过程装备制造与检测5.3--金属材料的焊接培训讲学.ppt

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1、过程装备制造与检测5.3--金属材料的焊接金属材料的焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料及焊接工艺（包括预热和热处理等），其焊接性可能有很大差别。例如，化学活泼性极强的钛，焊接是比较困难的，曾一度认为钛的焊接性很不好。但自氩弧焊的应用比较成熟以后，钛及其合金的焊接结构已在航空等工业部门广泛应用。由于新能源的发展，等离子弧焊接、真空电子束焊接、激光焊接等新的焊接方法相继出现，使钨、钼、钽、铌、锆等高熔点金属及其合金的焊接都已成为可能。焊接性包括两个方面：一是工艺焊接性主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性；二是使用焊接性主要是

2、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)。金属材料这两方面的焊接性可通过估算和试验方法来确定。可焊性研究的工程意义：根据目前的焊接技术水平，工业上应用的绝大多数金属材料都是可焊的，只是焊接时的难易程度不同而已。当采用新的材料制作焊接结构时，了解及评价新材料的焊接性，是产品设计、施工准备及正确制定焊接工艺的重要依据。二、钢材焊接性的估算方法实际焊接结构所用的金属材料绝大多数是钢材。影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。各种化学元素对焊缝组织性能、夹杂物的分布以及对焊接热影响区的淬硬程度等的影响不同，对产生裂纹倾向的影响也不同。在各种元素

3、中，碳的影响最为明显，其它元素的影响可折合成碳的影响。因此可用碳当量法来估算被焊钢材的焊接性。硫、磷对钢材的焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中，硫、磷含量都受到严格限制。碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：式中ω(C)、ω(Mn)、ω(Cr)、ω(Mo)、ω(V)、ω(Ni)、ω(Cu)为钢中相应元素的质量百分数。根据经验：ω(C)当量<0.4％时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂纹。但厚大工件或在低温下焊接时，应考虑预热。ω(C)当量=0.4％～0.6％ω(C)当量>0.6％碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：式中ω(C)

4、、ω(Mn)、ω(Cr)、ω(Mo)、ω(V)、ω(Ni)、ω(Cu)为钢中相应元素的质量百分数。根据经验：ω(C)当量<0.4％ω(C)当量=0.4％～0.6％时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性能相对较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷。要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂纹。ω(C)当量>0.6％时碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：式中ω(C)、ω(Mn)、ω(Cr)、ω(Mo)、ω(V)、ω(Ni)、ω(Cu)为钢中相应元素的质量百分数。根据经验：ω(C)当量<0.4％ω(C)当量=0.4％～0.6％ω(C)当量>0.6％时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性

5、不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。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。例如，当钢板厚度增加时，结构刚度增大，焊后残余应力也较大，焊缝中心部位处于三向拉应力状态，因此表现出焊接性下降。在实际工作中确定材料焊接性时，除初步估算外，还应根据实际情况进行抗裂试验及焊接接头使用焊接性的试验，为制定合理的工艺规程提供依据。三、小型抗裂试验法小型抗裂试验法所用试样的尺寸较小，应用简便，能定性评定不同拘束形式的接头产生裂纹的倾向。常用的试

6、验方法：刚性固定对接试验法斜Y形坡口试验法(小铁研法)十字接头试验法等刚性固定对接试验法先加工出一个厚度大于40mm的方形刚性底板，边长由焊接方法确定(焊条电弧焊时为300mm，埋弧焊时为400mm)。再将待试焊接性的钢材按实际产品厚度加工出两块长方形试板，按规定开出坡口后，如图将试板焊在刚性底板上：试板厚度δ≤12mm时，取焊脚k=δ；试板厚度δ>12mm时，焊脚足取为12mm。刚性固定对接试验法待周围固定焊缝冷却到常温以后，按实际产品的焊接工艺进行单层焊或多层焊。焊完后在室温下放置24h：先检查焊缝及热影响区有无表面裂纹；再从垂直焊缝方向切取厚度为15mm的金相磨片两块，进

7、行低倍放大检验是否存在内裂纹。从采用一般焊接工艺焊后检验有无裂纹或裂纹的多少，即可初步评定试板材料的焊接性。而后调整工艺(如预热、缓冷等)再焊接试板，直至不产生裂纹为止。最后参考抗裂试验制订合理的焊接参数。常用钢材的焊接碳钢的焊接一、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，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(电渣焊除外)。厚度大于50mm的低碳钢结构，常用大电流多层焊，焊后应进行消除内应力退火。低温环境下焊接