常用金属材料的焊接及工艺课件

1、第四节 常用(chn yn)金属材料的焊接一、 金属材料的焊接(hnji)性1、 焊接(hnji)性的概念是指被焊金属在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性是一个(y )相对的概念。如：Al、Ti2、焊接性的评定(pngdng)指标材料经焊接后焊接接头产生缺陷的倾向性大小，如裂纹，（工艺焊接性）；焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能， （使用焊接性）。焊接性通常通过抗裂性试验、力学性能试验等确定。第一页，共30页。3、钢材(gngci)焊接性的评定方法钢材焊接(hnji)性的影响因素： （1）材料的化学成分：Wc焊接(hnji)性 接头淬硬程度是引

2、起焊接(hnji)裂纹的原因。（2）焊接(hnji)方法，焊接(hnji)材料，焊件结构 间接判断法：用碳当量评价钢的焊接性碳当量的定义：指把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。即把影响焊接性能的元素对可焊性的影响折算为碳的影响。焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢CE计算公式为：第二页，共30页。根据经验(jngyn)分析：1）C当量0.4%时，焊接性好。一般的焊接工艺条件(tiojin)下，不会产生裂纹;厚大件或在低温焊接时需预热；2） C当量=0.40.6%时，塑性降低，淬硬倾向逐渐明显，焊接性较差。需焊前预热，采取工艺措施；3） C当量0.6%时，塑性差，淬硬倾向大，焊

3、接性差。焊接前、中、后需都需采取措施。第三页，共30页。练习：试比较下列钢材(gngci)的焊接性 09Mn2Cu的碳当量(dngling)为： 09MnV的碳当量(dngling)为： 14MnMoV的碳当量(dngling)为： Ceq值越大，焊接(hnji)性差；且工件板厚越厚，焊接(hnji)性差。第四页，共30页。1、碳钢的焊接(hnji)低碳钢的焊接(hnji)1）焊接性：焊接性良好Wc0.25%，CE50mm）需预热或焊后热处理。二、常用(chn yn)钢材的焊接手工电弧焊时，根据母材强度等级一般选用酸性焊条 E4303(J422)、E4320(J424)等；承受动载荷、结构复杂

4、的厚大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4351(J427)、E4316(J426)等。埋弧焊时，一般选用焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。第五页，共30页。2）中碳钢焊接的主要特点（存在(cnzi)问题）：中碳钢的焊接(hnji)：焊接(hnji)性较差1）焊接(hnji)性：Wc=0.250.6% C当量0.40.6% 可焊性较差，随C，由中变差。1）“HAZ”区产生淬硬组织M及冷裂纹(li wn)；2）焊缝金属易产生热裂纹(li wn)。防止裂纹(li wn)（冷裂、热裂）工艺措施：1）选用抗裂性能好的低H型焊条 J506、J507等2）焊前预热；应力、冷速 Wc0.45%预热1

5、50250； C、件厚,预热250350。第六页，共30页。2、低合金结构钢的焊接(hnji) 焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢。主要用于建筑结构和工程(gngchng)结构，如压力容器、锅炉、桥梁、船舶、车辆和起重机械等。(1) 焊接主要(zhyo)问题如下: 热影响区有淬硬倾向(qngxing): 淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。普低钢 以热轧或正火状态(zhungti)供应，按s分六级：300、350、400低等级（强度）普低钢或低合金钢 450、500、550高等级（强度）普低钢或低合金钢第七页，共30页。1、300、350、400低等级（强度(qingd)）焊接特点： C

6、当量20 mm焊后热处理）仍可得良好的质量。2、450、500、550高等级（强度）焊接特点： C当量 = 0.400.50% 焊接性稍差。淬硬倾向增加， 热影响区容易产生(chnshng)马氏体组织，硬度明显增高，塑 性和韧度则下降。2、低合金结构钢的焊接(hnji) 第八页，共30页。强度级别(jbi)高，易出现冷裂纹；级别(jbi)，裂纹加剧。影响冷裂纹的因素三方面： 焊缝及“HAZ”的含H量； （重要因素） “HAZ” 的淬硬程度； 接头处残余应力大小。 （又称延迟裂纹） 焊接(hnji)接头的裂纹倾向：2、低合金结构钢的焊接(hnji) (1) 焊接(hnji)主要问题如下: 热影响

7、(yngxing)区有淬硬倾向: 第九页，共30页。(2)低合金结构钢焊接生产中采取(ciq)的措施：1.强度级别低，一般和低碳钢一样；2.对锅炉、压力容器等重要构件，当厚度大于20mm时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。3.强度级别高，焊前一般均需预热；焊接时，应调整焊接参数(cnsh)，以控制热影响区的冷却速度。焊后还应进行热处理以消除内应力。2、低合金结构钢的焊接(hnji) 第十页，共30页。第十一页，共30页。三、铸铁件的焊补为修补铸件的缺陷(quxin)而进行的焊接称为补焊。1、铸铁(zhti)的焊接特点1）接头易产生白口组织及淬硬组织： 局部(jb)加热，冷速快3）铸铁含碳量高

8、，焊接时易生成CO2和CO气体(qt)， 产生气孔。2）易产生裂缝：铸铁(zhti)强度低，塑性差；杂质含量高4）流动性好，液体易流失，只适用平焊。第十二页，共30页。 1） 热焊法 焊前将工件局部或整体预热到600700，焊后缓慢冷却。特点是：焊补质量(zhling)好，但生产率低，成本高，劳动条件差，一般用于重要铸件。铸铁的焊补一般采用气焊(qhn)和手工电弧焊2、 铸铁(zhti)的补焊工艺2） 冷焊法 焊前工件不预热或只进行400以下的低温预热的焊补方法。冷焊法主要依靠焊条的化学成分来防止产生白口组织(zzh)和裂缝。特点是：生产率高，成本低，劳动条件好，但质量不易保证。第十三页，共3

9、0页。四、有色金属及其合金(hjn)的焊接1 . 铜及铜合金的焊接1）铜及铜合金的焊接特点：铜的导热性高，焊接时热量极易散失。焊不透铜在液态时易氧化，生成的CU2O与铜组成低熔点共晶，分布在晶界上形成薄弱环节； 力学性能低铜的收缩系数大；易产生(chnshng)焊接应力和裂缝。铜在液态时吸气性强；易产生(chnshng)气孔。铜的电阻极小；不适宜电阻焊接。铜合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。第十四页，共30页。2）铜及铜合金的常用焊接(hnji)方法铜及铜合金焊条(hntio)牌号焊接工艺见：GB367083易保证紫铜、青铜的焊接(hnji)质量！黄铜焊接普遍采用的方法埋弧焊第十五页，共30

10、页。铝的焊接性与铜的可焊性相似(xin s)-焊接困难。2.铝及铝合金的焊接(hnji)焊丝与母材成分相近 焊接表面要清洁1. 易氧化； AL2O3熔点2050 2. 导热(dor)系数大，线膨系数大，易产生应力与变形；3. 液态铝易吸气、尤其是吸H2，比Cu还强.气孔4. 高温强度、塑性低，焊缝塌陷，用垫板，液固同色，难操作。目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊(din hn)、缝焊和钎焊。其中氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法。气焊常用于要求不高的铝及铝合金工件的焊接。第十六页，共30页。第五节 焊接(hnji)结构设计一、焊件的选材(xun ci)原则（5条）1）在满足使用性能

11、要求的前提下，应尽量选用(xunyng)焊接性较好的材料。 低碳钢和强度(qingd)级别较低的低合金结构钢2）辅助(fzh)工艺的可行性 如选高碳钢或合金结构钢，需预热和缓冷的条件3）注意材料与焊接方法的匹配性 4）尽量不选用异种材料相互焊接。如Al、Mg等，应选择亚弧焊的方法如选用，尽量使熔点、力学性能和抗氧化 性能相差较小。第十七页，共30页。合理(hl)选材与减少焊缝5）尽量选用(xunyng)轧制型材，以减少备料工作量和焊缝数量，降低成本，且减少焊接应力、变形和焊接缺陷。第十八页，共30页。二、焊件的结构(jigu)工艺性1. 焊缝的布置 结构设计关键(gunjin) 原则要求如下：

12、1）焊缝位置(wi zhi)应便于施焊 a)平焊 b)横焊 c)立焊 d)仰焊 焊缝的空间位置 焊条电弧焊电阻点焊或缝焊第十九页，共30页。2） 焊缝(hn fn)的布置应尽可能分散改进(gijn)密集、交叉的焊缝，会加大热影响(yngxing)区及焊接应力。第二十页，共30页。3）焊缝的位置应尽可能对称(duchn)布置不合理变形最小最好是能同时施焊第二十一页，共30页。 4）焊缝应尽量(jnling)避开最大应力和应力集中的位置最大应力处易产生应力集中！第二十二页，共30页。5）焊缝(hn fn)应尽量远离机械加工表面 第二十三页，共30页。2.焊接接头(ji tu)形式的选择1）、接头(

13、ji tu)及坡口形式（1）焊接接头(ji tu)形式 对接接头 角接接头 形接头 搭接接头（2） 坡口形式 与焊件厚度(hud)有关根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。目的：使接头处焊透并减小焊条(hntio)的熔化量。第二十四页，共30页。对接接头受力较均匀，重要的受力焊缝(hn fn)应尽量选用。第二十五页，共30页。焊件不在同一平面，产生附加弯矩，金属消耗量也大，一般应避免采用。但不需开坡口，焊前准备简便，装配时尺寸要求不高，对于(duy)受力不大的平面联结与空间架构，采用搭接可以节省工时。 第二十六页，共30页。受力比对接接头复杂(fz)，接头成一定角度必须选用。第二十七页，共30页。2）、坡口形式(xngsh)的选择单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须(bx)两面施焊。 1、焊条(hntio)电弧焊焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时，用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度(hud)大于