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金属材料的可焊性 -技术
金属材料的可焊性

　　要了解金属材料的可焊性，必须知道什么是焊接。焊接是利用两个物体原子间产生的结合作用连接成一体，连接后不能再拆卸的连接方法。早在一千多年前，我们的祖先就已采用焊接技术。最早的焊接是把两块熟铁(钢)加热到红热状态后再用锻打的方法连接在一起的锻焊。软钎焊是用火烙铁加热低熔点铅锡合金的连接方法。近代焊接技术，是从1885年俄国人别那尔道斯发明碳弧焊开始，直到20世纪30年代，在生产上还只是采用气焊和手工电弧焊。由于焊接具有节省金属，生产率高，产品质量好和大大改善劳动条件等优点，所以焊接得到了迅速发展。40年代初出现了优质焊条，使焊接技术得到了一次飞跃。随后电阻焊和埋弧焊的应用，使焊接过程实现了机械化和自动化。50～60年代，不断出现电渣焊、各种气体保护焊、超声波焊、等离子弧焊、电子束焊和激光焊接等方法，使焊接技术达到了一个新的水平。80年代还进行太空焊接试验。我们相信，随着现代工业和科学技术的不断发展，焊接也必定有新的发展。

　　A 金属材料的可焊性概念

　　金属材料的可焊性实质上就是金属材料的焊接性，可焊性是指金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，实现优质焊接接头的难易程度。

　　金属材料的可焊性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法和焊接材料，其可焊性可能有很大差别。如铸铁用普通焊条不容易保证质量，但用镍基焊条则质量较好。随着焊接技术的发展，过去某些很难焊接的金属材料，现在可以用一定的方法进行焊接。例如钛的化学活泼性极强，要焊接极其困难，认为钛的可焊性很不好，但氩弧焊的出现，使钛及其合金的焊接结构已在工业中广泛采用。由于开发新能源，等离子焊、电子束焊、激光焊等新的焊接方法相继出现，使高熔点的金属(钨、钼、钽、铌和锆等)及其合金的焊接成为可能。

　　金属材料的可焊性是一项极其重要的工艺性能，可以按不同标准或不同角度来衡量其可焊性。通常把金属材料在焊接时形成裂纹的倾向及焊接接头区脆化的倾向作为评价金属材料可焊性的主要指标。

B 金属材料可焊性评定

　　(1) 用碳当量CE来评定可焊性
　　影响金属材料可焊性的主要因素是化学成分。各种化学元素加入金属材料后，对焊缝组织与性能、夹杂物分布、焊接热影响区的淬硬程度等影响不同，产生裂缝的倾向也不同。在加入金属材料的各种元素中，碳的影响最明显，其它元素的影响可以折合成碳的影响，因此人们用碳当量方法来估算被焊金属材料的可焊性。磷和硫是金属材料的有害元素，对可焊性影响很大，因此，应严格控制。
　　碳素钢和低合金结构钢的碳当量经验公式为：

　　式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量的百分数。
　　CE＜0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性好。一般不会产生裂缝。
　　CE在0.4～0.6%之间，钢材塑性下降，强度增加，淬硬倾向明显，可焊性较差。工
件应采取焊前预热，焊后缓冷等工艺防止裂缝。
　　CE＞0.6%，钢材塑性较低，强度较高，淬硬倾向很强，可焊性不好。工件焊前经预热 到较高温度，焊接时采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后还应进行热处理，确保焊接接头质量。

(2) 用冷裂缝敏感系数来评定
　　用碳当量的方法评定金属材料的可焊性只考虑了化学成分，但忽略了材料板厚、焊缝含氢量等因素，不可能直接用于判断是否发生冷裂缝。因此，日本有人用2000多种钢进行大量试验，求出钢材焊接冷裂缝敏感系数PC。

　　式中：h--板厚(mm); H--焊缝金属中扩散氢的含量(ml/100g)。

　　式的适用范围：
　　w(C) 0.07-0.22% 　　w(Si) 0～0.6% 　　w(Mn) 0.40～1.40%
　　w(Cu) 0～0.50% 　　 w(Ni) 0-1.20% 　　w(Cr) 0～1.2%
　　w(Mo) 0～0.70% 　　 w(N) 0～0.12% 　　w(Nb) 0～0.40%
　　w(Ti) 0～0.05% 　　 w(B) 0～0.005% 　 H 1.0～5.0mg/100g
(急冷法测定)。板厚在19～50mm范围内。用PC值来判断和对比钢材在焊接时冷裂敏感性比CE值更好。
C 常用的焊接方法简介

　　手工电弧焊 简称为手弧焊。如图5-22所示，它是利用焊条与工件之间产生的电弧热来熔化被焊金属的一种手工操作的焊接方法。手工电弧焊灵活方便，能进行全方位焊接，也可以焊不规则焊缝，短焊缝，还可以焊碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铸铁和有色金属，所需的设备简单，缺点是焊工劳动强度大，生产率比自动焊低。但仍是焊接生产中应用最广泛的一种方法。

　　埋弧自动焊 埋弧自动焊又称为焊剂层下自动电弧焊。是目前生产效率较高的机械化焊接方法之一。焊接过程如图5-23示。焊剂2由漏斗3流出后，均匀地堆敷在装配好的焊接工件1上，焊丝4由送丝机构经送丝滚轮5和导电嘴6送入焊接电弧区。焊接电源的两端分别接在导电嘴和焊接工件上。小车上装有控制盘、送丝机构和焊剂漏斗并实现了焊接电弧的移动。焊接过程是通过操作控制盘上开关来迪肿远刂啤?br />
　　氩弧焊 氩弧焊是以氩气为保护介质的一种电弧焊。氩气是一种惰性气体，它既不与金属起化学反应使被焊金属氧化或合金元素烧损，也不熔解于滚体金属中产生气孔，因此氩气的保护十分可靠，焊缝质量高。

　　氩弧焊接所用电极不同，可分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种，如图5-24所示。

　　非熔化极氩弧焊以高熔点的钨棒作电极。焊接时，钨棒不熔化，只产生电弧。由于钨棒通过的电流密度有限，因此，只能焊接小于6mm的工件。

　　熔化剂氩弧焊是以连续送进的焊丝作电极，电弧产生在焊丝与工件之间，焊丝熔化过渡到焊缝中。因此，可以用较大焊接电流。适用焊接厚度为25mm以下焊接。

二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是以CO2气体作为保护介质的电弧焊方法。焊接装置与熔化极氩弧焊相似，以连续送进的金属焊丝为电极，采用自动或半自动方式进行焊接。

　　CO2气体在1000℃以上高温下会分解产生CO和氧，有氧化作用，因此不宜焊接有色金属(铜、铝等)。焊接钢材，为了保证焊缝机械性能，必须使用含量高的Mn、Si等元素的焊丝，补足被烧损的元素，并起一定的脱氧作用。

　　电渣焊 电渣焊是利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热作为热源来熔化电极和焊件实现焊接的一种熔焊方法。如图5-25所示。在焊工件的两个端面之间保持一定的间隙，在间隙两侧有两个中间通水冷却的成形铜块紧贴于钢板，使被焊处构成一个方柱形空腔，在这个空腔内由一定导电性液态熔渣构成渣池。焊接时，焊丝送到渣池中，焊丝和工件之间的电流通过渣池产生很大的电阻丝，渣池温度达1700～2000℃，高温的渣池将热量供给工件和焊丝，使工件边缘和送入的焊丝熔化，液态金属的比重较熔渣大，便沉集于渣池底部，形成熔池。随着焊丝和工件边缘不断熔化，熔池和渣池不断上升，当金属溶池达到一定深度后，熔池底部逐步冷却凝固成焊缝。因此，实现了两个焊件的连接。

　　电阻焊 电阻焊是利用电流通过工件接触处所产生的电阻热进行焊接，并在压力下形成焊接接头的方法。根据焊接接头的型式可分为点焊、对焊和缝焊三种形式。

　　点焊 点焊是用柱状电极加压通电，把搭叠好的工件逐点焊合的方法，如图5-26所示。两个焊件接触面上电阻较大，通电后迅速达到焊接温度，并在压力作用下形成焊点。电极与焊件接触面上所产生的热量会被导热性良好的电极或其中的冷却循环水传走，不会使焊件与电极焊牢。
　　对焊 对焊是利用电阻热使两个工件端面上焊接起来的一种方法。根据焊接操作方法的不同，又分为电阻对焊和闪光对焊。