金屬材料的焊接性和焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、1第十三章第十三章 金屬材料的焊接性能金屬材料的焊接性能 第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的可焊性金屬材料的可焊性第二節(jié)第二節(jié) 碳鋼的焊接碳鋼的焊接第四節(jié)第四節(jié) 鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵的焊補(bǔ)第五節(jié)第五節(jié) 有色金屬的焊接有色金屬的焊接第三節(jié)第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接2第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料焊接性的概念及評(píng)估方法金屬材料焊接性的概念及評(píng)估方法一、可焊性的概念一、可焊性的概念 金屬材料的可焊性，是指被焊金屬在金屬材料的可焊性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度度，

2、即，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，金屬材料在一定的焊接工藝條件下，獲得獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度易程度。p焊接性包括兩個(gè)方面：焊接性包括兩個(gè)方面：一一是工藝焊接性是工藝焊接性 主要是指焊接主要是指焊接接頭接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，尤其是出現(xiàn)各種，尤其是出現(xiàn)各種裂裂紋紋的可能性；的可能性；二是使用焊接性二是使用焊接性 主要是指焊接主要是指焊接接頭接頭在使用中的在使用中的可靠性可靠性，包括焊接接頭的，包括焊接接頭的力學(xué)力學(xué)性能及其它特殊性能性能及其它特殊性能( (如耐熱、耐蝕性能等如耐熱、耐蝕性能等) )。3金屬材料的焊接性可通過(guò)金屬材料的焊接性可通過(guò)估算估算和

3、和試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法來(lái)確定。來(lái)確定。二、估算鋼材可焊性的方法二、估算鋼材可焊性的方法碳當(dāng)量法：碳當(dāng)量法：碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式為：碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式為：15)()(5)()()(6)()()(CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEw 各種化學(xué)元素對(duì)各種化學(xué)元素對(duì)焊縫組織性能焊縫組織性能、夾雜物的分布夾雜物的分布以及對(duì)以及對(duì)焊接焊接熱影響區(qū)的淬硬程度熱影響區(qū)的淬硬程度等的影響不同，對(duì)產(chǎn)生裂紋傾向的影響也等的影響不同，對(duì)產(chǎn)生裂紋傾向的影響也不同。不同。 在各種元素中，在各種元素中，碳的影響最為明顯碳的影響最為明顯，其它元素的影響可折合其它元素的影響可折合成碳的影響成碳

4、的影響。影響鋼材焊接性的主要因素是化學(xué)成分。影響鋼材焊接性的主要因素是化學(xué)成分。4根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：p C當(dāng)量當(dāng)量0.4%時(shí)，時(shí)，鋼材塑性良好，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯淬硬傾向不明顯，可焊可焊性良好性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件。在一般的焊接工藝條件下，焊件不會(huì)產(chǎn)生裂縫不會(huì)產(chǎn)生裂縫，但但對(duì)厚大工件或低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱對(duì)厚大工件或低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱。p C當(dāng)量當(dāng)量=0.4%0.6%時(shí)，時(shí)，鋼材塑性下降，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯淬硬傾向明顯，可可焊性較差焊性較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)注意緩冷，要焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫

5、。采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。p C當(dāng)量當(dāng)量0.6%時(shí)，時(shí)，鋼材塑性較低，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)淬硬傾向很強(qiáng)，可焊性可焊性不好不好。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)要采取減少焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)要采取減少焊接應(yīng)力和防止開(kāi)裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幒附討?yīng)力和防止開(kāi)裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，才能保證焊接接頭質(zhì)量。理，才能保證焊接接頭質(zhì)量。5三、小型抗裂試驗(yàn)三、小型抗裂試驗(yàn) 從應(yīng)用一般從應(yīng)用一般焊接工藝焊接工藝焊焊后后試板有無(wú)裂縫或裂縫試板有無(wú)裂縫或裂縫多少多少，可初步評(píng)定材料的，可初步評(píng)定材料的可焊性好壞；若有裂縫，可焊性好壞；若有裂縫，應(yīng)調(diào)整工藝（

6、如預(yù)熱、緩應(yīng)調(diào)整工藝（如預(yù)熱、緩冷等）再焊接試板，直至冷等）再焊接試板，直至達(dá)到不裂。因此可通過(guò)參達(dá)到不裂。因此可通過(guò)參考抗裂試驗(yàn)制訂出合理的考抗裂試驗(yàn)制訂出合理的焊接工藝規(guī)程與規(guī)范。焊接工藝規(guī)程與規(guī)范。6第二節(jié)第二節(jié) 碳鋼的焊接碳鋼的焊接 低碳鋼含碳量不大于低碳鋼含碳量不大于0.25%，塑性好，一般沒(méi)有淬硬傾向，對(duì)焊，塑性好，一般沒(méi)有淬硬傾向，對(duì)焊接熱過(guò)程不敏感，可焊性良好。焊這類(lèi)鋼時(shí)，不需要采取特殊的接熱過(guò)程不敏感，可焊性良好。焊這類(lèi)鋼時(shí)，不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需要進(jìn)行熱處理（電渣焊除外）。工藝措施，通常在焊后也不需要進(jìn)行熱處理（電渣焊除外）。一、一、 低碳鋼的焊接低碳鋼

7、的焊接 低碳鋼低碳鋼可以用可以用各種焊接方法各種焊接方法進(jìn)行焊接。進(jìn)行焊接。 應(yīng)用最廣泛的：應(yīng)用最廣泛的：焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等護(hù)焊和電阻焊等。 熔焊法熔焊法焊接結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，焊接材料及工藝的選擇主要焊接結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，焊接材料及工藝的選擇主要應(yīng)保證應(yīng)保證焊接接頭與工件材料等強(qiáng)度焊接接頭與工件材料等強(qiáng)度。 7焊條電弧焊焊條電弧焊焊接一般焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)低碳鋼結(jié)構(gòu)，可選用，可選用E4313(J421)、E4303(J422)、E4320(J424)焊條。焊條。 焊接動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用焊接動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)

8、選用E4316(J426)、E4315(J427)或或E5015(J507)焊條。焊條。 埋弧焊埋弧焊時(shí)，一般采用時(shí)，一般采用H08A或或H08MnA焊絲配焊劑焊絲配焊劑431進(jìn)行進(jìn)行焊接。焊接。二、二、 中、高碳鋼的焊接中、高碳鋼的焊接 中碳鋼含碳量在中碳鋼含碳量在0.25%0.6%之間，隨含碳量的增加，之間，隨含碳量的增加，淬硬傾向淬硬傾向愈發(fā)明顯，可焊性逐漸變差愈發(fā)明顯，可焊性逐漸變差。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，主要是焊接各種中在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，主要是焊接各種中碳鋼的鑄鋼件與鍛件。碳鋼的鑄鋼件與鍛件。8熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂縫熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂縫 中碳鋼屬于易淬火鋼，熱中碳鋼屬于易淬

9、火鋼，熱影響區(qū)被影響區(qū)被加熱超過(guò)淬火溫度的加熱超過(guò)淬火溫度的區(qū)段時(shí)區(qū)段時(shí)，受工件低溫部分的，受工件低溫部分的迅迅速冷卻作用速冷卻作用，將出現(xiàn)，將出現(xiàn)馬氏體等馬氏體等淬硬組織淬硬組織。如焊件剛性較大或如焊件剛性較大或工藝不恰當(dāng)時(shí)工藝不恰當(dāng)時(shí)，就會(huì)在淬火區(qū)，就會(huì)在淬火區(qū)產(chǎn)生冷裂縫產(chǎn)生冷裂縫，即焊接接頭焊后，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到冷卻到相變溫度以下或冷卻到常溫后常溫后產(chǎn)生裂縫產(chǎn)生裂縫。p中碳鋼的焊接特點(diǎn)：中碳鋼的焊接特點(diǎn)：9焊縫金屬熱裂縫傾向較大焊縫金屬熱裂縫傾向較大 焊接中碳鋼時(shí)，因母材含碳量與焊接中碳鋼時(shí)，因母材含碳量與硫、磷雜質(zhì)硫、磷雜質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊條鋼芯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊條鋼芯，母

10、材熔化后進(jìn)入熔池母材熔化后進(jìn)入熔池，使，使焊焊縫金屬含碳量增加塑性下降縫金屬含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低熔點(diǎn)，加上硫、磷低熔點(diǎn)雜質(zhì)的存在，焊縫及熔合區(qū)在相變前就可能雜質(zhì)的存在，焊縫及熔合區(qū)在相變前就可能因內(nèi)因內(nèi)應(yīng)力而應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫產(chǎn)生裂縫。10焊接前：焊接前： 焊接中碳鋼構(gòu)件，焊接中碳鋼構(gòu)件，焊前必須進(jìn)行預(yù)熱焊前必須進(jìn)行預(yù)熱，使焊接時(shí)工件各部，使焊接時(shí)工件各部分的溫差小，以分的溫差小，以減小焊接應(yīng)力減小焊接應(yīng)力，同時(shí)，同時(shí)減慢熱影響區(qū)的冷卻速度減慢熱影響區(qū)的冷卻速度，避免產(chǎn)生淬硬組織避免產(chǎn)生淬硬組織。 一般情況下，一般情況下，3535鋼和鋼和4545鋼的預(yù)熱溫度可選為鋼的預(yù)熱溫度可選為15

11、0150250250。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度較大或鋼材含碳量更高時(shí)剛度較大或鋼材含碳量更高時(shí)，預(yù)熱溫度應(yīng)再提高些。，預(yù)熱溫度應(yīng)再提高些。焊接后：焊接后： 由于中碳鋼主要用于制造各類(lèi)機(jī)器零件，焊縫一般有一定由于中碳鋼主要用于制造各類(lèi)機(jī)器零件，焊縫一般有一定的厚度，但長(zhǎng)度不大：的厚度，但長(zhǎng)度不大： 焊接中碳鋼多焊接中碳鋼多采用焊條電弧焊采用焊條電弧焊。 厚件可考慮采用電渣焊，但焊后要進(jìn)行厚件可考慮采用電渣焊，但焊后要進(jìn)行相應(yīng)的熱處理相應(yīng)的熱處理。11焊條選擇焊條選擇 焊接中碳鋼焊件，焊接中碳鋼焊件，應(yīng)選用抗裂能力較強(qiáng)的低氫型焊條應(yīng)選用抗裂能力較強(qiáng)的低氫型焊條（堿性堿性焊條）。焊條）。 要求焊縫與工件材料等強(qiáng)

12、度時(shí)要求焊縫與工件材料等強(qiáng)度時(shí)，可根據(jù)鋼材強(qiáng)度選用，可根據(jù)鋼材強(qiáng)度選用E5016(J506)、E5015(J507)、E6016D1(J606)、E6015D1(J607)焊條。焊條。 若若不要求等強(qiáng)度時(shí)不要求等強(qiáng)度時(shí)，可選用，可選用E4315 (J427)型強(qiáng)度低些的焊條，型強(qiáng)度低些的焊條，以提高焊縫的塑性。以提高焊縫的塑性。 不論用哪種焊條焊接中碳鋼件，均應(yīng)選用不論用哪種焊條焊接中碳鋼件，均應(yīng)選用細(xì)焊條、小電流，細(xì)焊條、小電流，開(kāi)坡口進(jìn)行多層焊開(kāi)坡口進(jìn)行多層焊，以防止，以防止工件材料過(guò)多地熔入焊縫工件材料過(guò)多地熔入焊縫，同時(shí)減，同時(shí)減小焊接熱影響區(qū)的寬度。小焊接熱影響區(qū)的寬度。12p高碳鋼

13、的焊接：高碳鋼的焊接：特點(diǎn)：特點(diǎn)：高碳鋼的焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相似。由于含高碳鋼的焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相似。由于含碳量更高，碳量更高，焊接性變得更差焊接性變得更差。工藝：工藝：進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)采用進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)采用更高的預(yù)熱溫度更高的預(yù)熱溫度、更嚴(yán)格、更嚴(yán)格的工藝措施。的工藝措施。應(yīng)用：應(yīng)用：實(shí)際上，高碳鋼的焊接一般實(shí)際上，高碳鋼的焊接一般只限采用焊條電弧只限采用焊條電弧焊焊進(jìn)行修補(bǔ)工進(jìn)行修補(bǔ)工作。作。13 合金結(jié)構(gòu)鋼分類(lèi)：合金結(jié)構(gòu)鋼分類(lèi)：機(jī)械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼 用于機(jī)械制造的用于機(jī)械制造的合金結(jié)構(gòu)鋼零件合金結(jié)構(gòu)鋼零件( (包括調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼包括調(diào)質(zhì)鋼、

14、滲碳鋼) )，一般都一般都采用軋制采用軋制或或鍛造鍛造的的坯料坯料，焊接結(jié)構(gòu)較少焊接結(jié)構(gòu)較少。 如需焊接，因其焊接性與中碳鋼相似，所以其如需焊接，因其焊接性與中碳鋼相似，所以其焊接工藝措焊接工藝措施與中碳鋼基本相同施與中碳鋼基本相同。第三節(jié)第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接14 焊接結(jié)構(gòu)中，用得最多的是焊接結(jié)構(gòu)中，用得最多的是低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼，又稱(chēng)低合，又稱(chēng)低合金高強(qiáng)鋼金高強(qiáng)鋼。其焊接特點(diǎn)如下：其焊接特點(diǎn)如下：(1) 熱影響區(qū)的淬硬傾向熱影響區(qū)的淬硬傾向 低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)，低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)可能熱影響區(qū)可能產(chǎn)生淬硬組織產(chǎn)生淬硬組織，淬硬程度淬硬程度與鋼材的與鋼材的化學(xué)

15、成分化學(xué)成分和和強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)度級(jí)別有關(guān)有關(guān)。鋼中鋼中含碳含碳及及合金合金元素元素越多越多，鋼材鋼材強(qiáng)度級(jí)別越高強(qiáng)度級(jí)別越高，則則焊后熱影響區(qū)的焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向越大淬硬傾向越大。 如如300 MPa級(jí)的級(jí)的09Mn2、09Mn2Si等鋼材的淬硬傾向很小，其等鋼材的淬硬傾向很小，其焊接性與一般焊接性與一般低碳鋼基本一樣低碳鋼基本一樣。 350 MPa級(jí)的級(jí)的 Q345(即即16Mn)鋼淬硬傾向也不大，但當(dāng)實(shí)際含碳量接近允許鋼淬硬傾向也不大，但當(dāng)實(shí)際含碳量接近允許上限或焊接參數(shù)不當(dāng)時(shí)，過(guò)熱區(qū)也完全可能出現(xiàn)上限或焊接參數(shù)不當(dāng)時(shí)，過(guò)熱區(qū)也完全可能出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織馬氏體等淬硬組織。 強(qiáng)度強(qiáng)度級(jí)別大

16、于級(jí)別大于450MPa級(jí)的級(jí)的低合金鋼低合金鋼，淬硬傾向增加淬硬傾向增加，熱影響，熱影響區(qū)容易區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織產(chǎn)生馬氏體組織，硬度明顯增高，塑性和韌度則下降。，硬度明顯增高，塑性和韌度則下降。15(2) 焊接接頭的裂紋傾向焊接接頭的裂紋傾向 隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，產(chǎn)生冷裂紋的傾向也加劇隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，產(chǎn)生冷裂紋的傾向也加劇。 影響影響冷裂紋冷裂紋的因素主要有三個(gè)方面：的因素主要有三個(gè)方面：l焊縫及熱影響區(qū)的焊縫及熱影響區(qū)的含氫量含氫量；l熱影響區(qū)的熱影響區(qū)的淬硬程度淬硬程度；l焊接接頭的焊接接頭的應(yīng)力大小應(yīng)力大小。 對(duì)于熱裂紋，由于我國(guó)對(duì)于熱裂紋，由于我國(guó)低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼

17、系統(tǒng)其含碳量低，且系統(tǒng)其含碳量低，且大部分含有一定的錳，對(duì)脫硫有利。因此大部分含有一定的錳，對(duì)脫硫有利。因此產(chǎn)生產(chǎn)生熱裂紋熱裂紋的傾向不的傾向不大大。16 根據(jù)低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接特點(diǎn)，生產(chǎn)中可分別采取根據(jù)低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接特點(diǎn)，生產(chǎn)中可分別采取以下以下措施進(jìn)行焊接措施進(jìn)行焊接。對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼材：對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼材：l在在常溫下常溫下焊接時(shí)與對(duì)待焊接時(shí)與對(duì)待低碳鋼低碳鋼基本一樣。基本一樣。l在在低溫低溫或在或在大剛度、大厚度構(gòu)件上大剛度、大厚度構(gòu)件上進(jìn)行進(jìn)行小焊腳小焊腳、短焊縫焊接短焊縫焊接時(shí)，應(yīng)防止出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)防止出現(xiàn)淬硬組織淬硬組織，要適當(dāng)，要適當(dāng)增大焊接電流增大焊接電流、減慢焊接速

18、減慢焊接速度度、選用、選用抗裂性強(qiáng)的低氫型焊條抗裂性強(qiáng)的低氫型焊條。必要時(shí)需采用。必要時(shí)需采用預(yù)熱措施預(yù)熱措施。l對(duì)對(duì)鍋爐、受壓容器等重要構(gòu)件鍋爐、受壓容器等重要構(gòu)件，當(dāng)厚度大于，當(dāng)厚度大于20 mm時(shí)，焊后時(shí)，焊后必須必須進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力。17 不同環(huán)境溫度的預(yù)熱要求：不同環(huán)境溫度的預(yù)熱要求： 工件厚度工件厚度/mm：16以下，不低于以下，不低于-10不預(yù)熱不預(yù)熱, -10以以下預(yù)熱下預(yù)熱100150 工件厚度工件厚度/mm：1624，不低于，不低于-5不預(yù)熱不預(yù)熱 ,-5以下以下預(yù)熱預(yù)熱100150 工件厚度工件厚度/mm：2440，不低于，不低于0不預(yù)熱不

19、預(yù)熱, 0以下以下預(yù)熱預(yù)熱100150 工件厚度工件厚度/mm：40以上，均應(yīng)預(yù)熱以上，均應(yīng)預(yù)熱100150低合金鋼的焊接措施低合金鋼的焊接措施18對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別高的低合金結(jié)構(gòu)鋼件：對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別高的低合金結(jié)構(gòu)鋼件：l焊前一般均需預(yù)熱。焊前一般均需預(yù)熱。l焊接時(shí)，應(yīng)焊接時(shí)，應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)調(diào)整焊接參數(shù)，以控制熱影響的，以控制熱影響的冷卻速度不宜過(guò)冷卻速度不宜過(guò)快快。l焊后還應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力焊后還應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力。不能立即熱處理時(shí)，可。不能立即熱處理時(shí)，可先先進(jìn)行消氫處理進(jìn)行消氫處理，即焊后立即將工件加熱到，即焊后立即將工件加熱到200350，保溫，保溫26 h，以加速氫擴(kuò)散逸出，防止

20、產(chǎn)生因氫引起的冷裂紋。，以加速氫擴(kuò)散逸出，防止產(chǎn)生因氫引起的冷裂紋。1920第四節(jié)第四節(jié) 鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵的焊補(bǔ)一、鑄鐵的焊接特點(diǎn)：一、鑄鐵的焊接特點(diǎn)： 熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織；易產(chǎn)生裂縫；易產(chǎn)生氣孔；只適于熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織；易產(chǎn)生裂縫；易產(chǎn)生氣孔；只適于平焊。平焊。 熱焊法是焊前將工件整體或局部預(yù)熱到熱焊法是焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600600700700，焊后，焊后緩慢冷卻。緩慢冷卻。 熱焊法可防止工件產(chǎn)生白口組織和裂縫，焊補(bǔ)質(zhì)量較好，熱焊法可防止工件產(chǎn)生白口組織和裂縫，焊補(bǔ)質(zhì)量較好，焊后可以進(jìn)行機(jī)械加工。但熱焊法成本較高，生產(chǎn)率低，焊工焊后可以進(jìn)行機(jī)械加工。但熱焊法成本較高，生產(chǎn)率低，

21、焊工勞動(dòng)條件差。勞動(dòng)條件差。 一般用于焊補(bǔ)形狀復(fù)雜焊后需要加工的重要鑄件，如床頭一般用于焊補(bǔ)形狀復(fù)雜焊后需要加工的重要鑄件，如床頭箱、汽缸體等。箱、汽缸體等。二、熱焊法二、熱焊法21三、冷焊法三、冷焊法 焊補(bǔ)之前，工件不預(yù)熱或只進(jìn)行焊補(bǔ)之前，工件不預(yù)熱或只進(jìn)行400400以下低溫預(yù)熱的焊補(bǔ)以下低溫預(yù)熱的焊補(bǔ)方法通常稱(chēng)為冷焊法，主要依靠焊條來(lái)調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防方法通常稱(chēng)為冷焊法，主要依靠焊條來(lái)調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防止或減少白口組織和避免裂縫。冷焊法方便靈活生產(chǎn)率高、成止或減少白口組織和避免裂縫。冷焊法方便靈活生產(chǎn)率高、成本低、勞動(dòng)條件好。但焊接處切削加工性能較差。生產(chǎn)中多用本低、勞動(dòng)條件好。但焊

22、接處切削加工性能較差。生產(chǎn)中多用于焊補(bǔ)要求不高的鑄件以及怕高溫預(yù)熱引起變形的工件。于焊補(bǔ)要求不高的鑄件以及怕高溫預(yù)熱引起變形的工件。 焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（每焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（每段不大于段不大于50mm50mm）并在焊后及時(shí)輕輕錘擊焊縫以松弛應(yīng)力，防止）并在焊后及時(shí)輕輕錘擊焊縫以松弛應(yīng)力，防止焊后開(kāi)裂。焊后開(kāi)裂。 常用的焊條有：常用的焊條有： 1. 1. 鋼芯鑄鐵焊條；高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵的補(bǔ)焊。鋼芯鑄鐵焊條；高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵的補(bǔ)焊。 2. 2. 鎳基鑄鐵焊條；重要鑄件加工面的補(bǔ)焊。鎳基鑄鐵焊條；重要鑄件加工面的補(bǔ)焊。 3. 3. 銅

23、基鑄鐵焊條。一般灰鑄鐵的補(bǔ)焊。銅基鑄鐵焊條。一般灰鑄鐵的補(bǔ)焊。22第五節(jié)第五節(jié) 有色金屬的焊接有色金屬的焊接一、銅及銅合金的焊接 銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多，其原因是： 銅的導(dǎo)熱性很高（紫銅約為低碳鋼的8倍），焊接時(shí)熱量極易散失。因此，焊前工件要預(yù)熱，焊接時(shí)要選用較大電流或火焰，否則容易造成焊不透缺陷。 銅在液態(tài)易氧化，生成的Cu2O與銅組成低熔點(diǎn)共晶，分布在晶界形成薄弱環(huán)節(jié)；又因銅的膨脹系數(shù)大，凝固時(shí)收縮率也大，容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。因此，焊接過(guò)程中極易引起開(kāi)裂。23 銅在液態(tài)時(shí)吸氣性強(qiáng)，特別容易吸氫。凝固時(shí)氣體從熔液中析出，來(lái)不及逸出就會(huì)生成氣孔。 銅的電阻極小，不適于電阻焊接。

24、銅合金中的合金元素有的比銅更易氧化，使焊接的困難增大。例如黃銅（銅鋅合金）中的鋅沸點(diǎn)很低，極易燒蝕蒸發(fā)并生成氧化鋅（ZnO）。改變接頭化學(xué)成分、降低接頭性能，而且形成氧化鋅煙霧易引起焊工中毒。鋁青銅中的鋁，焊接時(shí)易生成難熔的氧化鋁，增大熔渣粘度，生成氣孔和夾渣。 銅及銅合金可用氬弧焊、氣焊、碳弧焊、釬焊等方法進(jìn)行焊接。 采用氬弧焊是保證紫銅和青銅焊接質(zhì)量的有效方法。24二、鋁及鋁合金的焊接 工業(yè)上用于焊接的主要是純鋁（熔點(diǎn)658）、鋁錳合金、鋁鎂合金及鑄鋁。鋁及鋁合金的焊接也比較困難，其焊接特點(diǎn)是： 鋁與氧的親和力很大，極易氧化生成氧化鋁（Al2O3）。氧化鋁組織致密，熔點(diǎn)高達(dá)2050，它覆蓋

25、在金屬表面，能阻礙金屬熔合。此外，氧化鋁密度大，易使焊縫夾渣。 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)較大，要求使用大功率或能量集中的熱源，厚度較大時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱。鋁的膨脹系數(shù)也較大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，并可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。25 液態(tài)鋁能吸收大量的氫，鋁在固態(tài)時(shí)又幾乎不溶解氫，因此在溶池凝固時(shí)易生成氣孔。 鋁在高溫時(shí)強(qiáng)度及塑性很低，焊接時(shí)常由于不能支持熔池金屬而引起焊縫塌陷，因此常需采用墊板。 目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點(diǎn)焊、縫焊和釬焊。 氬弧焊是焊接鋁及鋁合金的較好的方法。 不論采用哪種焊接方法焊接鋁及鋁合金，焊前必須徹底清理焊件的焊接部位和焊絲表面的氧化膜與油污，清理質(zhì)量的好壞將直接影響焊縫性能

26、。2613.6 異種金屬的焊接性分析 異種金屬焊接通常要比同種金屬的焊接困難，因?yàn)槌私饘俦旧淼奈锢砘瘜W(xué)性能對(duì)焊接有影響外，兩種金屬材料性能的差異會(huì)更大程度上影響它們之間的焊接性能。 結(jié)晶化學(xué)性的差異 冶金學(xué)上的不相容，包括晶格的類(lèi)型、晶格參數(shù)、原子半徑、原子的最外層電子結(jié)構(gòu)等差異。 物理性能的差異 熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和比熱、電阻率。 金屬的氧化性 金屬間化合物 焊縫與母材不等強(qiáng)性27 為了獲得優(yōu)質(zhì)的異種金屬焊接接頭，除合理地選用焊接方法和填充材料，正確地制定焊接工藝外，還可采取如下一些工藝措施： 盡量縮短被焊金屬在液態(tài)下相互接觸時(shí)間，以防止或減少生成金屬間化合物。 熔焊時(shí)要很好地保護(hù)被

27、焊金屬，防止金屬與周?chē)諝獾南嗷プ饔茫a(chǎn)生使接頭熔合不好的氧化物。 采用與兩種被焊金屬的焊接性都很好的中間層或堆焊中間過(guò)渡層，以防止生成金屬間化合物。 在焊縫中加入某些合金元素，以阻止金屬間化合物相的產(chǎn)生和增長(zhǎng)。28異種金屬的焊接方法熔焊 采用熔焊最大特點(diǎn)是控制稀釋率和金屬間化合物的產(chǎn)生。因此，為了減少稀釋率，降低熔合比或控制不同金屬母材的熔化量，常可選用熱源能量密度較高的電子束焊、激光焊、等離子弧焊等方法。 解決母材金屬稀釋問(wèn)題，可用堆焊隔離層的方法實(shí)現(xiàn)。 對(duì)一些熔合不理想的金屬，可通過(guò)增加過(guò)渡層金屬，使其能更好地熔合在一起。29堆焊隔離層的應(yīng)用30 壓焊 大多數(shù)壓焊方法都只是將被焊金屬加熱

28、至塑性狀態(tài)或甚至不加熱，而施加一定壓力為基本特征。與熔焊相比，當(dāng)焊接異種金屬接頭時(shí)，壓焊具有一定的優(yōu)越性，只要接頭形式允許，采用壓焊往往是比較合理的選擇。 釬焊 釬焊本身就是釬料與母材之間的異種金屬連接方法。還可采用較特殊的釬焊方法，如熔焊-釬焊法（釬料與其中一種母材相同）、共晶釬焊法或共晶擴(kuò)散焊法（使兩種母材在結(jié)合面處形成低熔點(diǎn)共晶體）和液相過(guò)渡焊（在接縫之間加入可熔化的中間夾層）等方法。31第十四章第十四章 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32第一節(jié)第一節(jié) 焊接材料的選擇焊接材料的選擇 焊接結(jié)構(gòu)在滿足工作性能要求的前提下，首先要考慮選擇焊接結(jié)構(gòu)在滿足工作性能要求的前提下，首先要考慮選擇焊接性較好的

29、材料。焊接性較好的材料。 低碳鋼（低碳鋼（wc0.25%)和碳當(dāng)量小于和碳當(dāng)量小于0.4的低合金鋼都具的低合金鋼都具有良好的焊接性，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用；有良好的焊接性，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用； 含碳量大于含碳量大于0.4的碳鋼、碳當(dāng)量大于的碳鋼、碳當(dāng)量大于0.4的合金鋼，焊接的合金鋼，焊接性不好，設(shè)計(jì)時(shí)一般不宜選用。性不好，設(shè)計(jì)時(shí)一般不宜選用。 若必須選用，應(yīng)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝中采取必要措施。若必須選用，應(yīng)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝中采取必要措施。焊接焊接異種金屬時(shí)，異種金屬時(shí)， 一般要求一般要求接頭強(qiáng)度不低于接頭強(qiáng)度不低于被焊鋼材中的被焊鋼材中的強(qiáng)度較低者強(qiáng)度較低者，并應(yīng)在設(shè)計(jì)中對(duì)，并應(yīng)在設(shè)計(jì)中對(duì)焊接工藝焊接工

30、藝提出要求，提出要求，按焊接按焊接性較差的鋼種性較差的鋼種采取措施，采取措施，如預(yù)熱或焊后熱處理等如預(yù)熱或焊后熱處理等。33 設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)時(shí)，應(yīng)多采用，應(yīng)多采用工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管等工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管等型材，以降低結(jié)構(gòu)重量，減少焊縫數(shù)量、簡(jiǎn)化焊接工藝，增加型材，以降低結(jié)構(gòu)重量，減少焊縫數(shù)量、簡(jiǎn)化焊接工藝，增加結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛性。結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛性。 對(duì)對(duì)形狀比較復(fù)雜形狀比較復(fù)雜的部分，還可以選用的部分，還可以選用鑄鋼件鑄鋼件、鍛件鍛件或或沖壓沖壓件來(lái)焊接件來(lái)焊接。34第二節(jié)第二節(jié) 焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)一、焊縫的布置一、焊縫的布置 合理的焊縫位置是焊接結(jié)構(gòu)

31、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理的焊縫位置是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，與產(chǎn)品質(zhì)量、生與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、成本及勞動(dòng)條件密切相關(guān)產(chǎn)率、成本及勞動(dòng)條件密切相關(guān)。其一般工藝設(shè)計(jì)原則如下：。其一般工藝設(shè)計(jì)原則如下：(1) 焊縫布置應(yīng)盡量分散焊縫布置應(yīng)盡量分散 焊縫密集或交叉，會(huì)造焊縫密集或交叉，會(huì)造成金屬過(guò)熱，加大熱影響成金屬過(guò)熱，加大熱影響區(qū)，使組織惡化。區(qū)，使組織惡化。 因此因此兩條焊縫的間距一兩條焊縫的間距一般要求大于三倍板厚，且般要求大于三倍板厚，且不小于不小于100 mm。35(2) 焊縫的位置應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)布置焊縫的位置應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)布置 如圖所示的焊件，如圖所示的焊件，焊縫位置偏離截面中心焊縫位置偏離截面中心，在

32、同一側(cè)在同一側(cè)。由于。由于焊縫的收縮，會(huì)造成較大的彎曲變形。應(yīng)使焊縫位置對(duì)稱(chēng)，焊焊縫的收縮，會(huì)造成較大的彎曲變形。應(yīng)使焊縫位置對(duì)稱(chēng)，焊后不會(huì)發(fā)生明顯的變形。后不會(huì)發(fā)生明顯的變形。36(3) 焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置 對(duì)于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面對(duì)于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。 大跨度的焊接鋼梁：大跨度的焊接鋼梁：板坯的拼料焊縫應(yīng)避免放在梁的中間。板坯的拼料焊縫應(yīng)避免放在梁的中間。37(3) 焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置焊縫應(yīng)盡量

33、避開(kāi)最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置 對(duì)于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面對(duì)于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。 壓力容器的封頭應(yīng)有一直壁段：壓力容器的封頭應(yīng)有一直壁段：如圖如圖b應(yīng)改為應(yīng)改為e狀態(tài)，使焊縫狀態(tài)，使焊縫避開(kāi)應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角位置。直壁段不小于避開(kāi)應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角位置。直壁段不小于25 mm。38(3) (3) 焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置 對(duì)于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面對(duì)于受力較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。和應(yīng)力集中位置不應(yīng)該布置焊縫。 在構(gòu)件截面有急劇變化的位置或尖銳棱角部位：在構(gòu)件截面有急劇變化的位置或尖銳棱角部位：則易產(chǎn)生則易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)避免布置焊縫。例如圖應(yīng)力集中，應(yīng)避免布置焊縫。例如圖c c應(yīng)改為應(yīng)改為f f的狀態(tài)。的狀態(tài)。39 (4) (4) 焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)機(jī)械加工表面。焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)機(jī)械加工表面。有些焊接結(jié)構(gòu)是一有些焊接結(jié)構(gòu)是一些零件，需要進(jìn)行機(jī)械加