常用金属材料的焊接及工艺.ppt
第四节 常用金属材料的焊接,一、金属材料的焊接性,1、焊接性的概念,是指被焊金属在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性是一个相对的概念。如：Al、Ti,2、焊接性的评定指标,材料经焊接后焊接接头产生缺陷的倾向性大小，如裂纹，（工艺焊接性）；焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能，（使用焊接性）。,焊接性通常通过抗裂性试验、力学性能试验等确定。,3、钢材焊接性的评定方法,钢材焊接性的影响因素：,（1）材料的化学成分：Wc焊接性 接头淬硬程度是引起焊接裂纹的原因。,（2）焊接方法，焊接材料，焊件结构,焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢CE计算公式为：,根据经验分析：,1）C当量0.4%时，焊接性好。一般的焊接工艺条件下，不会产生裂纹;厚大件或在低温焊接时需预热；2）C当量=0.40.6%时，塑性降低，淬硬倾向逐渐明显，焊接性较差。需焊前预热，采取工艺措施；3）C当量0.6%时，塑性差，淬硬倾向大，焊接性差。焊接前、中、后需都需采取措施。,练习：试比较下列钢材的焊接性,09Mn2Cu的碳当量为：,09MnV的碳当量为：,14MnMoV的碳当量为：,Ceq值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。,1、碳钢的焊接,低碳钢的焊接,1）焊接性：焊接性良好Wc0.25%，CE0.4%，一般不会产生淬硬、冷裂倾向。,2）焊接工艺：一般不需要预热，不需要特殊的焊接工艺措施，焊后也不需要进行热处理；对于在低温焊接时或厚大件（50mm）需预热或焊后热处理。,二、常用钢材的焊接,手工电弧焊时，根据母材强度等级一般选用酸性焊条 E4303(J422)、E4320(J424)等；承受动载荷、结构复杂的厚大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4351(J427)、E4316(J426)等。埋弧焊时，一般选用焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。,2）中碳钢焊接的主要特点（存在问题）：,中碳钢的焊接：焊接性较差,1）焊接性：Wc=0.250.6%C当量0.40.6%可焊性较差，随C，由中变差。,1）“HAZ”区产生淬硬组织M及冷裂纹；2）焊缝金属易产生热裂纹。,防止裂纹（冷裂、热裂）工艺措施：,1）选用抗裂性能好的低H型焊条 J506、J507等2）焊前预热；应力、冷速 Wc0.45%预热150250；C、件厚,预热250350。,2、低合金结构钢的焊接,焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢。主要用于建筑结构和工程结构，如压力容器、锅炉、桥梁、船舶、车辆和起重机械等。,(1)焊接主要问题如下:,热影响区有淬硬倾向:淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。,普低钢 以热轧或正火状态供应，按s分六级：,300、350、400低等级（强度）普低钢或低合金钢 450、500、550高等级（强度）普低钢或低合金钢,1、300、350、400低等级（强度）焊接特点：C当量20 mm焊后热处理）仍可得良好的质量。,2、450、500、550高等级（强度）焊接特点：C当量=0.400.50%焊接性稍差。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 性和韧度则下降。,2、低合金结构钢的焊接,强度级别高，易出现冷裂纹；级别，裂纹加剧。影响冷裂纹的因素三方面：焊缝及“HAZ”的含H量；（重要因素）“HAZ”的淬硬程度；接头处残余应力大小。（又称延迟裂纹）,焊接接头的裂纹倾向：,2、低合金结构钢的焊接,(1)焊接主要问题如下:,热影响区有淬硬倾向:,(2)低合金结构钢焊接生产中采取的措施：,1.强度级别低，一般和低碳钢一样；2.对锅炉、压力容器等重要构件，当厚度大于20mm时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。3.强度级别高，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。焊后还应进行热处理以消除内应力。,2、低合金结构钢的焊接,三、铸铁件的焊补,为修补铸件的缺陷而进行的焊接称为补焊。,1、铸铁的焊接特点,1）接头易产生白口组织及淬硬组织：局部加热，冷速快,3）铸铁含碳量高，焊接时易生成CO2和CO气体，产生气孔。,2）易产生裂缝：铸铁强度低，塑性差；杂质含量高,4）流动性好，液体易流失，只适用平焊。,1）热焊法 焊前将工件局部或整体预热到600700，焊后缓慢冷却。特点是：焊补质量好，但生产率低，成本高，劳动条件差，一般用于重要铸件。,铸铁的焊补一般采用气焊和手工电弧焊,2、铸铁的补焊工艺,2）冷焊法 焊前工件不预热或只进行400以下的低温预热的焊补方法。冷焊法主要依靠焊条的化学成分来防止产生白口组织和裂缝。特点是：生产率高，成本低，劳动条件好，但质量不易保证。,四、有色金属及其合金的焊接,1.铜及铜合金的焊接1）铜及铜合金的焊接特点：铜的导热性高，焊接时热量极易散失。焊不透铜在液态时易氧化，生成的CU2O与铜组成低熔点共晶，分布在晶界上形成薄弱环节；力学性能低铜的收缩系数大；易产生焊接应力和裂缝。铜在液态时吸气性强；易产生气孔。铜的电阻极小；不适宜电阻焊接。铜合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。,2）铜及铜合金的常用焊接方法,铜及铜合金焊条牌号焊接工艺见：GB367083,易保证紫铜、青铜的焊接质量！,埋弧焊,铝的焊接性与铜的可焊性相似-焊接困难。,2.铝及铝合金的焊接,焊丝与母材成分相近 焊接表面要清洁1.易氧化；AL2O3熔点2050 2.导热系数大，线膨系数大，易产生应力与变形；3.液态铝易吸气、尤其是吸H2，比Cu还强.气孔4.高温强度、塑性低，焊缝塌陷，用垫板，液固同色，难操作。,目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。其中氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法。气焊常用于要求不高的铝及铝合金工件的焊接。,第五节 焊接结构设计,一、焊件的选材原则（5条）,1）在满足使用性能要求的前提下，应尽量选用焊接性较好的材料。,低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢,2）辅助工艺的可行性,如选高碳钢或合金结构钢，需预热和缓冷的条件,3）注意材料与焊接方法的匹配性,4）尽量不选用异种材料相互焊接。,如Al、Mg等，应选择亚弧焊的方法,如选用，尽量使熔点、力学性能和抗氧化 性能相差较小。,合理选材与减少焊缝,5）尽量选用轧制型材，以减少备料工作量和焊缝数量，降低成本，且减少焊接应力、变形和焊接缺陷。,二、焊件的结构工艺性,1.焊缝的布置 结构设计关键 原则要求如下：,1）焊缝位置应便于施焊,焊条电弧焊,电阻点焊或缝焊,2）焊缝的布置应尽可能分散,改进,密集、交叉的焊缝，会加大热影响区及焊接应力。,3）焊缝的位置应尽可能对称布置,4）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置,5）焊缝应尽量远离机械加工表面,2.焊接接头形式的选择,1）、接头及坡口形式,（1）焊接接头形式,对接接头 角接接头 形接头 搭接接头,（2）坡口形式 与焊件厚度有关,根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。目的：使接头处焊透并减小焊条的熔化量。,对接接头受力较均匀，重要的受力焊缝应尽量选用。,焊件不在同一平面，产生附加弯矩，金属消耗量也大，一般应避免采用。但不需开坡口，焊前准备简便，装配时尺寸要求不高，对于受力不大的平面联结与空间架构，采用搭接可以节省工时。,受力比对接接头复杂，接头成一定角度必须选用。,2）、坡口形式的选择,单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊。,1、焊条电弧焊,焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时，用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于6mm的构件时，需开坡口。,板厚小于12mm时可直接采用I形坡口单面施焊，板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。,2、埋弧焊,3、电渣焊,电渣焊可选用对接接头、T形接头和角接接头。生产中经常采用的是对接接头。,4、气焊,气焊由于火焰温度低，T形接头和搭接接头很少采用，一般多采用对接接头和角接接头。,3.接头过渡形式,厚度相差较大的金属材料焊接时，接头处会造成应力集中，而且接头两侧受热不匀，易产生焊不透的缺陷。,当厚度差超过允许值，过渡形式有：,不同厚度金属材料对接的过渡形式,不同厚度的角接与T形接头的过渡形式,角接、T形接头过渡,
