常用金属材料焊接及焊接结构设计

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1、10.3常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性1、焊接性：在一定的焊接工艺条件(焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式等)下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性包括两个方面的内容：1）接合性能：即在给定的焊接工艺条件下，对产生焊接缺陷的敏感性，尤其是对产生裂纹的敏感性2）使用性能：即在给定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性、可靠性。2、焊接性的评定在焊接结构中最常用的金属材料是钢材。影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。碳当量：将钢中合金元素的含量按其对焊接性的影响程度换算成碳的相当含量。它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。式中各

2、元素的含量都取其成分范围的上限。当ωCE＜0.4%时，焊接性优良，焊前一般不需预热；当ωCE＝0.4~0.6%时，焊接性较差，需要预热、缓冷；当ωCE＞0.6%时．焊接性很差，需要严格的工艺措施。利用碳当量法估算钢材焊接性是粗略的，因为钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度等因素的影响。在实际生产中，金属材料的焊接性除了按碳当量进行估算外，还需根据实际情况进行抗裂性实验，并配合进行接头使用性能试验，以制定正确的焊接工艺。二、碳钢及低合金钢的焊接1、低碳钢的焊接低碳钢含碳量＜0.25％，其塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，

3、焊接性好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需进行热处理。2、中、高碳钢的焊接因含碳量较高，焊接接头易产生淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。焊接这类钢常选用手弧焊，焊前应预热，焊件选用抗裂性能好的低氢型焊条，焊时，采用细焊条、小电流、开坡口、多层焊，尽量防止母材金属过多地熔入焊缝。焊后缓冷，防止产生冷裂。3、低合金结构钢的焊接低合金结构钢的含碳量均属于低碳钢范围，但由于其它化学成分不同，故焊接性有明显差别。强度等级在300~400MPa的低合金结构钢，塑性和韧性好，碳当量ωCE＜0.40%，焊接性良好。常用的方法是手弧焊和埋弧

4、自动焊，通常不需采取特殊工艺措施。强度等级＞450MPa的低合金结构钢，碳当量ωCE＞0.40%，焊接性较差。焊前一般需预热(预热温度＞150℃)。焊接时，应调整焊接规范来严格控制热影响区的冷却速度，焊后应及时进行热处理以消除应力。三、高合金不锈钢的焊接高合金不锈钢中应用最广泛的是奥氏体耐蚀钢(如18—8型铬镍奥氏体不锈钢)。焊接性能良好。焊接时，一般不需要采取特殊的工艺措施。手弧焊时，选用与母材化学成分相同的焊条；氩弧焊和埋弧自动焊时，选用的焊丝应保证焊缝化学成分与母材相同。焊接奥氏体不锈钢的主要问题是晶界腐蚀和热裂纹。四、铸铁的焊接铸铁

5、含碳量高，焊接性很差，所以铸铁焊接只用于修补铸件缺陷。焊接铸铁的主要问题是易出现白口组织和裂纹。(1)热焊焊前将焊件整体或局部预热到500一700℃，焊补过程中温度不低于400℃，焊后缓冷，从而防止白口组织和裂纹的产生。热焊焊补质量较好，但工艺复杂，生产率低、劳动条件差。一般仅用于焊后要求机械加工的铸铁件。如机床导轨、汽缸体等。(2)冷焊焊前对焊件不预热或预热温度较低(400℃以下)。冷焊比热焊生产率高，成本低，劳动条件好，但焊补质量有时不易保证。焊接时应尽量用小电流、分段焊，短弧焊等工艺，焊后立即轻轻锤击焊缝，以减少焊接应力，防止产生裂纹

6、。五、非铁金属及其合金的焊接1、铝及铝合金的焊接焊接铝及其合金的主要困难是：(1)易氧化铝极易被氧化形成难熔的氧化铝(A12O3)薄膜，熔点为2050℃，它覆盖在金属表面，阻碍金属熔合；且氧化铝密度大，难于排除，易形成夹渣缺陷。(2)易产生缺陷液态铝能大量溶解氢，而在固态时几乎不溶解氢，因此易生成气孔，高温时铝的强度、塑性很低，热膨胀系数大，易产生较大的焊接应力、变形和裂纹；铝及铝合金由固态加热到液态时无颜色变化，故操作时难以掌握加热温度，易烧穿。氩弧焊是焊接铝和铝合金最为理想的焊接方法。2、铜及铜合金的焊接铜和铜合金的焊接性较差，主要存在

7、的问题是：(1)铜的热导性好，焊接时要求热源集中，焊前要预热，否则易产生未焊透或末熔合等缺陷。(2)铜的线胀系数大，凝固时收缩率也大，因此焊接应力与变形大。(3)铜在高温时极易与氧形成氧化亚铜(Cu2O)，它与铜形成低熔点共晶体(Cu2O—Cu)，分布在晶界上，易产生热裂纹。(4)铜在液态时能溶解大量氢气，凝固时溶解度急剧下降，易形成气孔。(5)焊接黄铜时会产生锌的蒸发，使黄铜焊缝的强度和耐蚀性下降。锌蒸气有毒，对人体有害。氩弧焊是焊接紫铜和青铜的有效方法。焊接黄铜常用气焊，锌的蒸发较少，而且由于气焊可采用轻微氧化焰和含硅焊丝相配合，使熔池

8、表面形成一层致密的氧化硅薄膜，保护效果强，焊接质量高。10.4焊接结构设计设计焊接结构，除应考虑结构的使用性能要求外，还应考虑结构焊接工艺的要求，以保证焊接质量，力求高生产率、低