹；p wCE0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，一般不用于生

4、产焊接结构。金属材料的焊接性金属材料的焊接性焊接性评定方法碳当量焊接性评定方法碳当量p 低碳钢的焊接低碳钢的焊接(Wc0.25%)Q235、10、15、20等是应用最广的焊接结构材料，塑性好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，焊接性最好。任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。p 注意以下问题：（1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。（2）重要结构焊后进行去应力退火消除焊接应力。低碳钢对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊和电阻焊。碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢的焊接碳素钢的焊接p 低碳钢的

5、焊接低碳钢的焊接(Wc0.25%)碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢的焊接碳素钢的焊接低碳钢焊接材料的选择p 中碳钢的焊接中碳钢的焊接(WC 0.25%0.60%)中碳钢有淬硬倾向，接头易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。一般为锻件和铸钢件，常进行补焊。p 焊接方法：手工电弧焊手工电弧焊。p 焊条选用：抗裂性好的低氢型焊条(如J426、J427、J506、J507)，焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的焊条。焊接时，应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向，减小焊接应力。接头处开坡口进行多层焊，采用细焊条小电流，可以减少母材金属的熔入量,降低裂纹倾向。碳素

6、钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢的焊接碳素钢的焊接p 高碳钢的焊接高碳钢的焊接(WC 0.60%)其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构，大多是用手工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件。p 焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢的焊接碳素钢的焊接p 按屈服强度分为九级：Q300、350、400、450、500、550、600、700、800MPa。p 400MPa的低合金结构钢，的低合金结构钢，wCE0.4%，存在淬硬和冷裂问，存在淬硬

7、和冷裂问题，焊接性与中碳钢相当，需焊前预热(150左右左右)可以降低冷却速度，避免出现淬硬组织；p 适当调节焊接工艺参数，可以控制热影响区的冷却速度，保证焊接接头获得优良性能；焊后热处理能消除残余应力，避免冷裂。碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接p 按屈服强度分为九级：Q300、350、400、450、500、550、600、700、800MPa。p 含C较低，对较低，对S、P控制较严，控制较严，手弧焊手弧焊、埋弧焊埋弧焊、气保焊气保焊和电渣焊电渣焊均可用，以手工电弧焊和埋弧焊较常用；选择焊接材料时，通常从等强度原则出发，为了提高抗裂性，尽

8、量选用碱性焊条和碱性焊剂，对于不要求焊缝和母材等强度的焊件，亦可选择强度级别略低的焊接材料，以提高塑性，避免冷裂。碳素钢和低合金结构钢的焊接碳素钢和低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接p 含有不少于12%的铬，还含有镍、锰、钼等合金的铬，还含有镍、锰、钼等合金元素，以保证其耐热性和耐腐蚀性。p 按组织状态，不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等，其中以奥氏体不锈钢的焊接性最好，广泛用于石油、化工、动力、航空、医药、仪表等部门的焊接结构中。p 常见1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9不锈钢的焊接不锈钢的焊接不锈钢的焊接不锈钢的焊接p 一般熔焊

9、方法均能用于奥氏体不锈钢的焊接，目前生产上常用的方法：手工电弧焊；氩弧焊和埋弧焊。p 注意注意：焊条、焊丝、焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同。不锈钢的焊接不锈钢的焊接不锈钢的焊接工艺不锈钢的焊接工艺p 铸铁在制造和使用中容易出现各种缺陷和损坏。铸铁补焊是对有缺陷铸铁件进行修复的重要手段，在实际生产中具有很大的经济意义。p 铸铁的焊接性p 铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织、裂纹和气孔。p 应用：应用：补焊铸铁常用方法补焊铸铁常用方法：气焊和手工电弧焊。气焊和手工电弧焊。铸铁的补焊铸铁的补焊铸铁的补焊铸铁的补焊p 铸件焊补常分为热焊法和冷焊法两种。p 热焊法

10、：热焊法：加热达600700高温，采用同材质焊条，选择大电流连续补焊，焊后缓冷。一般多用于小型及焊后需加工的复杂和重要铸件。p 特点：质量好，生产率低，成本高，劳动条件差。p 冷焊法：冷焊法：焊前不预热或进行较低温度预热(400)。冷焊时，采用非铸铁型焊条，应用小电流、短电弧、窄焊缝，每次焊接长度一般不超过50mm，并在焊后及时轻轻锤击焊缝。p 特点：加工性能较差，但劳动条件好，成本低。铸铁的补焊铸铁的补焊铸铁的补焊铸铁的补焊p （1）难熔合导热系数大，散热快，要求热源集中且）难熔合导热系数大，散热快，要求热源集中且焊前须预热，否则，易产生未焊透或未熔合等缺陷。p （2）裂纹倾向大，氧化形成的

11、低熔共晶体）裂纹倾向大，氧化形成的低熔共晶体(Cu2O+Cu)在在晶界上，容易产生热裂纹。晶界上，容易产生热裂纹。p （3）焊接应力和变形较大，铜的线胀系数大，收缩率）焊接应力和变形较大，铜的线胀系数大，收缩率也大，且焊接热影响区宽。p （4）容易产生气孔液态铜溶解大量的氢，冷却凝固）容易产生气孔液态铜溶解大量的氢，冷却凝固时，来不及逸出的氢气即在焊缝中形成氢气孔。非铁合金的焊接非铁合金的焊接铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接存在问题存在问题p 常用：常用：氩弧焊、气焊和手工电弧焊p 其中氩弧焊是焊接紫铜和青铜最理想的方法；p 黄铜焊接常采用气焊，因气焊时可采用微氧化焰加热，使熔池表面生成高熔点

12、的氧化锌薄膜，以防止锌的进一步蒸发，或选用含硅焊丝，可在熔池表面形成致密的氧化硅薄膜，既阻止锌的蒸发，又对焊缝起到保护作用。非铁合金的焊接非铁合金的焊接铜及铜合金的焊接方法铜及铜合金的焊接方法p 为保证焊接质量，应采取以下措施：p （1）为防止产生）为防止产生Cu2O，可在焊接材料中加入脱氧，可在焊接材料中加入脱氧剂，如采用磷青铜焊丝，即可利用磷进行脱氧。p （2）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的来源，避免气孔的形成。p （3）厚板焊接时焊前预热弥补热量的损失，改善应）厚板焊接时焊前预热弥补热量的损失，改善应力的分布状况。焊后锤击焊缝，减小残余

13、应力。非铁合金的焊接非铁合金的焊接铜及铜合金的焊接工艺铜及铜合金的焊接工艺p （1）易生成致密的氧化膜）易生成致密的氧化膜(2050,Al2O3)，焊接，焊接时阻碍金属的熔合，且由于密度大，容易形成夹杂。p （2）液态铝大量溶解氢，液态时吸收的氢气来不及）液态铝大量溶解氢，液态时吸收的氢气来不及析出，极易在焊缝中形成气孔。p （3）线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，）线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，焊接应力很大，焊接接头容易产生裂纹。p （4）高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，操）高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，操作时难以掌握加热温度，容易出现烧穿等缺陷。非铁合金的焊接

14、非铁合金的焊接铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 主要问题主要问题 p 焊接方法：氩弧焊、电阻焊、气焊，其中氩弧焊应用最广，气焊在薄件生产中仍在采用。p 电阻焊焊接铝合金时，应采用大电流、短时间通电，焊前必须清除焊件表面的氧化膜。p 如果对焊接质量要求不高，薄壁件可采用气焊，焊前必须清除工件表面氧化膜，焊接时使用焊剂，并用焊丝不断破坏熔池表面的氧化膜，焊后应立即将焊剂清理干净，以防止焊剂对焊件的腐蚀。非铁合金的焊接非铁合金的焊接铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接p 采取以下工艺措施：p （1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分，便于熔合，防止气孔、夹渣等缺陷。p