金屬材料的焊接性

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1、第三節(jié)金屬材料的焊接性1.焊接性的概念—定焊接技術(shù)條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性稱為金屬材料的焊接性。2．焊接性的評(píng)價(jià)1)碳當(dāng)量法碳當(dāng)量是把鋼中的合金元素(包括碳)的含量，按其作用換算成碳的相對(duì)含量。國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量(CE)公式為：式中，w(C)、w(Mn)等－碳、錳等相應(yīng)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)。當(dāng)CE<0.4％時(shí)，鋼材的塑性良好，淬硬傾向不明顯，焊接性良好。在一般的焊接技術(shù)條件下，焊接接頭不會(huì)產(chǎn)生裂紋，但對(duì)厚大件或在低溫下焊接，應(yīng)考慮預(yù)熱；當(dāng)CE在0.4～0.6％時(shí)，鋼材的塑

2、性下降，淬硬傾向逐漸增加，焊接性較差。焊前工件需適當(dāng)預(yù)熱，焊后注意緩冷，才能防止裂紋；當(dāng)CE>0.6％時(shí)，鋼材的塑性變差。淬硬傾向和冷裂傾向大，焊接性更差。工件必須預(yù)熱到較高的溫度，要采取減少焊接應(yīng)力和防止開(kāi)裂的技術(shù)措施，焊后還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?)冷裂紋敏感系數(shù)法冷裂紋敏感系數(shù)的其計(jì)算式為：式中PW－冷裂紋敏感系數(shù)；h－板厚；[H]－100g焊縫金屬擴(kuò)散氫的含量(mL)。冷裂紋敏感系數(shù)越大，則產(chǎn)生冷裂紋的可能性越大，焊接性越差。3．低碳鋼的焊接低碳鋼的CE小于0.4％，塑性好，一般沒(méi)有淬硬傾向，對(duì)焊接熱過(guò)程不敏感

3、，焊接性良好。4．中、高碳鋼的焊接中碳鋼的CE一般為0.4％～0.6％，隨著CE的增加，焊接性能逐漸變差。高碳鋼的CE一般大于0.6％，焊接性能更差，這類鋼的焊接—般只用于修補(bǔ)工作。為了保證中、高碳鋼焊件焊后不產(chǎn)生裂紋，并具有良好的力學(xué)性能，通常采取以下技術(shù)措施：1)焊前預(yù)熱、焊后緩冷焊前預(yù)熱和焊后緩冷的主要目的是減小焊接前后的溫差，降低冷卻速度，減少焊接應(yīng)力，從而防止焊接裂紋的產(chǎn)生。預(yù)熱溫度取決于焊件的含碳量、焊件的厚度、焊條類型和焊接規(guī)范。2)盡量選用抗裂性好的堿性低氫焊條，也可選用比母材強(qiáng)度等級(jí)低一些的焊條，以

4、提高焊縫的塑性。當(dāng)不能預(yù)熱時(shí)，也可采用塑性好、抗裂性好的不銹鋼焊條。3)選擇合適的焊接方法和規(guī)范，降低焊件冷卻速度。5.普通低合金鋼的焊接屈服強(qiáng)度294～392MPa的普通低合金鋼，其CE大多小于0.4%，焊接性能接近低碳鋼。焊縫及熱影響區(qū)的淬硬傾向比低碳鋼稍大。常溫下焊接，不用復(fù)雜的技術(shù)措施，便可獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。當(dāng)施焊環(huán)境溫度較低或焊件厚度、剛度較大時(shí)，則應(yīng)采取預(yù)熱措施，預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)工件厚度和環(huán)境濕度進(jìn)行考慮。焊接16Mn鋼的預(yù)熱條件如表6-1所示。強(qiáng)度等級(jí)較高的低合金鋼，其CE=0.4~0.6%，有一定的淬

5、硬傾向，焊接性較差。應(yīng)采取的技術(shù)措施是：盡可能選用低氫型焊條或使用堿度高的焊劑配合適當(dāng)?shù)暮附z；按規(guī)范對(duì)焊條進(jìn)行烘干，仔細(xì)清理焊件坡口附近的油、銹、污物、防止氫進(jìn)入焊接區(qū)；焊前預(yù)熱，一般預(yù)熱溫度超過(guò)150℃；焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理以消除內(nèi)應(yīng)力。表6-1焊接16Mn鋼的預(yù)熱條件工件厚度/mm不同氣溫的預(yù)熱溫度<16不低于-10℃不預(yù)熱-10℃以下預(yù)熱100~150℃16~24不低于-5℃不預(yù)熱-5℃以下預(yù)熱100~150℃25~40不低于0℃不預(yù)熱0℃以下預(yù)熱100~150℃>40預(yù)熱100~150℃6.奧氏體不銹鋼的焊接

6、奧氏體不銹鋼是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，其焊接性能良好，幾乎所有的熔化焊方法都可采用。焊接時(shí)，一般不需要采取特殊措施，主要應(yīng)防止晶界腐蝕和熱裂紋。奧氏體不銹鋼由于本身導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，焊接條件下會(huì)形成較大拉應(yīng)力，同時(shí)晶界處可能形成低熔點(diǎn)共晶，導(dǎo)致焊接時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋。因此，為了防止焊接接頭熱裂紋，一般應(yīng)采用小電流、快速焊，不橫向擺動(dòng)，以減少母材向熔池的過(guò)渡。7.鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵焊補(bǔ)的主要困難是：焊接接頭易產(chǎn)生白口組織，硬度很高，焊后很難進(jìn)行機(jī)械加工；焊接接頭易產(chǎn)生裂紋，鑄鐵焊補(bǔ)時(shí)，其危害性比形成白口組織大；鑄鐵含

7、碳量高，焊接過(guò)程中熔池中碳和氧發(fā)生反應(yīng)，生成大量CO氣體，若來(lái)不及從熔池中逸出而存留在焊縫中，焊縫中易出現(xiàn)氣孔。鑄鐵的焊補(bǔ)，一般采用氣焊、焊條電弧焊，對(duì)焊接接頭強(qiáng)度要求不高時(shí)，也可采用釬焊。鑄鐵的焊補(bǔ)過(guò)程根據(jù)焊前是否預(yù)熱，可分為熱焊和冷焊兩類。8.鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金焊接的困難主要是鋁容易氧化成Al2O3。此外，鋁及鋁合金液態(tài)時(shí)能吸收大量的氫氣，但在固態(tài)幾乎不溶解氫，熔入液態(tài)鋁中的氫大量析出，使焊縫易產(chǎn)生氣孔；鋁的熱導(dǎo)率為鋼的4倍，焊接時(shí)，熱量散失快，需要能量大或密集的熱源，同時(shí)鋁的線膨脹系數(shù)為鋼的2倍，凝固時(shí)

8、收縮率達(dá)6.5％，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，并可能產(chǎn)生裂紋；鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，無(wú)塑性過(guò)程及顏色的變化，因此，焊接操作時(shí)，很容易造成溫度過(guò)高、焊縫塌陷、燒穿等缺陷。鋁和鋁合金的焊接常用氬弧焊、氣焊、電阻焊和釬焊等方法。鋁及鋁合金的焊接無(wú)論采用哪種焊接方法，焊前都必須進(jìn)行氧化膜和油污的清理。7.銅及銅合金的焊接銅及銅合金焊接性較差，焊接接頭