第三節(jié)常用金屬材料的焊接

1、第三節(jié)金屬材料的焊接性能第三節(jié)金屬材料的焊接性能 金屬材料的可焊性金屬材料的可焊性鋼的焊接鋼的焊接鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵的焊補(bǔ)有色金屬的焊接有色金屬的焊接異種異種金屬的焊接金屬的焊接金屬材料的可焊性金屬材料的可焊性可焊性的概念可焊性的概念 金屬材料的可焊性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方金屬材料的可焊性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出頭的難易程度，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出“好焊好焊”和和“不好焊不好焊”的差別。的差別。估算鋼材

2、可焊性的方法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)碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式為：公式為：15)()(5)()()(6)()()(CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEw 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)： C C當(dāng)量當(dāng)量0.4%0.4%時(shí)，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明時(shí)，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件不顯，可焊性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件不會(huì)產(chǎn)生裂縫，但對(duì)厚大工件或低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮預(yù)會(huì)產(chǎn)生裂縫，但對(duì)厚大工件或低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱。熱。 C C當(dāng)量當(dāng)量=0.4%=0.4%0.6%0.6%時(shí)，鋼材塑性下降，淬硬傾向時(shí)，

3、鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)明顯，可焊性較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。 C C當(dāng)量當(dāng)量0.6%0.6%時(shí)，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)，時(shí)，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)，可焊性不好。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)要可焊性不好。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)要采取減少焊接應(yīng)力和防止開(kāi)裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行采取減少焊接應(yīng)力和防止開(kāi)裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，才能保證焊接接頭質(zhì)量。適當(dāng)?shù)臒崽幚恚拍鼙ＷC焊接接頭質(zhì)量。 試比較下列鋼材的焊接性。試比

4、較下列鋼材的焊接性。 鋼 號(hào)主要化學(xué)成分WE100工件板厚 （mm）CMnCuVMo09Mn2Cu0.11.40.31009MnV0.121.20.15014MnMoV0,121.50.150.550問(wèn)題：零件結(jié)構(gòu)材料不同，其焊接性不同。為了保 證焊接質(zhì)量，那又如何來(lái)考慮其焊接技術(shù)呢？要解決這一問(wèn)題，請(qǐng)注意以下三個(gè)要點(diǎn)：要解決這一問(wèn)題，請(qǐng)注意以下三個(gè)要點(diǎn)： 鋼的焊接鋼的焊接一、低碳鋼焊接一、低碳鋼焊接低碳鋼焊接性很好。一般的焊接方法都可以采用。低碳鋼焊接性很好。一般的焊接方法都可以采用。母材大都選用母材大都選用 Q235Q235鋼鋼。根據(jù)不同焊接方法配根據(jù)不同焊接方法配 選焊條、焊絲或焊劑。選

5、焊條、焊絲或焊劑。焊接工藝與技術(shù)：焊接工藝與技術(shù)： 1 1、清除接口油污、水分，、清除接口油污、水分， 烘干烘干焊條、焊劑。焊條、焊劑。 2 2、對(duì)于厚度大的零件，、對(duì)于厚度大的零件， 為防止為防止裂紋傾向，建裂紋傾向，建 議采用焊前預(yù)熱，不宜快冷。議采用焊前預(yù)熱，不宜快冷。 預(yù)熱溫度為預(yù)熱溫度為100100150150。 汽車(chē)沖焊結(jié)構(gòu)采用低碳鋼，主要用汽車(chē)沖焊結(jié)構(gòu)采用低碳鋼，主要用點(diǎn)焊和點(diǎn)焊和MIGMIG焊等焊接方法，焊接性好。一般從效率上焊等焊接方法，焊接性好。一般從效率上考慮較多。生產(chǎn)線(xiàn)上多數(shù)用機(jī)器人操作?？紤]較多。生產(chǎn)線(xiàn)上多數(shù)用機(jī)器人操作。焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人 中碳鋼又稱(chēng)調(diào)質(zhì)鋼，含中碳

6、鋼又稱(chēng)調(diào)質(zhì)鋼，含碳量為碳量為0.40.6 ，主，主要用作軸、桿、輪及重載要用作軸、桿、輪及重載零件。零件。 高碳鋼的含碳量高碳鋼的含碳量0.6 ，一般作為高硬度、高耐，一般作為高硬度、高耐磨件的材料。磨件的材料。二、中、高碳鋼焊接二、中、高碳鋼焊接 中、高碳鋼焊接中的主要問(wèn)題是易在熱影中、高碳鋼焊接中的主要問(wèn)題是易在熱影響區(qū)內(nèi)形成硬脆的馬氏體組織，冷、熱裂紋敏響區(qū)內(nèi)形成硬脆的馬氏體組織，冷、熱裂紋敏感性強(qiáng)烈，也容易產(chǎn)生氣孔和出現(xiàn)軟化點(diǎn)。感性強(qiáng)烈，也容易產(chǎn)生氣孔和出現(xiàn)軟化點(diǎn)。 怎么辦？1）清除接口油污、水分，烘清除接口油污、水分，烘 干干焊條、焊劑，減少外界焊條、焊劑，減少外界 氫的侵入。氫的侵

7、入。2 2）焊前預(yù)熱，控制冷卻速度焊前預(yù)熱，控制冷卻速度 ，抑制，抑制馬氏體相變。馬氏體相變。3）采用低氫焊條）采用低氫焊條 。減小線(xiàn)能。減小線(xiàn)能量輸入。量輸入。4)4)焊后緩冷或后熱等。焊后緩冷或后熱等。合金結(jié)構(gòu)鋼中含有較多的合金元素，碳當(dāng)量大，合金結(jié)構(gòu)鋼中含有較多的合金元素，碳當(dāng)量大，焊接性不好。焊接中的主要問(wèn)題依然是冷、熱裂焊接性不好。焊接中的主要問(wèn)題依然是冷、熱裂紋敏感性和熱影響區(qū)性能的脆化。紋敏感性和熱影響區(qū)性能的脆化。合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝要點(diǎn)建議為：合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝要點(diǎn)建議為： 1、減少焊接材料中的合金成分含量，控制含碳、減少焊接材料中的合金成分含量，控制含碳量在最低范圍內(nèi)量在

8、最低范圍內(nèi) ，只要求力學(xué)性能與母材匹配。，只要求力學(xué)性能與母材匹配。 2）焊前預(yù)熱，控制冷卻速度，抑制焊前預(yù)熱，控制冷卻速度，抑制馬氏體相變。馬氏體相變。 3）保持一定的焊接層間溫度。）保持一定的焊接層間溫度。焊后緩冷。焊后緩冷。 4 4）及時(shí)回火熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力，減?。┘皶r(shí)回火熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力，減小脆性。脆性。三、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 對(duì)不銹鋼與耐熱鋼的焊接，不僅有力學(xué)性能要求，還要有物理化學(xué)性能的要求，比如耐腐蝕或高溫抗氧化性等。四、不銹鋼與耐熱鋼的焊接對(duì)不銹鋼與耐熱鋼零件，怎么焊？對(duì)不銹鋼與耐熱鋼零件，怎么焊？ 一般焊接方法都可以用于焊不銹鋼。一般焊接方法都可以用于焊不銹鋼。TIGTIG

9、焊用于焊焊用于焊不銹鋼薄板。但焊耐熱鋼則有所不同。不銹鋼薄板。但焊耐熱鋼則有所不同。 實(shí)施小電流、低電壓、窄焊縫、快速焊。實(shí)施小電流、低電壓、窄焊縫、快速焊。 焊前嚴(yán)格清除油污、塵土、水分等。坡口必須整焊前嚴(yán)格清除油污、塵土、水分等。坡口必須整齊光滑。齊光滑。 對(duì)奧氏體不銹鋼，一般焊前不預(yù)熱，焊后不熱處對(duì)奧氏體不銹鋼，一般焊前不預(yù)熱，焊后不熱處理。理。 焊接耐熱鋼時(shí)，可要依據(jù)其種類(lèi)和合金成分的不焊接耐熱鋼時(shí)，可要依據(jù)其種類(lèi)和合金成分的不同而選擇不同的焊接方法和工藝。同而選擇不同的焊接方法和工藝。鑄鐵的焊接特點(diǎn)：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；易熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織；易產(chǎn)生裂

10、縫；易產(chǎn)生氣孔；熔池金屬易流失產(chǎn)生氣孔；熔池金屬易流失1 熱焊法熱焊法 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，焊后緩慢冷卻。，焊后緩慢冷卻。 熱焊法可防止工件產(chǎn)生白口組織和裂縫，焊補(bǔ)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，焊工勞動(dòng)條件差。較高，生產(chǎn)率低，焊工勞動(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。件，如床頭箱、汽缸體等。五、鑄鐵的焊接2 冷焊法冷焊法 焊補(bǔ)之前

11、，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)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)成分以防止或減少白口組織和避免裂調(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、成本低、勞動(dòng)條縫。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)中多用于件好。但焊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。件。 焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄

12、焊縫、短焊道（每段不大于短焊道（每段不大于50mm50mm）并在焊后及時(shí)輕輕錘擊）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。焊縫以松弛應(yīng)力，防止焊后開(kāi)裂。1 銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接 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（紫銅約為低碳鋼的銅的導(dǎo)熱性很高（紫銅約為低碳鋼的8 8倍），焊接時(shí)熱倍），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。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，生成的銅在液態(tài)易氧化，

13、生成的CuCu2 2O O與銅組成低熔點(diǎn)共晶，分與銅組成低熔點(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)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)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。程中極易引起開(kāi)裂。六六 有色金屬的焊接有色金屬的焊接 銅在液態(tài)時(shí)吸氣性強(qiáng)，特別容易吸氫。凝固時(shí)氣體銅在液態(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。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。銅的電阻極小，不適于電阻焊接。 銅合金中的合金元素有的比銅更易氧化，使

14、焊接的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。困難增大。 銅及銅合金銅及銅合金可用氬弧焊、氣焊、電弧焊、釬焊等可用氬弧焊、氣焊、電弧焊、釬焊等方法進(jìn)行焊接。方法進(jìn)行焊接。 采用氬弧焊是保證紫銅和青銅焊接質(zhì)量的有效方采用氬弧焊是保證紫銅和青銅焊接質(zhì)量的有效方法。法。2 鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接 工業(yè)上用于焊接的主要是純鋁（熔點(diǎn)工業(yè)上用于焊接的主要是純鋁（熔點(diǎn)658658）、鋁）、鋁錳合金、鋁鎂合金及鑄鋁。鋁及鋁合金的焊接也比較錳合金、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：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（鋁與氧的親和力很大，極

15、易氧化生成氧化鋁（AlAl2 2O O3 3）。氧）。氧化鋁組織致密，熔點(diǎn)高達(dá)化鋁組織致密，熔點(diǎn)高達(dá)20502050，它覆蓋在金屬表面，能，它覆蓋在金屬表面，能阻礙金屬熔合。此外，氧化鋁密度大，易使焊縫夾渣。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，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。接應(yīng)力與變形，并可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。 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，液態(tài)鋁能吸收大量的氫

16、，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。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。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目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣常用方法有氬弧焊、氣焊、點(diǎn)焊、縫焊和釬焊。焊、點(diǎn)焊、縫焊和釬焊。 不論采用哪種焊接方法焊接鋁及鋁合金，焊前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。

17、與油污，清理質(zhì)量的好壞將直接影響焊縫性能。鈦及鈦合金密度小，比強(qiáng)度高，高溫強(qiáng)度好，且具鈦及鈦合金密度小，比強(qiáng)度高，高溫強(qiáng)度好，且具有良好的低溫沖擊韌性，良好的抗腐蝕性能。有良好的低溫沖擊韌性，良好的抗腐蝕性能。（1 1）主要問(wèn)題）主要問(wèn)題 a a）氧化污染及接頭脆化）氧化污染及接頭脆化 b b）裂紋）裂紋 c c）氣孔）氣孔（2 2）焊接方法）焊接方法鎢極氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊鎢極氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊3 3鈦及鈦合金的焊接鈦及鈦合金的焊接 異種金屬焊接通常要比同種金屬的焊接困難，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，因?yàn)槌?/p>

18、金屬本身的物理化學(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。間的焊接。 結(jié)晶化學(xué)性的差異結(jié)晶化學(xué)性的差異 物理性能的差異物理性能的差異熔點(diǎn)熔點(diǎn)線(xiàn)膨脹系數(shù)線(xiàn)膨脹系數(shù)導(dǎo)熱率和比熱導(dǎo)熱率和比熱 金屬的氧化性金屬的氧化性 金屬間化合物金屬間化合物 焊縫與母材不等強(qiáng)性焊縫與母材不等強(qiáng)性七七 異種金屬的焊接性分析異種金屬的焊接性分析 為了獲得優(yōu)質(zhì)的異種金屬焊接接頭，除合理為了獲得優(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：藝外，還

19、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。或減少生成金屬間化合物。 熔焊時(shí)要很好地保護(hù)被焊金屬，防止金屬與周?chē)杖酆笗r(shí)要很好地保護(hù)被焊金屬，防止金屬與周?chē)諝獾南嗷プ饔?。氣的相互作用?采用與兩種被焊金屬的焊接性都很好的中間層或堆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。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)。相的產(chǎn)生和增長(zhǎng)。異種金屬的焊接方法異種金屬的焊接方法 熔焊熔焊 采用熔焊最大特點(diǎn)是控制稀釋率和金屬間化采用熔焊最大特點(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，降低熔合合物的產(chǎn)生。因此，為了減少稀釋率，降低熔合比