常用工程材料及焊接

常用工程材料及焊接

通常所說的材料性能有兩個方面的意義:

材料的使用性能:指材料在工作條件下表現(xiàn)出的性能,如強度,塑性,韌性等力學性能,耐蝕性,耐熱性等化學性能以及聲,光,電,磁等功能性能。

材料的工藝性能:指材料在加工過程中表現(xiàn)出的性能,如壓力加工性能,機加工性能，焊接性能,鑄造性能等。工程材料的分類:

金屬材料非金屬材料復合材料工程材料概述

鋼的定義：

鋼和鑄鐵是由鐵和碳兩種元素組成的二元合金，因此稱為鐵碳合金。通常所說的鋼是指含碳量為0.02-2.14%的鐵碳合金，鑄鐵是指含碳量大于2.14%的鐵碳合金。按化學性能可以分成：

碳素鋼、低合金鋼、合金鋼常用鋼及其合金的性能和特點：1）碳素結(jié)構(gòu)鋼

生產(chǎn)工藝簡單，焊接性能、壓力加工性能等較好，必要的韌性、良好的塑性，以價廉易于大量生產(chǎn)供應。

鋼及合金鋼鋼及合金鋼2）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

比碳素結(jié)構(gòu)鋼韌性高，有良好的焊接性能、冷熱壓力加工性能和耐蝕性。3）合金結(jié)構(gòu)鋼

廣泛用于制造各種要求韌性高的重要機械零件和構(gòu)件、形狀復雜或截面尺寸較大或要求韌性高的淬火零件。4）不銹耐酸鋼

按使用狀態(tài)的金相組織分為五類5）鑄鋼

有較好的強度、塑性和韌性。

不銹耐酸鋼①鐵素體型不銹鋼鉻是其主要合金元素，高鉻鋼有良好的抗氧化能力、耐蝕性良好。缺點是鋼的缺口敏感性和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，鋼在加熱后對晶間腐蝕也較為敏感。②馬氏體型不銹鋼鉻是其主要合金元素，通常用在弱腐蝕性介質(zhì)，使用溫度小于或等于580℃，通常作為受力比較大的零件和工具的制作材料，焊接性能差。③奧氏體型不銹鋼

鉻、鎳是主要合金元素，高韌性、低脆性轉(zhuǎn)變溫度良好的耐蝕性和高溫材料，較好的抗氧化性及良好的壓力加工和焊接性能。④鐵素體─奧氏體型不銹鋼

⑤沉淀硬化型不銹鋼

制造要求高強度和耐蝕性，可用作結(jié)構(gòu)性零件，也可用作高溫零件。鋼及鋼合金鋁的性質(zhì)和用途

物質(zhì)的用途在很大程度上取決于物質(zhì)的性質(zhì)。由于鋁有多種優(yōu)良性能，因而鋁有著極為廣泛的用途。

鋁的密度很小，僅為2.7g/cm3，雖然它比較軟，但可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。鋁合金廣泛應用于飛機、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。此外，火箭、航天飛機、人造衛(wèi)星也使用大量的鋁及其合金。例如，一架超音速飛機約由70％的鋁及其合金構(gòu)成。船舶建造中也大量使用鋁，一艘大型客船的用鋁量常達幾千噸。

鋁的導電性僅次于銀、銅，雖然它的導電率只有銅的2／3，但密度只有銅的1／3，所以輸送同量的電，鋁線的質(zhì)量只有銅線的一半。鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力，而且有一定的絕緣性，所以鋁在電器制造工業(yè)、電線電纜工業(yè)和無線電工業(yè)中有廣泛的用途。

鋁的性質(zhì)和用途

鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如銨鋁炸藥（由硝酸銨、木炭粉、鋁粉、煙黑及其他可燃性有機物混合而成）、燃燒混合物（如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以著火的目標或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝酸鋇68％、鋁粉28％、蟲膠4％）。

鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等。鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑，鋁粉和石墨、二氧化鈦（或其他高熔點金屬的氧化物）按一定比率均勻混合后，涂在金屬上，經(jīng)高溫熾燒而制成耐高溫的金屬陶瓷，它在火箭及導彈技術(shù)上有重要應用。

鋁板對光的反射性能也很好，反射紫外線比銀強，鋁越純，其反射能力越好，因此常用來制造高質(zhì)量的反射鏡，如太陽灶反射鏡等。

鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁。鋁合金

鋁合金的突出特點是密度小、強度高。鋁中加入Mn、Mg形成的AL-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蝕性，良好的塑性和較高的強度，稱為防銹鋁合金，用于制造油箱、容器、管道、鉚釘?shù)取Ｓ蹭X合金的強度較防銹鋁合金高，但防蝕性能有所下降，這類合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新開發(fā)的高強度硬鋁，強度進一步提高，而密度比普通硬鋁減小15％，且能擠壓成型，可用作摩托車骨架等構(gòu)件。A1-Li合金可制作飛機零件和承受載重的高級運動器材。

目前高強度鋁合金廣泛應用于制造飛機、艦艇和載重汽車等，可增加它們的載重量以及提高運行速度，并具有抗海水侵蝕，避磁性等特點。銅及銅合金

純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，有極好的導熱、導電性，其導電性僅次于銀而居金屬的第二位。銅具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和耐蝕性能，是優(yōu)良的電工用金屬材料。

工業(yè)中廣泛使用的銅合金有黃銅、青銅和白銅等。

Cu與Zn的合金稱黃銅，其中Cu占60％～90％、Zn占40％～10％，有優(yōu)良的導熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。在黃銅中加入少量Sn(錫)，稱為海軍黃銅，具有很好的抗海水腐蝕的能力。在黃銅中加入少量的有潤滑作用的Pb(鉛)，可用作滑動軸承材料。

青銅是人類使用歷史最久的金屬材料，它是Cu-Sn合金。錫的加入明顯地提高了銅的強度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強，因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。Sn較貴，目前已大量用A1、Si、Mn來代替Sn而得到一系列青銅合金。鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好。鈹青銅是強度最高的銅合金，它無磁性又有優(yōu)異的抗腐蝕性能，是可與鋼相競爭的彈簧材料。

白銅是Cu-Ni合金，有優(yōu)異的耐蝕性和高的電阻，故可用作苛刻腐蝕條件下工作的零部件和電阻器的材料。是化學石油、有色金屬冶煉。高溫高壓高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環(huán)境下較理想的材料。鎳及鎳合金鈦熔點高、熱膨脹系數(shù)小、導熱性差、強度低、塑性好，有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐熱性，抗氧化能力優(yōu)于奧氏體型不銹鋼，較高溫度仍能保證較高的強度。鈦及鈦合金在大氣、淡水、海水中很穩(wěn)定，對硫酸、磷酸、亞硫酸、鉻酸和氫氟酸等具有良好的耐腐蝕性。鉛不耐硝酸，在鹽酸中也不穩(wěn)定。鉛及鉛合金

焊接是通過加熱或加壓，或兩者兼用，并且用或不用填充材料，使焊件達到原子結(jié)合的一種加工方法叫做焊接。

焊接是一種生產(chǎn)不可拆卸的結(jié)構(gòu)的工藝方法。隨著近代科學技術(shù)的發(fā)展，焊接已發(fā)展成為一門獨立的科學，焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦等特種金屬材料的連接，因而已廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如機械制造、造船、海洋開發(fā)、汽車制造、石油化工、航天技術(shù)、原子能、電力、電子技術(shù)及建筑等部門。據(jù)統(tǒng)計，每年僅需要進行焊接加工之后、使用的鋼材就占鋼材總產(chǎn)量的55%左右?？梢姾附蛹夹g(shù)應用的前景是很廣闊的。

焊接焊接材料焊接過程中的各種填充金屬及為了提高焊接質(zhì)量而附加的保護物質(zhì)統(tǒng)稱為焊接材料。不同焊接工藝條件下采用的焊接材料手工電弧焊:焊條氣體保護焊：焊絲+保護氣體埋弧焊、電渣焊：焊絲+焊劑釬焊：釬劑、釬料焊劑墊一、電焊條電焊條就是在金屬絲表面涂上適當厚度藥皮的手弧焊用的熔化電極。由焊芯和藥皮組成。1）焊芯：其作用一是傳導電流，產(chǎn)生焊接電流；二是焊芯本身熔化形成焊縫中的填充金屬。通常所說的焊條規(guī)格，實際上是指焊芯直徑，如φ4，單位是mm2）藥皮：焊條藥皮又可稱為涂料，把它涂到焊芯上面主要是為了便于焊接操作，以及保證熔敷金屬具有一定的成分和性能。藥皮的主要作用（1）保證電弧的集中、穩(wěn)定，使熔滴金屬容易過渡。（2）在電弧周圍造成一種還原性或中性的氣氛，以防止空氣中的氧或氮等進入熔敷金屬。（3）生成的熔渣均勻地覆蓋在焊縫金屬表面，減緩了焊縫金屬的冷卻速度，并獲得良好的焊縫外形。（4）保證溶渣具有合適的熔點、粘度、密度等，使焊條能進行全位置焊接或容易進行特殊的作業(yè)，例如向下立焊等。（5）藥皮在電弧的高溫作用下，發(fā)生一系列化學反應，除去氧化物及S、P等有害雜質(zhì)，還可加入適當?shù)暮辖鹪兀员ＷC熔敷金屬具有所要求的力學性能或其他特殊的性能（如耐蝕、耐熱、耐磨等）焊條分類按熔渣堿度分：酸性焊條和堿性焊條按藥皮成份分：鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫型、石墨型和鹽基型。按焊條用途分：J結(jié)構(gòu)鋼、R耐熱鋼、G鉻不銹鋼、A鉻鎳不銹鋼、D堆焊、W低溫鋼、Z鑄鐵、Ni鎳合金、T銅合金、L鋁合金和TS特殊用途焊條。焊條堿性焊條的藥皮中含有多量的大理石和螢石，并有較多的鐵合金作為脫氧劑和滲合金劑，因此藥皮具有足夠的脫氧能力。用堿性焊條焊接時，由于焊縫中氧和氫含量較少，非金屬夾雜物也較少，故具有較高的塑性和沖擊韌性。一般焊接重要結(jié)構(gòu)或剛性較大的結(jié)構(gòu)，以及可焊性較差的鋼材均采用堿性焊條。典型的堿性焊條是J507（E5015）酸性焊條的藥皮中含有較多的氧化鐵、氧化鈦及氧化硅等，氧化性較強，因此在焊接過程中使合金元素燒損較多，同時由于焊縫金屬中氧和氫含量較多，因而塑性、韌性較低，酸性焊條一般可以交直流兩用。典型的酸性焊條是J422（E4303）堿性和酸性焊條的工藝性能比較酸性焊條J422（4303）——酸性焊條電弧柔軟，飛濺小，熔渣流動性和覆蓋性均好，因此焊縫外表美觀，焊波細密，成型平滑.堿性焊條J507（E4303）——堿性焊條的熔滴過渡是短路過渡，電弧不夠穩(wěn)定，熔渣的覆蓋性差，焊縫形狀凸起，且焊縫外觀波紋粗糙，但在向上立焊時容易操作。二、焊絲焊絲作為焊接材料的一個重要組成部分,隨著焊接機械化、自動化水平的不斷提高,焊絲在整個焊接材料構(gòu)成中的比例不斷提高,廣泛應用于船泊、橋梁、車輛、壓力容器、化工設(shè)備、工程機械、海洋工程及核電工業(yè)等領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟建設(shè)中起著越來越重要的作用。焊絲的分類(1)按焊接方法:埋弧焊絲、電渣焊絲、CO2焊絲、氬弧焊絲等。(2)按被焊材料:炭鋼焊絲、低合金焊絲、不銹鋼焊絲、鑄鐵焊絲和有色金屬焊絲。(3)按焊絲形狀:實芯焊絲和藥芯焊絲。三、焊劑焊劑是具有一定粒度的顆粒狀物質(zhì),在埋弧焊和電渣焊焊接過程中,熔化形成熔渣和氣體,對焊接熔池起保護、冶金處理和改善焊接工藝性能的作用.燒結(jié)焊劑還具有滲合金作用。焊劑與焊絲合理的組合,即為埋弧焊和電渣焊的焊接材料.