常用金属材料的焊接及工艺.ppt

第四节第四节 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接一、一、金属材料的焊接性金属材料的焊接性1 1、焊接性的概念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。焊接接头的难易程度。焊接性是一个相对的概念。如：焊接性是一个相对的概念。如：AlAl、TiTi2 2、焊接性的评定指标、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，如材料经焊接后焊接接头产生缺陷的倾向性大小，如裂纹，（裂纹，（工艺焊接性工艺焊接性）；）；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，性能和其它特殊性能，（使用焊接性使用焊接性）。焊接性通常通过抗裂性试验、力学性能试验等确定。焊接性通常通过抗裂性试验、力学性能试验等确定。3 3、钢材焊接性的评定方法、钢材焊接性的评定方法钢材焊接性的影响因素钢材焊接性的影响因素：（1 1）材料的化学成分：）材料的化学成分：WcWc焊接性焊接性 接头淬硬程度是引起焊接裂纹的原因。接头淬硬程度是引起焊接裂纹的原因。（2 2）焊接方法，焊接材料，焊件结构）焊接方法，焊接材料，焊件结构 间接判断法：用间接判断法：用碳当量碳当量评价钢的焊接性评价钢的焊接性碳当量的定义碳当量的定义：指把钢中合金元素（包括碳）的含：指把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。即把影响焊接性量按其作用换算成碳的相当含量。即把影响焊接性能的元素对可焊性的影响折算为碳的影响。能的元素对可焊性的影响折算为碳的影响。焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢C CE E计算公式为：计算公式为：根据经验分析：根据经验分析：1 1）C C当量当量0.4%0.4%时，焊接性好。一般的焊接工艺条件时，焊接性好。一般的焊接工艺条件下，不会产生裂纹下，不会产生裂纹;厚大件或在低温焊接时需预热；厚大件或在低温焊接时需预热；2 2）C C当量当量=0.4=0.40.6%0.6%时，塑性降低，淬硬倾向逐渐明时，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；显，焊接性较差。需焊前预热，采取工艺措施；3 3）C C当量当量0.6%0.6%时，塑性差，淬硬倾向大，焊接性差。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。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练习：试比较下列钢材的焊接性 09Mn2Cu 09Mn2Cu的碳当量为：的碳当量为：09MnV 09MnV的碳当量为：的碳当量为：14MnMoV 14MnMoV的碳当量为：的碳当量为：vCeqCeq值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。值越大，焊接性差；且工件板厚越厚，焊接性差。1 1、碳钢的焊接、碳钢的焊接低碳钢的焊接低碳钢的焊接1 1）焊接性：焊接性良好）焊接性：焊接性良好Wc0.25%Wc0.25%，C CE E0.4%50mm50mm）需预热或焊后热处理。）需预热或焊后热处理。二、常用钢材的焊接二、常用钢材的焊接u手工电弧焊时，根据母材强度等级一般选用酸性焊条手工电弧焊时，根据母材强度等级一般选用酸性焊条 E4303(J422)E4303(J422)、E4320(J424)E4320(J424)等；承受动载荷、结构复杂等；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的厚大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4351(J427)E4351(J427)、E4316(J426)E4316(J426)等。等。u埋弧焊时，一般选用焊丝埋弧焊时，一般选用焊丝H08AH08A或或H08MnAH08MnA配合焊剂配合焊剂HJ431HJ431。2 2）中碳钢焊接的主要特点（存在问题）：）中碳钢焊接的主要特点（存在问题）：中碳钢的焊接：焊接性较差中碳钢的焊接：焊接性较差1 1）焊接性：）焊接性：Wc=0.25=0.250.6%C0.6%C当量当量0.40.40.6%0.6%可焊性较差，随可焊性较差，随CC，由中变差。，由中变差。1 1）“HAZHAZ”区产生淬硬组织区产生淬硬组织M M及冷裂纹；及冷裂纹；2 2）焊缝金属易产生热裂纹。）焊缝金属易产生热裂纹。u防止裂纹（冷裂、热裂）工艺措施：防止裂纹（冷裂、热裂）工艺措施：1 1）选用抗裂性能好的低）选用抗裂性能好的低H H型焊条型焊条 J506J506、J507J507等等2 2）焊前预热；）焊前预热；应力、应力、冷速冷速 Wc0.45%0.45%预热预热150150250250；C C、件厚、件厚,预热预热250250350350。2 2、低合金结构钢的焊接、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、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。船舶、车辆和起重机械等。(1)(1)焊接主要问题如下焊接主要问题如下:热影响区有淬硬倾向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。淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。普低钢普低钢 以热轧或正火状态供应，按以热轧或正火状态供应，按ss分六级：分六级：300300、350350、400400低等级（强度）普低钢或低合金钢低等级（强度）普低钢或低合金钢 450450、500500、550550高等级（强度）普低钢或低合金钢高等级（强度）普低钢或低合金钢1 1、300300、350350、400400低等级（强度）焊接特点：低等级（强度）焊接特点：C C当当量量 20 20 mmmm焊焊后后热热处理）仍可得良好的质量。处理）仍可得良好的质量。2 2、450450、500500、550550高等级（强度）焊接特点：高等级（强度）焊接特点：C C当量当量 =0.40=0.400.50%0.50%焊接性稍差。淬硬倾向增加，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。性和韧度则下降。2 2、低合金结构钢的焊接、低合金结构钢的焊接 强度级别高，易出现冷裂纹；级别强度级别高，易出现冷裂纹；级别，裂纹加剧。，裂纹加剧。影响冷裂纹的因素三方面：影响冷裂纹的因素三方面：焊缝及焊缝及“HAZHAZ”的含的含H H量；量；（重要因素）（重要因素）“HAZHAZ”的淬硬程度；的淬硬程度；接头处残余应力大小。接头处残余应力大小。（又称延迟裂纹）（又称延迟裂纹）焊接接头的裂纹倾向：焊接接头的裂纹倾向：2 2、低合金结构钢的焊接、低合金结构钢的焊接(1)(1)焊接主要问题如下焊接主要问题如下:热影响区有淬硬倾向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：低合金结构钢焊接生产中采取的措施：1.1.强度级别低，一般和低碳钢一样；强度级别低，一般和低碳钢一样；2.2.对锅炉、压力容器等重要构件，当厚度大于对锅炉、压力容器等重要构件，当厚度大于20mm20mm时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。时，焊后必须进行退火处理，以消除应力。3.3.强度级别高，焊前一般均需预热；焊接时，应强度级别高，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。还应进行热处理以消除内应力。2 2、低合金结构钢的焊接、低合金结构钢的焊接 三、铸铁件的焊补三、铸铁件的焊补为修补铸件的缺陷而进行的焊接称为补焊。为修补铸件的缺陷而进行的焊接称为补焊。1 1、铸铁的焊接特点、铸铁的焊接特点1 1）接头易产生白口组织及淬硬组织：）接头易产生白口组织及淬硬组织：局部加热，冷速快局部加热，冷速快3 3）铸铁含碳量高，焊接时易生成）铸铁含碳量高，焊接时易生成CO2CO2和和COCO气体，气体，产生气孔。产生气孔。2 2）易产生裂缝：铸铁强度低，塑性差；杂质含量高）易产生裂缝：铸铁强度低，塑性差；杂质含量高4 4）流动性好，液体易流失，只适用平焊。）流动性好，液体易流失，只适用平焊。1 1）热焊法热焊法 焊前将工件局部或整体预热到焊前将工件局部或整体预热到600600700700，焊后缓，焊后缓慢冷却。特点是：焊补质量好，但生产率低，成本慢冷却。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。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铸铁的焊补一般采用气焊和手工电弧焊2 2、铸铁的补焊工艺铸铁的补焊工艺2 2）冷焊法冷焊法 焊前工件不预热或只进行焊前工件不预热或只进行400400以下的低温预热的焊以下的低温预热的焊补方法。补方法。冷焊法主要冷焊法主要依靠焊条的化学成分来防止产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，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。劳动条件好，但质量不易保证。四、有色金属及其合金的焊接四、有色金属及其合金的焊接1.1.铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接1 1）铜及铜合金的焊接特点：）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。铜的导热性高，焊接时热量极易散失。焊不透焊不透铜在液态时易氧化，生成的铜在液态时易氧化，生成的CUCU2 2O O与铜组成低熔点共与铜组成低熔点共晶，分布在晶界上形成薄弱环节；晶，分布在晶界上形成薄弱环节；力学性能低力学性能低铜的收缩系数大；铜的收缩系数大；易产生焊接应力和裂缝易产生焊接应力和裂缝。铜在液态时吸气性强；铜在液态时吸气性强；易产生气孔易产生气孔。铜的电阻极小；铜的电阻极小；不适宜电阻焊接不适宜电阻焊接。铜合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。铜合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。2 2）铜及铜合金的常用焊接方法）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！黄铜焊接普遍采用的方法埋弧焊埋弧焊铝的焊接性与铜的可焊性相似铝的焊接性与铜的可焊性相似-焊接困难。焊接困难。2.2.铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接焊丝与母材成分相近焊丝与母材成分相近 焊接表面要清洁焊接表面要清洁1.1.易氧化；易氧化；ALAL2 2O O3 3熔点熔点2050 2050 2.2.导热系数大，线膨系数大，易产生应力与变形；导热系数大，线膨系数大，易产生应力与变形；3.3.液态铝易吸气、尤其是吸液态铝易吸气、尤其是吸H2H2，比，比CuCu还强还强.气孔气孔4.4.高高温温强强度度、塑塑性性低低，焊焊缝缝塌塌陷陷，用用垫垫板板，液液固固同同色色，难操作。难操作。目目前前焊焊接接铝铝及及铝铝合合金金的的常常用用方方法法有有氩氩弧弧焊焊、气气焊焊、点点焊焊、缝缝焊焊和和钎钎焊焊。其其中中氩氩弧弧焊焊是是焊焊接接铝铝及及铝铝合合金金较较好好的的方方法法。气焊常用于要求不高的铝及铝合金工件的焊接。气焊常用于要求不高的铝及铝合金工件的焊接。第五节第五节 焊接结构设计焊接结构设计一、焊件的选材原则（一、焊件的选材原则（5 5条）条）1 1）在满足使用性能要求的前提下，应尽量选用焊接）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。性较好的材料。低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢2 2）辅助工艺的可行性）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如选高碳钢或合金结构钢，需预热和缓冷的条件3 3）注意材料与焊接方法的匹配性）注意材料与焊接方法的匹配性 4 4）尽量不选用异种材料相互焊接。）尽量不选用异种材料相互焊接。如如AlAl、MgMg等，应选择亚弧焊的方法等，应选择亚弧焊的方法如选用，尽量使熔点、力学性能和抗氧化如选用，尽量使熔点、力学性能和抗氧化 性能相差较小。性能相差较小。合理选材与减少焊缝5 5）尽量选用轧制型材，以减少备料工作量和焊缝数量，）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。降低成本，且减少焊接应力、变形和焊接缺陷。二、焊件的结构工艺性二、焊件的结构工艺性1.1.焊缝的布置焊缝的布置 结构设计关键结构设计关键 原则要求如下原则要求如下：1 1）焊缝位置应便于施焊）焊缝位置应便于施焊 a)a)平焊平焊 b)b)横焊横焊 c)c)立焊立焊 d)d)仰焊仰焊 焊缝的空间位置焊缝的空间位置 焊条电弧焊焊条电弧焊电阻点焊或缝焊电阻点焊或缝焊2 2）焊缝的布置应尽可能分散焊缝的布置应尽可能分散改进改进密集、交叉的焊缝，会加大热影响区及焊接应力。密集、交叉的焊缝，会加大热影响区及焊接应力。3 3）焊缝的位置应尽可能对称布置）焊缝的位置应尽可能对称布置不合理变形最变形最小小最好是能同时施焊最好是能同时施焊 4 4）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置最大应力处易产生应力集中！5 5）焊缝应尽量远离机械加工表面）焊缝应尽量远离机械加工表面 2.2.焊接接头形式的选择焊接接头形式的选择1）、接头及坡口形式）、接头及坡口形式（1）焊接接头）焊接接头形式形式 对接接头对接接头 角接接头角接接头 形接头形接头 搭接接头搭接接头（2）坡口坡口形式形式 与焊件厚度有关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。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。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，重要的受力焊缝对接接头受力较均匀，重要的受力焊缝应尽量选用。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。结与空间架构，采用搭接可以节省工时。受受力力比比对对接接接接头头复复杂杂，接接头头成成一一定定角角度必须选用。度必须选用。2 2）、坡口形式的选择）、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。条消耗量也小，但必须两面施焊。1 1、焊条电弧焊、焊条电弧焊焊接板厚在焊接板厚在6mm6mm以下的对接焊缝时，用以下的对接焊缝时，用I I型坡口直接型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于焊接，但当焊接厚度大于6mm6mm的构件时，需开坡口。的构件时，需开坡口。板厚小于板厚小于12mm12mm时可直接采用时可直接采用I I形坡口单面施焊，形坡口单面施焊，板厚小于板厚小于24mm24mm时可直接采用时可直接采用I I形坡口双面施焊，形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。焊更厚构件时需开坡口。2 2、埋弧焊、埋弧焊3 3、电渣焊、电渣焊电渣焊可选用对接接头、电渣焊可选用对接接头、T T形接头和角接接头。形接头和角接接头。生产中经常采用的是对接接头。生产中经常采用的是对接接头。4 4、气焊、气焊气焊由于火焰温度低，气焊由于火焰温度低，T T形接头和搭接接头很少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。采用，一般多采用对接接头和角接接头。3.3.接头过渡形式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。中，而且接头两侧受热不匀，易产生焊不透的缺陷。u当厚度差超过允许值，过渡形式有：当厚度差超过允许值，过渡形式有：不同厚度金属材料不同厚度金属材料对接的过渡形式对接的过渡形式 不同厚度的角接与不同厚度的角接与T T形接头的过渡形式形接头的过渡形式单面斜边的过渡形式单面斜边的过渡形式 双面斜边的过渡形式双面斜边的过渡形式 角接、角接、T T形接头过渡形接头过渡