工程材料与热加工24焊接课件.ppt

第11章焊 接,焊接在航空、航天、机械、化工、电子、电器等领域具有广泛而重要的应用，小到集成电路基片与引脚，大到万吨轮船，都离不开焊接，尤其在制备大型构件和复杂部件时焊接更显其优越性。它可以化大为小、化复杂为简单的办法来准备坯料，然后再逐次装配焊接的方法拼小成大、拼简单成复杂，这是其它工艺方法难以做到的。,第11章焊 接,在制造大型机器设备时，还可以采用铸焊或锻焊复合工艺。用焊接方法还可以制成双金属构件，如制造复合层容器、耐磨表面堆焊等，此外，还可以对不同材料进行焊接。可以毫不夸张地说，没有现代焊接方法发展，就不会有现代工业技术的今天！,第11章焊 接,焊接的历史：1885年俄国人别那尔道斯发明碳孤焊接，这可以看作是电弧作为工业热源应用的起步。电弧焊真正应用于工业，是在1892年发现金属极电弧以后。电阻焊是1886年由美国人发明的，它的大规模工业应用也几乎跟电弧焊同时代。1930年以前，焊接在机器制造工业中的作用还是很微不足道的。当时造船、锅炉、飞机等制造工业基本上还是用铆接方法。,第11章焊 接,焊接的历史：到目前为止已经发展为20多种基本焊接方法，如果包括各种派生方法，那就更多。由此可见，从电弧焊和电阻焊的大量应用算起，到现代焊接方法还只有半个世纪多一点的历史。80年代还进行了太空焊接试验。可以预料，随着工业和科学技术的不断发展，焊接也必定有新的发展。,第11章焊 接,焊接是通过加热或加压，或两者兼用，使焊件达到原子间结合并形成永久接头的工艺过程。世界每年钢材消耗量的50%都有焊接工序的参与，在现代制造工业中，广泛应用于金属结构件的生产。例如桥梁、船体、车厢、容器等，都可采用焊接而成。焊接可分为三大类：熔焊、压力焊、钎焊。,第11章焊 接,熔焊：将要焊接的工件局部加热至融化，冷凝后形成焊缝而使构件连接在一起的加工方法。包括电弧焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊等。压力焊：焊接过程中必须要施加压力，可以加热也可以不加热才能完成的焊接。其加热的主要目的是为使金属软化，靠施加压力使金属塑变,让原子接近到相互稳固吸引的距离，这一点与熔焊时的加热有本质的不同。包括电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊、扩散焊、磁力焊。,第11章焊 接,钎焊：将熔点比母材低的钎料加热至融化，但加热温度低于母材的熔点，用融化的钎料填充焊缝、润湿母材并与母材相互扩散形成一体的焊接方法。钎焊分两大类：硬钎焊和软钎焊。硬钎焊的加热温度大于450度，抗拉强度大于200 MPa，经常用银基、铜基钎料，适于工作应力大，环境温度高的场合，比如硬质合金车刀、地质钻头的焊接。软钎焊的加热温度小于450度，抗拉强度小于70 MPa 适于应力小，工作温度低的环境。比如电路的锡基钎焊,第11章焊 接,11.1电弧焊11.2其它常用焊接方法11.3常用金属材料的焊接11.4 焊接件结构设计,11.1电弧焊,电弧焊是利用电弧的热量加热、熔化金属进行焊接的方法，它是焊接生产的一项重要工艺，是目前应用最广的焊接技术。分为渣保护电弧焊和气体保护电弧焊两类，包括焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等多种工艺方法。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 11.1.2焊条电弧焊 11.1.3埋弧焊 11.1.4气体保护焊,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 1.焊接电弧,热量来源于：阳极43，阴极36，弧柱21热量的6585用于加热熔化金属，其余散失在电弧周围，飞溅的金属液。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 1.焊接电弧,电弧径向温度分布图：,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 1.焊接电弧由于阴极区和阳极区的温度不同，当采用直流电焊接时，便有以下两种极性的接法：正接：工件接阳极，焊条接阴极，此时工件受热多，宜焊厚大工件。反接：工件接阴极，焊条接阳极，此时工件受热少，宜焊薄小工件。当采用交流电焊接时，因电流每秒钟正负变化达一百次，所以两极加热一样，就不存在正接或反接问题。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 1.焊接电弧焊接时的引弧电压是弧焊机的空载电压，一般为5090V。电弧稳定燃烧时的电压称为电弧电压，它与电弧长度（即焊条与工件间的距离）有关。电弧长度越大，电弧电压也越高。一般情况下，电弧电压在1635V范围内，这也是电弧焊机在正常工作时的安全电压。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 2.电弧焊的焊接过程 电弧焊包括焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等多种工艺方法。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 2.电弧焊的焊接过程 埋弧焊的焊接过程与焊条电弧焊极为相似。所不同的是：埋弧焊的焊剂（相当于焊条的药皮）与焊丝是分开的，在电弧引燃之前，焊剂先预洒在焊缝处。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 2.电弧焊的焊接过程 气体保护焊：,(a)不融化极氩弧焊(b)融化极氩弧焊,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能,焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的金属都是由常温状态开始被加热到较高的温度，然后再逐渐冷却到常温。但随着各点金属所处位置（距焊缝中心的距离）的不同，其最高加热温度也不一样，离焊缝的距离越远，其最高温度越低。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能,总体看来，在焊接过程中，焊缝的形成是一次冶金过程，焊缝及其附近区域金属相当于受到一次不同规范的热处理，必然会产生相应的组织与性能的变化。焊缝金属相当于受到金属型铸造；紧邻焊缝的母材相当于受到不同的热处理。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能,焊缝两侧呈固态的母材因受热的影响而组织和性能发生变化的区域叫热影响区。焊缝和热影响区之间的过渡区叫做熔合区。焊接接头就是由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成的。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（1）焊缝区的组织与性能,热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻开始冷却结晶，从熔合区中许多未熔化完的晶粒开始，以垂直熔合线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶的铸态组织，由铁素体和少量珠光体所组成。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（2）熔合区的组织与性能熔合区又称半熔化区，是焊缝与母材交接的过渡区。,该区组织由粗大的过热组织和部分新结晶的铸态组织构成。该区虽然很窄，化学成分和组织却很不均匀，因此强度低，脆性大，是裂纹及局部脆断的发源地，是焊接接头中最薄弱的部位，所以说，熔合区在很大程度上决定着焊接接头的性能。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 焊缝两侧因焊接热作用虽没有熔化但却发生组织和性能变化的区域。对于低碳非合金钢，热影响区可分为过热区、正火区和部分相交区。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 过热区被加热到Ac3以上100200至固相线温度区间。由于奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性及韧性降低。过热区是热影响区中力学性能最差的部位。对于易淬火硬化钢材，此区脆性更大。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 正火区。被加热到Ac1至Ac3以上100200区间。加热时金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 部分相变区相当于加热到Ac1Ac3温度区间。珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小的奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但其晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而力学性能比正火区稍差。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 熔合区、焊接热影响区是影响焊接接头性能的关键部位。焊接接头的断裂往往不是出现在焊缝区中，而是出现在接头的熔合区、热影响区中，尤其是多发生在熔合区及过热区中，因此必须对焊接热影响区进行控制。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 一般来说，在保证焊接过程正常进行的前提下，提高焊接速度、减小焊接电流都能使热影响区减小。但是，焊接热影响区不可避免。用焊条电弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳钢结构时，因热影响区较窄，危险性较小，焊后不进行处理即可使用。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 3.焊接接头的组织与性能（3）热影响区的组织与性能 对重要的碳钢构件、合金钢构件或用电渣焊焊接的构件，必须注意热影响区带来的不利影响。为消除其影响，一般采用焊后正火处理，使焊缝和焊接热影响区的组织转变成为均匀的细晶结构，以改善焊接接头的性能。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 4.焊接应力与变形（1）焊接应力与变形产生的原因在焊件局部区域加热后又冷却凝固的极不平衡的热循环过程。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 4.焊接应力与变形（2）焊接变形的基本形式,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 4.焊接应力与变形（3）预防和减少焊接应力与变形的措施焊前预热，焊后缓冷。采用合理的焊接顺序和方向。,11.1 电弧焊,11.1.1电弧焊的工艺基础 4.焊接应力与变形（3）预防和减少焊接应力与变形的措施合理地选择焊接方法和焊接工艺参数。反变形法。采用刚性固定法。焊后及时消除应力。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 也称手工电弧焊,是利用电弧作热源，用手工操作焊条进行焊接的熔焊方法。特点：设备简单、操作方便灵活应用最广泛、特别适合于形状复杂的焊接结构件的焊接。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 电焊条对于焊条电弧焊是不可缺少的，电焊条质量的优劣对于焊接质量起着至关重要的作用。焊条组成：焊芯药皮。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 1.焊芯焊芯是电焊条中被药皮包覆的金属芯。主要作用有三：一是作为电极产生电弧提供焊接热源；二是作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属；三是为焊缝提供合金元素。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 1.焊芯焊芯用焊接专用钢丝制成：结构钢焊条的焊芯常用H08A等；焊接合金结构钢、不锈钢用的焊条，采用的是相应合金结构钢、不锈钢焊丝。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 1.焊芯所有焊丝的碳含量一般不超过0.1%0.12%，其它合金的含量则根据需要添加。常用焊芯直径为16mm（如：1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0mm等)，以直径为3.25.0mm的应用最广，长度一般为350mm。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 2.药皮药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，由各种矿物质、铁合金、有机物等原料组成的，药皮中含有稳弧剂、造气剂、造渣剂、粘结剂、脱氧剂和合金材料等。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 2.药皮药皮作用：一是提高电弧燃烧的稳定性；二是保护熔化金属不被氧化；三是对熔化金属脱氧和渗合金以提高焊缝的力学性能；四是产生的熔渣避免焊缝金属冷却过快产生裂纹。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号我国焊条的种类（按用途）：,碳钢焊条,低合金钢焊条,不锈钢焊条,堆焊焊条,铸铁焊条,铜及铜合金焊条,铝及铝合金焊条,其中应用最多的是碳钢焊条和低合金钢焊条。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号我国焊条的种类：按药皮熔化后形成熔渣的化学性质分为：酸性焊条，碱性焊条,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号我国焊条的种类：酸性焊条：药皮熔渣中酸性氧化物（如SiO2，TiO2，Fe2O3）比碱性氧化物（如CaO、FeO、MnO、Na2O）多的焊条 酸性焊条适合各种电源，操作性较好，电弧稳定，成本低，但焊缝塑、韧性稍差，渗合金作用弱，故不宜焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号我国焊条的种类：碱性焊条：熔渣中碱性氧化物比酸性氧化物多 碱性焊条一般要求采用直流电源，焊缝塑、韧性好，抗冲击能力强，但操作性差，电弧不够稳定，价格较高，故只适合焊接重要结构件。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号焊条的型号：焊条型号是国家标准中的焊条代号-是对该型号焊条的质量要求。如E4303、E5015、5016等。“E”表示焊条；前两位数字表示焊缝金属的抗拉强度等级(单位为10；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横）；“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下焊；,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号焊条的型号：焊条型号是国家标准中的焊条代号。如E4303、E5015、5016、E5003等。第三位和第四位组合时表示焊接电流种类及药皮类型，如“03”为钛钙型药皮，交流或直流正、反接，“15”为低氢钠型药皮，直流反接，“16”为低氢钾型药皮，交流或直流正、反接。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号焊条的牌号：是焊条行业统一的焊条代号。一般用一个大写拼音字母和三位数字表示，如J422、J507等。拼音字母表示焊条的大类，如“J”表示结构钢焊条(碳钢焊条和普通低合金钢焊条)，“A”表示奥氏体不锈钢焊条，“”表示铸铁焊条等；,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号前两位数字表示各大类中若干小类，如结构钢焊条前两位数字表示焊缝金属抗拉强度等级，其等级有42、50、55、60、70、75、85等；最后一位数字表示药皮类型和电流种类，其中1至5为酸性焊条，6和7为碱性焊条。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 3.焊条的种类、型号和牌号焊条的型号和牌号一般来说是一一对应的：E4303、E5015、5016、E5003J422、J507、J506、J502,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 4.焊条的选用选择依据：根据焊件情况确定化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能结构形状、受力情况、焊接设备条件,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 4.焊条的选用选用原则：（1）低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材的强度等级来选用相应的焊条。但应注意，钢材是按屈服强度确定等级的，而结构钢焊条的等级是指焊缝金属抗拉强度的最低保证值。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 4.焊条的选用（2）同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选定，主要应考虑焊接件的结构形状（简单或复杂）、钢板厚度、载荷性质（静载或动载）和钢材的抗裂性能而定。-重要性原则通常对要求塑性好、冲击韧度高、抗裂能力强或低温性能好的结构，要选用碱性焊条。如果构件受力不复杂、母材质量较好，应尽量选用较经济的酸性焊条。,11.1 电弧焊,11.1.2焊条电弧焊 4.焊条的选用（3）低碳钢与低合金结构钢焊接，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。-低强度为准（4）铸钢的含碳量一般都比较高，而且厚度较大，形状复杂，很容易产生焊接裂纹。一般应选用碱性焊条，并采取适当的工艺措施（如预热）进行焊接。（5）焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条，以保证焊缝的主要化学成分和性能与母材相同。,11.1 电弧焊,11.1.3 埋弧自动焊,11.1 电弧焊,11.1.3 埋弧自动焊特点：大电流（1000A）、生产率高焊接质量高且稳定节约金属热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少改善劳动条件无弧光、烟雾自动化程度高工艺装备复杂，适合批量生产,11.1 电弧焊,11.1.4 气体保护焊-氩弧焊,钨极氩弧焊,11.1 电弧焊,11.1.4 气体保护焊-氩弧焊氩弧焊主要被用来焊接不锈钢与其它合金钢，同时还可以在无焊药的情况下焊接铝、铝合金、镁合金及薄壁制件（板厚小于6mm）。,11.1 电弧焊,11.1.4 气体保护焊-CO2保护焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊11.2.2 压焊11.2.3 钎焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊将要焊接的工件局部加热至融化，冷凝后形成焊缝而使构件连接在一起的加工方法。包括电弧焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊1.气焊利用气体火焰作热源，来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊1.气焊特点：与电弧焊相比，气焊火焰的温度低，热量分散，加热速度缓慢，故生产率低，工件变形严重，焊接的热影响区大，焊接接头质量不高。但是气焊设备简单、操作灵活方便，火焰易于控制，不需要电源。所以气焊主要用于焊接厚度小于3mm以下的低碳钢薄板，铜、铝等有色金属及其合金，以及铸铁的焊补等。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊2.电渣焊利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热并熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔焊工艺方法，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和熔管电渣焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊2.电渣焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊2.电渣焊特点a.电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接效率高。b.电渣焊只需留有一定的间隙而不用开坡口，焊接过程中焊剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件越厚效果越明显。c.电渣焊时，金属熔池的凝固速率低，保持液态时间长，熔池中的气体和杂质较易浮出，故电渣焊焊缝洁净，产生气孔、夹渣的倾向较低。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊2.电渣焊特点d.焊接应力小。电渣焊加热和冷却的速度都很小，焊缝周围温差较小，因此焊后焊接应力较小。同时有利于淬硬倾向较大的合金钢的焊接。e.电渣焊时，一般不需要预热。用电渣焊焊接易淬火钢时，产生淬火裂纹的倾向小。f.渣池的热容量大，对电流波动的敏感性小，电流密度可在较大的范围（0.2300A/mm2）内变化。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊2.电渣焊应用目前，电渣焊已在我国水轮机、水压机、轧钢扔、重型机械和石油化工等大型设备制造中得到广泛应用。电渣焊适用于板厚40mm以上结构的焊接。一般用于直缝焊接，也可用于环缝焊接。电渣焊除焊接碳钢、合金钢以及铸铁外，也可用来焊接铝、镁、钛、铜及其合金。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊3.电子束焊利用加速和聚焦的电子束袭击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法称为电子束焊。电子束焊分真空电子束焊和非真空电子束焊两种。现代原子能和航天、航空技术大量应用了锆、钛、钼、铌、铍等稀有、难熔或活性金属，用一般焊接方法难以得到满意的结果，20世纪50年代研制出的真空电子束焊接方法成功地实现了对这些金属的焊接。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊3.电子束焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊4.激光焊接以聚焦的激光束轰击焊件所产生的热量作为能源进行焊接的方法。激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊。脉冲激光焊主要用于微电子工业中的薄膜、丝、集成电路内引线和异种材料焊接连续激光焊可焊接中等厚度的板材，焊缝很小。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊5.等离子弧焊接利用机械压缩效应、热压缩效应和电磁收缩效应将电弧压缩为细小的等离子体的一种焊接工艺。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊5.等离子弧焊接机械压缩效应：电弧通过细小孔道时被迫收缩；热压缩效应：在冷气流的强迫冷却下，离子和电子这两种带电粒子向弧柱中心集中；电磁收缩效应：弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互间磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.1 熔焊5.等离子弧焊接,11.2 其它常用焊接方法,11.2.2 压焊压焊的种类较多，主要包括电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊、超声波焊、高频焊等，最常见的是电阻焊。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.2 压焊电阻焊有点焊、缝焊和对焊三种工艺方法。对焊又分为电阻对焊和闪光对焊。,11.2 其它常用焊接方法,11.2.2 压焊点焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.2 压焊点焊,11.2 其它常用焊接方法,11.2.2 压焊对焊,电阻对焊过程（先顶后通电）,闪光对焊过程（先通电后顶）,11.2 其它常用焊接方法,11.2.2 压焊摩擦焊,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.1金属材料的焊接性（可焊性）11.3.2碳钢的焊接11.3.3合金结构钢的焊接11.3.4奥氏体不锈钢的焊接11.3.5铸铁的焊补11.3.6有色金属材料的焊接,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.1金属材料的焊接性（可焊性）焊接性概念设定相同（焊接方法、参数、焊件结构）易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度焊接性并非一定焊接方法、焊接材料、焊接工艺评定方法工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求）,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.1金属材料的焊接性（可焊性）钢材焊接性的估算碳当量计算公式：,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.1金属材料的焊接性（可焊性）钢材焊接性的估算碳当量计算结果：0.6%：焊接性不好,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接碳钢是以铁元素为基础的铁碳合金，碳为合金元素，其碳的质量分数不超过1%，锰的质量分数不超过1.2%，（合金元素）硅的质量分数不超过0.5%，其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内根据钢材品种和等级的不同，杂质元素如S、P、O、N等均有严格限制。因此，碳钢的焊接性主要取决于含碳量，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差，其中以低碳钢的焊接性最好。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接1.低碳钢（C%应力、变形开裂焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊保证焊接接头与母材等强度焊条：E4313(J421)E4303(J422)E4315(J427)等埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA)/431,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接2.中、高碳钢（C%0.25%-0.6%）的焊接随着含碳量的增加，淬硬倾向越加明显，焊接性逐渐变差。实际生产中，主要是焊接各种中碳钢的铸件与锻件。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接2.中、高碳钢（C%0.25%-0.6%）的焊接中碳钢的焊接特点：（1）热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹。中碳钢属淬火钢，热影响区金属被加热超过淬火温度区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，势必出现马氏体等淬硬组织。当焊件刚性较大或工艺不当时，就会在淬火区产生冷裂纹，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下至室温后产生裂纹。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接2.中、高碳钢（C%0.25%-0.6%）的焊接中碳钢的焊接特点：（2）焊缝金属产生热裂纹倾向较大。焊接中碳钢时，因工件基体材料含碳量与硫、磷杂质含量远高于焊芯，基体材料熔化进入熔池，使焊缝金属含碳量增加，塑性下降，加上硫、磷等杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产生裂纹。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接2.中、高碳钢（C%0.25%-0.6%）的焊接焊接性变差、淬硬倾向变大工艺特点：容易开裂：冷裂纹、热裂纹必须预热，减小工件各个部分的温差细焊条、小电流、开坡口多层焊接焊条电弧焊、电渣焊（厚件）选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度焊条：E5016(J506)、E6015D1(J607),11.3 常用金属材料的焊接,11.3.2碳钢的焊接2.中、高碳钢（C%0.25%-0.6%）的焊接高碳钢的焊接特点与中碳钢基本相似。由于含碳量更高，焊接性变得更差。进行焊接时，应采用更高的预热温度，更严格的工艺措施。实际上，高碳钢的焊接一般只限采用焊条电弧焊进行修补工作。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.3合金结构钢的焊接合金结构钢分为机械制造用合金结构钢和普通低合金结构钢两大类。用于机械制造的合金结构钢零件（包括调质钢、渗碳钢），一般都采用轧制或锻造的坯料，焊接结构较少。其成分特点是在中碳钢的基础上又加入了部分合金元素，碳当量较中碳钢稍高，所以，其可焊性比中碳钢稍差，一般采用与中碳钢相似的焊接工艺，工艺措施比中碳钢更细致。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.3合金结构钢的焊接合金结构钢分为机械制造用合金结构钢和普通低合金结构钢两大类。普通低合金结构钢主要指用于制造金属结构的建筑和工程用钢，又称低合金高强钢。其焊接特点是：热影响区的淬硬倾向随合金量的增大而变大，即强度级别较大的低合金钢，其淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，硬度明显增高，塑性和韧性下降。与此同时，焊接接头产生冷裂纹的倾向也变大。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.3合金结构钢的焊接1.低合金结构钢的焊接工艺：强度级别较低的钢件在常温下：焊接时与对待低碳钢基本一样。在低温下或在大刚度、大厚度构件上：进行小焊脚、短焊缝焊接时，应防止出现淬硬组织，要适当增大焊接电流、减慢焊接速度、选用抗裂性强的低氢型焊条。必要时需采用预热措施。对锅炉、受压容器等重要构件，当厚度大于20mm时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.3合金结构钢的焊接1.低合金结构钢的焊接工艺：强度级别高的低合金结构钢件焊前一般均需预热。焊接时，应调整焊接参数，以控制热影响区的冷却速度不宜过快。焊后还应进行热处理以消除内应力。不能立即热处理时，可先进行消氢处理，即焊后立即将工件加热到200350，保温26h，以加速氢扩散逸出，防止产生因氢引起的冷裂纹。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接在现行国家标准中，不锈钢共有55个钢种，按其组织可分为奥氏体型、马氏体型、铁素体型、奥氏体马氏体型和沉淀硬化型不锈钢。焊接方法：焊条电弧焊、钨极氩弧焊和埋弧焊。氩弧焊是焊接不锈钢较为满意的方法。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接1.奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）的焊接此类钢焊接性良好，焊接时一般不需要采取特别的工艺措施，通常采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊，也可采用埋弧自动焊。焊条电弧焊时，选用化学成分类型相同的焊条，应选用与母材化学成分相同的焊条和焊丝，以保证焊缝金属的性能与母材相同。小电流及快速施焊。奥氏体不锈钢焊接不需要预热。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接2.马氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）的焊接马氏体钢可分为两类：简单的Cr13系列，如2Cr13、4 Cr13等；以Cr12为基的多元合金强化马氏体钢，如1Cr12WMoV、1Cr12Ni3MoV等。马氏体钢在空气中冷却即能淬硬，所以冷裂纹和脆化是这类钢焊接的主要问题。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接2.马氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）的焊接焊缝成分应力求接近母材成分。焊前预热（400以下）和焊后退火。为防止冷裂，马氏体钢（F11钢除外）焊后应立即进行高温回火。如果不能实施预热或热处理，应选用奥氏体不锈钢焊条。各种焊接方法均能焊接马氏体钢工件。焊条电弧焊一般采用低氢型焊条，钨极氩弧焊主要用于薄件和多层焊的封底焊。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接3.铁素体不锈钢的焊接Cr17、Cr17Ti、Cr17Mo2Ti、Cr25Ti和Cr28等。铁素体不锈钢通过添加Cr、Al、Mo及Ti等元素来防止焊接受热过程中形成奥氏体，所以铁素体不锈钢在焊后冷却过程中不会出现奥氏体向马氏体转变的淬硬现象。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接3.铁素体不锈钢的焊接主要问题：热影响区脆化和常温冲击韧度较低。焊缝和热影响区在400600温度区间停留易出现475脆化；在650850温度区间停留易引起相析出而脆化。焊接时，接头过热区（900以上）晶粒粗大，不能通过热处理来细化。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.4奥氏体不锈钢的焊接3.铁素体不锈钢的焊接工艺措施：应尽量缩短在400600和650850之间的加热或冷却时间。采用小功率、高焊速进行焊接，尽量减少焊缝截面。等前一道焊缝冷却到预热温度时再焊下一道焊缝，即不要连续焊接。焊前低温（70150）预热，使接头处于富有韧性状态下，这样可以有效地防止接头处裂纹的产生。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.5有色金属材料的焊接一般来讲，有色金属的可焊性比钢差，主要原因有以下几个方面：（1）有色金属容易氧化，所生成的氧化物又往往与基体金属形成共晶体，分布在晶界上导致焊接裂纹。（2）有色金属在液态时吸气性较强，易在焊缝处形成化合物夹渣或气孔。（3）有色金属的导热系数和线膨胀系数往往比较大，焊接冷却后产生的焊接应力大并且易导致焊接裂纹。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.5有色金属材料的焊接1.铝及铝合金的焊接-常见问题：(1)易氧化 焊接过程中，金属表面及熔池上形成的氧化铝薄膜阻碍金属之间的结合，且容易造成夹渣。(2)易产生气孔 液态铝能大量溶解氢。(3)易焊穿 铝及铝合金由固态转变为液态时，没有显著的颜色变化，所以不易判断熔池的温度。(4)易产生热裂纹 铝的线膨胀系数比铁大将近一倍，而凝固时的收缩比铁大两倍，所以焊件不仅变形大，而且工艺措施不当还容易产生热裂纹。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.5有色金属材料的焊接1.铝及铝合金的焊接-工艺措施：焊前清洗焊前预热加工艺垫板（托住熔池金属）焊接铝及铝合金常用的方法有：氩弧焊、焊条电弧焊、气焊、电阻焊和钎焊。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.5有色金属材料的焊接1.铜及铜合金（紫铜、黄铜）的焊接-常见问题：（1）难熔合及易变形：导热系数比铁大7倍多，1000时大11倍多）。焊接时热量迅速从加热区传导出去，使母材与填充金属难以熔合。（2）热裂纹：铜在熔化状态时容易氧化生成氧化亚铜Cu2O（3）气孔：液、固态下氢在铜中的溶解度相差巨大。,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.5有色金属材料的焊接1.铜及铜合金（紫铜、黄铜）的焊接-焊接方法：气焊、焊条电弧焊、钨极氩弧焊,11.3 常用金属材料的焊接,11.3.6铸铁的焊补铸铁焊接性很差，只能进行补焊焊接特点焊缝易形成白口、难以切削加工易开裂、易产生气孔流动性好，只能进行平焊热焊法（600700）；防止开裂，补焊后可切削加工冷焊法（450以下）,11.4 焊接件结构设计,11.4.1焊接件材料的选择11.4.2焊接方法的选择11.4.3焊缝的布置11.4.4焊接接头的设计,11.4 焊接件结构设计,11.4.1焊接件材料的选择（依据）：应选碳当量小于0.4的金属材料优先选强度等级低的低合金结构钢优选镇静钢（脱氧完全）异种金属间焊接以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺,11.4 焊接件结构设计,11.4.2焊接方法的选择根据被焊材料的焊接性、接头的形式、焊接厚度、焊缝空间位置、焊接结构特点以及工作等多方面因素综合考虑。总原则是在保证产品质量条件下，优先选择常用的焊接方法，若生产批量大，还必须考虑尽量提高生产效率和降低成本。,11.4 焊接件结构设计,11.4.2焊接方法的选择,自行车车架钢窗家用液化气罐主缝自行车圈电子线路板锅炉壳体钢轨对接不锈钢储罐,硬钎焊（盐浴）硬钎焊、对焊、电弧焊缝焊缝焊外边、闪光对焊软钎焊埋弧焊、电渣焊闪光对焊、铝热焊等离子弧焊接、氩弧焊,11.4 焊接件结构设计,11.4.3焊缝的布置（1）焊缝布置应便于焊接操作,11.4 焊接件结构设计,11.4.3焊缝的布置（2）应尽量分散布置焊缝,11.4 焊接件结构设计,11.4.3焊缝的布置（3）焊缝的位置应尽可能对称分布,11.4 焊接件结构设计,11.4.3焊缝的布置（4）尽量减小焊缝数量,11.4 焊接件结构设计,11.4.3焊缝的布置（5）焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置,11.4 焊接件结构设计,11.4.3焊缝的布置（6）焊缝应尽量远离机械加工面,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式应考虑焊件的结构形状和板厚、接头力学性能要求、焊后变形大小等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计1.焊接接头形式,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计2.焊缝坡口设计开坡口的目的：使接头根部焊透，同时也使焊缝成型美观。通过控制坡口大小，还能调节焊缝中母材金属与填充金属的比例，使焊缝金属达到所需的化学成分坡口形式和大小的选择主要依据：焊件板材厚度。,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计2.焊缝坡口设计对接接头,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计2.焊缝坡口设计T形接头,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计2.焊缝坡口设计角接接头,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计2.焊缝坡口设计搭接接头,11.4 焊接件结构设计,11.4.4焊接接头的设计2.焊缝坡口设计接头过渡形式,不同厚度板材对接,