金屬材料焊接性-碳鋼的焊接課件

1、471第五章第五章 焊接成型焊接成型 第第19講講4725.1.1焊接性概念焊接性概念v金屬焊接性是金屬是否能適應焊接加工而形成完整金屬焊接性是金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。v焊接性包括焊接性包括工藝焊接性和使用焊接性工藝焊接性和使用焊接性。v工藝焊接性是指在一定焊接工藝條件下，能否獲得工藝焊接性是指在一定焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)良致密，無缺陷焊接接頭的能力。優(yōu)良致密，無缺陷焊接接頭的能力。它不是金屬本它不是金屬本身所固有的性能，而是根據(jù)某種焊接方法和所采用身所固有的性能，而是根據(jù)某種焊接方法和所采用的具體工藝措施

2、來進行評定的。所以金屬材料的工的具體工藝措施來進行評定的。所以金屬材料的工藝焊接性與焊接過程密切相關。藝焊接性與焊接過程密切相關。5.1 金屬材料的焊接性及其試驗方法金屬材料的焊接性及其試驗方法473v對于熔焊，一般都要經(jīng)歷傳熱過程和冶金反應過程，對于熔焊，一般都要經(jīng)歷傳熱過程和冶金反應過程，因而又可把工藝焊接性分為因而又可把工藝焊接性分為“熱焊接性熱焊接性”和和“冶金冶金焊接性焊接性”。v熱焊接性是指焊接熱循環(huán)對焊接熱影響區(qū)組織性能熱焊接性是指焊接熱循環(huán)對焊接熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度。用以評定被焊金屬對熱的及產(chǎn)生缺陷的影響程度。用以評定被焊金屬對熱的敏感性，如晶粒長大，組織性能變

3、化等。它主要與敏感性，如晶粒長大，組織性能變化等。它主要與被焊材質及焊接工藝有關。被焊材質及焊接工藝有關。v冶金焊接性是指在一定冶金過程的條件下，物理化冶金焊接性是指在一定冶金過程的條件下，物理化學變化對焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度。它包括學變化對焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度。它包括合金元素的氧化、還原、氮化、蒸發(fā)、氫、氧、氮合金元素的氧化、還原、氮化、蒸發(fā)、氫、氧、氮的溶解等對形成氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的影響，的溶解等對形成氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的影響，用以評定被焊材料對冶金缺陷的敏感性。用以評定被焊材料對冶金缺陷的敏感性。474v使用焊接性是指焊接接頭或整個結構滿足產(chǎn)使用焊接性是指焊接接頭

4、或整個結構滿足產(chǎn)品技術條件規(guī)定的使用性能的程度。品技術條件規(guī)定的使用性能的程度。v使用性能取決于焊接結構的工作條件和設計使用性能取決于焊接結構的工作條件和設計上提出的技術要求。通常包括常規(guī)力學性能、上提出的技術要求。通常包括常規(guī)力學性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性能、持久強度、耐蝕性能和耐磨性能等。能、持久強度、耐蝕性能和耐磨性能等。4755.1.2金屬的焊接性試驗金屬的焊接性試驗 一般來說，評價焊接性的準則主要包括：一般來說，評價焊接性的準則主要包括： 一是評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制一是評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定合理的焊

5、接工藝提供依據(jù)；定合理的焊接工藝提供依據(jù)； 二是評定焊接接頭能否滿足結構使用性能的要二是評定焊接接頭能否滿足結構使用性能的要求。求。 476 焊接性試驗內(nèi)容焊接性試驗內(nèi)容 按材料的不同特點和不同使用要求、焊接性試驗內(nèi)按材料的不同特點和不同使用要求、焊接性試驗內(nèi)容有：容有：v焊縫和焊縫和HAZ抗熱裂紋能力；抗熱裂紋能力；v焊縫和焊縫和HAZ抗冷裂紋能力；抗冷裂紋能力；v焊縫接頭的抗脆性轉變能力；焊縫接頭的抗脆性轉變能力；v接頭的使用性能。包括接頭常規(guī)力學性能，對接頭的使用性能。包括接頭常規(guī)力學性能，對于在高溫、低溫、腐蝕、磨損和動載疲勞等不同環(huán)于在高溫、低溫、腐蝕、磨損和動載疲勞等不同環(huán)境中工作

6、的結構，則應根據(jù)不同要求分別進行相應境中工作的結構，則應根據(jù)不同要求分別進行相應的高溫性能、低溫性能、脆斷、抗腐蝕性、耐磨性的高溫性能、低溫性能、脆斷、抗腐蝕性、耐磨性和動載疲勞等試驗。和動載疲勞等試驗。 477 焊接性試驗方法分類焊接性試驗方法分類 模擬類方法模擬類方法v一般不需要實焊接頭，而只是利用模擬焊接熱循一般不需要實焊接頭，而只是利用模擬焊接熱循環(huán)，人為創(chuàng)造缺口或電解充氫等手段，估價金屬環(huán)，人為創(chuàng)造缺口或電解充氫等手段，估價金屬在焊接時可能發(fā)生的變化和問題，為制定合理的在焊接時可能發(fā)生的變化和問題，為制定合理的工藝條件提供依據(jù)。工藝條件提供依據(jù)。v優(yōu)點：節(jié)約材料和工時，試驗周期短，可

7、以將接優(yōu)點：節(jié)約材料和工時，試驗周期短，可以將接頭內(nèi)某一區(qū)域局部放大，從而使有些因素孤立出頭內(nèi)某一區(qū)域局部放大，從而使有些因素孤立出來，便于分析研究和尋求改善焊接性的途徑。來，便于分析研究和尋求改善焊接性的途徑。v最常用的有熱最常用的有熱應力模擬試驗、插銷試驗等。應力模擬試驗、插銷試驗等。478 實焊類方法實焊類方法v特點：在一定條件下進行焊接，通過實焊來評價焊接性，有特點：在一定條件下進行焊接，通過實焊來評價焊接性，有時是在生產(chǎn)條件下進行焊接，然后檢查焊接接頭是否發(fā)生缺時是在生產(chǎn)條件下進行焊接，然后檢查焊接接頭是否發(fā)生缺陷，或進行力學性能或其它方面的試驗。也有時是使用一定陷，或進行力學性能或

8、其它方面的試驗。也有時是使用一定形狀尺寸的試樣在規(guī)定條件下進行焊接，再作各種檢查。形狀尺寸的試樣在規(guī)定條件下進行焊接，再作各種檢查。v常用的有斜坡口對接裂紋試驗，窗口拘束試驗、剛性固定常用的有斜坡口對接裂紋試驗，窗口拘束試驗、剛性固定對接裂紋試驗以及不銹鋼晶間腐蝕試驗。對接裂紋試驗以及不銹鋼晶間腐蝕試驗。 理論計算類方法理論計算類方法v在大量生產(chǎn)和科學研究經(jīng)驗的基礎上歸納總結出來的理論計在大量生產(chǎn)和科學研究經(jīng)驗的基礎上歸納總結出來的理論計算方法，主要依據(jù)母村或焊縫金屬的化學成分，加上某些其算方法，主要依據(jù)母村或焊縫金屬的化學成分，加上某些其它條件（如接頭拘束度、焊縫擴散氫含量），然后通過一定它

9、條件（如接頭拘束度、焊縫擴散氫含量），然后通過一定的經(jīng)驗公式計算，估計冷裂、熱裂、再熱裂紋的傾向大小。的經(jīng)驗公式計算，估計冷裂、熱裂、再熱裂紋的傾向大小。v由于是經(jīng)驗公式，這類方法的應用更是有條件限制的，且多由于是經(jīng)驗公式，這類方法的應用更是有條件限制的，且多半是間接，粗略估計材料的焊接性問題。半是間接，粗略估計材料的焊接性問題。 479圖5.1 焊接性試驗方法分類4710選擇或設計焊接性試驗方法的原則選擇或設計焊接性試驗方法的原則v1針對性針對性v進行焊接性試驗的實驗條件應盡量接近實際焊接條進行焊接性試驗的實驗條件應盡量接近實際焊接條件。件。v可靠性可靠性v焊接性試驗應盡量避免人為因素的影響

10、，試驗結果焊接性試驗應盡量避免人為因素的影響，試驗結果要有較好的再現(xiàn)性，數(shù)據(jù)不可過于分散。如果實驗要有較好的再現(xiàn)性，數(shù)據(jù)不可過于分散。如果實驗結果很不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)很分散，就很難看出規(guī)律，更結果很不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)很分散，就很難看出規(guī)律，更不可能用于生產(chǎn)實踐。為此，一方面要嚴格實驗條不可能用于生產(chǎn)實踐。為此，一方面要嚴格實驗條件；另一方面還要盡可能用自動化、機械化的方法件；另一方面還要盡可能用自動化、機械化的方法取代手工操作。這樣才能保證試驗結果的可靠性。取代手工操作。這樣才能保證試驗結果的可靠性。v經(jīng)濟性經(jīng)濟性v在足以獲得可靠結果的前提下，應力求作到消耗材在足以獲得可靠結果的前提下，應力求作到消耗材料

11、少，加工周期短，試驗費用省。料少，加工周期短，試驗費用省。 47115.1.3 常用焊接性試驗方法常用焊接性試驗方法 斜斜Y形坡口焊接裂紋試驗法形坡口焊接裂紋試驗法 此試驗方法主要用于評定碳素鋼和低合金高強此試驗方法主要用于評定碳素鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性。鋼焊接熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性。試件制備試件制備v試件形狀及尺寸如圖試件形狀及尺寸如圖1-2所示，由被焊鋼材制成。所示，由被焊鋼材制成。板厚不作規(guī)定，常用板厚不作規(guī)定，常用938mm，坡口用機械切削加，坡口用機械切削加工。每一種試驗條件要制備兩塊以上試件。兩端各工。每一種試驗條件要制備兩塊以上試件。兩端各在在60mm范圍內(nèi)施

12、焊拘束焊縫，采用雙面焊透。要范圍內(nèi)施焊拘束焊縫，采用雙面焊透。要保證待焊試驗焊縫處有保證待焊試驗焊縫處有2mm裝配間隙和不產(chǎn)生角變裝配間隙和不產(chǎn)生角變形。形。4712圖5.2 試件的形狀尺寸4713 試驗條件試驗條件v推薦采用下列焊接工藝參數(shù)：推薦采用下列焊接工藝參數(shù)： 焊條直徑焊條直徑4mm，焊接電流，焊接電流(17010）A，電弧，電弧電壓電壓(242)V，焊接速度，焊接速度(15010)mm/min。v用焊條電弧焊時按圖用焊條電弧焊時按圖5-3所示施焊試驗焊縫。用焊所示施焊試驗焊縫。用焊條自動送進裝置施焊時按圖條自動送進裝置施焊時按圖5-4所示進行。只焊一所示進行。只焊一道焊縫不填滿坡口

13、，焊后道焊縫不填滿坡口，焊后48h后才進行裂紋檢測和后才進行裂紋檢測和解剖。解剖。4714圖圖5.3 焊條電弧焊試驗焊縫焊條電弧焊試驗焊縫圖圖5.4 焊條自動送進的試驗焊縫焊條自動送進的試驗焊縫4715圖圖1-5 試樣裂紋長度計算試樣裂紋長度計算 檢測與計算檢測與計算v用肉眼或手持放大鏡來檢測焊接接頭的表面和斷面是否用肉眼或手持放大鏡來檢測焊接接頭的表面和斷面是否有裂紋。并按下列方法分別計算表面、根部和斷面的裂有裂紋。并按下列方法分別計算表面、根部和斷面的裂紋率。紋率。 A、表面裂紋率、表面裂紋率Cf，見圖，見圖1-5a按下式計算：按下式計算：%100LlCff4716 B、根部裂紋率、根部裂

14、紋率Crv用適當方法著色試件，然后把它位斷或變斷，按圖用適當方法著色試件，然后把它位斷或變斷，按圖1-5b測根部裂紋長度。按下式計算測根部裂紋長度。按下式計算Cr： C 、斷面裂紋率、斷面裂紋率Csv在試驗焊縫上用機械加工等分地切出在試驗焊縫上用機械加工等分地切出46塊試樣，檢查塊試樣，檢查五個橫斷面上的裂紋深度五個橫斷面上的裂紋深度Hs(見圖見圖1-5c)。按下式計算。按下式計算Cs：%100LlCrr%100HHCss4717v可以利用裂紋率進行焊接性能評定，對于低合金鋼可以利用裂紋率進行焊接性能評定，對于低合金鋼一般認為表面裂紋率小于一般認為表面裂紋率小于20，用于生產(chǎn)是安全的，用于生產(chǎn)

15、是安全的，但不應有根部裂紋。但不應有根部裂紋。v如果試驗用的焊接工藝參數(shù)不變，用不同預熱溫度如果試驗用的焊接工藝參數(shù)不變，用不同預熱溫度進行試驗，就可以測定出防止冷裂紋的臨界預熱溫進行試驗，就可以測定出防止冷裂紋的臨界預熱溫度，作為評定鋼材冷裂紋敏感性指標。度，作為評定鋼材冷裂紋敏感性指標。4718 插銷試驗插銷試驗 此法主要是測定鋼材焊接熱影響區(qū)對冷裂紋敏感此法主要是測定鋼材焊接熱影響區(qū)對冷裂紋敏感性的一種定量試驗方法。因試驗消耗鋼材少，試驗性的一種定量試驗方法。因試驗消耗鋼材少，試驗結果穩(wěn)定可靠。結果穩(wěn)定可靠。 經(jīng)適當改變，此法還可以用于測定經(jīng)適當改變，此法還可以用于測定再熱裂紋和層狀撕裂

16、的敏感性。再熱裂紋和層狀撕裂的敏感性。基本原理基本原理v插銷試驗是把被焊鋼材作成直徑為插銷試驗是把被焊鋼材作成直徑為8mm(或或6mm)的的圓柱形試棒（即插銷圓柱形試棒（即插銷)，插入與試棒直徑相同的底板，插入與試棒直徑相同的底板孔中，其上端與底板的上表面平齊。見圖孔中，其上端與底板的上表面平齊。見圖5-6。4719圖圖5-6 插銷試棒缺口處于焊接熱影響區(qū)粗晶部位插銷試棒缺口處于焊接熱影響區(qū)粗晶部位a.環(huán)形缺口式樣，環(huán)形缺口式樣，b.螺形缺口式樣螺形缺口式樣4720v在無預熱條件下，焊后冷至在無預熱條件下，焊后冷至100-150時加載；時加載；v如有預熱，則應高出初始溫度如有預熱，則應高出初始

17、溫度50-70時加載。時加載。v規(guī)定的載荷應在規(guī)定的載荷應在1min內(nèi)，并在試棒冷卻到內(nèi)，并在試棒冷卻到100或或高出初始溫度高出初始溫度50-70以前加載完畢。如有后熱，以前加載完畢。如有后熱，應在后熱以前加載。應在后熱以前加載。4721圖圖5-7 底板的形狀及尺寸底板的形狀及尺寸v應使用置于焊縫或焊接熱影響區(qū)的熱電偶測定熱循環(huán)，并記應使用置于焊縫或焊接熱影響區(qū)的熱電偶測定熱循環(huán)，并記錄錄800-500的冷卻時間的冷卻時間t8/5，Tmax100的冷卻時間的冷卻時間t100，和，和500100的冷卻時間的冷卻時間t5/1。測點的最高溫度不得低于。測點的最高溫度不得低于1100，通常測點位于距

18、插銷兩側約通常測點位于距插銷兩側約20mm，焊道下底板的盲孔端部，焊道下底板的盲孔端部上。盲孔一般為上。盲孔一般為3。其深度為底板厚。其深度為底板厚a，見圖，見圖1-7。47224723v按前述的要求加載，插銷可能在載荷持續(xù)時間內(nèi)發(fā)按前述的要求加載，插銷可能在載荷持續(xù)時間內(nèi)發(fā)生斷裂，此時應記下承載時間。生斷裂，此時應記下承載時間。v如未發(fā)生斷裂，載荷應保持如未發(fā)生斷裂，載荷應保持16h或或24h。將試棒取下，。將試棒取下，用金相或氧化等方法檢測缺口根部是否存在裂紋。用金相或氧化等方法檢測缺口根部是否存在裂紋。v經(jīng)多次改變載荷，就可求出在試驗條件下不出現(xiàn)斷經(jīng)多次改變載荷，就可求出在試驗條件下不出

19、現(xiàn)斷裂的臨界應力裂的臨界應力cr。臨界應力。臨界應力cr可以用啟裂準則，也可以用啟裂準則，也可以用斷裂準則，但應加以注明?？梢杂脭嗔褱蕜t，但應加以注明。v根據(jù)根據(jù)cr的大小，就可以相對比較材料抵抗產(chǎn)生冷裂的大小，就可以相對比較材料抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力。紋的能力。4724 三、壓板對接（三、壓板對接（FISCO)焊接裂紋試驗法焊接裂紋試驗法 主要評定焊縫金屬熱裂紋的敏感性，也可用于某些鋼主要評定焊縫金屬熱裂紋的敏感性，也可用于某些鋼材與焊條匹配性試驗。材與焊條匹配性試驗。 試件制備試件制備 試件的形狀從尺寸見圖試件的形狀從尺寸見圖5-8。坡口形狀為。坡口形狀為I形，采用機械形，采用機械切削加工，

20、坡口附近表面要打磨干凈。切削加工，坡口附近表面要打磨干凈。 試驗裝置試驗裝置 由由C形拘束框架、齒形底座及緊固螺栓等組成，見圖形拘束框架、齒形底座及緊固螺栓等組成，見圖5-9。4725圖圖5-8 試件形狀及尺寸試件形狀及尺寸圖圖5-9 FISCO試驗裝置試驗裝置4726試驗步驟試驗步驟v將試件安裝在試驗裝置內(nèi)，在試件坡口的兩端按試驗要將試件安裝在試驗裝置內(nèi)，在試件坡口的兩端按試驗要求裝入相應尺寸的塞片，以保證坡口間隙，此間隙可在求裝入相應尺寸的塞片，以保證坡口間隙，此間隙可在0-6mm范圍內(nèi)變化。將水平方向的螺栓緊固，緊到頂住范圍內(nèi)變化。將水平方向的螺栓緊固，緊到頂住試件即可。把垂直方向的螺栓

21、用測力搬手以試件即可。把垂直方向的螺栓用測力搬手以12000N.cm的扭矩緊固好。的扭矩緊固好。v按圖按圖5-10a所示順序焊接所示順序焊接4條長約條長約40mm的試驗焊縫，焊的試驗焊縫，焊接工藝參數(shù)按生產(chǎn)上的要求確定，焊縫間距約接工藝參數(shù)按生產(chǎn)上的要求確定，焊縫間距約10mm，焊接弧坑原則上不填滿。焊接結束后約焊接弧坑原則上不填滿。焊接結束后約10min，將試件，將試件從裝置上取出，待冷至室溫后，沿焊縫縱向彎斷，觀察從裝置上取出，待冷至室溫后，沿焊縫縱向彎斷，觀察斷面有無裂紋，并測量裂紋長度，見圖斷面有無裂紋，并測量裂紋長度，見圖5-10b。4727圖圖5-10 試驗焊縫位置試驗焊縫位置47

22、28 四、可調(diào)拘束裂紋試驗法四、可調(diào)拘束裂紋試驗法v主要用于研究各種類型熱裂紋主要用于研究各種類型熱裂紋(結晶裂紋、液化裂紋結晶裂紋、液化裂紋)。v基本原理是利用焊縫凝固后期，施加不同的應變值，研基本原理是利用焊縫凝固后期，施加不同的應變值，研究產(chǎn)生裂紋的規(guī)律。當外加應變值在某一溫度區(qū)間超過究產(chǎn)生裂紋的規(guī)律。當外加應變值在某一溫度區(qū)間超過焊縫金屬或熱影響區(qū)內(nèi)塑性變形能力時，即產(chǎn)生裂紋，焊縫金屬或熱影響區(qū)內(nèi)塑性變形能力時，即產(chǎn)生裂紋，就以此來評定產(chǎn)生熱裂紋的敏感性。就以此來評定產(chǎn)生熱裂紋的敏感性。4729v對焊接區(qū)施加的應變值是由對焊接區(qū)施加的應變值是由外加載荷外加載荷P的作用下使試件彎的作用下

23、使試件彎曲變形而獲得。曲變形而獲得。v根據(jù)試驗目的不同，可確定根據(jù)試驗目的不同，可確定進行橫向或縱向可調(diào)拘束裂進行橫向或縱向可調(diào)拘束裂紋試驗，兩者可在同一臺試紋試驗，兩者可在同一臺試驗機上進行。驗機上進行。圖圖5-11 可拘束裂紋試驗示意圖可拘束裂紋試驗示意圖4730 五、其他焊接性試驗方法五、其他焊接性試驗方法4731 1、拉伸拘束裂紋試驗（、拉伸拘束裂紋試驗（TRC） 基本原理是模擬焊接接頭承受的平均拘束應力，基本原理是模擬焊接接頭承受的平均拘束應力，在一定坡口形狀和一定尺寸的試板間施焊后，冷到在一定坡口形狀和一定尺寸的試板間施焊后，冷到規(guī)定溫度時在焊縫橫向施加一個恒定的載荷，直到規(guī)定溫度

24、時在焊縫橫向施加一個恒定的載荷，直到發(fā)生啟裂或斷裂。發(fā)生啟裂或斷裂。 調(diào)整載荷，可以求得加載調(diào)整載荷，可以求得加載24h而不發(fā)生開裂的臨而不發(fā)生開裂的臨界應力。根據(jù)臨界應力的大小，即可評定冷裂紋敏界應力。根據(jù)臨界應力的大小，即可評定冷裂紋敏感性。試驗結果常與插銷試驗一致。感性。試驗結果常與插銷試驗一致。4732 2、剛性拘束裂紋試驗（、剛性拘束裂紋試驗（RRC）v基本原理是模擬焊接接頭承受外部拘束，由于接頭冷卻基本原理是模擬焊接接頭承受外部拘束，由于接頭冷卻時金屬收縮產(chǎn)生的應力而引起的裂紋。此試驗比時金屬收縮產(chǎn)生的應力而引起的裂紋。此試驗比TRC試試驗的恒定拉伸更接近實際焊接的情況。驗的恒定拉

25、伸更接近實際焊接的情況。 3、剛性固定對接裂紋試驗、剛性固定對接裂紋試驗v此法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，也可以此法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，也可以測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向。測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向。 4、窗口拘束裂紋試驗、窗口拘束裂紋試驗v此法主要用于測試多層焊時焊縫橫向冷裂及熱裂的敏感此法主要用于測試多層焊時焊縫橫向冷裂及熱裂的敏感性，為選擇焊接材料及確定工藝條件提供依據(jù)。性，為選擇焊接材料及確定工藝條件提供依據(jù)。4733 5、Z向拉伸試驗法向拉伸試驗法v此法是利用鋼板厚度方向此法是利用鋼板厚度方向(即即Z向向)的斷面收縮率來評定的斷面收縮率來評定鋼材的層狀撕裂敏感性

26、。鋼材的層狀撕裂敏感性。 6、Z向窗口試驗法向窗口試驗法v此試驗是一種模擬實際層狀撕裂的試驗力法。此試驗是一種模擬實際層狀撕裂的試驗力法。4734 5.2 碳鋼的焊接碳鋼的焊接v5.2.1 碳鋼的分類碳鋼的分類 按碳量分：按碳量分：v （1）低碳鋼）低碳鋼 0.3；v （2）中碳鋼）中碳鋼 =0.300.60；v (3) 高碳鋼高碳鋼 0.6。 4735 按用途分：按用途分：v （1）結構鋼）結構鋼 用來制造各種金屬構件和機器零件；用來制造各種金屬構件和機器零件；v (2) 工具鋼工具鋼 用來制造各種工具（量具、刃具、模具）。用來制造各種工具（量具、刃具、模具）。 按質量分，根據(jù)鋼中有害雜質硫

27、和磷的含量分成：按質量分，根據(jù)鋼中有害雜質硫和磷的含量分成：v （1）普通碳素鋼）普通碳素鋼 S0.050%， P0.050；v （2）優(yōu)質碳素鋼）優(yōu)質碳素鋼 0.035，0.035v （3）高級優(yōu)質碳素鋼）高級優(yōu)質碳素鋼 0.030，0.030。 按鋼材脫氧程度的不同分：按鋼材脫氧程度的不同分：v （1）沸騰鋼；）沸騰鋼；v （2）半鎮(zhèn)靜鋼；）半鎮(zhèn)靜鋼；v （3）鎮(zhèn)靜鋼。）鎮(zhèn)靜鋼。 4736 5.2.2 低碳鋼的焊接低碳鋼的焊接 （一）低碳鋼的焊接性分析（一）低碳鋼的焊接性分析v低碳鋼合碳量低，錳、硅含量少，一般情況下不會低碳鋼合碳量低，錳、硅含量少，一般情況下不會因焊接而引起嚴重硬化組織或

28、淬火組織。因焊接而引起嚴重硬化組織或淬火組織。v這種鋼的母材和焊接接頭塑性和韌性很好，焊接時這種鋼的母材和焊接接頭塑性和韌性很好，焊接時一般不需預熱、層間溫度和后熱，焊后也不必采用一般不需預熱、層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織。整個焊接過程中不需特殊的工藝熱處理改善組織。整個焊接過程中不需特殊的工藝措施，其焊接性優(yōu)良。措施，其焊接性優(yōu)良。4737 少數(shù)情況下，低碳鋼的焊接性也會不好：少數(shù)情況下，低碳鋼的焊接性也會不好：v 1舊冶煉方法生產(chǎn)的轉爐鋼，含舊冶煉方法生產(chǎn)的轉爐鋼，含N量高，雜質較多，冷脆量高，雜質較多，冷脆性大，時效敏感性大，焊接性差。性大，時效敏感性大，焊接性差。v 2

29、沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，S、P等雜質的分布不等雜質的分布不均勻，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也大。均勻，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也大。v 3母材成分不合格時，焊接時可能出現(xiàn)裂紋。母材成分不合格時，焊接時可能出現(xiàn)裂紋。v 4焊條質量不好時，焊縫也可能出現(xiàn)裂紋。焊條質量不好時，焊縫也可能出現(xiàn)裂紋。v 5某些焊接方法可能給低碳鋼的焊接質量帶來麻煩。如埋某些焊接方法可能給低碳鋼的焊接質量帶來麻煩。如埋弧焊的焊接線能量較大，會使焊接弧焊的焊接線能量較大，會使焊接HAZ的粗晶區(qū)晶粒更加粗的粗晶區(qū)晶粒更加粗大而沖擊韌性降低。大而沖擊韌性降低。 4738

30、 （二）低碳鋼的焊接工藝特點（二）低碳鋼的焊接工藝特點v低碳鋼的手工電弧焊：低碳鋼的手工電弧焊： 1焊條的選擇焊條的選擇v用于低碳鋼的焊條主要采用用于低碳鋼的焊條主要采用E43XX系列的焊條（系列的焊條（J42型）。型）。普通的焊接結構可采用酸性焊條如普通的焊接結構可采用酸性焊條如J422、J423、J424、J425。受動載或低溫下（受動載或低溫下（-40以上）工作的重要結構以及厚度大、以上）工作的重要結構以及厚度大、剛性大的結構可選用堿性焊條如剛性大的結構可選用堿性焊條如J426、J427、結、結J506、J507等。等。v薄板立焊時，為提高焊接效率可采用薄板立焊時，為提高焊接效率可采用J

31、420焊條。管子的封底焊條。管子的封底焊縫，為保證焊透又不出現(xiàn)氣孔和裂紋可采用焊縫，為保證焊透又不出現(xiàn)氣孔和裂紋可采用J500焊條。焊條。 4739 2. 焊接工藝焊接工藝v焊前一定要把焊件坡口附近的鐵銹、油污等清理干凈，尤其焊前一定要把焊件坡口附近的鐵銹、油污等清理干凈，尤其用堿性焊條時更應徹底清理干凈，否則易出現(xiàn)氣孔。用堿性焊條時更應徹底清理干凈，否則易出現(xiàn)氣孔。v焊接電流不能太大，以免因晶粒長大，產(chǎn)生魏氏組織而降低焊接電流不能太大，以免因晶粒長大，產(chǎn)生魏氏組織而降低接頭的塑性和沖擊韌性。接頭的塑性和沖擊韌性。v采用短弧焊接，特別用堿性焊條時更應保持短弧和不斷弧，采用短弧焊接，特別用堿性焊

32、條時更應保持短弧和不斷弧，以加強對熔池的保護。焊接時，應使焊縫有自由伸縮的余地，以加強對熔池的保護。焊接時，應使焊縫有自由伸縮的余地，以降低焊接殘余應力。以降低焊接殘余應力。v剛度大的焊件應采用預熱。剛度大的焊件應采用預熱。 4740 3. 低溫下的焊接技術低溫下的焊接技術v低碳鋼在低溫下焊接時容易產(chǎn)冷裂紋，特別是厚度大和剛性低碳鋼在低溫下焊接時容易產(chǎn)冷裂紋，特別是厚度大和剛性大的焊件，大的焊件，焊前應采取預熱焊前應采取預熱。v焊接時應防止未焊透、弧坑裂紋、咬邊、夾渣等缺陷，因為焊接時應防止未焊透、弧坑裂紋、咬邊、夾渣等缺陷，因為它們可能成為引起脆斷的裂紋源。它們可能成為引起脆斷的裂紋源。v整

33、條焊縫應連續(xù)焊完，盡量不要中斷。整條焊縫應連續(xù)焊完，盡量不要中斷。v點固焊時適當加大電流、減慢焊速、增加焊縫的截面和長度。點固焊時適當加大電流、減慢焊速、增加焊縫的截面和長度。v應選用低氫和超低氫焊接材料。應選用低氫和超低氫焊接材料。 4741v低碳鋼的埋弧自動焊：低碳鋼的埋弧自動焊： 1. 焊接材料的選擇焊接材料的選擇v可選用焊絲可選用焊絲H08A、H08MnA配合焊劑配合焊劑HJ431、HJ430、HJ433。也可用焊絲。也可用焊絲H10MnA、H10Mn2A配合配合HJ 130。 2. 焊接工藝焊接工藝v焊前需烘干焊劑，烘干溫度為焊前需烘干焊劑，烘干溫度為250左右，保溫左右，保溫12小

34、時，烘小時，烘干后焊劑含水量不得超過干后焊劑含水量不得超過0.1；v焊接處必須清除鐵銹、油污、水分等雜質，以防焊縫氣孔等焊接處必須清除鐵銹、油污、水分等雜質，以防焊縫氣孔等缺陷。缺陷。v板厚大于板厚大于40mm的鋼板和剛度較大的焊件應預熱到的鋼板和剛度較大的焊件應預熱到150以上。以上。 4742 5.2.3 中、高碳鋼的焊接中、高碳鋼的焊接 （一）中碳鋼的焊接（一）中碳鋼的焊接 1. 中碳鋼的焊接性分析中碳鋼的焊接性分析v中碳鋼的焊接性較差。中碳鋼含碳量中碳鋼的焊接性較差。中碳鋼含碳量0.300.60。v當含碳量接近當含碳量接近0.30而含而含Mn量不高時，焊接性良好。隨著量不高時，焊接性良

35、好。隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差。如果含碳量為含碳量的增加，焊接性逐漸變差。如果含碳量為0.50左右左右而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊時，則可能產(chǎn)生硬而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊時，則可能產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，易于開裂。脆的馬氏體組織，易于開裂。v當焊接材料和焊接過程控制不好時，甚至焊縫也如此。當焊接材料和焊接過程控制不好時，甚至焊縫也如此。4743v焊接時，相當數(shù)量母材會熔化進入焊縫，如第一層焊縫的熔焊接時，相當數(shù)量母材會熔化進入焊縫，如第一層焊縫的熔合比約為合比約為30左右，使焊縫含碳量增高，容易產(chǎn)生焊縫熱裂左右，使焊縫含碳量增高，容易產(chǎn)生焊縫熱裂紋。特別是當紋。特別是當S控制不嚴時

36、，更易顯示出來?？刂撇粐罆r，更易顯示出來。v此外由于含碳量增高，氣孔敏感性也增大。此外由于含碳量增高，氣孔敏感性也增大。 4744 2. 焊接材料的選擇焊接材料的選擇v應盡量選用低氫型焊接材料。應盡量選用低氫型焊接材料。（1）不能用提高含碳量的辦法使之與母材等強，應盡量）不能用提高含碳量的辦法使之與母材等強，應盡量減少焊縫中的含碳量。盡可能選擇抗裂性好的低氫焊條，減少焊縫中的含碳量。盡可能選擇抗裂性好的低氫焊條，個別情況下通過控制預熱溫度和減少熔合比時，也可采個別情況下通過控制預熱溫度和減少熔合比時，也可采用鈦鈣型或鈦鐵礦型焊條。用鈦鈣型或鈦鐵礦型焊條。（2）接頭不要求等強度時，應選用強度較低

37、的焊條，如）接頭不要求等強度時，應選用強度較低的焊條，如J427 、J426，以防止裂紋。，以防止裂紋。（3）特殊情況下，可采用奧氏體焊條如）特殊情況下，可采用奧氏體焊條如A102、A107、A302、A307、A402、A407來焊接和焊補中碳鋼，焊前不來焊接和焊補中碳鋼，焊前不預熱也不會產(chǎn)生冷裂紋。預熱也不會產(chǎn)生冷裂紋。4745 3. 焊接和焊補工藝要點焊接和焊補工藝要點 （1）焊前一定要嚴格烘干焊條。）焊前一定要嚴格烘干焊條。 （2）預熱和控制層間溫度是焊接中碳鋼的主要工藝措施。預）預熱和控制層間溫度是焊接中碳鋼的主要工藝措施。預熱溫度根據(jù)焊件厚度、母材含碳量、結構剛度等因素確定。熱溫度根據(jù)焊件厚度、母材含碳量、結構剛度等因素確定。 （3）盡量采用形坡口，如果補焊鑄件缺陷，鏟挖的坡口外）盡量采用形坡口，如果補