常用金属焊接工艺MicrosoftWord文档.doc

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常见金属材料的焊接
试述中碳钢的焊接工艺要点。
⑴预热 预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度, 防止产生冷裂纹, 这是焊接中碳钢的主要工艺措施, 预热还能改进接头塑性, 减小焊后残余应力。一般, 35和45钢的预热温度为150～250℃含碳量再高或者因厚度和刚度很大, 裂纹倾向大时, 可将预热温度提高至250～400℃。 若焊件太大, 整体预热有困难时, 可进行局部预热, 局部预热的加热范围为焊口两侧各150～200mm。 ⑵焊条 条件许可时优先选用碱性焊条。 ⑶坡口形式 将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷, 铲挖出的坡口外形应圆滑, 其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例, 以降低焊缝中的含碳量, 防止裂纹产生。 ⑷焊接工艺参数 由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右, 因此第一层焊缝焊接时, 应尽量采用小电流、 慢焊接速度, 以减小母材的熔深。 ⑸焊后热处理 焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理, 特别是对于大厚度焊件、 高刚性结构件以及严厉条件下( 动载荷或冲击载荷) 工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600～650℃。 若焊后不能进行消除应力热处理, 应立即进行后热处理。
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试述高碳钢的焊接工艺要点。
⑴焊接性 当高碳钢的碳的质量分数大于0.60%时, 焊后的硬化、 裂纹敏感倾向更大, 因此焊接性极差, 不能用于制造焊接结构。常见于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件, 其焊接工作主要是焊补修复。 ⑵焊条选用 由于高碳钢的抗拉强度大都在675MPa以上, 因此常见的焊条型号为E7015、 E6015, 对构件结构要求不高时可选用E5016、 E5015焊条。另外, 亦可采用铬镍奥氏体钢焊条进行焊接。 ⑶焊接工艺 1) 由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性, 材料本身都需经过热处理, 因此焊前应先进行退火, 才能进行焊接。 2) 焊件焊前应进行预热, 预热温度一般为250～350℃以上, 焊接过程中必须保持层间温度不低于预热温度。 3) 焊后焊件必须保温缓冷, 并立即送入炉中在650℃进行消除应力热处理。
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试述低合金高强钢焊接时的主要工艺措施。
⑴预热 预热是防止裂纹的有效措施, 而且还有助于改进接头性能。但预热会恶化劳动条件, 使生产工艺复杂化, 过高的预热温度还会降低接头韧性。因此, 焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分( 碳当量) 、 板厚、 结构形状、 刚度大小以及环境温度等决定。 ⑵焊接线能量的选择 含碳低的热轧钢( 09Mn2、 09MnNb钢等) 以及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时, 因为这些钢的冷裂淬硬、 脆化等倾向小, 因此对焊接线能量没有严格的限制。焊接含碳量偏高的16Mn钢时, 为降低淬硬倾向, 焊接线能量应偏大一点。对于含V、 Nb、 Ti的钢种, 为降低热影响区粗晶脆化所造成的不利影响, 应选择较小的焊接线能量。如15MnVN钢的焊接线能量应控制在40～45kJ/cm以下。 对于碳及合金元素含量较高而屈服点为490MPa的正火钢( 如18MnMoNb钢等) , 因淬硬倾向大, 应选择较大的焊接线能量, 但当采用焊前预热时, 为了避免过热倾向, 能够适当地减少线能量。 ⑶后热及焊后热处理 后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后, 将焊件立即加热至150～250℃范围内, 并保温一段时间, 使接头中的氢扩散逸出, 防止延迟裂纹产生。 对于厚壁容器、 高刚性的焊接结构以及一些在低温、 耐蚀条件下工作的构件, 焊后应及时进行消除应力的高温回火, 其目的是消除焊接残余应力, 改进组织。 焊后立即进行高温回火的焊件, 无需再进行后热处理。
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试述16Mn钢的焊接工艺。
16Mn钢属于碳锰钢, 碳当量为0.345%～0.491%, 屈服点等于343MPa( 强度级别属于343MPa级) 。16Mn钢的合金含量较少, 焊接性良好, 焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大, 因此在低温下( 如冬季露天作业) 或在大刚性、 大厚度结构上焊接时, 为防止出现冷裂纹, 需采取预热措施。不同板厚及不同环境温度下16Mn钢的预热温度, 见表8。 16Mn钢手弧焊时应选用E50型焊条, 如碱性焊条E5015、 E5016, 对于不重要的结构, 也可选用酸性焊条E5003、 E5001。对厚度小、 坡口窄的焊件, 可选用E4315、 E4316焊条。 表8 焊接16Mn钢的预热温度 焊件厚度 ( mm) 不同气温下的预热温度计( ℃) 16以上 不低于－10℃不预热, －10℃以下预热100～150℃ 16～24 不低于－5℃不预热, －5℃以下预热100～150℃ 25～40 不低于0℃不预热, 0℃以下预热100～150℃ 40以上 均预热100～150℃ 16Mn钢埋弧焊时H08MnA焊丝配合焊剂HJ431( 开I形坡口对接) 或H10Mn2焊丝配合焊剂HJ431( 中板开坡口对接) , 当需焊接厚板深坡口焊缝时, 应选用H08MnMoA焊丝配合焊剂HJ431。 16Mn钢是当前中国应用最广的低合金钢, 用于制造焊接结构的16Mn钢均为16MnR和16Mng钢。
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试述18MnMoNb钢的焊接工艺。
18MnMoNb钢的屈服点等于490MPa( 属于490MPa级钢) , 由于碳及合金钢元素的含量都较高, 因此淬火硬倾向及冷裂倾向均比16Mn钢大。焊接工艺要点: 1) 除电渣焊外, 焊前对焊件应采取预热措施, 预热温度控制在150～180℃。对于刚度较大的接头, 预热温度应提高至180～230℃。焊后或中断焊接时, 应立即进行250～350℃的后热处理。 2) 焊接材料的选用, 见表7。 3) 为保证接头性能和质量, 应适当控制焊接线能量, 如手弧焊时, 焊接线能量应控制在24kJ/cm以下; 埋弧焊时, 焊接线能量应控制在35kJ/cm以下。但焊接线能量不能过小, 否则焊接接头易出现淬硬组织和降低韧性。同时, 层间温度应控制在预热温度和300℃之间。 4) 焊后应进行热处理。电渣焊接头热处理的方式是900～980℃正火加630～670℃回火。手弧焊及埋弧焊接头进行消除焊接残余应力的高温回火处理, 回火温度比一般钢材回火温度低30℃左右。
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试述低温用钢的焊接工艺。
工作温度等于或低于－20℃的低碳素结构钢和低合金钢称为低温用钢, 其牌号及成分, 见表9。对低温用钢的主要要求是应保证在使用温度下具有足够的塑性及抵抗脆性破坏的能力。 表9 低温容器用钢的牌号及成分 钢 号 化学成分( 质量分数) ( %) C Mn Si V Ti 16MnDR ≤0.20 1.20～1.60 0.20～0.60 0.04～0.10 0.03～0.08 09MnTiCuREDR ≤0.12 1.40～1.70 ≤0.40 09Mn2VDR ≤0.12 1.40～1.70 0.20～0.05 06MnNbDR ≤0.07 1.20～1.60 0.17～0.37 钢 号 化学成分( 质量分数) ( %) Cu Nb RE S P ≤ 16MnDR 0.20～0.40 0.02～0.05 0.15(加入量) 0.035 0.035 09MnTiCuREDR 0.035 0.035 09Mn2VDR 0.035 0.035 06MnNbDR 0.03 0.03 "低温用钢由于含碳量低,淬硬倾向和冷裂倾向小, 因此焊接性良好。焊接时, 为避免焊缝金属及热影响区形成粗晶组织而降低低温韧性, 要求采用小的焊接线能量, 焊接电流不宜过大, 宜用快速多道焊以减轻焊道过热, 并经过多层焊的重热作用细化晶粒, 多道焊时要控制层间温度不得过高, 如焊接06MnNbDR低温用钢时, 层间温度不得大于300℃。" 焊接低温用钢的焊条, 见表10。 表10 焊接低温用钢焊条 焊 条 牌 号 焊条型号 主 要 用 途 J506G E5016G 焊接－40℃工作的16MnDR 钢 J507GR E5015G W707 TW70-7Cu 焊接－70℃工作的09Mn2V及09MnTiCuRe钢 W707Ni E5515C1 焊接－70℃工作的低温钢及2.5%Ni钢 W907Ni E5515C2 焊接－90℃工作的3.5%Ni钢 W107Ni TW10-7Cu 焊接－100℃工作的06MnNb、 06AINbCuN及3.5%Ni钢 低温用钢焊后可进行消除应力热处理, 以降低焊接结构的脆断倾向。
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试述珠光体耐热钢的焊接工艺。
高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢称为耐热钢, 以Cr、 Mo为主要合金元素的低合金耐热钢, 基体组织是珠光体( 或珠光体+铁素体) 称为珠光体耐热钢, 常见钢号有15CrMo、 12CrMoV、 12Cr2MoWVTiB、 14MnMov、 18MnMoNb、 13MnNiMoNb。 由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、 Mo和其它一些合金元素, 因此热影响区会产生硬脆的马氏体组织, 低温焊接或焊接刚性较大的结构时, 易形成冷裂纹。因此在焊接时应采取以下几项工艺措施: ⑴预热 预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。为了确保焊接质量, 不论在定位焊或正式施焊过程中, 焊件都应预热并保持为80～150℃用氩弧焊打底和CO2气体保护焊时, 能够降低预热温度或不预热。 ⑵焊后缓冷 焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区, 使其缓慢冷却。 ⑶焊后热处理 焊后应立即进行高温回火, 防止产生延迟裂纹、 消除应力和改进组织。焊后热处理温度应避免在350～500℃温度区间内进行, 因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的加火脆性现象。几种常见珠光体耐热钢的焊后热处理温度见表11。 表11 珠光体耐热钢焊后热处理温度 钢 号 需热处理厚度( mm) 焊后高温回火温度( ℃) 15CrMo ＞10 680～700 12Cr1MoV ＞6 720～760 20CrMo 任何厚度 720～760 12Cr2MoWVB 任何厚度 760～780 12Cr3MoVSiTiB 任何厚度 740～780
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试述低碳调质钢的焊接工艺。
常见的各种熔焊方法, 都能够适用于焊接低碳调质钢。其焊接工艺如下: ⑴焊前预热 当板厚较小或接头拘束度也较小时, 焊前可不进行预热, 如15MnMoVN、 14MnMoNbB钢。当板厚小于13mm时, 一般采用不预热施焊。随着板厚的增加, 为了防止产生冷裂纹, 必须进行预热, 可是必须严格控制预热温度, 因为过高的预热温度会使热影响区的冷却速度过于缓慢, 使热影响区强度下降, 韧性变坏。 几种低碳调质钢的最低预热温度, 见表14。允许的最高预热温度与表中最低值相比, 不得大于65℃。若有可能, 可采用低温预热加后热或不预热, 只采用后热的方法来防止低碳调质钢产生冷裂纹, 能够减轻或消除过高的预热温度对热影响区韧性的损害。 表14 低碳调质钢的最低预热温度 ( ℃) 焊件厚度 ( mm) 15MnMoVN 14MnMoNbB ＜13 不预热 不预热 13～16 50～100 100～150 16～19 100～150 150～200 19～22 100～150 150～200 22～25 150～200 200～250 25～35 150～200 200～250 ⑵焊接材料 为防止产生冷裂纹, 因此必须严格控制焊接材料中的含氢量, 要求所使用的焊条必须是低氢型或超低氢型的, 焊前应严格按规定进行烘干、 贮存。用于CO2气体保护焊的CO2气体应符合GB6052—85中规定的Ⅰ级气体或Ⅱ级1类气体的要求。 焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料, 见表15。 表15 焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料 钢 号 手弧焊 熔化极气体保护焊 焊 条 焊 丝 保护气体( 体积分数) ( %) HQ70A E7015 H08Mn2Ni2Mo CO2 HQ70B 或 Ar+CO220 15MnMoVN 或 15MnMoVNRE Ar+O21～2 15MnMoVNRE( QJ-70) E7515 H08Mn2Ni2Mo Ar+CO220 14MnMoNbB E8515 Ar+O21～2 ⑶焊接技术 为避免过度损伤热影响区的韧性, 应避免使用过大的线能量, 因此, 不推荐使用大直径的焊条或焊丝。只要可能, 应采用多层小焊道焊缝, 最好采用窄焊道, 而不采用横向摆动的运条技术。 ⑷焊后热处理 大多数低碳调质钢的焊接构件都是在焊态下使用, 只有在下述条件下才进行焊后热处理。 1) 焊后或冷加工后的韧性过低。 2) 焊后需进行高精度加工, 要求保证结构尺寸的稳定性。 3) 焊接结构承受应力腐蚀。 焊后热处理的温度必须低于母材调质处理的回火温度。
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试述中碳调质钢的焊接工艺。
常见的各种熔焊方法, 都能够适用于焊接中碳调质钢。 ⑴预热及后热 除了拘束度小、 构造简单的薄壳结构不用预热外, 中碳调质钢都应采取焊前预热和后热措施, 预热温度约为200～350℃后热温度为300℃左右。 如果焊后不能及时进行调质处理, 则必须在焊后及时进行中间热处理, 即在等于或高于预热温度下进行保温一段时间的热处理, 如低温回火或650～680℃高温回火。若焊件焊前处于调质状态, 其预热温度、 层间温度及热处理温度都应比母材淬火后的回火温度低50℃。进行局部预热时, 应在焊缝两侧各100mm范围内均匀加热。 ⑵焊接材料 为了防止产生热裂纹, 要求采用低碳焊丝, 焊丝中的碳的质量分数应控制在0.15%以内, 最高不超过0.25%, 而且控制硫、 磷的质量分数应小于0.03%～0.035%。 焊接中碳调质钢焊条的选用, 见表16。表中HTJ-1及HTJ-4焊条涂料只起稳弧作用, 焊缝金属的力学性能和抗裂性能较差, 只适用于受力小、 待焊处可达性不好及要求变形小的30CrMnSiA钢薄板的焊接。 ⑶焊接线能量 中碳调质钢宜用小线能量焊接, 以有利于减少淬火区的高温停留时间, 降低奥氏体的晶粒长大, 从而降低淬火区的脆化程度。 表16 焊接中碳调质钢的焊条选用 焊条牌号 焊 芯 直 径 ( mm) 焊接钢种 HTJ-4( 钛型) H08A 1.6～4.0 25CrMnSiA HTJ-1( 钛型) H08CrMoA 30CrMnSiA HTJ-2( 低氢型) H08CrMoA 1.6～4.0 30CrMnSiA 40CrMnSiMoVA HTJ-3( 低氢型) H08CrMoA 1.6～6.0 25CrMnSiA 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 40CrMnSiMoVA HTG-1( 低氢型) HGH30 1.6～5.0 焊接已调质的: 25CrMnSiA 30CrMnSiA HTG-2( 低氢型) HGH41 30CrMnSiNi2A HTB-3( 低氢型) H1Cr19Ni11Si14A1Ti 1.6～4.0 30CrMnSiA A507( 低氢型) E1-16-25Mn6N-15 焊接已调质的 A502( 钛钙型) E1-16-25Mn6N-16 30CrMnSiA 注: ”HT”——航空焊条、 ”J”——结构钢焊条、 ”G”——高温合金焊条、 ”A”——不锈钢焊条及A5××焊条——焊缝中的铬的质量分数( 含铬量) 为16%, 镍的质量分数( 含镍量) 为25%。
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试述耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接工艺。
铜、 磷能显著地降低钢的腐蚀速度, 这是耐候钢及耐海水腐蚀用钢的主要合金元素, 常见耐候钢及耐海水腐蚀用钢有: 16CuCr、 12MnCuCr、 15MnCuCr、 09Mn2Cu、 16MnCu、 09MnCuPTi、 08MnPRE、 10MnPNbRE钢等。 铜、 磷耐蚀钢对焊接热循环不敏感, 焊接热影响区的最高硬度不超过350HV。虽然钢中含有Cu、 P等元素, 但其含量均不高, 一般铜的质量分数控制在0.2%～0.4%, 不会促使产生热裂纹。含磷钢中碳、 磷的质量分数都在0.25%以下, 因而钢的冷脆倾向也不大, 因此焊接性良好, 焊接工艺与强度级别较低( σs为343～392MPa) 的普通热轧钢相同。 焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条, 见表17。埋弧焊时, 采用H08MnA、 H10Mn2焊丝配合HJ431焊剂。 表17 焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条 牌 号 型 号 主 要 用 途 J422CrCu E4303 焊接12CrMoCu J502CuP 焊接10MnPNbRE、 08MnP、 09MnCuPTi J502NiCu E5003-G 焊接耐候铁道车辆09MnCuPTi J502WCr J502CrNiCu E5003-G 焊接耐候近海工程结构 J506WCu E5016-G 焊接耐候用钢09MnCuPTi J506NiCu E5016-G 焊接耐候用钢 J507NiCu E5015-G 焊接耐候用钢 J507CrNi E5015-G 焊接耐海水腐蚀用钢的海洋重要结构

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试述奥氏体不锈钢的手弧焊工艺。
奥氏体不锈钢的手弧焊具有热影响区小、 易于保证质量, 适应各种焊接位置及不同板厚工艺要求的优点。焊条有酸性钛钙型和碱性低氢钠型两大类。低氢钠型的不锈钢焊条抗热裂性较高, 但成形不如钛钙型焊条, 耐腐蚀性也较差。钛钙型焊条具有良好的工艺性能, 生产中应用较普遍。 由于奥氏体不锈钢的电阻率为低碳钢的4倍以上, 焊接时产生的电阻热较大, 药皮容易发红和开裂, 因此同样直径的焊条焊接电流值应比低碳钢降低20%左右, 焊条长度亦比同直径的碳钢焊条短, 否则焊接时由于药皮的迅速发红、 开裂会失去保护而无法焊接。 施焊时, 焊条不应作横向摆动, 采用小电流、 快速焊, 一次焊成的焊缝不宜过宽, 最好不超过焊条直径的3倍。多层焊时, 每焊完一层要彻底清除焊渣, 层间温度应低于60℃与腐蚀介质接触的焊缝, 为防止由于重复加热而降低耐腐蚀性, 应最后焊接。焊后可采取强制冷却措施, 加速接头冷却。焊接开始时, 不要在焊件上随便引弧, 以免损伤焊件表面, 影响耐腐蚀性。
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试述奥氏体不锈钢的埋弧焊工艺。
奥氏体不锈钢埋弧焊时, 由于焊接电流密度大, 热量集中, 因此形成的弧坑也较大, 而且熔池厚度也增大, 在局部间隙的较大处很容易烧穿, 因此在施焊过程中需要在焊件背面采取一定的工艺措施, 以防烧漏。常见方法是采用手弧焊封底, 并用纯铜板垫、 永久垫和焊剂垫等。 18-8型奥氏体不锈钢埋弧焊时的焊接工艺参数, 见表20。 表20 18-8型不锈钢埋弧焊焊接工艺参数 焊件厚度( mm) 装配间隙( mm) 焊接电流( A) 电弧电压( V) 焊接速度( m/h) 6 1.5～2.0 650～700 34～38 46 8 2.0～3.0 750～800 36～38 46 10 2.5～3.5 850～900 38～40 31 12 3.0～4.0 900～950 38～40 25 8 1.5 500～600 32～34 46 10 1.5 600～650 34～36 42 12 1.5 650～700 36～38 36 16 2 750～800 38～40 31 20 3 800～850 38～40 25 30 6.0～7.0 850～900 38～40 16 40 8.0～9.0 1050～1100 40～42 12 注: 1、 表中厚度为6～12mm焊件的焊接工艺参数是在焊剂垫上进行单面埋弧焊的参数。 2、 厚度为8～40mm的焊件, 应进行双面焊, 但焊接第1道焊缝时能够在焊剂垫上进行。 3、 焊丝均采用ф5mm。
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试述奥氏体不锈钢的钨极氩弧焊工艺。
奥氏体不锈钢的钨极氩弧焊适宜于厚度不超过8mm的板结构, 特别适宜于厚度在3mm以下的薄板、 直径在60mm以下的管子以及厚件的打底焊。钨极氩弧焊电弧的热功率低, 因此焊接速度较慢, 约为手弧焊速度的1/2～1/3。因此, 焊接接头冷却过程中在危险温度区停留的时间长, 耐腐蚀性能较差。 奥氏体不锈钢钨极氩弧焊对接接头的焊接工艺参数, 见表21。
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试述奥氏体不锈钢的熔化极氩弧焊工艺。
奥氏体不锈钢采用熔化极氩弧焊时, 若使用纯氩气作为保护气体会引起一系列困难: 1) 液体金属的粘度及表面张力较大, 易产生气孔; 焊缝金属润湿性差, 焊缝两侧易产生咬边。 2) 电弧阴极斑点不稳定, 产生所谓阴极飘移现象, 使焊缝的成形很差。如厚度为3mm的不锈钢焊后焊缝宽约4mm, 而余高竟超过3mm, 因此没有得到推广应用。解决上述现象的方法是采用氧化性混合气体作保护气体, 即在纯氩气中加入少量氧气或CO2气体。 焊接厚板时推荐以射流过渡焊接, 保护气体的质量分数为Ar98%+O22%。由于射流过渡必须采用较高的电压和电流值, 熔池流动性好, 故只适于平焊和横焊; 焊接薄板时推荐以短路过渡焊接, 保护气体的质量分数97.5%的Ar+2.5%的CO2。短路过渡时电压和电流值均较低, 熔滴短路时会熄弧, 熔池温度较低容易控制成形, 因此适用于任意位置的焊接。 为防止背面焊道表面氧化和保持良好成形, 底层焊道的背面应附加氩气保护。
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试述铁素体不锈钢的焊接工艺。
属于铁素体不锈钢的钢号有0Cr13A1、 1Cr17、 1Cr28、 0Cr17Ti、 1Cr25Ti、 1Cr17Mo2Ti等。 铁素体不锈钢焊接工艺如下: ⑴焊接性 铁素体不锈钢焊接时, 由于热影响区晶粒急剧长大、 475℃脆性和σ相析出不但引起接头脆化, 而且也使冷裂倾向加大。在温度高于1000℃的熔合线附近快速冷却时会产生晶间腐蚀, 但经650～850℃加热并随后缓冷就能够加以消除。 由于铁素体钢在加热和冷却过程中不发生相变, 因此晶粒长大以后, 不能经过热处理来细化。 ⑵焊接工艺 1) 焊接时将焊件预热100～150℃, 含铬量越高, 预热温度越高。 2) 可分别选用铬不锈钢焊条或铬镍奥氏体焊条。采用铬镍奥氏体焊条时, 可不进行焊前预热和焊后热处理。 焊接铁素体不锈钢用焊条, 见表22。 表22 焊接铁素体不锈钢用焊条 钢种 对接头性能要求 选用焊条 预热及焊后热处理 型号 牌号 1Cr17 耐硝酸及耐热 E0-17-16 G302 焊前预热120～200℃, 焊后750～800℃回火 Cr17Ti E0-17-15 G307 Cr17 提高焊缝塑性 E0-19-10-15 A107 不预热, 不热处理 0Cr17Ti 1Cr17Mo2Ti E0-18-12Mo2-15 A207 1Cr25Ti 抗氧化性 E1-23-13-15 A307 不预热, 焊后760～780℃回火 1Cr28 提高焊缝塑性 E2-26-21-16 A402 不预热, 不热处理 1Cr28Ti E2-26-21-15 A407 3) 采用小的焊接线能量, 不摆动焊接。多层焊时应控制层间温度高于150℃。不宜连续施焊。 4) 焊后进行750～800℃的回火处理, 目的是改进塑性, 提高耐腐蚀性。回火后快冷, 可防止出现σ相及475℃脆性。 对于超低碳高铬铁素体不锈钢, 如00Cr26Mo1、 00Cr30Mo, 当前还没有专用焊条, 可采用E1-23-13-26( A302) 、 E2-26-21-16( A402) 焊条进行焊接。
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常见金属材料的焊接
试述马氏体不锈钢的焊接工艺。
属于马氏体不锈钢的钢号有1Cr13、 2Cr13、 3Cr13、 4Cr13、 3Cr13Mo、 1Cr17Ni2、 2Cr13Ni2、 9Cr18、 9Cr18MoV等。 ⑴焊接性 有强烈的冷裂倾向, 焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织, 钢中含碳量越高, 冷裂倾向越大。焊接时在温度超过1150℃的热影响区内, 晶粒显著长大。过快或过慢的冷却都可能引起接头脆化。例如, 1Cr13钢焊后冷却速度小于10℃/s时, 在热影响区将得到粗大的铁素体加碳化物组织, 使塑性显著降低; 当冷却速度大于40℃/s时, 则会产生粗大的马氏体组织, 同样也使塑性下降。 马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。 ⑵焊接工艺 1) 焊前预热 焊前预热是防止产生冷裂纹的主要工艺措施。当C的质量分数为0.1%～0.2%时, 预热温度为200～260℃, 对高刚性焊件可预热至400～450℃。 "2) 焊后冷却 焊件焊后不应从焊接温度直接升温进行回火处理, 因为焊接过程中奥氏体可能未完全转变, 如焊后立即升温回火, 会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥氏体向珠光体转变, 产生晶粒粗大的组织, 严重降低韧性。因此回火前应使焊件冷却, 让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完了。对于刚性小的焊件, 能够冷至室温再回火; 对于大厚度的焊件, 需采用较复杂的工艺; 焊后冷至100～150℃, 保温0.5～1h,然后加热至回火温度。" 3) 焊后热处理 目的是降低焊缝和热影响区的硬度, 改进塑性和韧性, 同时减少焊接残余应力。焊后热处理分回火和完全退火两种。回火温度为650～750℃, 保温1h, 空冷; 若焊件焊后需机加工的, 为了得到最低硬度, 可采用完全退火, 退火温度为830～880℃, 保温2h炉冷至595℃, 然后空冷。 4) 焊条的选用 焊接马氏体不锈钢用焊条分为铬不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条两大类。常见铬不锈钢焊条有E1-13-16( G202) 、 E1-13-15( G207) ; 常见铬镍奥氏体不锈钢焊条有E0-19-10-16( A102) 、 E0-19-10-15( A107) 、 E0-18-12Mo2-16( A202) 、 E0-18-12Mo2-15( A207) 等。
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一般术语
焊接工艺
制造焊件所有的加工方法和实施要求, 包括焊接准备、 材料选用、 焊接方法选定、 焊接参数、 操作要求等。
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一般术语
焊接工艺规范规程
制造焊件所有关的加工和实践要求的细则文件, 可保证由熟练焊工或操作工操作时质量的再现性
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无铅波峰焊接
无铅波峰焊接工艺技术与设备
1．无铅焊接技术的发展趋势 随着欧盟RHS关于 7月1日无铅化期限的逼近,日本知名的电子产品制造商: PANASONIC/NATIONAL、 SONY、 TOSHIBA、 PIONEER 、 NEC等, 从 开始导入无铅化制程, 至今已基本实施无铅化制造, 在日本及欧美市场上推出"绿色环保"家电产品。中国政府已于 3月由信息产业部拟定《电子信息产品生产污染防治管理法》自 7月1日禁止电子产品含铅( Pb) 。因此, 出于对环保的考虑, 市场发展趋势是使用含铅焊料的电子产品将无法进入市场。对于电子组装企业来说, 无铅焊接技术的应用已经是摆在企业面前必须解决的现实问题。 2．无铅焊接技术的工艺特点 电子产品制造业实施无铅化制程需面临以下问题: 1)焊料的无铅化; 2)元器件及PCB板的无铅化; 3)焊接设备的无铅化 1) 焊料的无铅化到当前为止, 全世界已报道的无铅焊料成分有近百种, 但真正被行业认可并被普遍采用是Sn-Ag-Cu三元合金, 也有采用多元合金, 添加In,Bi,Zn等成分。现阶段国际 上是多种无铅合金焊料共存的局面, 给电子产品制造业带来成本的增加, 出现不同的客户要求不同的焊料及不同的工艺, 未来的发展趋势将趋向于统一的合金焊料。 ( 1) 熔点高, 比Sn-Pb高约30度; ( 2) 延展性有所下降, 但不存在长期劣化问题; ( 3) 焊接时间一般为4秒左右; ( 4) 拉伸强度初期强度和后期强度都比Sn-Pb共晶优越。 ( 5) 耐疲劳性强。 ( 6) 对助焊剂的热稳定性要求更高。 ( 7) 高Sn含量, 高温下对Fe有很强的溶解性 鉴于无铅焊料的特性决定了新的无铅焊接工艺及设备 2) 元器件及PCB板的无铅化 在无铅焊接工艺流程中, 元器件及PCB板镀层的无铅化技术相对要复杂, 涉及领域较广, 这也是国际环保组织推迟无铅化制程的原因之一, 在相当时间内, 无铅焊料与Sn-Pb的PCB镀层共存, 而带来 "剥离(Lift-Off)"等焊接缺陷,设备厂商不得不从设备上克服这种现象。另外对PCB板制作工艺的要求也相对提高, PCB板及元器件的材质要求耐热性更好。
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点焊工艺
特殊情况的点焊工艺
4．1 不等厚度及不同材料的点焊在一般条件下, 不同厚度和不同材料点焊时, 熔核不以贴合面为对称, 而向厚板或导电、 电热性差的中偏移, 其结果使其在贴合面上的尺寸小于该熔核直径。同时, 也使其在薄件或导电、 导热性好的焊件中焊透率小于规定数值, 这均使焊点承载能力降低。 1. 偏移产生的原因熔核偏移的根本原因是焊接区在加热过程中两焊件析热和散热均不相等所致。偏移方向自然向着析热多、 散热缓慢的一方移动。不同厚度点焊时, 厚件电阻大析热多, 而其析热中心由于远离电极而散热缓慢; 薄件情况正相反。这就造成焊接温度场及熔核如图38a向厚板偏移。不同材料点焊时, 导电性差的工件电阻大析热多, 但散热缓慢; 导电性好的材料情况正相反。这同样要造成焊接温度场如图38b向导电性差的工件偏移。温度场的偏移则带来熔核的相应偏移。 2. 克服熔核偏移的措施( 1) 采用硬规范 硬规范点焊时电流场的分布, 能更好的反映边缘效应对贴合面集中加热的效果, 而且由于焊接时间短使热损失下降, 散热的影响相对减小, 均对纠正熔核偏移现象有利。例如, 可用电容贮能焊机来点焊厚度比很大的精密零件。( 2) 采用不同的电极 1) 采用不同直径的电极。薄件( 或导电、 导热性好的焊件) 那面采用小直径电极, 以增大电流密度, 减小热损失; 而厚件( 或导电、 导热性差的焊件) 那面则选用大直径电极。上、 下电极直径的不同使温度场分布趋于合理, 减小了熔核的偏移。可是, 在厚度比比较大的不锈钢或耐热合金零件的点焊中与上述原则相反, 只有小直径电极安置在厚件那面方能有效, 工厂中俗称为”反焊”。反焊已获得多年的实际应用, 但其原理及合理应用范围当前尚有争议。 2) 采用不同材料的电极。由于上、 下电极材料的不同, 其散热程度不相同。导热性好的材料放于厚件( 或导电、 导热性差的焊件) 那面使其热损失也大, 也可调节温度场分布, 减小熔核偏移。例如, 点焊5A02-3A21板材( λ5A02>λ3A21, δ5A02＝2mm、 δ3A21＝3mm) , 可在5A02那面采用导热性差的CrCdCu合金电极, 而在3A21那面采用导热性好的T2纯铜电极。结果表明, 薄件的焊透率达20％～25％, 满足质量要求。 3) 使用特殊电极。在电极头部加不锈钢环、 黄铜套( 图39) 或采用尖锥状电极头, 均可使焊接电流向中间集中, 从而使薄件( 或导电、 电热性好的焊件) 析热强度增加, 使温度场分布趋于合理。( 3) 在薄件( 或导电、 电热性好的焊件) 上附加工艺垫片( 图40) 工艺垫片由导热性差的材料制作, 厚度为0.2～0.3mm, 有降低薄件( 或导电、 电热性好的焊件) 散热、 增加电流密度的作用。例如, 不锈钢箔片可作为铜、 铝合金的点焊工艺垫片; 低碳钢箔片可作为黄铜的点焊工艺垫片; 钼箔可作为金丝与金箔的点焊工艺垫片等。在使用工艺垫片时应注意规范不要过大, 以避免垫片与零件表面产生粘结, 焊后应很容易将其揭掉。 3. 利用帕尔贴效应帕尔贴效应是热电势现象的逆向现象, 即当直流电按某特定方向经过异种材料接触面时, 将产生附加的吸热或析热现象, 因此这个效应仅在单向通电时有效, 而且当前仅用于铝与铜合金电极间才较明显和具有实用价值, 如图41所示。一些异种金属材料点焊焊接参数参见表21和表22。 表21 常见异种钢点焊焊接参数 钢 号 厚度 焊前状态 电极直径 焊接参数 熔核 /mm 及清理 /mm 直径 焊接电流 通电时间 电极压力 /mm /A /S /N 1Cr13+ 1.2+1.2 1Cr13回火, 5.0～6.0 6000～6500 0.24～0.28 1000～4500 ≥5.0 1Cr18Ni9Ti 1.5+1.5 1Cr18Ni9Ti淬火, 抛光 6.0～7.0 6500～6800 0.28～0.32 5000～5500 ≥5.5 Cr17Ni2+ 2.5+2.0 油淬, 回火 5.0～7.0 8500～9500 0.32～0.38 8000 ≥4.5 1Cr11Ni2W2MoV Cr17Ni2+ 1.5+2.0 Cr17Ni2油淬, 回火, 1Cr18Ni9Ti 4.0～4.5 6500～7000 0.30～0.38 5800 ≥4.0 1Cr18Ni9Ti 1.5+3.5 淬火 5.0～7.0 9200～9700 0.32～0.38 7300 ≥4.5 1Cr18Ni9Ti+ 1.0+1.0 正火 4.0～5.0 6400 0.14～0.22 4900 4 21-11-2.5 铸造不锈钢 1.0+1.0 7100 0.12～0.22 6000 4.3 表22 不锈钢与镍基高温合金点焊的焊接参数 材料 厚度 焊前 电极直径 工艺参数 熔核尺寸 /mm 状态 /mm 焊接电流 通电时间 电极压力 d A① /A /s /kN /mm (%) GH3044+ 1.5+1.0 固溶 5 5800～6200 0.34～0.38 5.2～6.4 3.5～4.0 － 1Cr18Ni9Ti GH1140+ 1+1 固溶 5 6100～6500 0.26 4.4～5.4 4.5 40～60 1Cr18Ni9Ti 1+1.5 5.0～6.0 6200～6500 0.26～0.30 4.4～5.4 4.5 50～60 1.5+1.5 7 8200～8400 0.38～0.44 5.1～6.1 5.0～7.0 40～70 1+2 5.0～6.0 6500～6800 0.26～0.30 5.4～5.7 5.5 60～70 1+4 10.0～12.0 6400～6800 0.30～0.34 5.9～6.4 5.5 40～55 ① A为焊点核心的焊透率。 4．2 胶接点焊与减振钢板点焊 1. 胶接点焊 在点焊工艺中采用结构胶粘剂, 可使接头性能显著提高, 这种将点焊与胶接两种工艺结合起来的焊接方法称为胶接点焊, 简称胶焊。胶焊结构具有强度高、 质量轻、 减振和声学性能好等优点。例如, 它的静抗剪强度是点焊的1.5～2倍, 疲劳强度为点焊的3～5倍; 可防止( 铝合金) 焊后阳极化处理时搭接区内表面的腐蚀等。 经过对胶焊、 点焊和胶接三种拉剪试件的力学性能进行研究, 试验结果见表23。 表23 胶焊、 点焊和胶接拉剪试件强度试验结果 方 法 破断载荷F/N 疲劳寿命Nf Fmax＝3000N Fmax＝4000N 胶焊 8444 1.0×106 8.84×105 点焊 6000 4.9×104 <1.0×104 胶接 7780 2.77×103 4.8×104 由表中数据可知, 胶焊接头的静载强度和疲劳寿命均明显高于点焊和胶接接头, 特别疲劳寿命十分优越。其原因为: 胶焊可大幅度降低点焊结构中焊点部位的高应力值, 消除了焊点边缘的高应力集中, 改进了接头的应力分布; 胶焊接头中应力分布均匀, 外载将由焊点部位与胶接部位共同承担。而与胶接接头相比, 胶焊接头中焊点的存在, 虽然将导致焊点区域有较大的应力值, 但