金属的焊接性及焊接结构设计课件

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1、第二十一讲金属的焊接性与焊接结构设计主讲：曹光明金属的焊接性与焊接结构设计一、常用金属材料的焊接性1、焊接性概念2、碳当量4、低合金结构钢的焊接性3、碳钢的焊接性二、焊接应力与变形三、焊接结构工艺设计1、焊接结构材料的选择2、焊接方法的选择3、焊接接头设计3、焊接变形及预防措施2、焊接应力及减小措施5、铸铁的焊补4、焊缝的设计四、常见的焊接缺陷（了解）1、产生原因与变形形式一、常用金属材料的焊接性1、焊接性概念金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。金属的焊接性与焊接结构设计焊接方法、材料、焊接规范、结构型式、预热及热处理等。焊接性内容：（1）工艺焊接性，指焊接接

2、头产生工艺缺陷的敏感性，尤其是出现各种裂缝的可能性；（2）使用焊接性，指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其它特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。2、焊接性的评定评定方法：各种焊接试验。C当量——评定碳钢和普低钢的焊接性。碳当量经验公式：式中元素符号为钢中该元素含量的质量百分数，其值取成分范围的上限。金属的焊接性与焊接结构设计当＜0.4%时，塑性良好，淬硬和冷裂倾向小，焊接性好，当=0.4~0.6%时，塑性下降，淬硬及冷裂倾向明显，焊接性较差。焊前适当预热，焊后缓慢冷却。当＞0.6%时，塑性较差。淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，焊前需要高温预热，焊接时要采取减少焊接应力和防

3、止裂纹的工艺措施，焊后需要进行适当热处理等。一般焊件不会产生裂纹。3、碳钢的焊接性金属的焊接性与焊接结构设计（1）低碳钢的焊接：C＜0.25%，塑性好，无淬硬倾向，焊接性好，无需任何工艺措施，适于各种方法。（2）中碳钢的焊接：C=0.25-0.6%，淬火钢，焊接性由良好→差。焊缝及热影响区易产生气孔、裂纹。工艺措施：①焊前预热（150~250℃），焊后缓冷并去应力回火。②焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。③选用塑、韧性好的低氢型焊条，提高焊缝塑性，防止裂纹。（3）高碳钢的焊接：含碳量高，导热性差，淬硬倾向大，一般不用于制造焊接结构，仅对损坏的机件进行焊补。焊补时也要采取与中碳钢

4、类似的工艺措施，以避免产生裂纹。4、低合金结构钢的焊接性金属的焊接性与焊接结构设计普低钢的焊接性与低碳钢类似，但σb↑→焊接性↓低强度普低钢：σs＜400MPa，CE＜0.4%，焊接性良好，无需工艺措施。如：16Mn、9Mn2。高强度普低钢：σs＞400MPa，CE＜0.4-0.5%，焊接性较差，冷裂倾向大。如：15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV。焊前预热（150~250℃），焊后缓冷；选用低氢型焊条；焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。5、铸铁的焊补金属的焊接性与焊接结构设计（1）铸铁焊补的特点①接头易产生白口、硬化组织；②接头易产生裂纹；③焊缝区易产生气孔、夹渣。

5、④熔池易流失，一般用于平焊补。（2）铸铁焊补方法①热焊法：焊前将焊件整体或局部预热至600~700℃并施焊，焊后缓冷。用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等。5、铸铁的焊补金属的焊接性与焊接结构设计②冷焊法：焊前不预热或低温预热（400℃）的焊补方法。用于易变形件焊补。冷焊法主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分，增强焊缝的石墨化能力，以防止或减少白口和裂纹的产生：①钢芯铸铁焊条：适用于非加工表面的焊补。②石墨化铸铁焊条：适用于较大灰口铸铁件的焊补。焊缝性能与母材基本相同，具有良好的加工性③铜基铸铁焊条：主要用于一般铸铁件的焊补。抗裂性好，可进行机械加工。④镍

6、基铸铁焊条：主要用于重要件加工表面的焊补。良好的抗裂性与加工性⑤高钒铸铁焊条：主要用于一般铸铁件的焊补。可进行机械加工、塑性和抗裂较好。二、焊接应力与变形金属的焊接性与焊接结构设计1、焊接应力与变形产生的原因与形式：焊件在焊接过程中受到不均匀加热和冷却。低碳钢平板对接焊时应力和变形的形成（a）焊接中 （b）冷却后（1）原因：金属的焊接性与焊接结构设计（2）焊接变形的基本形式变形形式示意图产生原因收缩变形由焊接后焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横向（沿焊缝宽度方向）收缩引起角变形由于焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均引起弯曲变形焊缝布置不对称，焊缝较集中的一侧纵向收缩较大引起扭曲变

7、形由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出现扭曲波浪变形薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而引起金属的焊接性与焊接结构设计2、焊接应力变形预防措施（1）焊前预热：目的是减小焊件上各部分温差，从而减小焊接应力和变形，预热温度一般为400℃以下。（2）选择合理的焊接顺序：①尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。②采用分散对称焊工艺，长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊法金属的焊接性与焊接结构设计2、焊接应力变形预防措施（3）加热减应区法：加热减应