焊接知识培训讲义

《焊接工艺》授课教师：授课时间：的：金属焊接性的概念学重点：焊接性概念教学难点：焊接性影响因素金属焊接性的基本概念金属焊接性是指材料在施工条件下焊接成按规定设计金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性，又分为工是指在一定的焊接工艺条件下能否获得优质致密、无是指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使用性能的程度。使用焊接性与产品的工作条件有密切关(1)材料因素材料因素有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等。其中化学成分(包括杂质的分布)是主要的影响因素。对焊接性影响较大的因素有碳、硫、磷、氢、氧和氮。对钢中合金元素来说，还有锰、硅、铬、镍、钼、钛、钒、铌、铜(2)工艺因素包括施工时所采用的焊接方法、焊接工艺规程和焊后热处理等。对于同一母材，当采用不同的焊接方(3)设计因素接接头的结构设计生影响。结构的刚度过大，接口的断面突然变化，焊接接头的缺口效应条件。此外，在某也会对结构的安全(4)服役环境因素(1)评定焊接接头产生焊接缺陷的倾向(2)评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求2、金属焊接性的影响因素验验直接法再热裂纹试验验工艺焊接性焊接气孔敏感性试验验方法分类验方法分类影响区最高硬度、应力模拟试验运行的服役试验间接法焊缝及接头的断裂韧性试验焊缝及接头的高温性能试验(蠕变、持久等)试验性及应力腐蚀开裂试和正确选材(1)对母材进行的试验方法(2)对焊接接头的试验方法(一)间接估算法碳当量：把钢中合金元素(包括碳)的含量(1)计算公式国际焊接学会(IIW)推荐CE②一般可用碳当量预热某钢种的焊接性，以便确定是否需要采取预热和其他工艺措施。化学成施2、焊接热影响区(HAZ)最高硬度法硬度测定线在O点两侧各取7个以上的点(测点15个以作业：某钢材的合金元素含量如下，试计算其碳当量(0.77%)并说明相应工艺措施。焊接热裂纹、焊接冷裂纹、消除应力裂纹试验、层状撕焊接接头热影响区冷裂纹试验碳素钢和低合金高强钢切割加工拘来焊缝(1)焊条：低氢型焊条、直径4~5mm。(2)上下各层正面和背面交替焊。(3)焊实验焊缝前清理焊缝(4)试验参数(5)焊完48h后，开始检测解剖。(1)表面裂纹率：Cf=∑Lf/L×100﹪(2)根部裂纹率脱氧高，焊接性变差(1)Ceq＜0.4时(2)Ceq=0.4~0.6﹪(3)、Ceq＞0.6﹪必须采取措施：较高预热温度、控制层间温艺元素外，很少有其他合金元素，因而焊接性良好。焊接1、可装配成各种不同的接头，适应各种不同位置的施3、塑性较好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造4、不需要使用特殊和复杂的设备，对焊接电源没有特殊要求，交直流弧焊机都可以焊接。对焊接材料也无5、低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数选择不焊接温度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒(1)、焊前清理(2)、深而窄坡口形式(3)、刚性增大，宜选用低氢型焊条和严格工艺措施(4)、严寒时，低氢型焊条和严格工艺措施(1)焊条电弧焊：适用于板厚在2—50mm的对接接(2)埋弧焊：适用于板厚在3—150之间的对接接头、(4)CO气体保护焊：比较适用于薄板及大型结构件的含碳量较高。随着钢中质量分数的增加钢材的强度和主要焊接缺陷是：热裂纹、冷裂纹、气孔和接头脆⑶特殊情况：即母材不能焊前预热时，可采用奥(1)坡口制备为减少熔合比，一般采用U形或V形坡口，并将坡口两侧的油污和(2)预热预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚(3)焊接电源一般选用直流弧焊电源的反极性，降低裂纹(4)焊后热处理0℃消除应力热处理。采取保温、缓冷措施，以减少裂纹的产(5)采用低氢焊接工艺(6)多层多道焊，前几层采用小电流、慢速焊，工艺焊接性很差，焊后很易产生硬脆的高碳马氏体，淬通常不用高碳钢焊材。根据钢材的含碳量、几何形状和使用条件等，同时考虑产品结构、所焊钢材的实际化学(1)先退火再焊接(4)对于焊件较大，刚性较强，则焊后注意保温，并(1)焊前烘干焊条，及工件表面的清理(2)尽量采用小电流、慢焊速，减少熔合比。(3)采用预堆法，先在坡口上堆焊，然后再进行焊接。(5)采用过渡层焊接法。用强度级别低、含苞欲放碳量很低的焊接材料堆焊过渡层。过渡层的焊接方各种合金化学元素，以提高钢材的强度、塑性、韧性、用于制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢。合金结构钢分为高强度钢(强度用钢)(GB/T13304-的钢均称为高强度钢)和专业用钢两大类。钢材的供货热处理状态是由其合金系统、强化方式、显微组织所决定的，同一类的钢其焊接性是比较接1、热轧及正火钢以热轧或正火供货和使用的钢称力学性能：σs=295~490Mpa，包括Q295~Q460强化方式：通过合金元素的固溶强化和沉淀强化而性能：冶炼工艺比较简单，价格低廉、综合力学性2、低碳调质钢这类钢在调质状态下供货和使用，σs=441~980Mpa。具有较高的强度、优良的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需再进应用：在焊接结构中，越来越受到重视，是具有广性能：其碳含量较高，σs=880~1170Mpa。与低碳钢相比，合金系统比较简单。碳含量高可有效地提高调质处理后的强度，但塑性、韧性相应下降，而且焊接性变差。一般需要在退火状态下进行焊接，焊后要进行调应用：主要用于制造大型机器上的零件和要求强度把满足某些特殊工作条件的钢种总称为专业用钢。按用途1、珠光体耐热钢这类钢主要用于制造工作温度在500~600℃范围内的设备，具有一定高温强度和抗氧化的设备。主要特点是韧脆性转变温度低，具有良好的低3、低合金耐蚀钢主要用于制造在大气、海水、石油、化工产品等腐蚀介质中工作的各种设备，除要求钢材具有合格的力学性能外，还应对相应的介质有耐蚀能火钢的焊接工艺艺热轧及正火钢包括热轧钢及正火钢。正火钢中的含钼钢需在正火+回火条件下才能保证良好的塑性和韧正火钢又可分为在正火状态下使用和正火+回火状属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性也会变差，使热影响区母材性能下粗晶区是焊接接头的薄弱区。热轧及正火钢焊接时，如2、冷裂纹热轧钢虽然含少量的合金元素，但其碳3、热裂纹一般情况下，热轧正火钢的热裂倾向承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状热轧及正火钢的焊接性较好，表现在对焊接方法的适应性强，工艺措施简单，焊接缺陷敏感性低且较易热轧及正火钢可以用各种焊接方法：常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊和电渣焊热轧及正火钢切割方法：气割、电弧气刨、等离子热轧及正火钢焊接时，对焊接质量影响最大的是焊热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，适当的屈强比、足够的韧性和低的时效敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性(1)必须保证焊接金属的强度、塑性、韧性等力(2)满足产品的一些特殊要求如中温强度、耐大并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材相焊前预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，降低焊接预热恶化劳动条件，使生产工艺复杂化。预热温度受母材成分、焊件厚度与结构、焊条类型、拘束度以及(1)厚壁压力容器为了防止由于焊接时在厚度方向存在温差，而形成三向应力场所导致的脆性破坏，焊(2)电渣焊接头为了细化晶粒，提高接头韧性，(3)对可能发生应力腐蚀开裂或要求尺寸稳定的(4)焊后要进行机械加工的构件，在加工前还应在确定退火温度时，应注意退火温度不应超过焊前的回火温度，以保证母材的性能不发生变化。对有回火接工艺低碳调质钢属于热处理强化钢。这类钢强度高，具有优良的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调质处理。但低碳调质钢生产工艺复杂，成本高，进行热加工(成形、焊接等)时对焊接参数限制比较严格。然而，随着焊接技术的发展，在焊接结构制造中，低碳调质钢越来越受到重视，具有广阔的发展前性能：优点：强度高，具有优良的塑性和韧性，可缺点：生产工艺复杂，成本高，进行热加工(成形、焊接等)时对焊接参数限制比较严格。接技术的发展，在焊接结构制造中，1、由于冷却速度较高引起的冷裂纹；由于成分如2、在焊接热影响区，还会产生脆化和软化现象。一1、接头与坡口形式设计对于σs≥600MPa的低碳调质钢，焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明显的影响。为了降低焊接应力，可采用双V形或双U形坡口。对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消除。板厚<100mm时，切割前不需预热；板厚≥100mm，应进行100~150℃预热。强度等级较高的2、焊接方法选用为了使调质状态的钢焊后的软化(2)σs≥686MPa的钢最好用熔化极气体保护(3)σs≥980Mpa的钢，则必须采用钨极氩弧焊或电子束焊等方法。采用大焊接热输入的焊接方法(如多丝埋弧焊或电渣焊)时，焊后必须进行3、焊接材料的选用一般采用等强原则，在接头拘束度很大时，为了防止冷裂纹，可选用强度略低的填充金属，焊前须严格烘干焊材。(具体见表11-5)有明显作用。为了防止高温时冷却速度过低而产生脆性般不超过200℃。预热温这类钢需要在退火状态下焊接，焊后还要进行调质处理。为保证钢的淬透性和防止回火脆性，这类钢含有中碳调质钢在调质状态下具有良好的综合性能，常用于制造大型齿轮、重型工程机械的零部件、飞机起落1、焊接热影响区的脆化和软化中碳调质钢由于含碳量高、合金元素多，钢的淬硬倾向大，在淬火区产生2、冷裂纹中碳钢的淬硬倾向大，近缝区易出现的马氏体组织，增大了焊接接头的冷裂倾向，在焊接中常见的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感3、热裂纹中碳调质钢的碳及合金元素含量高，偏热影响区的性能也难以保证。因此，只有在退火(正火)状态下进行焊接，焊后整体结构进行淬火和回火处理，才能比较全面的保证焊接接头的性能与母材相匹1、焊接材料的选用按照等强与近性的原则。为了硬倾向特别大的材料，为了防止裂纹或脆断，必要时采(1)采用较大的焊接热输入并适当提高预热温焊后要及时进行热处理，或进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化热影响区组织。中间退火还有消除应力的作用。对结构复杂、焊缝较多的产品，为了防止由于焊接时间过长而在中间发生裂纹，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次避开回火脆性的温度范围(250~400℃)，一般采用淬火+高温回火，并在回火时注意快冷，以避免第二类回火脆性。在强度要求较高时，可进行淬火+低温回火处(2)中碳调质钢在调质状态下的焊接工艺要点一般采用热量集中、能量密度高的焊接热源，尽量回火温度50℃以上。为了防止冷裂纹，可以用奥氏体第十二讲习题课(一) 可分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐腐蚀钢裂纹还不能避免，那就必须采取小的焊接热输硬化、冷裂纹、软化以及在焊后热处理或高温长 所增加，但和氧的反应时间大大缩短，从而使焊焊件有可能产生热裂纹.2、锅炉钢或厚度较大，以及重要的锅炉结构宜用碱性焊条。3、16MnR钢焊条电弧焊时，可选用焊条E5016(J506)。QAF焊条电弧焊时，可选用焊条E4303(J422)。5、Q295(09Mn2)钢焊条电弧焊时，必须选用碱性6、对低碳调质钢预热的目的，主要是为了防止冷7、Q345(16Mn)钢氧-乙炔火焰气割后，气割边缘8、中碳调质钢淬硬倾向十分明显，因此冷裂倾向较9、焊接中碳调质钢时，采取预热措施，即可防止产10、正火钢中，虽然强度级别不同，合金元素的成分冷裂纹倾向相同，一般不随强度增大而增11、多层焊工艺对防止焊缝冷裂纹的产生是有好作用E如何？焊条电弧焊和埋弧焊各选择什么焊接材不锈钢的焊接(一)(Cr17Mn13Mo2N)。主要用于有侵蚀性的化学介质(主要是各类酸)，要求能耐腐蚀，对强度要求不高。各种不锈钢都具有良好的化学稳定性，将不锈钢加热到900℃~1100℃淬火后，按空冷后室温所得到的组1、奥氏体钢——是应用最广的一种。高铬镍钢及高铬锰钢均属此类，其中，铬镍奥氏体钢是最通用的钢种。以Cr18Ni18为代表的系列(简称18-8)，主要用于耐蚀条件下；以Cr25Ni20为代表的系列(简称25-20)，则主要用做热稳定钢，提高含碳量则可用做热强2、双相钢——主要是指奥氏体—铁素体双相钢3、铁素体钢——含Cr为17~28%的高铬钢属此低并稍加调整成分，可获得一种能够经沉淀强化处理的不锈钢，不仅具有很好的耐蚀性，而且具有很高的强度。有代表性的钢号有：00Cr17Ni7Al(17-7PH)及对其焊接性影响较大的物理性能有：线膨胀系数、热导率、电阻率等。一般而言，合金元素越多，导热性不锈钢的耐腐蚀性是基于其主加元素铬在钢表面形成致密氧化膜对钢的钝化作用。金属受介质的化学及电化学作用而破坏的现象称为腐蚀，不锈钢的主要腐蚀形(1)均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属整个表面产生腐蚀的现象，称为均匀腐蚀也称整体腐蚀。它是一种表面腐蚀。不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，它的均(2)晶间腐蚀奥氏体不锈钢在450~850℃加热时，会由于沿晶界沉淀出铬的碳化物，致使晶粒周边形成贫铬区，在腐蚀介质作用下即可沿晶粒边界深入金属内部，产生在晶粒之间的一种腐蚀称为晶间腐蚀。此类(3)点状腐蚀腐蚀集中于金属表面的局部范围，并迅速向内部发展，最后穿透。不锈钢表面与氯离子接该处的氧化膜，就很容易发生点状腐蚀。不锈钢的表面(5)应力腐蚀开裂是一种金属在腐蚀介质和表面拉伸应力联合作用下产生的脆性开裂现象。它的一个最重要的特点是腐蚀介质与金属材料的组合有选择性，即一定的金属只有在一定的介质当中才会发生此种腐蚀。奥不锈钢的焊接(三)焊接不锈钢时，如果焊接工艺不当或焊接材料选用不正确，会产生一系列的缺陷。这些缺陷主要有耐蚀性的下降和焊接裂纹的形成，这将直接影响焊接接头的力不锈钢中以奥氏体不锈钢最为常见，奥氏体不锈钢的塑性和韧性很好，具有良好的焊接性，焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施。如果焊接材料选用不当或焊1)晶间腐蚀受到晶间腐蚀的不锈钢，从表面上看来没有痕迹，但在受到应力时即会沿晶界断裂，几乎完全丧失强度。奥氏体钢在焊接不当时，会在焊缝和热影响区造成晶间腐蚀，有时在焊缝和基本金属的熔合线2)应力腐蚀不锈钢在静应力(内应力或外应力)作用下在腐蚀性介质中发生的破坏。3)热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更易产生。因此奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大4)焊接接头的脆化奥氏体不锈钢的焊缝在高温 (375~875℃)加热一段时间后，常会出现冲击韧性下相脆化。弧焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和等离子弧焊等熔焊方法，并且焊接接头具有相当好的塑性和韧性。一般不应奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则，应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并尽量降低焊缝金属1)下料方法的选择机械切割、等离子弧切割及碳2)坡口的制备适当减小V形坡口角度。当板厚大3)焊前清理将坡口两侧20mm~30mm范围内的焊件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范4)表面防护避免损伤钢材表面，不允许用利器划焊接奥氏体不锈钢时，应控制焊接热输入和层间温1)焊条电弧焊由于奥氏体不锈钢的电阻较大，焊接时产生的电阻热较大，同样直径的焊条，焊接电流值焊条短，以免在焊接时由于药皮的迅速发红而失去保护作用。奥氏体不锈钢焊条即使选用酸性焊条，最好也采用直流反接施焊，因为此时焊件是负极，温度低，受热少，而且直流电源稳定，也有利于保证焊缝质量。此外，在焊接过程中，应注意提高焊接速度，同时焊条不作横向摆动，这样可有效地防止晶间腐蚀、热裂纹及变2)钨极氩弧焊对于钨极氩弧焊一般采用直流正接，这样可以防止因电极过热而造成焊缝中渗钨的现3)熔化极氩弧焊一般采用直流反接法。为了获得为增加奥氏体不锈钢的耐蚀性，焊后应对其进行表和钝化处理。7、焊后检验焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验不锈钢的焊接(四)铁素体不锈钢焊接时热影响区晶粒急剧长大而形成这种晶粒粗大现象会造成明显脆化，而且也使冷裂纹倾向加大。此外，焊接时，在温度高于1000℃的熔合线附近快速冷却时会产生晶间腐蚀，但经650~850℃加1)铁素体不锈钢只采用焊条电弧焊进行焊接，为了2)焊接时，尽量缩短在430~480℃之间的加热或冷3)为防止过热，尽量减少热输入，例如焊接时采用小电流、快速焊，焊条最好不要摆动，尽量减少焊缝截面，不要连续焊，即待前道焊缝冷却到预热温度时再焊4)对于厚度大的焊件，为减少焊接应力，每道焊缝5)焊后常在700~750℃之间退火处理，这种焊后热马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾向，特别是多数马氏体钢其成分特点使其组织往往处在马氏体—铁素体的边界上。在冷却速度较小时近缝区会出现粗大的铁素体和碳化物组织，使其塑性和韧性显著下降；冷却速度过大时，由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向，会产生粗大的马氏体组织，使塑性和韧性下降。所以，焊接时冷却速度的控制很重要。并且因其导热性差，马氏体不锈钢焊接时的残余应力也大，容易产生冷裂纹。有氢存在时，马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳含量越高，冷裂纹倾向也越大。此预热和控制层间温度是防止裂纹的主要手段，焊后1)为保证马氏体不锈钢焊接接头不产生裂纹，并具有良好的力学性能，在焊接时，应进行焊前预热，一般预热温度在100~400℃之间。2)焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重3)马氏体不锈钢常用的焊接方法是焊条电弧焊，还可以采用埋弧焊、氩弧焊和CO气体保护焊等方法。采2用这些焊接方法时，可采用与母材成分相近的焊丝，如Cr用H1Cr13焊丝(埋弧焊时配合HJ431焊剂)。(1)习惯上将耐热钢分为热稳定钢和热强钢1)热稳定钢主要用于高温下要求抗氧化或耐气体介质腐蚀的一类钢，也叫抗氧化不起皮钢。对于高温强Cr25Ni20Si2之类)、高铬钢(Cr17、Cr25Ti等)。2)热强钢在高温下既要能抗氧化或耐气体介质腐蚀，又必须具有一定的高温强度。主要是高铬镍钢 金化的以Cr12为基的马氏体钢(如1Cr12MoWV)也用(2)按其合金成分和质量分数可分为：(1)高温抗氧化性(热稳定性)(2)高温强度(热强性)所谓热强性，指在高温下长时工作时对断裂时的抗力(即持久强度)，或在高温下长期工作时抗塑性变形的能力(即蠕变抗力)。(3)高温脆性耐热钢在热加工或长期高温工作中，可能产生脆化素体钢的晶粒长大脆化以及奥氏体钢沿晶界析出碳化物(1)淬硬性主要合金元素铬和钼等都显著地提高了钢的淬硬性，在焊接热循环决定的冷却条件下，焊缝(2)再热裂纹焊后热处理过程中易产生再热裂(3)回火脆性铬钼钢及其焊接接头在350~500℃温度区间长期运行过程中发生剧烈脆变的现象称为(1)焊接方法(2)焊接材料选配低合金耐热钢焊接材料的原则是焊缝金属的合金成分与强度性能应基本上与母材相应指标一致或应达使用焊条时应严格遵守碱性焊条的各项规则。主要是：焊条的烘干、焊件的仔细清理、使用直流反接电源、用短弧焊接等。另外还可以选用奥氏体不锈钢焊条铸铁按碳在铸铁中的存在形式分为灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁；按石墨的形态分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及可锻铸铁；按化学成分分为普通铸铁铸铁的性能主要取决于石墨的形状、大小、数量及分布特点。由于石墨的强度极低，在铸铁中相当于裂缝和空洞，这样就破坏了基本金属的连续性，使基体的(1)普通灰铸铁：其中碳是以片状石墨水的形式性能及应用：具有一定的力学性能和良好的耐磨(2)球墨铸铁：由于石墨以球状分布而得名。它性能及应用：强度接近于碳钢，具有良好的耐磨(3)白口铸铁：其中碳完全是以渗碳体的形式存性能及应用：它的性能硬而脆，切削加工很能困(4)可锻铸铁：其中石墨呈团絮状，它是由一定成性能及应用：与此同时灰铸铁相比，它有较好的强度和塑性，特别是低温冲击韧性较好，耐磨性和减振性(5)蠕墨铸铁：是近十几年发展起来的新型铸铁，性能及应用：它的力学性能介于灰铸铁与球墨铸灰铸铁的应用最为广泛，这里主要以灰铸铁的焊灰口铸铁焊接性很差，一是焊接接头易出现白口1、在铸铁焊补时，由于熔池体积小，存在时间冷却速度远远大于铸铁在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形2、铸铁焊接接头中白口组织的存在，会造成加工困难，还会引起裂纹等缺陷的产生。因此铸铁焊接应尽(1)冷裂纹灰铸铁的焊接接头的裂纹主要是冷裂纹。由于灰铸铁的塑性接近零，抗拉强度又较低，当焊接时因局部快速加热和冷却，造成较大的内应力时，就容易造成裂(2)热裂纹当采用镍基焊接材料焊接铸铁及一般常用的低碳P杂质高，镍与硫形成低熔共晶化合物；另一方面单相铸铁的焊接工艺(一)用灰铸铁的焊接主要应根据铸件大小、厚薄、复杂程度以及焊补处的缺陷情况、刚度大小、焊后的要求(如是否要求加工、致密性、强度、颜色等)来选择。灰铸铁的焊补方法主要是采用电弧焊或气焊，也可采用钎焊或电渣焊。按照焊件在焊接前是否预热可把手弧焊分为冷焊、半热焊(预热温度在400℃以下)和热焊(预热温度为400~700℃)。灰铸铁的焊接方法见表13-1焊条电弧焊焊补铸铁时，一般采用铸铁焊条，焊补要求不高、刚度要求不大的非加工面时，也可以采用1、冷焊法焊条电弧焊冷焊法就是焊件焊前不预特点：冷焊方法与热焊方法相比，具有劳动条件好、工艺过程简单、生产效率高、成本低，减小因预热半熔化区更是极易形成白口铸铁组织，使焊接接头加工2、热焊及半热焊法热焊法的预热温度在600~700℃。焊接时因其冷却速度慢，温度分布均匀，有利于防止白口铸铁组织，减小应力，也有利于防止冷裂特点：焊后可得到铸铁组织焊缝，加工性好，焊缝强度、硬度、颜色与母材相同。但工艺复杂、生产周期长、成本高、焊接劳动条件差，一般用于焊后需要加工，要求颜色一致，焊补处刚性较大易产生裂纹及结构1、特点：气焊火焰温度低，工件加热和冷却缓慢。这对防止灰铸铁在焊接时产生白口铸铁组织和裂纹都有利，因此很适于铸件焊补，焊补后可以得到铸铁焊缝，易于切削加工。但是气焊与电弧相比，其生产率，焊工的劳动强度大，焊件变形也比较大。2、适用范围：对刚度大的部位或薄壁件焊补，可700℃，焊后缓冷。焊补刚度较大也可以加热减应区法3、焊接材料的选用：气焊用铸铁焊丝可采用灰铸剂采用“CJ201”。焊补时，为减少碳和硅的烧损，应铸铁的焊接工艺(二)气焊常用熔剂俗称气焊粉。其作用主要是清除氧化物：熔点较高(1713℃)的SiO，在焊缝中易形成夹2(1)焊前准备：用扁铲、风铲、砂轮、电弧气刨等方法去除缺陷，直至露出金属本色，用氧-乙炔焰烧掉补区的油污。并开制坡口，坡口要有一定的角度，上(2)预热：热焊的预热温度为600~700℃。(3)焊接操作要点：连续堆焊；长弧焊接；采用较大电流；从坡口中心引弧，逐渐移向边缘；连续焊铸铁电弧冷焊采用非铸铁型焊接材料时，不仅要根据焊补要求正确选择焊接材料。而且要特别注意掌握焊补工艺特点。异质焊接材料电弧冷焊的着眼点仍然是防止裂纹，减弱白口铸铁组织和淬硬组织的产生。为采用细焊条、小电流、快速焊，以减少铸铁母材在焊缝中的熔合比，降低焊缝中碳、硫的质量分数。同时减小了焊接热输入，减小焊接应力，防止裂焊缝，待焊缝冷却到不烫手(大约50~60℃)时，再3)坡口较大时，应采用多层焊，后层焊缝对前层焊区有热处理作用，可使接头平均硬度降低。但多层焊时焊缝收缩力较大易产生剥离性裂纹，因此应注意合理安排焊接次序。当工件受力大，焊缝强度要求以上工艺可以总结四句口诀：“短段断续分散焊，较小电流熔深浅，焊后锤击消应力，退火焊道前段1、采用加热减应区法是通过焊前或焊后把被焊铸件的某一部位(即减应区)的一定范围，加热到一定的温度，从而达到减少或释放焊接区应力，以减少和防止加热减应区焊补示意图2、栽丝法大面积焊补时，采用栽丝法，使应力由螺钉承受，防止焊缝剥离。如图所示，主要用于承受冲击时，采用栽丝法，使应力由螺钉承受，防止焊缝剥离。如图所示，主要用于承受冲击载荷3、实例训练：减速箱上盖裂纹的焊补(见图)，材质为4mm，焊前在150℃以下烘干l~2h。a.检查、判断裂纹的位置，在裂纹两端10mm处d.采用分段逆向焊法，每焊一短焊道后立即锤击球墨铸铁焊接性有与灰铸铁相同的一面，但又有(1)球墨铸铁的白口化倾向及淬硬倾向比灰铸铁②由于球墨铸铁的强度、塑性与韧性比灰铸铁高，故要求焊缝金属与各强度等级的球墨铸铁母材相匹(1)冷焊法焊材的选用：冷焊时一般采用镍铁焊条EZNiFe-焊接工艺：当所焊铸件较小时，焊前可以不需要预热，但是当施工环境气温低且焊件体积较大时，焊前需要预热至100℃~200℃。同时，选择的焊接电流要适当大一些，采取连续焊工艺。缺陷长而不宽时，应进行逐段多层连续焊；缺陷较宽时，应采用分段、分层的补焊方式，补焊过程中，保持弧长与焊芯直径相近，不可过长，以防有益元素过分烧损，影响球化。焊后要缓00℃左右。对于刚度较700℃左右，采用直流反接或交流电源，焊后保温缓冷。为改善加工性能，还可进行正火处理。如果将铸件加热到900℃~920℃并保温2．5h，然后随炉冷却至700℃~750℃并保温第二十一讲习题课(二)无可分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐腐蚀钢4、不锈钢及耐热钢按用途分类有不锈钢、热稳定钢和不锈钢及耐热钢按空冷后室温组织分类有奥氏体、6、奥氏体不锈钢采用焊条电弧焊多层焊时，每焊完一层都要彻底清除焊渣，并要等前层焊缝冷却理到低于7、不锈钢熔化极氩弧焊时，工艺上往往采用直流反极8、不锈钢钨极氩弧焊时，为增加母材熔深，减少钨极发1、焊接奥氏体不锈钢时，为防止合金元素的不必要2、提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力在焊接工世上3、奥氏体不锈钢焊缝产生热裂纹的倾向要比低碳钢5、1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，采用焊条电弧焊为6、不锈钢焊条型号为E308-16的焊条，其牌号是8、焊接马氏体不锈钢时，含碳量越高，裂纹倾向越9、马氏体不锈钢导热性差、易过热，在热影响区易2、不锈钢焊接时为何同等规格的焊材料要比其他材14-1铝及铝合金的焊接(一)铝具有密度小，耐腐蚀性好，导电性及导热性良好等性能。铝的资源丰富，特别是在纯铝中加入各种合(1)工业纯铝工业纯铝的含铝量高，其纯度为FeSi等其它杂质。工业纯铝有很好的耐腐蚀性，其塑性(2)铝合金纯铝的强度比较低，不能用来制造承受载荷很大的结构，所以使用受到限制。纯铝中加入少量的合金元素，能大大改善铝的各项性能，如：止海水的腐蚀，Ni能提高耐热性，所以在工业上大量处理强化铝合金：硬铝合金、锻造铝合金、超硬铝合金非热处理强化变形铝合金(铝镁合金、铝锰合金)，其特点是强度中等、塑性及抗蚀性好、焊接性良热处理强化变形铝合金可通过淬火+时效等热处理工艺提高力学性能，其特点是强度高、焊接性差。熔焊时焊接裂纹倾向较大，焊接接头耐蚀性和力学性能下降铸造铝合金中，铝硅合金应用较广。其特点是有足够的强度，耐腐蚀和耐热性良好、焊接性尚好，主要 (LF21)等铝合金，由于强度中等、塑性和耐腐蚀性好，特别是焊接性好，而广泛用来作为焊接结构的材料。其它铝合金因其焊接较差，在焊接结构中应用较铝及铝合金有易氧化、导热性高、热容量和线膨胀系数大、熔点低以及高温强度小等特点，因而给焊接工艺带来了一定困难。铝及铝合金的焊接存在的主要问就能被氧化而在表面生成一层致密的氧化膜(Al2O3)，氧化膜的熔点可达2050℃(而铝只有600℃)。在焊接化膜不导电，影响焊接电弧的稳定性；同时氧化膜还吸2.气孔液态铝及铝合金溶解氢的能力强，在焊接高温下熔池会熔入大量的氢，加上铝的导热性好，熔池很快凝固，气体来不及析出而形成氢气孔。因此，焊接3.热裂纹铝的热膨胀系数比钢大一倍，而凝固收缩率比钢大两倍，焊接时会产生较大的焊接应力，使焊缝容易产生热裂纹。为了防止热裂纹，焊前有时应进行4.塌陷铝及铝合金的熔点低，高温强度低，而且熔化时没有显著的颜色变化，因此焊接时常因温度过高无法察觉而导致塌陷。为了防止塌陷，可在焊件坡口下5.接头不等强铝及铝合金焊接时，由于热影响区受热而发生软化，强度降低而使焊接接头和母材不能达到等强度。为了减小不等强，焊接时可采用小的热输14-1铝及铝合金的焊接(二)由于铝及铝合金多用于化工设备上，要求焊接接头不但有一定强度而且具有耐腐蚀性，因而目前常用的焊接方法主要有：钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、脉冲焊等。氩气是惰性气体，保护效果好，接头质量高。虽然气焊从各方面都不如氩弧焊，但由于使用设备简单方便，因此在工地或修理行业还有一些应用。此外还有等子束焊、电阻焊、钎焊、激光焊等。1、气焊：氧乙炔火焰功率低，热量分散，热影响区及工件变形大，生产率低用于厚度0.5~10mm的不2、焊条电弧焊：电弧稳定性较大，飞溅大，接头修复。3、TIG焊：电弧热量集中，燃烧稳定，焊缝成形及热影响区小，生产效率高，用于≥3mm中厚板焊5、电子束焊：功率密度大，焊缝深宽比大，热影响区及焊件变形极小，生产效率高，接头质量好，用于6、电阻焊：利用工件内部电阻产生热量，焊缝在外压下凝固结晶，不需要焊接材料，生产率高，用于焊铝及铝合金的焊接材料包括铝焊丝、铝气焊熔剂(1)专用焊丝是专用于焊接与其成分相同或相近的母材，可根据母材成分选用。若无现成焊丝，也可(2)通用焊丝其中HS311(铝硅焊丝)是一种焊缝金属流动性好，抗裂性能好，并能保证一定的接头时，焊缝中会出现脆性相，降低接头的塑性和耐腐蚀性，因此用来焊接除铝镁合金(3)特种焊丝是为焊接各种硬铝、超硬铝而专门冶炼的焊丝，这类焊丝的成分与母材相近。与专用焊丝相比，焊缝金属既有良好的抗裂性，又有较高强度和2、气焊熔剂气焊熔剂的主要作用是去除焊接时14-1铝及铝合金的焊接(三)铝及铝合金焊前准备包括焊前清理、设置垫板和去除坡口表面的油污和氧化膜等污物。氧化膜的清理有机械清理和化学清理两种方法。在清除氧化膜之前，应先用有机溶剂(丙酮或酒精)将坡口及其两侧 (1)机械清理：采用机械切削、喷砂处理、细钢0mm范围内的氧化膜去金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一般不宜用砂轮打磨，因为砂粒留在金属表面，焊接时(2)化学清理：用酸或碱溶液来溶解金属表面的氧化膜，最常用的方法是，用(5~10)%体积的NaOH溶液(约70℃)，浸泡坡口两侧各100mm范水溶液(常温)中浸泡2min，用温水冲洗后再用清水h接，否则会有生成的氧化膜极薄，可利用氩弧焊的“阴极清理”作用垫板由铜或不锈钢板制成，用以控制焊缝根部形状和薄、小铝件可不预热；厚度超过5~8mm的铝件焊前应预热至150~300℃；多层焊时，注意控制层间温铝及铝合金焊后残留在焊缝及邻近区域的熔剂和焊渣，在空气、水分的参与下会腐蚀焊件，因此必须及时清理干净。一般的清理方法可将焊件放在10％的硝酸溶液中浸洗。处理温度为15~20℃，时间为15~然后用热空气吹干或在100℃的干有一个半周相当于直流反接(工件为阴极)，具有阴极破碎作用。而另一个半周相当于直流正接(钨极为阴极)，钨极发热量小，防止钨极熔化，造成夹钨。(1)钨极氩弧焊焊前应检查阴极破碎作用，即引弧燃电弧后，电弧在工件上面垂直不动，熔化点周围呈(2)焊接操作时采用左向焊法。(3)焊接时钨不要触及熔池以免钨极熔化造成夹(4)填充焊丝与工件间应保持一定的角度，如图所示，焊丝倾角越小越好，一般约为10°~25°，倾角太大容易扰乱电弧及气流的稳定性。室外焊接时，应。14-2铜及铜合金的焊接(一)教学过程：复习提问：铝及铝合金TIG焊时为何采用交流电铜及铜合金具有优良的导电性能、导热性能及在某些介质中优良的抗腐蚀性能，某些铜合金还具有较高的纯铜根据其含氧量不同可分为普通工业纯铜(ωo=0.02~0.10％)、磷脱氧纯铜(ωo≤0.10％)和无氧纯铜(ωo≤0.003％)，各种牌号的化学成分可见相关国家标准。无氧铜和脱氧铜含氧量少，多用于制造焊接黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。黄铜的耐蚀性高，冷热加工性能好，但导电、导热性能比纯铜差，其力学性能和铸造性能比纯铜好，价格也便宜，因为了进一步提高黄铜的力学性能、耐蚀性能和工艺性能，在普通黄铜中加入少量的锡、锰、铅、硅、铝、镍、铁等元素，就成为特殊黄铜，如锡黄铜、锰黄不以锌或镍为主要合金元素的铜合金统称为青青铜具有较高的力学性能、耐磨性能，铸造性能和耐蚀性能，常用来铸造各种耐磨、耐蚀的零件，如熔化焊焊接铜及大多数铜合金时容易出现坡口焊不透和表面成形差的外观缺陷。原因：铜和大多数铜合金的导热系数比普通碳钢大7~11倍，铜在熔化温度时表面粗晶倾向严重。再次铜及铜合金的膨胀系数和收缩率较大，增加了焊接接头的应力，更增大了接头的热裂倾铜导热性好，焊接熔池凝固速度快，液态熔池中气体上浮的时间短来不及逸出，形成气孔。铜合金的气孔分两种类型：氢造成的扩散气孔、水蒸气造成的反应铜及铜合金在熔焊过程中，由于晶粒严重长大，杂质和合金元素的掺入，使合金元素氧化、蒸发，接头性能发生了很大的变化。如：塑性严重变坏，导电性下14-2铜及铜合金的焊接(二)铜及铜合金焊接的焊前准备和焊后清理与铝及其铜及铜合金导热性好，一般需要大功率、高能量的焊接方法，必须根据被焊材料的成分、厚度和结构特点综合考虑。不同厚度的材料对不同的焊接方法有其适应性，如薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电弧焊和气焊为宜；中板采用埋弧焊、熔化极氩弧焊和电子束焊较为理由于纯铜的密度很大，熔化后铜液流动很快，极易烧穿及形成焊瘤。为了防止铜液从焊缝背面流失，保证反面成形良好，在焊接时需加(铜、石墨、石棉等)垫板。由于铜的导热性很强，焊接时通常预热温度也较少用搭接、角接在纯铜结构件修理、制造中，气焊用得比较多，常用于焊接厚度比较小、形状复杂和对焊接质量要求不高的焊件。气焊法焊接黄铜，可以防止锌的蒸发、烧损，这是其它焊接方法无法相比的优点，因此应用较(1)纯铜的气焊选用纯铜丝HS201、HS202或火焰采用中性焰，为了保证熔透，宜选用比较大焊接时需要预热，对中小件，预热温度取400~焊后对焊件应进行局部或整体退火处理。局部退火处理一般是在焊件接头附近100mm处，用氧乙炔加(2)黄铜的气焊采用轻微的氧化焰，以使熔池表面形成一层氧化温度为400~500℃；板厚大于15mm时，预热温度为为防止应力腐蚀，焊后须进行275~560℃的退火(1)手工钨极氩弧焊手工钨极氩弧焊操作灵活方便，焊接质量高，特别适用于铜及铜合金中薄板的焊纯铜可采用纯铜焊丝(HS201)，接头不要求导电性能时也可选用青铜焊丝(HS211)。黄铜常用焊丝牌号为4号黄铜丝(HS224)，但考虑氩弧焊电弧温度高，黄铜焊丝在焊接过程中锌的蒸发量大，烟雾多，且(2)熔化极氩弧焊由于熔化极氩弧焊的电弧功率大，焊接热影响区小，预热温度较低，且接头质量及焊接生产率高，因此，国内已应用于纯铜的厚板件焊接熔化极氩弧焊焊接纯铜时，为了更有效地防止气孔，最好选用含有脱气剂的焊丝，一般选用“HS201”(3)埋弧焊采用埋弧焊焊接纯铜时，由于熔化金属与外界隔离，并且焊接电流较大，可获得较大的熔深，焊件变形小，接头质量好，焊接生产率高，还可在一定程度上降低预热温度。特别适用于中厚度工件规则(4)焊条电弧焊生产率比气焊高，但焊接时金属的飞溅和烧损严重，并且焊接烟雾大，焊工劳动条件一般采用交流或直流反接焊接纯铜。焊接电流应根据焊件的厚度、焊件外形尺寸、焊条直径和预热温度第二十七讲习题课(三)无1、锡青铜合金中，主要元素是，合金元素是。 10、铝及铝合金焊丝大体可分为两类：即焊丝和变化。用熔焊焊接铜及铜合金，容易出现母材难于熔合、坡口焊不透和表面成形差等外观缺陷，其原因与铜的性能有2、用镍基铸铁焊条进行铸铁电弧冷焊时，不会产生热裂4、钝铝及非热处理强化铝合金焊接时很少产生热裂纹，只有5、铝及铝合金焊条电弧焊时，电源应采用直流正接法。()TIG焊接电流配合较高的焊接速9、焊接纯铜时，厚度大于3mm的焊件焊前必须预热，预10、黄铜用手工钨极氩弧焊焊接时，电源采用直流正接，也可以采用交流电源。用直流正接电源焊接时，锌的蒸发量较1、进行灰铸铁冷焊时，采用锤击焊缝方法的主要目的。 2、避免灰铸铁产生裂纹的最有效办法是对补焊的焊件先进行