常用金屬材料焊接與工藝

常用金屬材料焊接與工藝第一頁，共30頁。3、鋼材焊接性的評定方法鋼材焊接性的影響因素：

（1）材料的化學(xué)成分：Wc↑→焊接性↓接頭淬硬程度是引起焊接裂紋的原因。（2）焊接方法，焊接材料，焊件結(jié)構(gòu)間接判斷法：用碳當(dāng)量評價鋼的焊接性碳當(dāng)量的定義：指把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量。即把影響焊接性能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響。焊接學(xué)會推薦的碳鋼和低合金高強鋼CE計算公式為：第二頁，共30頁。根據(jù)經(jīng)驗分析：1）C當(dāng)量＜0.4%時，焊接性好。一般的焊接工藝條件下，不會產(chǎn)生裂紋;厚大件或在低溫焊接時需預(yù)熱；2）C當(dāng)量=0.4～0.6%時，塑性降低，淬硬傾向逐漸明顯，焊接性較差。需焊前預(yù)熱，采取工藝措施；3）C當(dāng)量＞0.6%時，塑性差，淬硬傾向大，焊接性差。焊接前、中、后需都需采取措施。第三頁，共30頁。練習(xí)：試比較下列鋼材的焊接性09Mn2Cu的碳當(dāng)量為：09MnV的碳當(dāng)量為：14MnMoV的碳當(dāng)量為：

Ceq值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。第四頁，共30頁。1、碳鋼的焊接低碳鋼的焊接1）焊接性：焊接性良好——Wc<0.25%，CE<0.4%，一般不會產(chǎn)生淬硬、冷裂傾向。2）焊接工藝：一般不需要預(yù)熱，不需要特殊的焊接工藝措施，焊后也不需要進(jìn)行熱處理；對于在低溫焊接時或厚大件（>50mm）需預(yù)熱或焊后熱處理。二、常用鋼材的焊接手工電弧焊時，根據(jù)母材強度等級一般選用酸性焊條E4303(J422)、E4320(J424)等；承受動載荷、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的厚大焊件，選用抗裂性好的堿性焊條E4351(J427)、E4316(J426)等。埋弧焊時，一般選用焊絲H08A或H08MnA配合焊劑HJ431。第五頁，共30頁。2）中碳鋼焊接的主要特點（存在問題）：中碳鋼的焊接：焊接性較差1）焊接性：Wc=0.25～0.6%C當(dāng)量≥0.4～0.6%可焊性較差，隨C↑，由中變差。1）“HAZ”區(qū)產(chǎn)生淬硬組織M及冷裂紋；2）焊縫金屬易產(chǎn)生熱裂紋。防止裂紋（冷裂、熱裂）工藝措施：1）選用抗裂性能好的低H型焊條J506、J507等2）焊前預(yù)熱；↓應(yīng)力、↓冷速

Wc<0.45%預(yù)熱150～250℃；

C、件厚↑,預(yù)熱250～350℃。第六頁，共30頁。2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

焊接結(jié)構(gòu)中，用得最多的是低合金結(jié)構(gòu)鋼。主要用于建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)，如壓力容器、鍋爐、橋梁、船舶、車輛和起重機(jī)械等。(1)焊接主要問題如下:①熱影響區(qū)有淬硬傾向:

淬硬程度與鋼材的化學(xué)成分和強度級別有關(guān)。普低鋼以熱軋或正火狀態(tài)供應(yīng)，按σs分六級：300、350、400低等級（強度）普低鋼或低合金鋼450、500、550高等級（強度）普低鋼或低合金鋼第七頁，共30頁。1、300、350、400低等級（強度）焊接特點：

C當(dāng)量<0.4%焊接性良好。300級與Q235A(A3)幾乎無差別。16Mn（Q345為350級）可與低碳鋼同等對待。等級↑，“HAZ”區(qū)淬硬傾向↑，但只要規(guī)范得當(dāng)（低H型焊條、預(yù)熱150～250℃、板厚>20mm焊后熱處理）仍可得良好的質(zhì)量。2、450、500、550高等級（強度）焊接特點：

C當(dāng)量=0.40～0.50%焊接性稍差。淬硬傾向增加，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，硬度明顯增高，塑性和韌度則下降。2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

第八頁，共30頁。強度級別高，易出現(xiàn)冷裂紋；級別↑，裂紋加劇。影響冷裂紋的因素三方面：焊縫及“HAZ”的含H量；（重要因素）

“HAZ”

的淬硬程度；接頭處殘余應(yīng)力大小。（又稱延遲裂紋）②焊接接頭的裂紋傾向：2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

(1)焊接主要問題如下:①熱影響區(qū)有淬硬傾向:

第九頁，共30頁。(2)低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接生產(chǎn)中采取的措施：1.強度級別低，一般和低碳鋼一樣；2.對鍋爐、壓力容器等重要構(gòu)件，當(dāng)厚度大于20mm時，焊后必須進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力。3.強度級別高，焊前一般均需預(yù)熱；焊接時，應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度。焊后還應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力。2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

第十頁，共30頁。第十一頁，共30頁。三、鑄鐵件的焊補為修補鑄件的缺陷而進(jìn)行的焊接稱為補焊。1、鑄鐵的焊接特點1）接頭易產(chǎn)生白口組織及淬硬組織：局部加熱，冷速快3）鑄鐵含碳量高，焊接時易生成CO2和CO氣體，產(chǎn)生氣孔。2）易產(chǎn)生裂縫：鑄鐵強度低，塑性差；雜質(zhì)含量高4）流動性好，液體易流失，只適用平焊。第十二頁，共30頁。1）熱焊法焊前將工件局部或整體預(yù)熱到600～700℃，焊后緩慢冷卻。特點是：焊補質(zhì)量好，但生產(chǎn)率低，成本高，勞動條件差，一般用于重要鑄件。鑄鐵的焊補一般采用氣焊和手工電弧焊2、鑄鐵的補焊工藝2）冷焊法焊前工件不預(yù)熱或只進(jìn)行400℃以下的低溫預(yù)熱的焊補方法。冷焊法主要依靠焊條的化學(xué)成分來防止產(chǎn)生白口組織和裂縫。特點是：生產(chǎn)率高，成本低，勞動條件好，但質(zhì)量不易保證。第十三頁，共30頁。四、有色金屬及其合金的焊接1.銅及銅合金的焊接1）銅及銅合金的焊接特點：銅的導(dǎo)熱性高，焊接時熱量極易散失。焊不透銅在液態(tài)時易氧化，生成的CU2O與銅組成低熔點共晶，分布在晶界上形成薄弱環(huán)節(jié)；力學(xué)性能低銅的收縮系數(shù)大；易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和裂縫。銅在液態(tài)時吸氣性強；易產(chǎn)生氣孔。銅的電阻極?。徊贿m宜電阻焊接。銅合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。第十四頁，共30頁。2）銅及銅合金的常用焊接方法銅及銅合金焊條牌號焊接工藝見：GB3670—83易保證紫銅、青銅的焊接質(zhì)量！黃銅焊接普遍采用的方法埋弧焊第十五頁，共30頁。鋁的焊接性與銅的可焊性相似---焊接困難。2.鋁及鋁合金的焊接焊絲與母材成分相近焊接表面要清潔1.易氧化；AL2O3熔點2050℃2.導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨系數(shù)大，易產(chǎn)生應(yīng)力與變形；3.液態(tài)鋁易吸氣、尤其是吸H2，比Cu還強.↑氣孔4.高溫強度、塑性低，焊縫塌陷，用墊板，液—固同色，難操作。目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點焊、縫焊和釬焊。其中氬弧焊是焊接鋁及鋁合金較好的方法。氣焊常用于要求不高的鋁及鋁合金工件的焊接。第十六頁，共30頁。第五節(jié)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計一、焊件的選材原則（5條）1）在滿足使用性能要求的前提下，應(yīng)盡量選用焊接性較好的材料?！吞间摵蛷姸燃墑e較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼2）輔助工藝的可行性——如選高碳鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，需預(yù)熱和緩冷的條件3）注意材料與焊接方法的匹配性4）盡量不選用異種材料相互焊接?！鏏l、Mg等，應(yīng)選擇亞弧焊的方法——如選用，盡量使熔點、力學(xué)性能和抗氧化性能相差較小。第十七頁，共30頁。合理選材與減少焊縫5）盡量選用軋制型材，以減少備料工作量和焊縫數(shù)量，降低成本，且減少焊接應(yīng)力、變形和焊接缺陷。第十八頁，共30頁。二、焊件的結(jié)構(gòu)工藝性1.焊縫的布置結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵原則要求如下：1）焊縫位置應(yīng)便于施焊

a)平焊

b)橫焊c)立焊d)仰焊

焊縫的空間位置

焊條電弧焊電阻點焊或縫焊第十九頁，共30頁。2）焊縫的布置應(yīng)盡可能分散改進(jìn)密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區(qū)及焊接應(yīng)力。第二十頁，共30頁。3）焊縫的位置應(yīng)盡可能對稱布置不合理變形最小最好是能同時施焊第二十一頁，共30頁。4）焊縫應(yīng)盡量避開最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的位置最大應(yīng)力處易產(chǎn)生應(yīng)力集中！第二十二頁，共30頁。5）焊縫應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)械加工表面

第二十三頁，共30頁。2.焊接接頭形式的選擇1）、接頭及坡口形式（1）焊接接頭形式

對接接頭角接接頭Ｔ形接頭搭接接頭（2）坡口形式與焊件厚度有關(guān)根據(jù)設(shè)計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成一定幾何形狀的溝槽稱為坡口。目的：使接頭處焊透并減小焊條的熔化量。第二十四頁，共30頁。對接接頭受力較均勻，重要的受力焊縫應(yīng)盡量選用。第二十五頁，共30頁。焊件不在同一平面，產(chǎn)生附加彎矩，金屬消耗量也大，一般應(yīng)避免采用。但不需開坡口，焊前準(zhǔn)備簡便，裝配時尺寸要求不高，對于受力不大的平面聯(lián)結(jié)與空間架構(gòu)，采用搭接可以節(jié)省工時。第二十六頁，共30頁。受力比對接接頭復(fù)雜，接頭成一定角度必須選用。第二十七頁，共30頁。2）、坡口形式的選擇單面坡口的可焊性較好，但焊條消耗量大，且焊后易產(chǎn)生角變形；雙面坡口受熱均勻，變形較小，焊條消耗量也小，但必須兩面施焊。1、焊條電弧焊焊接板厚在6mm以下的對接焊縫時，用I型坡口直接焊接，但當(dāng)焊接厚度大于6mm的構(gòu)件時，