機械焊接技術

機械焊接技術

1什么是焊接性？試述碳鋼的焊接性。

焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設計要求的構件，并滿足預定服役要求的能

力。焊接性受材料、焊接方法、構件類型及使用要求四個因素的影響。

碳鋼是以鐵元素為基礎的，鐵碳合金，碳為合金元素，其碳的質量分數(shù)不超過1%,此外，鐳的

質量分數(shù)不超過1.2%,建的質量分數(shù)不超過0.5%,后兩者皆不作為合金元素。其它元素如

Ni、Cr、Cu等均操縱在殘余量的限度以內，更不作為合金元素。雜質元素如S、P、0、N等,

根據(jù)鋼材品種與等級的不一致，均有嚴格限制。因此，碳鋼的焊接性要緊取決于含碳量，隨著含

碳量的增加，焊接性逐步變差，其中以低碳鋼的焊接性最好，見表1。

表1碳鋼焊接性與含碳量的關系

名典型硬

碳的質量分數(shù)（％）典型用途焊接性

稱

特殊板材與型材薄板、帶材、

低碳<0.1560HRB優(yōu)

焊絲

鋼

0.15-0.2590HRB結構用型材、板材、棒材良

中碳

0.25-0.6025HRC機器部件與工具中（需預熱、后熱，推薦使用低氫焊接

鋼

方法）

高碳

>0.6040HRC彈簧，模具，鋼軌劣（需預熱、后熱，必需使用低氫焊接

鋼

方法）

2什么是碳當量？碳鋼的碳當量如何計算？

把鋼中合金元素（包含碳）的含量按其作用換自成碳的相當含量，稱之該種鋼材的碳當量，可作

為評定鋼材焊接性的一種參考指標。

碳鋼中的元素除C外，要緊是Mn與Si,它們的含量增加，焊接性變差，但其作用不及碳強烈。

國際焊接學會推薦的碳當量公式為

MnCu+NiCr+Mo+V

CE（IIW）=C+——+-------------+--------------------

（質量分數(shù)）（％）

6155

隨著碳當量值的增加，鋼材的焊接性會變差。當CE值大于0.4%?0.6%時，冷裂紋的敏感性

將增大，焊接時需要采取預熱、后熱及用低氫型焊接材料施焊等一系列工藝措施。

3利用碳當量值評價鋼材焊接性有何局限性？

碳當量值只能在一定范圍內，對鋼材概括地、相對地評價其焊接性，這是由于：

1）假如兩種鋼材的碳當量值相等，但是含碳量不等，含碳量較高的鋼材在施焊過程中容易產生

淬硬組織，其裂紋傾向顯然比含碳量較低的鋼材來得大，焊接性較差。因此，當鋼材的碳當量值

相等時，不能看成焊接性就完全相同。

2）碳當量計算值只表達了化學成分對焊接性的影響，沒有考慮到冷卻速度不一致，能夠得到不

一致的組織，冷卻速度快時，容易產生淬硬組織，焊接性就會變差。

3）影響焊縫金屬組織從而影響焊接性的因素，除了化學成分與冷卻速度外，還有焊接循環(huán)中的

最高加熱溫度與在高溫停留時間等參數(shù)，在碳當量值計算公式中均沒有表示出來。

因此，碳當量值的計算公式只能在一定的鋼種范圍內，概括地、相對地評價鋼材的焊接性，不能

作為準確的評定指標。

4試述低碳鋼的焊接性。

由于低碳鋼含碳量低，缽、硅含量也少，因此，通常情況下不可能因焊接而產生嚴重硬化組織或

者淬火組織。低碳鋼焊后依接頭塑性與沖擊韌度良好，焊接時，通常不需預熱、操縱層間溫度與

后熱，焊后也不必使用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良

但在少數(shù)情況下，焊接時也會出現(xiàn)困難：

1）使用舊冶煉方法生產的轉爐鋼含氮量高，雜質含量多，從而冷脆性大，時效敏感性增加，焊

接接頭質量降低，焊接性變差。

2）沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P等雜質分布不均，局部地區(qū)含量會超標，時效敏感性及

冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。

3）使用質量不符合要求的焊條，使焊健金屬中的碳、硫含量過高，會導致產生裂紋。如某廠使

用酸性焊條焊接Q235—A鋼時，因焊條藥皮中鋪鐵的含碳量過高，會引起焊縫產生熱裂紋。

4）某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質量。如電渣焊，由于線能量大，會使焊接熱影響區(qū)

的粗晶區(qū)晶粒長得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴重下降，焊后必需進行細化晶粒的正火處理，以

提高沖擊韌度。

總之，低碳鋼是屬于焊接性最好、最容易焊接的鋼利所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接。

5低碳鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？

⑴手弧焊焊條的選用

常用低碳鋼Q235的抗拉強度平均值為417.5MPa,根據(jù)等強度原則，與之幾配的焊條應為E43

系列。幾種不一致鋼號的低碳鋼手弧焊時焊條的選用，見表2。

表2低碳鋼手弧焊時焊條的選用

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動載荷、復雜、厚板結構，鍋爐受壓施

通常結構選用的

鋼容器，低溫焊接焊

號條

焊％型號

選用的焊條型號件

Q235E4316,E4315通常不預熱

E4313,E4303,E4301,

Q255E4320,E4311通常不偵熱

(E5016,E5015)

厚板結構預熱

Q275E4316,E4315E5016,E5015

15UC以上

E4316,E4315

08、10,15、E4303,E4301,E4320,

通常不預熱

20E4311

(E5016,E5015)

厚板結構預熱

25E4316,E4315E5016,E5015

150℃以上

E4316,E4315

厚板結構預熱

20g,22gE4303,E4301

100?150c

(E5016,E5015)

E4316,E4315

20RE4303,E4301通常不預熱

(E5016,E5015)

注：表中括弧內的焊條型號表示能夠代用。

⑵埋弧焊焊絲與焊劑的匹配選用

低碳鋼埋弧焊時焊絲與焊劑的匹配選用，見表3。

表3低碳鋼埋弧焊焊絲與焊劑的匹配選用

鋼焊焊

號絲劑

Q234H08AHJ430

Q255H08A

Q275H08MnAHJ431

15、20H08A,H98MnAHJ430

25H08MnA,H10Mn2

0g,22gH08MnA,H08MnSi,hlOMn2HJ431

20RH08MnAHJ330

⑶C02焊絲的選用

實芯焊絲選用牌號為H08Mn2Si與H08Mn2SiA兩種，癖后熔敷金屬強度偏高。藥芯焊絲選用

牌號為YJ502?l、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4.

⑷電渣焊焊絲與焊劑的匹配選用

電渣焊熔池溫度比埋弧焊低，因此焊劑中的硅、鋅還原作用弱，應選用含缽、含硅量較高的焊絲。

常選用H10Mn2、HlOMnSi焊絲配合焊劑HJ360或者HlOMnSi焊絲配合焊劑HJ431.

6低碳鋼在低溫下如何施焊？

嚴冬條件下焊接低碳鋼結構時，由于焊接接頭的冷卻速度快，使裂紋傾向增大，特別是厚大結構

的第一道焊縫容易開裂，為此必需采取如下工藝措施：

1）焊前預熱,焊接過程中嚴格保持層間溫度不應低于預熱溫度。

2）使用低氫或者超低氫焊接材料。

3）定位焊時加大焊接電流，減慢焊接速度，適當增加定位焊健的截面積與長度，必要時進行預

熱。

4）整條焊縫應盡量連續(xù)焊完，避免中斷。

5）不應坡口面以外的母材上進行引弧，熄弧時需填滿弧坑。

6）盡可能不在低溫條件下進行彎板、矯正與裝配焊件。

各類金屬結構低溫焊接時的預熱溫度見表4。管道、壓力容器低溫焊接時的預熱溫度見表5。

表4低碳鋼金屬結構低溫焊接的預熱溫度

焊件厚度（mm）在各類氣溫下的預熱溫度

<30不低于一30"C時不預熱：低于一30c時預熱：00?150c

31?50不低于一10℃時不預熱：低于一10C時預熱：00?150C

51?70不低于0七時不預熱：低于0℃時預熱100?150c

表5低碳鋼管道、壓力容器低溫焊接的預熱溫度

焊件厚度（mm）在各類氣溫下的預熱溫度

<16不低于一30℃時不預熱：低于一30C時預熱:00?150c

17?30不低于一20℃時不預熱；低于一20c時預熱100?150C

31~40不低于一10"C時不預熱：低于一10C時預熱：00~150C

41?50不低于0℃時不預熱；低于0C時預熱100?150c

7試述中碳鋼的焊接性。

中碳鋼的碳的質量分數(shù)為0.25%?0.60%.當碳的質量分數(shù)接近0.25%而含鋅量不高時，焊

接性良好。隨著含碳量的增加，焊接性逐步變差。假如碳的質量分數(shù)為0.45%左右而仍按焊接

低碳鋼常用的工藝施焊時，在熱影響區(qū)可能會產生硬脆的馬氏體組織，易于開裂，即形成冷裂紋。

焊接時，相當數(shù)量的母材被熔化進入焊使焊健的含碳量增高，促使在焊^中產生熱裂紋，特

別是當硫的雜質操縱不嚴肘，更易出現(xiàn)。這種裂紋在弧坑處更為敏感，分布在焊縫中的熱裂紋因

此與焊縫的魚鱗狀波紋線相垂直，見圖1。

8中碳鋼焊接時，如何正確地選用焊條？

中碳鋼的焊接目前大都使用手弧焊。為提高焊接接頭的抗裂性，應選用低氫型焊條。個別情況下,

也可使用鈦鈣型與鈦鐵礦型酸性焊條，但如今應采取嚴格的工藝措施，如焊前預熱、減少熔合比

（降低焊^含碳量）等。

中碳鋼手弧焊時焊條的選用，見表6.

表6中碳鋼手弧焊時焊條的選用

焊件力學性能（2）選用焊條型號

鋼焊接asab6aK

焊件含碳量（%）*要求等強

號件不要求等強度

度

(MPa)(MPa)(%)(%)(J)

0.32-

35

通常315530204555E4303.E4301E5016.

0.40

ZG270?

通常270500182522E4316.E4315E5015

500

0.31-0.40

E4303,E4301

45

0.42-0.50較差355600164039E5016,

E4316.E4315

ZG310-

0.41-0.50較差310570152115E5015

570

E5016.E5015

E4303.E4301

55

0.52-0.60很差3806451335E5016.

E4316.E4315

ZG340?

2zlC0.51-0.60很差340640101810E5015

E5016.E5015

特殊情況卜.，中碳鋼焊接時可使用銘鍥不銹鋼焊條，如E0-19-10-16(A102)、E0-19-10-5

(A107)、El-23-13-16(A302)、El-23-13-15(A307)、E2-26-21-16(A402)、

E2-26-21-15(A407)等，因奧氏體焊縫金屬的塑性良好，能夠減小焊接接頭應力，即使焊

件焊前不預熱，也可避免熱影響區(qū)產生冷裂紋。

9試述中碳鋼的焊接工藝要點。

⑴預熱

預熱有利于減低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產生冷裂紋,這是焊接中碳鋼的要緊工藝措施，

預熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應力。通常，35與45鋼的預熱溫度為150?2509含

碳量再高或者者因厚度與剛度很大，裂紋傾向大時，可將預熱溫度提高至250?400C。

若焊件太大，整體預熱有困難時，可進行局部預熱，局部預熱的加熱范圍為焊口兩側各150?

200mm。

⑵焊條

條件許可時優(yōu)先選用堿性焊條。

⑶坡口形式

將焊件盡量開成U形坡口式進行焊接。假如是鑄件缺陷，鏟挖出的坡口外形應圓滑，其目的是

減少母材熔入焊^金屬中的比例，以降低焊健中的含碳量，防止裂紋產生。

⑷焊接工藝參數(shù)

由于母材熔化到第一層焊縫金屬中的比例最高達30%左右，因此第一層焊縫焊接時，應盡量使

用小電流、慢焊接速度，以減小母材的熔深。

⑸焊后熱處理

焊后最好對焊件立即進行消除應力熱處理，特別是關于大厚度焊件、高剛性結構件與嚴厲條件下

(動載荷或者沖擊載荷)工作的焊件更應如此。消除應力的回火溫度為600?65CTC。

若焊后不能進行消除應力熱處理，應立即進行后熱處理。

10試述高碳鋼的焊接工藝要點。

⑴焊接性

當高碳鋼的碳的質量分數(shù)大于0.60%時，焊后的硬化、裂紋敏感傾向更大，因此焊接性極差，

不能用于制造焊接結構。常用于制造需要更硬度或者耐磨的部件與零件，其焊接工作要緊是焊補

修復。

⑵焊條選用

由于高碳鋼的抗拉強度大都在675MPa以上，因此常用的焊條型號為E7015、E6015,對構

件結構要求不高時可選用E5016、E5015焊條。此外，亦可使用格鍥奧氏體鋼焊條進行焊接。

⑶焊接工藝

1）由于高碳鋼零件為了獲得高硬度與耐磨性，材料本身都需通過熱處理，因此焊前應先進行退

火，才能進行焊接。

2）焊件焊前應進行預熱，偵熱溫度通常為250?350℃以上，焊接過程中必需保持層間溫度不

低于預熱溫度。

3）焊后焊件必需保溫緩冷，并立即送入爐中在650C進行消除應力熱處理。

11低合金高強鋼的碳當量如何計算？

低合金高強鋼碳當量的計算公式目前以國際焊接學會（HW）所推薦的CE與日本JIS標準所規(guī)

定的Ceq應用最為廣泛，其計算公式為

MnCr+Mo+vCu+Ni

CE（IIW）=C+——+---------------+----------

（質量分數(shù)）（%）

6515

MnSiNiCrMoV

Ceq（JIS）=C+---------+----------+----------+----------+----------+----------

（質量分數(shù)）（％）

624405414

式中，化學元素都表示該元素在鋼中的質量分數(shù)，計算時，元素含量均取其成分范圍的上限。

CE要緊適用于文藝報非調質量低合金高強鋼（ob=500?900MPd）焊接性的估算；Ceq要緊

適用于低碳鋼調質鋼與低合金高強鋼（ob=500?1000M〉a）,但均適用于含碳量偏高的鋼種

（C的質量分數(shù)20.18%）,這類鋼化學成分的范圍如下

C的質量分數(shù)為W0.2%、SiWO.55%、MnW1.5%、CuW0.5%、NiW2.5%、CrWl.25%、

MoWO.7%、VW0.1%與BW0.006%。

12試述低合金高強鋼的焊接性。

強度級別較低的低合金高強鋼，如300?400MPa級，由于鋼中合金元素含量較少，其焊接性

良好，接近于低碳鋼。隨著鋼中合金元素的增加，強度級別提高，鋼的焊接性也逐步變差，出現(xiàn)

的要緊問題是：

⑴熱影響區(qū)的淬硬傾向

含碳時較少、強度級別較低的鋼種,如09Mn2、09Mn2Si>09MnV鋼等,淬硬傾向很小。隨

著強度級別的提高，淬硬傾向也開始加大，如16Mn、15MnV鋼焊接時，快速度冷卻會導致在

熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織。

⑵冷裂紋

低合金高強鋼焊接時，熱影響區(qū)的冷裂紋傾向加大，同時這種冷裂紋往往具有延遲的性質，危害

性很大。比如，材料為18MnMoNb鋼壁厚115mm的一大型容器，由于預熱溫度不夠，焊后

在熱影響區(qū)形成大量冷裂紋。

低合金高強鋼的定位焊縫很容易開裂，其原因是由于焊縫尺寸小、長度短、冷卻速度快，這種開

裂屬于冷裂紋性質。

⑶熱裂紋

通常情況下，強度等級為294?392MPa的熱軋、正火鋼，熱裂傾向較小，但在厚壁壓力容器

的高稀釋率焊道（如根部焊道或者靠近坡口邊緣的多層埋孤焊焊道）中也會出現(xiàn)熱裂紋。電渣焊

時，若母材的含碳量偏高并含銀時，電渣焊縫中可能會出現(xiàn)呈八字形分布的熱裂紋。

強度等級為800?1176MPa的中碳調質鋼（如30CrMnSiA鋼），焊接時熱裂的敏感性較大。

⑷粗晶區(qū)脆化

熱影響區(qū)中被加熱至1100C以上的粗晶區(qū)，當焊接線能量過大時，粗晶區(qū)的晶粒將迅速長大或

者出現(xiàn)魏氏組織而使韌性下降，出現(xiàn)脆化段。

13試述低合金高強鋼焊接時的要緊工藝措施。

⑴預熱

預熱是防止裂紋的有效措施，同時還有助于改善接頭性能。但預熱會惡化勞動條件，使生產工藝

友朵化，過高的預熱溫度還會降低接頭韌性。因此，焊前是否需要預熱與預熱溫度的確定應根據(jù)

鋼材的成分（碳當量）、板厚、結構形狀、剛度大小與環(huán)境溫度等決定。

⑵焊接線能量的選擇

含碳低的熱軋鋼（09Mn2.09MnNb鋼等）與含碳量偏下限的16Mn鋼焊接時，由于這些鋼的

冷裂淬硬、脆化等傾向小，因此對焊接線能量沒有嚴格的限制。焊接含碳量偏高的16Mn鋼時,

為降低淬硬傾向，焊接線能量應偏大一點。關于含V、Nb、Ti的鋼種，為降低熱影響區(qū)粗晶脆

化所造成的不利影響，應選擇較小的焊接線能量。如15MlVN鋼的焊接線能量應操縱在40?

45kJ/cm下列。

關于碳及合金元素含量較高而屈服點為490MPa的正火鋼（如18MnMoNb鋼等），因淬硬傾

向大，應選擇較大的焊接線能量，但當使用焊前預熱時，為了避免過熱傾向，能夠適當?shù)販p少線

能量。

⑶后熱及焊后熱處理

后熱是指焊接結束或者焊完一條焊縫后，將焊件立即加熱至150?250℃范圍內，并保溫一段

時間，使接頭中的氫擴散逸出，防止延遲裂紋產生。

關于厚壁容器、高剛性的焊接結構與一些在低溫、耐蝕條件下工作的構件，焊后應及時進行消除

應力的高溫回火，其目的是消除焊接殘余應力，改善組織。

焊后立即進行高溫問火的焊件，無需再進行后熱處理。

14低合金高強鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？

總的原則是根據(jù)等強度的要求，即熔敷金屬的強度等級應與母材在同一檔次來選用焊接材料，具

體選用，見表7。

表7低合金高強鋼焊接材料的選用

埋電

強度級別

鋼手弧焊弧渣

CO2焊焊絲

號焊焊

(MPa)

焊條焊劑焊絲焊劑焊絲

09Mn2HJ430HlOMnSi

H08A

09Mn2Si294E43HJ431H08Mn2Si

H08MnA

09MnVSJ301H08Mn2SiA

薄板：H08A

SJ501

H08MnA

中板開坡口對接H08Mn2Si

HJ431

16Mn開I形坡口對接H08Mn2SiA

HJ430HJ431

16MnCu343E50H08MnAH08MnMoAYJ502-1

SJ301HJ360

14MnNbH10Mn2YJ502-3

厚板深坡口

YJ506-4

HJ350H10Mn2

H08MnMoA

15MnV開I形坡口對接

E50HJ430HJ431H10MnMoH08Mn2Si

392

15MnVCuH08MnA

E55HJ431HJ360H08Mn2MoVAH08Mn2SiA

16MnNb中板開坡口對接

H10Mn2

HlOMnSi

HJ250

厚板深坡口

HJ350

H08MnMoA

SJ101

SJ431H10Mn2

15MnVN

HJ350

E55HJ431H10MnMoH08Mn2Si

H08MnMoA

ISMnVNCu441

HJ250

E60HJ360H08Mn2MoVAH08Mn2SiA

H08Mn2MoA

ISMnVTiRe

SJ101

18MnMoNbHJ250H08Mn2MoAH10Mn2MoA

EGOHJ431

14MnMoV490HJ350H08Mn2MoVAHlOMn2MoVAH08Mn2SiMoA

E70HJ360

14MnMoVCuSJ101H08Mn2NiMoH10Mn2NiMoA

15試述工6Mn鋼的焊接工藝。

16Mn鋼屬于碳錦鋼，碳當量為0.345%?0.491%,屈服點等于343MPa（強度級別屬于

343MPa級）。16Mn鋼的合金含量較少，焊接性良好，焊前通常不必預熱。但由于16Mn鋼

的淬硬傾向比低碳鋼稍大，因此在低溫下（如冬季露天作業(yè)）或者在大剛性、大厚度結構上焊接

時，為防止出現(xiàn)冷裂紋，需采取預熱措施。不?致板厚及不?致環(huán)境溫度下16Mn鋼的預熱溫

度，見表8.

16Mn鋼手弧焊時應選用E50型焊條，如堿性焊條E5015、E5016,關于不重要的結構，也可

選用酸性焊條E5003、E5001o對厚度小、坡口窄的焊件，可選用E4315、E4316焊條。

表8焊接16Mn鋼的預熱溫度

焊件厚度

不一致氣海下的預熱溫度計

<mm）

16以上不低于一10"C不預熱，-10C下列預熱100?150c

16?24不低于一5C不預熱.一5℃下列預熱100?150c

25?40不低于0C不預熱，O'C下列偵熱100?150℃

40以上均預熱100?150℃

16Mn鋼埋弧焊時H08MnA焊絲配合焊劑HJ431（開I形坡口對接）或者H10Mn2焊絲配合

焊劑HJ431（中板開坡口對接），當需焊接厚板深坡口焊健時，應選用H08MnMoA焊絲配合

焊劑HJ431。

16Mn鋼是目前我國應用最廣的低合金鋼，用于制造焊接結構的16Mn鋼均為16MnR與

16Mng鋼。

16試述18MnMoNb鋼的焊接工藝。

18MnMoNb鋼的屈服點等于490MPa（屬于490MPa級鋼），由于碳及合金鋼元素的含量都

較高，因此淬火硬傾向及冷裂傾向均比16Mn鋼大。焊接工藝要點：

1）除電渣焊外，焊前對焊件應采取預熱措施，預熱溫度操縱在150?180C。關于剛度較大的

接頭，預熱溫度應提高至180?230℃。焊后或者中斷焊接時，應立即進行250?350℃的后

熱處理。

2）焊接材料的選用，見表7。

3）為保證接頭性能與質量，應適當操縱焊接線能量，如手弧焊時，焊接線能量應操縱在24kJ/cm

下列；埋弧焊時，焊接線能量應操縱在35kJ/cm下列。但焊接線能量不能過小，否則焊接接頭

易出現(xiàn)淬硬組織與降低韌性。同時，層間溫度應操縱在預熱溫度與300c之間。

4）焊后應進行熱處理。電渣焊接頭熱處理的方式是900?980c正火加630?670c回火。手

弧焊及埋弧焊接頭進行消除焊接殘余應力的高溫回火處理，回火溫度比通常鋼材問火溫度低

30c左右。

17試述低溫用鋼的焊接工藝。

工作溫度等于或者低于一20C的低碳素結構鋼與低合金鋼稱之低溫用鋼，其牌號及成分，見表

9。對低溫用鋼的要緊要求是應保證在使用溫度下具有足夠的塑性及抵抗脆性破壞的能力。

表9低溫容器用鋼的牌號及成分

鋼化學成分（質量分數(shù)）（%）

號CMnSiVTi

16MnDR<0.201.20?1.600.20-0.60

09MnTiCuREDR<0.121.40-1.70<0.40

0.04?0.100.03?0.08

09Mn2VDR<0.121.40-1.700.20-0.05

06MnNbDR<0.071.20-1.600.17-0.37

化學成分（質量分數(shù)）（%）

鋼

SP

號CuNbRE

<

16MnDR0.0350.035

09MnTiCuREDR0.0350.035

0.20?0.400.02?0.050.15（加入量）

09Mn2VDR0.0350.035

06MnNbDR0.0300.030

低溫用鋼由于含碳最低，淬便傾向與冷裂傾向小，因此焊接性良好。焊接時，為避免焊縫金屬及

熱影響區(qū)形成粗晶組織而降低低溫韌性，要求使用小的焊接線能量，焊接電流不宜過大，宜用快

速多道焊以減輕焊道過熱，并通過多層焊的重熱作用細化晶粒，多道焊時要操縱層間溫度不得過

高，如焊接06MnNbDR低溫用鋼時，層間溫度不得大于300C。

焊接低溫用鋼的焊條，見表10。

表工。焊接低溫用鋼焊條

焊主

條要

'焊條型號

牌用

號途

J506GE5016G

焊接一40c工作的16MnDR鋼

J507GRE5015G

焊接一70c工作的09Mn2V及09MnTiCuRe鋼

W707TW70-7CU

焊接一70CT作的低溫鋼及2.5%Ni鋼

W707NiE5515C1

焊接一90C工作的3.5%Ni鋼

W907NiE5515C2

焊接一100C工作的06MnNb、06AINbCuN及3.5%Ni鋼

W107NiTW10-7Cu

低溫用鋼焊后可進行消除應力熱處理，以降低焊接結構的脆斷傾向。

18試述珠光體耐熱鋼的焊接工藝。

高溫下具有足夠的強度與抗氧化性的鋼稱之耐熱鋼，以C「、M。為要緊合金元素的低合金耐熱

鋼，基體組織是珠光體（或者珠光體+鐵素體）稱之珠光體耐熱鋼，常用鋼號有15CrMo、

12CrMoV.12Cr2MoWVTiB.14MnMov、18MnMoN匕、13MnNiMoNb°

由于珠光體耐熱鋼中含有一定量的Cr、Mo與其它一些合金元素，因此熱影響區(qū)會產生硬脆的

馬氏體組織，低溫焊接或者焊接剛性較大的結構時，易形成冷裂紋。因此在焊接時應采取下列兒

項工藝措施：

⑴預熱

預熱是焊接珠光體耐熱鋼的重要工藝措施。為了確保焊接質量，不論在定位焊或者正式施庫過程

中，焊件都應預熱并保持為80?150℃用氫弧焊打底與C02氣體保護焊時，能夠降低預熱溫

度或者不預熱。

⑵焊后緩冷

焊后應立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，使其緩慢冷卻。

⑶焊后熱處理

焊后應立即進行高溫回火，防止產生延遲裂紋、消除應力與改善組織。焊后熱處理溫度應避免在

350?500℃溫度區(qū)間內進行，因珠光體耐熱鋼在該溫度區(qū)間內有強烈的加火脆性現(xiàn)象。幾種常

用珠光體耐熱鋼的焊后熱處理溫度見表11。

表11珠光體耐熱鋼焊后熱處理溫度

鋼

需熱處理厚度（mm）焊后高溫回火溫度（°C）

號

15CrMo>10680?700

12CrlMoV>6720-760

20CrMo任何厚度720-760

12Cr2MoWVB任何厚度760?780

12Cr3MoVSiTiB任何厚度740-780

19珠光體耐熱鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？

總的原則是根據(jù)化學成分的要求，即熔敷金屬的化學成分應與母材相當來選用焊接材料。具體選

用，見表120

表12珠光體耐熱鋼焊接材料的選用

手埋

鋼弧弧氣體保護焊

號焊焊

焊條牌號焊條型號焊絲與焊劑匹配焊絲牌號

15CrMoR307E5515-B2H08CrMoA+IU350H08CrMnSiMo

12CrMoVR317E5515-B2-VH08CrMoV+HJ350H08CrMnSiMoV

Cr2MoR407E6015-B3H08Cr3MoMnA+hJ350H08Cr3MoMnSi

12CrMoWV-TiBR347E5515-B3-VWBH08Cr2MoWVNb3+HJ250H08Cr2MnWVNbB

14MnMoVJ606E6016-D1

H08Mn2MoA+HJ350H08Mn2SiMo

18MnMoNbJ607E6015DI

13MnNiMoNbJ607NiE6015GH08Mn2NiMo+HJ350H08Mn2NiMoSi

原則上，各類金屬都能進行焊接，但金屬本身固有的基本性能，還不能直接說明它在焊接時會出

現(xiàn)什么問題與焊接后接頭性能是否能滿足使用要求，因此，金屬材料對焊接加工的習慣性壓焊接

性來衡量。

1.焊接性概念

金屬的焊接性是指在?定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。其內容包含兩個方

面：一是金屬在經受焊接加工時對缺陷的敏感性.即工藝焊接性：二是焊成的接頭在使用條件下

可靠運行的能力，即使用焊良性。

1）工藝焊接性

工藝焊接性是一個相對的概念，假如一種金屬能夠在很簡單的工藝條件下焊接而獲得完好的接

頭，能夠滿足使用要求，就能夠說是焊接性良好。反之，假如務必保證很復雜的工藝條件，如高

溫預熱、焊后復雜熱處理等，或者所焊的接頭在性能上不能很好地滿足要求，就能夠認為癖接性

差。工藝焊接性就是指金屬在?定的工藝條件下，能得到優(yōu)質焊接接頭的能力。它不是金屬本身

固有的性能，而是隨焊接條件的變化而變化。

2）使用焊接性

使用焊接性是指整個焊接接頭或者整體結構滿足技術條件規(guī)定的使用性能的程度。包含力學性

能、缺口敏感性、耐腐蝕性等。

2.焊接性試驗方法

評價焊接性的方法是多種多樣的,每一種試驗方法都是從某一特定的角度來考核或者說明焊接性

的某一方面。因此，往往需要進行一系列的試驗才可能較全面地說明焊接性，從而有助于確定焊

接方法、焊接材料、工藝規(guī)范及必要的工藝措施等。

焊接性試驗的內容要緊有：熱裂紋試驗、冷裂紋試驗、脆性試驗、使用性能試驗等。事實上施的

方法分模擬、實焊、理論計算三大類。最常用的是斜丫坡口裂紋試驗、插銷試驗、剛性固定對

接裂紋試驗、可變拘束裂紋試驗、碳當量法等。

金屬材料的可焊性是指被焊金屬在使用一定的焊接方法、焊接材料?、工藝參數(shù)及結構型式條件下,

獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。

鋼材可焊性的要緊因素是化學成分。在各類元素中，碳的影響最明顯，其它元素的影響可折合成

碳的影響，因此可用碳當量方法來估算被焊鋼材的可焊性。硫、磷對鋼材焊接性能影響也很大，

在各類合格鋼材中，硫、磷都要受到嚴格限制。

鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。

鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。

鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，可焊性不好。

常用鋼材的可焊性通常為低碳及低合金鋼較好，中碳及中合金鋼較差，高碳及高合金鋼最差

鑄鐵含碳量高，組織不均勻，塑性很低，屬于可焊性很差的金屬材料，因此不應該考慮鑄鐵的焊

接構件。鑄鐵的焊接要緊是焊補工作。鑄鐵焊補時熔合區(qū)易產生白口組織，易產生裂縫，易產生

氣孔。

焊前將鑄鐵工件整體或者局部預熱到600?700℃,焊后緩慢冷卻的工藝稱之熱焊法。

焊補之前，工件不預熱或者只進行400℃下列低溫預熱的焊補方法稱之冷焊法。冷焊法通常是

用手工電弧焊進行焊補

鋼芯鑄鐵焊條焊絲為低碳鋼，一種是藥皮有強氧化性成分能使熔池中的硅、碳大量燒損，以獲得

塑性較好的低碳鋼焊縫。另?種是在藥皮中加入大量帆鐵，能使焊縫金屬成為高銳鋼，因此具有

較好的抗裂性及加工性，可用于高強度鑄鐵及球墨鑄鐵的補焊。

鍥基鑄鐵焊條焊絲是純鍥或者鍥銅合金，焊補后，焊健為塑性好的銀基合金。

銅基鑄鐵焊條用銅絲作焊芯或者用銅芯鐵皮焊芯，外涂低氧型涂料。

有色金屬可焊性較差，通常用氮弧焊方法焊接。

異種金屬焊接性也較差，通過增加過渡層金屬與堆焊隔離層的方法解決熔合與母材金屬稀釋問題

研究在熔化焊接過程中所發(fā)生的''氣體?熔渣?金屬”之間的物理、化學變化，熔化金屬的結晶凝

固，馬由于焊接熱循環(huán)造成的焊接熱影響區(qū)內金屬的組織與性能的變化。運用冶金學的知識研究

焊接過程，促進了焊接的在展：同時焊接冶金的進展也促使出現(xiàn)了新的冶金工藝一二次重熔。

焊接化學冶金

焊接化學冶金反應的特點是溫度高而時間短促：相間反應界面的比表面積大：因此，反應極為猛

烈。焊接化學冶金過程是分區(qū)域（或者階段）連續(xù)進行的；以手工電弧焊為例，可分為藥皮反應

區(qū)、熔滴反應區(qū)與熔池反應區(qū)（圖1）。

焊接熔渣是在焊接過程中，要緊由焊條藥皮或者焊劑形成的，起冶金處理、機械保護金屬與

改善焊接工藝性能的作用。焊接熔渣的要緊構成是各類氧化物，還有氟化物、氯化物與硼酸鹽類。

氧化物有酸性的、中性的與堿性的。衡量熔渣的堿性強弱伎用堿度，最常用與簡便的計算方法是

堿性氧化物的重量總與同酸性氧化物的重量總與之比（見爐渣）。堿度大于1.3的焊渣稱之堿

性渣，反之稱之酸性渣。焊渣堿度對焊接冶金過程有很大影響。使用堿性焊渣時，焊縫金屬具有

較好的綜合機械性能，抗裂性能提高，同時焊縫的脫氧及脫硫也較好。

完善的脫氧可提高焊縫金屬（如鋼）的綜合機械性能。焊接時的脫氧過程可分為兩類：①先

期脫氧，即焊條藥皮或者焊劑中的脫氧劑（Mn、Si、Al、Ti等）與高價氧化物與碳酸鹽類在焊接

的熔池中早期發(fā)生還原反應。②沉淀脫氧，溶于液態(tài)金屬（如鋼液）中的脫氧劑直接與金屬液體

中的FeO發(fā)生脫氧反應；各類鋼焊接時，利用Si、Mn聯(lián)合脫氧能取得較好的脫氧效果。沉淀脫

氧在脫氧過程中起最后的決定性作用。

焊縫金屬的凝固

焊接熔池的凝固條件不一致于通常鑄錠。焊接熔池體積小、溫度高而不均勻，中心溫度近于沸點,

而周圍都是未熔化的被焊接金屬（母材），因此溫度梯度大、冷卻速度快。焊縫凝固結晶始于熔

池邊緣的最低溫度處，以半熔化的母材金屬晶粒為非白發(fā)晶核，開始結晶生長，即所謂''聯(lián)生結

晶“。另一特點為由于冷卻速度快，因此結晶從半熔化的晶粒表面開始后，沿著與散熱相反的方

向，以柱狀晶的形態(tài)向熔池中心迅速生長，直到柱狀晶互相接觸為止。同時，由于柱狀品的生長

速度很快，熔池中即使存在著難熔質點，也很難作為晶核長大成等軸晶粒.這樣，焊縫就具有柱

狀晶特征（圖2）。

焊接熱作用特點

焊接熱源的局部集中，導致不均勻的溫度場。離焊縫越遠，被加熱達到的峰值溫度越低，如圖3

所示。不均勻的溫度場將引起不均勻的應力與變形，并造成不均勻的組織與性能變化。此外，焊

接熱源始終處于運動狀態(tài)之中，焊接區(qū)中任何一點的溫度變化都是準穩(wěn)態(tài)，熱源移近時迅速升溫,

熱源移開時則迅速降溫。這就決定了焊接過程中所發(fā)生的各類冶金學變化都無法達到平衡狀態(tài)。

焊接熱循環(huán)特性

焊接區(qū)某點的溫度隨時間的變化過程稱之焊接熱循環(huán)。圖4為單道焊接的熱循環(huán)特性。溫度很

快地升高到峰值溫度（Tmax,比如低合金鋼手弧焊時在4秒內即可升到1100C。而高溫停留

時間tH很短,比如在Ac3（見鐵碳平衡圖）以上只有幾秒到十幾秒鐘。冷卻速度CDC相當大，往

往會引起淬火。決定焊接熱循環(huán)特性的要緊因素是材料的熱物理性能、焊件尺寸、焊件初始溫度

與焊接工藝參數(shù)。

多道焊時，其焊接熱循環(huán)具有更為復朵的特點。后一焊道對前一焊道起后熱作用，產生熱處

理效果；而前一焊道對后一焊道具有預熱的作用。

焊接熱影響區(qū)的范圍與組織變化

加熱峰值溫度低于材料的熔化溫度（Ts）而又高于材料能發(fā)生組織變化的臨界溫度（Ter）的母材區(qū)

域，即為熱影響區(qū)。對大多數(shù)非調質鋼常取其Acl為其Ter；而對調質鋼，事實上際回火溫度即

為其Ter。在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)內實質上在進行著一種特殊形式的熱處理，其結果

往往是使焊前的熱處理效果受到破壞,在不一致的局部位置會產生種種組織變化，從而引起硬化、

軟化與脆化現(xiàn)象，甚至還會產生焊接裂紋。

通常說來，對調質鋼而言，凡超過Acl的部位可能產生淬火組織，而溫度介于Acl與原始溫

度之間的部位將進行回火過程。對非調質鋼而言,在超過Acl的部位由于發(fā)生相變，隨溫度不一

致而使其晶粒粗細差別很大。比如圖5為正火處理的15MnVNb鋼埋弧自動焊時的熱影響區(qū)組

織變化特征。

關于沉淀強化合金，在熱影響區(qū)內將產生相的溶解與析出過程，?？梢姷酱志Я５木植抗倘?/p>

區(qū)與由于過時效而產生的軟化。關于冷作強化的金屬，在熱影響區(qū)內由于發(fā)生回復與再結晶過程,

而可出現(xiàn)軟化區(qū)域。

第四節(jié)常用金屬材料的焊接

金屬材料的焊接性，俗稱可焊性，是指金屬材料對焊接加工的習慣性。要緊指在一定的焊接

工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。

焊接奧氏體不銹鋼時，很容易獲得無缺陷的焊接接頭，即接合性能好。

金屬材料的焊接性要緊決定于焊接接頭的組織及其性能.通常說來，焊接同種金屬材料時，

接頭組織與焊件相同或者相近，焊接性較好：焊接異種金屬材料時，接頭組織至少與某?癖件不

一致，焊接性較差。不管使用何種材料焊接，假如焊接接頭中形成又脆又硬的組織，則焊接性就

差。

通常說來，鑄造要產生鑄造熱應力，鍛造要產生形變應力，熱處理要產生組織應力。烙焊與

釬焊的焊縫金屬能夠近似看成是經歷了鑄造過程：壓焊接頭能夠近似看成是經歷了鍛造過程。焊

接時局部加熱后冷卻能夠近似看成是焊接接頭經歷了熱處理過程。因此，焊接過程中焊件內將產

生熱應力、形變應力與組織應力，它們的矢量與就是焊接應力。焊接應力將導致焊接接頭產生裂

紋的傾向與焊件的變形。假如被焊材料具有良好的塑性，將可能通過塑性變形減緩應力