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常用金属材料的焊接


第三章 常用金属材料的焊接

一、焊接性的概念 材料对焊接加工的适应性称为材料的焊接性。是指在一定的 焊接工艺条件下,材料获得优质焊接接头的难易程度。它包含两 种基本性能: 1 、接头接合性:对产生焊接缺陷(如气孔、裂缝等)的敏感性。 2、接头的使用性能:如机械性能、耐热、耐腐蚀、抗疲劳等性 能与母材性能的差异程度。接头的性能愈接近母材性能愈好。 二、影响材

料焊接性的主要因素 1、 母材化学成分与组织状态; 2、 焊接方法及工艺; 3、施工环境; 4、 结构复杂程度及刚性。 评定不同材料的焊接性,必须在相同的焊接工艺条件下进行, 才具有可比性。材料的焊接性随着焊接技术的发展而变化。

3 .1 材料的焊接性

三、金属材料焊接性的评价方法 1、碳当量(CE) 碳当量:把钢中合金元素(包括碳)的含量按其对焊接性 的影响作用换算成碳的相当含量,作为评定钢材焊接性的一 种参考指标。 国际焊接学会推荐用于碳钢和低合金钢的碳当量(CE)计 算 公式: E ? C ? Mn ? Cr ? Mo ? V ? Ni ? Cu % C

6

5

15

式中化学元素符号均表示元素在钢中的含量。 ① CE<0.4% 焊接性良好 ② CE=0.4%~0.6% 焊接性较差 ③ CE>0.6% 焊接性差

3.2碳钢的焊接
一、低碳钢的焊接 常用低碳钢:Q235A、Q255A、15、20等。 1、 低碳钢焊接性分析 含C<0.25%,焊接性优良,一般无淬硬倾向,不易产生 焊接裂缝(采用各种焊接方法,均可获得合格的接头)。

2、常用焊接方法:手弧焊、气焊、CO2保护焊、埋弧焊、电阻焊
即可保证焊接的质量。 A 在下列情况下也可能出现裂缝 ① 对于厚板、刚性结构; ② 在低温(<-10℃)下焊接;

等,焊接材料按“等强度原则”选择焊条和焊丝。一般不预热,

③ 钢材有严重的成分偏析(如C、S、P局部偏析)。
B 可采取以下措施来保证焊接质量 ① 焊前对焊件预热到一定温度(一般为150℃以上);

② 应选择抗裂性较好的碱性焊条;
③ 注意掌握焊接装配顺利; ④ 对压力容器等重要结构,焊后要进行去应力热处理;

⑤ 用电渣焊焊接的厚板结构,焊后要进行正火处理。

二、中碳钢和高碳钢的焊接
常用中碳钢:45、50、55 1、焊接性分析 含碳量C=0.25~0.6%,焊接性较差。 主要问题:

① 热影响区产生淬火组织马氏体(M);
② 焊缝和近缝区易产生热裂缝(C、S偏析); ③ 当焊缝含氢量高时,在焊缝和热影响区也可能产生冷裂缝。

冷裂缝多发生在马氏体转变温度以下,常发生在焊后一
量、组织淬硬程度、结构刚性三个主要因素有关。

段时间内发生(又称为“延迟裂缝”),其形成原因与接头含氢

④ 焊前经过淬火处理的中碳钢零件,在热影响区可能出现回火
软化现象。

2、焊接工艺要点 ① 多采用手弧焊,选碱性低氢型焊条,小电流、多层焊,尽

量减少母材熔化量;无等强度要求时,可选比母材强度低
一级的焊条,以提高焊缝金属塑性,减小裂缝倾向。 ② 焊前预热(150~250℃之间),焊后缓冷。

③ 焊后安排消除应力的热处理。
3、高碳钢(C>0.6%),焊接性更差,多用于焊补修复零件。 为防止焊接裂缝,除提高预热温度外,应选用塑性较好的 低碳钢焊条、不锈钢焊条、镍基焊条。焊缝一般不能与母材等 强度。

三、普通低合金结构钢的焊接 普通低合金结构钢按屈服强度分为六个等级: 300、350、400、450、500、550(MPa) 1.焊接性分析 ?s=300 ~400MPa的普低钢, 如:09Mn2、16Mn、15Mn、 15MnTi。 CE <0.4%,其焊接性与低碳钢较接近,热影响区的淬硬倾向比 低碳钢稍大,可参照低碳钢的焊接工艺进行焊接。对厚板、刚性 结构,或在低温下焊接时,应对焊件预热100℃以上。

?s≥450MPa的普低钢,如14MnMoV、18MnMoNb
CE在0.43~0.55之间,随CE增大,淬硬倾向愈大,焊接性愈 差。当结构刚性大,焊缝含氢量较高时,冷裂缝倾向显著增大。

2.焊接工艺要点 ① 严格控制焊缝含氢量; ② 焊前预热,焊后缓冷; ③ 焊后及时进行高温回火处理(消除内应力、去氢); ④ 焊接方法多采用手工电弧焊、埋弧自动焊等。

四、铸铁的焊接与焊补 常用铸铁:灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。含碳量高, 杂质(S、P等)含量高,铸铁组织内部缺陷多,抗拉强度低,塑

性很差,焊接性较差的铸铁一般不用于设计焊接结构。但铸件
缺陷或铸铁零件在使用中损坏常用焊补进行挽救修复。

1.铸铁的焊接性分析
① 熔合区易产生白口组织,焊后很难进行机械加工; ② 焊缝和热影响区易产生裂缝; ③ 焊缝易产生气孔。

2.焊接方法及工艺要点 1)常用焊接方法有手弧焊、气焊、钎焊等。 A 热焊法: 焊前及焊接过程中将工件整体或局部预热到600~700℃, 焊后缓慢冷却的铸铁焊补方法。 ① 特点: 焊件受热均匀,焊接应力小,冷却速度慢,有利于石墨 析出,防止产生白口组织和裂缝,焊接质量好,焊接接头易 于进行机械加工。其缺点是:焊接成本高,工件易变形,劳 动条件差。 ② 应用: 主要用于形状很复杂,对焊接质量要求高,焊后必须进 行机械加工的重要铸件的焊补法。

B 冷焊法

① 焊接时不预热,或预热温度低于400℃的焊接方法。主要通 过选择焊条,控制焊缝化学成分来防止出现白口和裂缝。 ② 焊后不需进行机械加工时可选用: 氧化型钢芯铸铁焊条EZFe 或 高钒铸铁焊条EZV 或 碳钢焊条E4315 焊缝组织接近钢的组织,可加工性较差。
C 焊后要进行局部机械加工的重要铸件,可选用镍基铸铁焊条: EZNi、EZNiFe、EZNiCu等。 焊缝塑性好,镍元素可阻止熔合区的白口化倾向,焊后 可进行机械加工。镍基焊条价格贵,有时仅作为焊接过渡层 使用。

五、有色金属及合金的焊接
1.铝及铝合金的焊接 1)铝及铝合金的焊接特点 ① 铝易氧化,低沸点合金元素易蒸发烧损; ② 易产生氢气孔; ③ 焊缝热裂倾向较大,焊件易变形; ④ 易产生熔池塌陷和烧穿现象; ⑤ 导热性极好,对壁厚>10mm的焊件需预热。

2)焊接方法与工艺要点

A 一般焊件可采用气焊、手弧焊、电阻焊、钎焊;重要焊件多
采用氩弧焊、等离子弧焊。

B 焊接材料应选择与母材化学成分相同的铝焊条或铝焊丝。
C 焊接时应注意:

① 严格进行焊前清理,去除焊件表面油污、氧化膜;对焊条
药皮或焊剂必须严格烘干处理。 ② 采用集中热源,快速连续施焊。单面焊时,应在接触腐蚀

介质的一面施焊。
③ 采用氯化物、氟化物作焊剂时,焊后必须彻底清洗焊剂残 留物,以防腐蚀。

2.铜及铜合金的焊接
1)铜及铜合金的焊接特点 ① 导热性很高,厚板要预热; ② 铜在高温下易氧化,形成低熔点氧化物(Cu2O)分布于晶 界, 易产生热裂; ③ 线收缩率大,易变形; ④ 易产生气孔(H2或CO); ⑤ 低沸点元素(锌、锡、铅等)易蒸发和氧化损失;

2)焊接方法及工艺要点 ① 一般焊件可采用气焊、手弧焊、埋弧焊、钎焊;重要结构用 氩弧焊。

② 气焊紫铜和青铜应采用中性焰;
③ 气焊黄铜用弱氧化焰,配用含Si、Al元素的焊丝,形成氧化 薄膜复盖熔池,可防止锌的蒸发损失。 3)焊接时应注意 ① 严格清除焊件上的氧化膜和脏物; ② 烘干药皮和熔剂; ③ 焊后清理残留腐蚀物。

第四章 焊接结构设计
一、焊接结构的特点及设计要求
1.焊接结构的特点

① 结构紧凑,节约材料,工艺简便,生产周期短;
② 可对铸、锻、压和切削加工后的产品进行装配加工,以简 化工艺,降低成本,缩短生产周期,提高经济效益。 ③ 焊接结构的残余应力,隐蔽性缺陷(如裂缝、气孔、夹渣、 未焊透等),可能影响结构的寿命或使用安全性。故对焊 接 结构的设计和生产必须严格按规范执行。做到合理设计,

精心施工,把好各道工序的质量关。

2.焊接结构设计的一般要求 ① 保证结构(接头)的使用性能(如强度、刚度、耐高、低温、耐 腐蚀等性能);

② 尽量使焊接应力与变形减至最小;
③ 尽可能节约用材; ④ 合理选择焊接方法; ⑤ 方便施工和对焊接质量的检查。

二、焊接接头的工艺设计

1、避免密集和交叉的焊缝

焊缝布置不合理

焊缝布置合理

2、尽可能对称分布焊缝

3、焊缝应避开最大应力与应力集中处



4、焊缝应尽量避开机械加工表面

5、焊缝位置应便于操作

不合理

≥15mm

合理
45°

6、尽量平焊

焊缝的空间位置

7、尽量减少焊缝数量

二 、 焊接接头形式和坡口形式的选择
一)焊接接头形式的选择 用焊接方法连接的接头称为焊接接头。

焊接接头的作用:
1)连接作用,即把两焊件连接成一个整体; 2)传力作用,即传递焊件所承受的载荷。

焊接接头的形式: 1) 对接接头 2) 搭接接头

3) 角接接头

4) T型接头

二)焊接坡口形式的选择
根据设计或工艺需要,将焊件的待焊部位 加工成一定几何形状的沟槽称为坡口。

开坡口的目的: ?保证焊透

不同厚度的工件焊接时:

总结
?焊接接头的组织和性能
?不同焊接方法的特点和应用(简要) ?焊接结构工艺性


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