焊接工艺教案

教 案 教 案 616263 20082 1 9-1 金属焊接性的概念 焊接性影响因素 焊接性概念 焊接性影响因素 1、 焊接性 金属焊接性是指材料在施工条件下焊接成按规定设计 要求的构件，并满足预定服役要求的能力。 金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性，又分为工艺 焊接性和使用焊接性。 (1) 工艺焊接性 是指在一定的焊接工艺条件下能否获得优质致密、无缺 陷焊接接头的能力。 (2) 使用焊接性 是指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使 用性能的程度。使用焊接性与产品的工作条件有密切关系。 2、 影响焊接性的因素 2 (1) 材料因素 材料因素有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理 状态、组织状态和力学性能等。其中化学成分（包括杂 质的分布）是主要的影响因素。对焊接性影响较大的因 素有碳、硫、磷、氢、氧和氮。对钢中合金元素来说， 还有锰、硅、铬、镍、钼、钛、钒、铌、铜和硼等。 (2) 工艺因素 包括施工时所采用的焊接方法、焊接工艺规程和焊 后热处理等。对于同一母材，当采用不同的焊接方法和 工艺措施时，会表现出不同的焊接性。 （3）设计因素 是指焊接结构的安全性不但受材料的影响，而且在很 大程度还受到结构型式的影响。焊接接头的结构设计会影 响应力状态，从而对焊接性也发生影响。结构的刚度过大， 接口的断面突然变化，焊接接头的缺口效应等，均会不同 程度地造成脆性破坏的条件。此外，在某些部位焊缝过度 集中和多向应力状态也会对结构的安全性有不良影响。 （4）服役环境因素 是指焊接结构的工作温度、负荷条件和工作环境。如 在高温下工作时有可能发生蠕变；在低温或冲击载荷下工 3 作时，会发生脆性破坏；在腐蚀介质中工作时，接头会发 生腐蚀等。 3、 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 焊接性准则： （1）评定焊接接头产生焊接缺陷的倾向 （2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求 ：1、金属焊接性概念 金属焊接性的影响因素 ：P109 第1题 4 9-2 ：1、了解常用焊接性试验方法 2、用间接估算法、斜丫形坡口试验法 碳当量估算法 热影响区最高硬度法 ：：焊接性概念及影响因素是什么？ 焊接热裂纹试验 焊接冷裂纹试验 直接法 再热裂纹试验 层状撕裂试验 热应变时效脆化试验 工艺焊接性 焊接气孔敏感性试验 由碳当量推测焊接性 裂纹敏感指数及临界应力为判据 间接法 连续冷却组织转变图 焊接性试验方法分类 断口分析及相组织分析 焊接热影响区最高硬度 焊接热、应力模拟试验 直接法 实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验 使用焊接性 焊缝及接头的常规力学性能试验 焊缝及接头的低温脆性试验 间接法 焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头的高温性能试验（蠕变、持久等） 焊缝及接头疲劳、动载试验 焊缝及接头抗腐性、耐磨性及应力腐蚀开裂试 焊接性试验方法的分类 5 1、 焊接性试验的研究目的 研究目的：制定最佳焊接工艺和正确选材 2、 金属焊接性的研究方法 （1） 对母材进行的试验方法 （2） 对焊接接头的试验方法 （一）间接估算法 1、 碳当量估算法 碳当量：把钢中合金元素（包括碳）的含量按其 作用换算成碳的相当含量。 （1） 计算公式 国际焊接学会（I I W）推荐C E CE=C+Mn/6+(C r+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%) ? 适用于中高强度的非调质低合金高强钢。 ? 一般可用碳当量预热某钢种的焊接性，以便确定 是否需要采取预热和其他工艺措施。化学成分取 上限。 ? 板厚小于20mm。 CE < 0.4%, 焊接性良好，不需预热。 CE = 0.4%~0.6%，需适当预热、控制线能量等工艺措施 6 CE > 0.6%, 属较难焊材料，需采取较高预热温度 2、焊接热影响区（HAZ）最高硬度法 焊缝金属 切点 熔合线 硬度测定线 9-3 在O点两侧各取7个以上的点（测点15个以上） 各点的间距0.5mm。 碳当量估算法、 2、热影响区最高硬度法 ：某钢材的合金元素含量如下，试计算其碳当量 （ 0.77%）并说明相应工艺措施。 C : 0.28~0.35 Mn: 0.8~1.1 Si: 0.9~1.2 Cr: 0.8~1.1 Ni: <0.3 ： 7 9-3 了解斜Y型坡口试验法 斜Y型坡口试验法应用 斜Y型坡口裂纹试验法过程 提问：什么是碳当量？IIW推荐碳当量公式如何？ 授新：斜Y型坡口试验法 常用焊接裂纹繁感性试验方法有： 焊接热裂纹、焊接冷裂纹、消除应力裂纹试验、层状撕裂。 斜Y型坡口焊接裂纹试验法应用： 焊接接头热影响区冷裂纹试验碳素钢和低合金高强钢 打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向 1、试件制备： 坡口加工：机械切割加工 200 试验焊缝 拘来焊缝 150 80 60 8 2、试验方法 （1）焊条：低氢型焊条、直径4~5mm。 （2）上下各层正面和背面交替焊。 （3）焊实验焊缝前清理焊缝 （4）试验参数 焊条直径４mm。 焊接电流：170Ａ?10A。 电弧电压：24V?2V。 焊接速度：150 mm/min。 5）焊完48h后，开始检测解剖。 3、计算方法 （1）表面裂纹率：Cf =?Lf/L×100? CF―表面裂纹率 ?Lf―表面裂纹长度之和 L―试验焊缝长度 （2）根部裂纹率 Cr=?Lr/L×100?. Cs=Hc/H×100? 结论：裂纹率不超过20?不应有根部裂纹 9 1斜Y型坡口试验法应用 2、斜Y型坡口试验法试验方法 P109 第3、4题 10 10-1 1、了解碳钢的分类； 2、了解碳钢的焊接性。 碳钢的焊接性 碳钢的分类 提问：斜Y型坡口试验适用于什么情况？ 一、 碳钢的分类： 1、 按含碳量多少 低碳钢 ?0.25? 中碳钢 0.25?~0.6? 高碳钢 ＞0.6? 2、 按脱氧方法不同 沸腾钢：脱氧不完全 半镇静钢：脱氧不完全 镇静钢：完全脱氧 特殊镇静钢：完全脱氧 3、按钢的质量 普通碳素钢 S?0.05? P?0.05? 优质碳素钢 S?0.035? P?0.035? 11 高级优质碳素钢 S?0.030? P?0.035? 特殊优质碳素钢 S?0.020? P?0.025? 4、按用途分 碳素结构钢：基本对应低碳钢 碳素机械零件用钢：基本对应中碳钢 碳素工具钢：基本对应高碳钢 二、 碳钢的焊接性 1、 焊接性：取决于含碳量 含碳量增加、钢的硬度和强度提高，焊接性变差 2、 焊接性判定： 经验公式：Ceq=C+Mn/6+si/24? 简化：Ceq=C+Mn/6 （1） Ceq＜0.4时 淬硬倾向小，焊接性良好 不需预热、后热和控制层温度。 （2） Ceq=0.4~0.6? 淬硬倾向较大，焊接性差较 一般需预热等相应工艺措施 （3）、Ceq＞0.6? 淬硬倾向严重，焊接性很差 12 必须采取措施：较高预热温度、控制层间温度、 后热及采用低氢焊接工艺。 ：1`、碳钢的分类 2、分析碳钢的焊接性 ：P121 第二题 . ： 13 10-2 (之一) ----低碳钢焊接工艺 掌握低碳钢的焊接工艺 低碳钢的焊接工艺 低氢焊接工艺 提问：碳钢的分类有哪些？ 授新： 低碳钢的焊接工艺 一、低碳钢的焊接性 低碳钢的含碳量较低，且除Mn、Si、S、P等常规元素外，很少有其他合金元素，因而焊接性良好。焊接时有 以下特点： 1、可装配成各种不同的接头，适应各种不同位置的施焊， 且焊接工艺和技术较简单，容易掌握。 2、焊前一般不需预热。 3、塑性较好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造各 类大型结构件和受压容器。 4、不需要使用特殊和复杂的设备，对焊接电源没有特殊 要求，交直流弧焊机都可以焊接。对焊接材料也无特殊 要求，酸性碱性都可。 5、低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数选择不当， 14 也可能出现热影响区晶粒长大或时效硬化倾向。焊接温 度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严 重。 二、低碳钢的焊接工艺 1、低碳钢焊接材料选用 ?焊条 E43??系列 如：E4303、E4315、E4316 ?焊丝焊剂 焊丝：H08A、H08MnA 焊剂：HJ431、HJ430 ?二氧化碳气体保护焊丝 焊丝：ER49-1 ER50-2至E50-7 ?氩弧焊焊丝 要求用专用的氩弧焊焊丝 2、低碳钢焊接工艺要点 （1）、焊前清理 （2）、深而窄坡口形式 （3）、刚性增大，宜选用低氢型焊条和严格工艺措施 （4）、严寒时，低氢型焊条和严格工艺措施 3、各种焊接方法在低碳钢中的应用 15 常用的方法有： （1） 焊条电弧焊：适用于板厚在2—50mm的对接接头、 T字接头、十字接头、搭接接头和堆焊等。 （2） 埋弧焊：适用于板厚在3—150之间的对接接头、T 字接头、十字接头。 （3） 电渣焊：特别适用于焊接50-300mm的厚板。 （4） CO 气体保护焊：比较适用于薄板及大型结构件的2 角焊缝的焊接。 4、常用缺陷及防止措施： 见表10-7 小结：1、低碳钢的焊接性分析； 2、低碳钢的焊接工艺。 P121 第 3、 5题 ： 16 10-2 (之二) ----中碳钢焊接工艺 1中碳钢的焊接工艺 中碳钢的焊接方法及焊材的选用 中碳钢的焊接工艺要点 提问：低碳钢常用的焊接方法有哪些？ 授新 一、中碳钢的焊接性 中碳钢的含碳量为0.25%～0.6%，与低碳钢相比，含 碳量较高。随着钢中质量分数的增加钢材的强度和硬度 增加，塑性和韧性下降，焊接性变差。 主要焊接缺陷是：热裂纹、冷裂纹、气孔和接头脆性， 有时热影响区的强度还会下降。 二、中碳钢的焊接工艺 1、焊接方法 常用的方法是焊条电弧焊和CO2焊 2、中碳钢焊接材料选用 ? 要求等强的构件：采用E5015、E5515等强度级 别较高的焊条。 17 ? 不要求等强的构件：采用E4303、E4315等强度 级别较低些的焊条。 ? 特殊情况：即母材不能焊前预热时，可采用奥氏 体不锈钢焊条。 3、中碳钢焊接工艺要点 （1）坡口制备 为减少熔合比，一般采用U形或V 形坡口，并将坡口两侧的油污和铁 锈等清除干净。 （2）预热 预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚 性、焊条类型和工艺方法。 通常35、45钢预热150～250?。刚性很大 时，提高到250～400?。 （3）焊接电源 一般选用直流弧焊电源的反极性，降低裂纹 倾向和气孔。 （4）焊后热处理 600～800?消除应力热处理。 采取保温、缓冷措施，以减少裂纹的产生。 （5）采用低氢焊接工艺 18 应当尽量选用低氢型焊材；焊前严格清理； 烘干焊条；采用窄焊道、短弧操作方法。 （6）多层多道焊，前几层采用小电流、慢速焊， 中间层采用较大线能量。 ：1、中碳钢的焊接性分析； 2、中碳钢的焊接工艺。 ： 19 10-2 (之三) ----高碳钢焊接工艺 掌握高碳钢的焊接工艺 高碳钢的焊接工艺 高碳钢的焊接工艺要点 提问：碳钢的分类有哪些？ 一、 高碳钢的焊接性 1、 化学成分及种类： 高碳钢的含碳量大于0。6%，包括碳素结构钢、碳素 钢铸件及碳素工具钢等。 2、 焊接性： 焊接性很差，焊后很易产生硬脆的高碳马氏体，淬硬 倾向和裂纹敏感倾向大。 3、 焊接应用： 用于高硬度或耐磨部件或零件，大多是焊补修理。 4、 焊接操作： 焊前退火：减少裂纹 焊后再回火：达到高硬度和耐磨要求。 20 二、高碳钢的焊接工艺 1、高碳钢焊接材料选用 通常不用高碳钢焊材。根据钢材的含碳量、几何形状和 使用条件等，同时考虑产品结构、所焊钢材的实际化学成分、 热处理状态、力学性能及等选用合适的填充金属。 2、热处理及预热： （1） 先退火再焊接 （2） 预热250-350?以上，并保持层间温度。 （3） 焊后250-350?/2h去氢处理。 （4） 对于焊件较大，刚性较强，则焊后注意保温，并马 上进行650?高温回火，消除焊接应力。 3、高碳钢焊接工艺要点 （1）焊前烘干焊条，及工件表面的清理 （2）尽量采用小电流、慢焊速，减少熔合比。 同时，锤击焊缝，减少焊接应力。 （3）采用预堆法，先在坡口上堆焊，然后再进行焊接。 （5） 采用过渡层焊接法。用强度级别低、含苞欲放碳量 很低的焊接材料堆焊过渡层。过渡层的焊接方法： 焊条电弧焊、CO2气体保护焊、MIG焊、TIG焊 。 21 3、焊接方法 常用的方法有：焊条电弧焊 4、常用缺陷及防止措施： 小结：1、高碳钢的焊接性分析； 2、高碳钢的焊接工艺。 ： 22 11-1 低合金分类及性能 低合金钢的分类 低合金钢的性能 复习提问：高碳钢的焊接工艺要点？ 低合金钢是在碳素钢中加总的质量分数不超过5?的各种合金化学元素，以提高钢材的强度、塑性、韧性、耐 蚀性、耐热性或其他特殊性能的钢材。 用于制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢。合 金结构钢分为高强度钢（强度用钢）（GB/T13304-1991规定，屈服点σs?295MPa、抗拉强度σb?390MPa的钢均称为高强度钢）和专业用钢两大类。 一、高强度钢 按照钢材供货的热处理状态分为： 热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢三类。 钢材的供货热处理状态是由其合金系统、强化方式、 显微组织所决定的，同一类的钢其焊接性是比较接近。 23 1、热轧及正火钢 以热轧或正火供货和使用的钢称 为热轧及正火钢。 力学性能：σs=295～490Mpa，包括Q295～Q460钢。 强化方式：通过合金元素的固溶强化和沉淀强化而提 高强度，属非热处理强化钢。 性能：冶炼工艺比较简单，价格低廉、综合力学性能 良好，具有优良的焊接性，应用广泛。 2、低碳调质钢 这类钢在调质状态下供货和使用， 属于热处理强化钢。 性能：σs=441～980Mpa。具有较高的强度、优良的塑 性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调 质处理。 应用：在焊接结构中，越来越受到重视，是具有广阔 发展前途的一类钢。 3、中碳调质钢 这类钢属于热处理强化钢。 性能：其碳含量较高，σs=880～1170Mpa。与低碳钢相比，合金系统比较简单。碳含量高可有效地提高调质处 理后的强度，但塑性、韧性相应下降，而且焊接性变差。 一般需要在退火状态下进行焊接，焊后要进行调质处理。 应用：主要用于制造大型机器上的零件和要求强度高 24 而自重小的构件。 二、专业用钢 把满足某些特殊工作条件的钢种总称为专业用钢。按用途的 不同，其分类品种很多，常用于焊接结构制造的有： 1、珠光体耐热钢 这类钢主要用于制造工作温度在 500～600?范围内的设备，具有一定高温强度和抗氧化能 力。 2、低温用钢 用于制造在?20～?196?低温下工作的设备。主要特点是韧脆性转变温度低，具有良好的低温 韧性。目前应用最多的是低碳的含镍钢。 3、低合金耐蚀钢 主要用于制造在大气、海水、石 油、化工产品等腐蚀介质中工作的各种设备，除要求钢材 具有合格的力学性能外，还应对相应的介质有耐蚀能力。 耐蚀钢的合金系统随工作介质不同而异。 小结：1、低合金钢的性能及分类 2、强度用钢的性能特点 3、专业用钢的性能特点。 作业：P132 第1、2题 课后记： 25 11-2 ——热轧及正火钢的焊接工艺 1、热轧及正火钢的焊接性 2、掌握热轧及正火钢焊接工艺 热轧及正火钢的焊接工艺 热轧及正火钢的焊接性 复习提问：低合金结构钢的分类及特性？ 授新：热轧及正火钢的焊接工艺 热轧及正火钢包括热轧钢及正火钢。正火钢中的含钼 钢需在正火+回火条件下才能保证良好的塑性和韧性。 正火钢又可分为在正火状态下使用和正火+回火状态下使用的两类。 一、热轧及正火钢的焊接性 属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较 低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度 的提高，焊接性也会变差，使热影响区母材性能下降，产 生焊接缺陷。 1、粗晶区脆化 热影响区中被加热到1100?以上的粗晶区是焊接接头的薄弱区。热轧及正火钢焊接时，如热 26 输入过大或过小都可能使粗晶区脆化。 2、冷裂纹 热轧钢虽然含少量的合金元素，但其碳 当量比较低，一般情况下其冷裂倾向不大。 3、热裂纹 一般情况下，热轧正火钢的热裂倾向小， 但有时也会在焊缝中出现热裂纹。 4、层状撕裂 大型厚板焊接结构如在钢材厚度方向 承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状的 层状撕裂。 二、热轧及正火钢的焊接工艺 热轧及正火钢的焊接性较好，表现在对焊接方法的 适应性强，工艺措施简单，焊接缺陷敏感性低且较易防止,产品质量稳定。 1、焊接方法的选择 热轧及正火钢可以用各种焊接方法：常用的焊接方法 有焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊和电渣焊等。 热轧及正火钢切割方法：气割、电弧气刨、等离子弧 切割等。切割前一般不需预热，割后可直接焊接。 热轧及正火钢焊接时，对焊接质量影响最大的是焊接 材料和焊接参数。 2、焊接材料的选用 27 热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头 具有足够的强度，适当的屈强比、足够的韧性和低的时效 敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性能。 （1）必须保证焊接金属的强度、塑性、韧性等力学 性能指标不低于母材。 （2）满足产品的一些特殊要求如中温强度、耐大气 腐蚀等。 并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材相 同。常用的热轧及正火钢常用焊接材料见表11-3。 3、预热温度的确定 焊前预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响 区淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，降低焊接应力， 并有助于氢从焊接接头中逸出。 预热恶化劳动条件，使生产工艺复杂化。预热温度受 母材成分、焊件厚度与结构、焊条类型、拘束度以及环境 温度等因素的影响。 4、 焊后热处理 常用消除应力退火、正火或正火+回火等。 （1）厚壁压力容器为了防止由于焊接时在厚度方向 存在温差，而形成三向应力场所导致的脆性破坏，焊后要 28 进行消除应力退火。 （2）电渣焊接头为了细化晶粒，提高接头韧性，焊 后一般要求进行正火或正火+回火处理。 （3）对可能发生应力腐蚀开裂或要求尺寸稳定的产 品，焊后要进行消除应力退火。 （4）焊后要进行机械加工的构件，在加工前还应进 行消除应力退火。 在确定退火温度时，应注意退火温度不应超过焊前的 回火温度，以保证母材的性能不发生变化。对有回火脆性 的钢，应避开回火脆性的温度区间。 ：1、热轧及正火钢的焊接性 2、热轧及正火钢的焊接工艺 P132 第1、2题 ： 29 11-2 ——调质钢的焊接工艺 1、低碳调质钢的焊接工艺 2、中碳调质钢的焊接工艺 调质钢的焊接工艺 调质钢钢的焊接性 复习提问：热轧及正火钢的焊接工艺？ 授新：调质钢的焊接工艺 低碳调质钢属于热处理强化钢。这类钢强度高，具有 优良的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需 再进行调质处理。但低碳调质钢生产工艺复杂，成本高， 进行热加工（成形、焊接等）时对焊接参数限制比较严格。 然而，随着焊接技术的发展，在焊接结构制造中，低碳调 质钢越来越受到重视，具有广阔的发展前景。 性能：优点：强度高，具有优良的塑性和韧性，可直 接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调质处理。 缺点：生产工艺复杂，成本高，进行热加工（成形、 焊接等）时对焊接参数限制比较严格。 应用：随着焊接技术的发展，在焊接结构制造中，低 碳调质钢越来越受到重视，具有广阔的发展前景。 30 一、低碳调质钢的焊接性 1、由于冷却速度较高引起的冷裂纹；由于成分如Cr、 Mo、V等元素引起的消除应力裂纹； 2、在焊接热影响区，还会产生脆化和软化现象。一 般低碳调质钢的热裂纹的倾向较小。 二、低碳调质钢的焊接工艺 1、接头与坡口形式设计 对于σs?600MPa的低碳调质钢，焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明 显的影响。为了降低焊接应力，可采用双V形或双U形坡口。对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或 坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。 切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消 除 。板厚<100mm 时，切割前不需预热；板厚?100mm，应进行100～150?预热。强度等级较高的钢，最好用机 械切割或等离子弧切割。 2、焊接方法选用 为了使调质状态的钢焊后的软化 降到最低程度，应采用比较集中的焊接热源。 （1）σs?600MPa的钢，可用焊条电弧焊、埋弧焊、 钨极或熔化极气体保护焊等方法焊接， （2）σs?686MPa的钢最好用熔化极气体保护焊； 31 （3）σs?980Mpa的钢，则必须采用钨极氩弧焊或电 子束焊等方法。采用大焊接热输入的焊接方法（如多 丝埋弧焊或电渣焊）时，焊后必须进行调质处理。 3、焊接材料的选用 一般采用等强原则，在接头拘 束度很大时，为了防止冷裂纹，可选用强度略低的填充金 属，焊前须严格烘干焊材。（具体见表11-5） 4、预热温度 目的主要是防止冷裂，对改善组织没 有明显作用。为了防止高温时冷却速度过低而产生脆性组 织，预热温度不宜过高，一般不超过200?。预热温度过高，将使韧性下降。 ：1、低碳调质钢的焊接性 2、低碳调质钢的焊接工艺 P132 第1、2题 ： 32 11-2 ——中碳调质钢的焊接工艺 1、中碳调质钢的焊接性 2、中碳调质钢的焊接工艺 调质钢的焊接工艺 调质钢的焊接性 复习提问：低碳调质钢的焊接工艺？ 授新：中碳调质钢的焊接工艺 这类钢需要在退火状态下焊接，焊后还要进行调质处 理。为保证钢的淬透性和防止回火脆性，这类钢含有较多 的合金元素。 中碳调质钢在调质状态下具有良好的综合性能，常用 于制造大型齿轮、重型工程机械的零部件、飞机起落架及 火箭发动机外壳等。 一、中碳调质钢的焊接性 1、焊接热影响区的脆化和软化 中碳调质钢由于含碳量高、合金元素多，钢的淬硬倾向大，在淬火区产生大 量脆硬的马氏体，导致严重脆化。 2、冷裂纹 中碳钢的淬硬倾向大，近缝区易出现的 33 马氏体组织，增大了焊接接头的冷裂倾向，在焊接中常见 的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感性。 3、热裂纹 中碳调质钢的碳及合金元素含量高，偏 析倾向也较大，因而焊接时具有较大的热裂纹敏感性。 二、中碳调质钢的焊接工艺 由于中碳调质钢的焊接性较差，对冷裂纹很敏感，热 影响区的性能也难以保证。因此，只有在退火（正火）状 态下进行焊接，焊后整体结构进行淬火和回火处理，才能 比较全面的保证焊接接头的性能与母材相匹配。 1、焊接材料的选用 按照等强与近性的原则。为了 防止焊缝产生裂纹，严格限制S、P、C、Si含量。对淬硬倾向特别大的材料，为了防止裂纹或脆断，必要时采用低 强度填充金属，常用焊接材料见表6-7。 2、焊接工艺要点 （1）采用较大的焊接热输入并适当提高预热温度， 可以有效地防止冷裂。一般预热温度及层间温度可控制在 250～300?之间。 焊后要及时进行热处理，或进行中间退火或在高于预 热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化热影响区 组织。中间退火还有消除应力的作用。对结构复杂、焊缝 34 较多的产品，为了防止由于焊接时间过长而在中间发生裂 纹，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。 Cr-Mn-Si钢具有回火脆性，这类钢焊后回火温度应避 开回火脆性的温度范围（250～400?），一般采用淬火+高温回火，并在回火时注意快冷，以避免第二类回火脆性。 在强度要求较高时，可进行淬火+低温回火处理。 （2）中碳调质钢在调质状态下的焊接工艺要点 在保证不产生裂纹的前提下尽量保证接头的性能。 一般采用热量集中、能量密度高的焊接热源，尽量采 用小焊接热输入，如氩弧焊、等离子弧焊或电子束焊效果 较好。 预热温度、层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回 火温度50?以上。为了防止冷裂纹，可以用奥氏体不锈 钢焊条或镍基焊条。 ：1、低碳调质钢的焊接性 2、低碳调质钢的焊接工艺 ： 35 1、巩固碳素钢的焊接工艺 2、巩固低合金钢的焊接工艺 低碳钢和热轧及正火钢的焊接工艺 无 1、学生做习题 2、针对重点问题讲解 一、 ： 1、 Q235钢是普通碳素结构。 2、 16MnR钢是压力容器用钢。 3、 强度用钢根据屈服点及热处理状态，以可分为热 轧钢、正火钢及低、中碳调质钢等三种类型。 4、 合金结构钢中的特殊用钢，根据其使用性能大致 可分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐腐蚀钢 等三种。 5、 当低碳调质钢的焊接热输入提高到最大允许值时 裂纹还不能避免，那就必须采取小的焊接热输入， 同时还要采取预热、缓冷和后热等措施。 6、 珠光体耐热钢焊接性的主要问题是：热影响区的 36 硬化、冷裂纹、软化以及在焊后热处理或高温长 期使用中的再热裂纹等。 7、 焊接电流上升时，熔滴细化，虽然比表，面积有 所增加，但和氧的反应时间大大缩短，从而使焊 缝氧含量降低。下一层焊缝。 二、 判断题： 1、Q235A?F钢属于沸腾钢,因含杂质量较高,大厚度焊件有可能产生热裂纹. ２、锅炉钢或厚度较大，以及重要的锅炉结构宜用碱 性焊条。 ３、16MnR钢焊条电弧焊时，可选用焊条E5016（J506）。 4、Q235A?F钢焊条电弧焊时，可选用焊条E4303（J422）。 5、Q295（09Mn2）钢焊条电弧焊时，必须选用碱性焊 条焊接，酸性焊条不能保证焊缝的强度要求。 6、对低碳调质钢预热的目的，主要是为了防止冷裂， 改善热影响区的性能作用并不大。 7、Q345（16Mn）钢氧-乙炔火焰气割后，气割边缘1mm内虽有淬硬倾向，仍可直接焊接而不需要对气割边缘进行机 37 械加工。 8、中碳调质钢淬硬倾向十分明显，因此冷裂倾向较为 严重。 9、焊接中碳调质钢时，采取预热措施，即可防止产生 冷裂纹。 10、正火钢中，虽然强度级别不同，合金元素的成分 和含量不同，但冷裂纹倾向相同，一般不 随强度增大而增大。 11、多层焊工艺对防止焊缝冷裂纹的产生是有好作用 的。 1、 金属材料的焊接性 2、 工艺焊接性 3、 使用焊接性 4、 碳当量C （公式） E 5、 低合金钢 1、 碳钢的焊接性如何？Q235和20g在一般情况下， 焊条电弧接和埋弧焊各选择什么焊接材料？ 38 2、 低合金钢中16Mn、15MnV、18MnMoNb焊接性 如何？焊条电弧焊和埋弧焊各选择什么焊接材 料？ 小结：讲解重点、集中的问题 课后记： 39 12-1 不锈钢的分类及特性 不锈钢的特性 不锈钢的分类 复习提问：中碳调质钢的焊接工艺？ 一、不锈钢的分类： 不锈钢包括高铬钢（Cr13之类）、铬镍钢（Cr18Ni9Ti，Cr18Ni12Mo3Ti等）、铬锰氮钢（Cr17Mn13Mo2N）。主要用于有侵蚀性的化学介质（主要是各类酸），要求能耐腐 蚀，对强度要求不高。 各种不锈钢都具有良好的化学稳定性，将不锈钢加热 到900?～1100?淬火后，按空冷后室温所得到的组织不 同，可分为五大类： 1、奥氏体钢——是应用最广的一种。高铬镍钢及高 铬锰钢均属此类，其中，铬镍奥氏体钢是最通用的钢种。 以Cr18Ni18为代表的系列（简称18-8），主要用于耐蚀条件下；以Cr25Ni20为代表的系列（简称25-20），则主要用做热稳定钢，提高含碳量则可用做热强钢。 2、双相钢——主要是指奥氏体—铁素体双相钢钢， 40 如Cr21Ni5Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2，具有很优异的耐蚀性能，尤其是耐应力腐蚀开裂性能。 3、铁素体钢——含Cr为17～28%的高铬钢属此类，主要用做热稳定钢，也可作耐蚀钢用。 4、马氏体钢——Cr13系列及以Cr12为基的多元合金化的钢均属马氏体钢。 5、沉淀硬化型不锈钢——将18-8钢的Ni量适当降低并稍加调整成分，可获得一种能够经沉淀强化处理的不 锈钢，不仅具有很好的耐蚀性，而且具有很高的强度。有 代表性的钢号有：00Cr17Ni7Al（17-7PH）及 00Cr17Ni4Cu4Nb（17-7PH）。 二、不锈钢的特性： 1、物理性能及化学性能： 对其焊接性影响较大的物理性能有：线膨胀系数、热 导率、电阻率等。一般而言，合金元素越多，导热性能越 差，线膨胀系数和电阻率越大。 2、耐腐蚀性 不锈钢的耐腐蚀性是基于其主加元素铬在钢表面形 成致密氧化膜对钢的钝化作用。金属受介质的化学及电化 学作用而破坏的现象称为腐蚀，不锈钢的主要腐蚀形式主 41 要有以下几种： （1）均匀腐蚀 是指接触腐蚀介质的金属整个表面产生腐蚀的现象，称为均匀腐蚀也称整体腐蚀。它是一种 表面腐蚀。不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，它的均匀腐蚀 量并不大。 （2）晶间腐蚀 奥氏体不锈钢在450～850?加热 时，会由于沿晶界沉淀出铬的碳化物，致使晶粒周边形成 贫铬区，在腐蚀介质作用下即可沿晶粒边界深入金属内 部，产生在晶粒之间的一种腐蚀称为晶间腐蚀。此类腐蚀 在金属外观未有任何变化时就造成破坏，因此是不锈钢最 危险的一种破坏形式。 （3）点状腐蚀 腐蚀集中于金属表面的局部范围，并迅速向内部发展，最后穿透。不锈钢表面与氯离子接触 时，因氯离子容易吸附在钢的表面个别点上，破坏了该处 的氧化膜，就很容易发生点状腐蚀。不锈钢的表面缺陷， 也是引起点状腐蚀的重要原因之一。 （5） 应力腐蚀开裂 是一种金属在腐蚀介质和表面拉伸应力联合作用下产生的脆性开裂现象。它的一个最重要 的特点是腐蚀介质与金属材料的组合有选择性，即一定的 金属只有在一定的介质当中才会发生此种腐蚀。奥氏体钢 42 焊接接头最易于出现这一问题。 小结：1、不锈钢的分类 2、不锈钢的性能 作业： 课后记： 43 12-1 奥氏体不锈钢的焊接工艺 奥氏体不锈钢的基本焊接技术 奥氏体不锈钢的焊接性 复习提问：不锈钢的分类及特性？ 一、奥氏体不锈钢的焊接 焊接不锈钢时，如果焊接工艺不当或焊接材料选用不 正确，会产生一系列的缺陷。这些缺陷主要有耐蚀性的下 降和焊接裂纹的形成，这将直接影响焊接接头的力学性能 和焊接接头的质量。 1、奥氏体不锈钢的焊接性 不锈钢中以奥氏体不锈钢最为常见，奥氏体不锈钢的 塑性和韧性很好，具有良好的焊接性，焊接时一般不需要 采取特殊的工艺措施。如果焊接材料选用不当或焊接工艺 不合理时，会使焊接接头产生如下问题： 1）晶间腐蚀 受到晶间腐蚀的不锈钢，从表面上看 来没有痕迹，但在受到应力时即会沿晶界断裂，几乎完全 丧失强度。奥氏体钢在焊接不当时，会在焊缝和热影响区 造成晶间腐蚀，有时在焊缝和基本金属的熔合线附近发生 44 如刀刃状的晶间腐蚀，称为刃状腐蚀。 2）应力腐蚀 不锈钢在静应力（内应力或外应力） 作用下在腐蚀性介质中发生的破坏。 3）热裂纹 是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生 的一种缺陷，特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更易产 生。因此奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得 多。 4）焊接接头的脆化 奥氏体不锈钢的焊缝在高温（375～875?）加热一段时间后，常会出现冲击韧性下降 的现象，称为脆化。常见的脆化有：475?脆化，σ相脆 化。 2、焊接方法的选择 奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，可以采用焊条电弧 焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和等离子弧焊等熔焊方法， 并且焊接接头具有相当好的塑性和韧性。一般不应用电渣 焊。 3、焊接材料的选择 奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则，应使焊缝金属的 合金成分与母材成分基本相同，并尽量降低焊缝金属中的 碳含量和S、P等杂质的含量。 45 4、焊前准备 1）下料方法的选择 机械切割、等离子弧切割及碳 弧气刨等，机械切割最常用的有剪切、刨削等。 2）坡口的制备 适当减小V形坡口角度。当板厚大 于10mm时，应尽量选用焊缝截面较小的U形坡口。 3）焊前清理 将坡口两侧20mm～30mm范围内的焊件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂 擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂 上用白垩调制的糊浆，以防飞溅金属损伤表面。 4）表面防护 避免损伤钢材表面，不允许用利器划 伤钢板表面，不允许随意到处引弧等。 5、焊接工艺参数的选择 焊接奥氏体不锈钢时，应控制焊接热输入和层间温 度，以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出。 1）焊条电弧焊 由于奥氏体不锈钢的电阻较大，焊 接时产生的电阻热较大，同样直径的焊条，焊接电流值应 比低碳钢焊条降低20%左右。焊条长度亦应比碳素钢焊条 短，以免在焊接时由于药皮的迅速发红而失去保护作用。 奥氏体不锈钢焊条即使选用酸性焊条，最好也采用直流反 接施焊，因为此时焊件是负极，温度低，受热少，而且直 46 流电源稳定，也有利于保证焊缝质量。此外，在焊接过程 中，应注意提高焊接速度，同时焊条不作横向摆动，这样 可有效地防止晶间腐蚀、热裂纹及变形的产生。 2）钨极氩弧焊 对于钨极氩弧焊一般采用直流正接， 这样可以防止因电极过热而造成焊缝中渗钨的现象。 3）熔化极氩弧焊 一般采用直流反接法。为了获得 稳定的喷射过渡形式，要求电流大于临界电流值。 4）埋弧焊 应用不如在低合金钢焊接中那样普遍。 6、奥氏体不锈钢的焊后处理 为增加奥氏体不锈钢的耐蚀性，焊后应对其进行表面 处理，处理的方法有表面抛光、酸洗和钝化处理。 7、焊后检验 焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验 外，还要进行耐蚀性试验。 小结：1、奥氏体不锈钢的焊接性 2、奥氏体不锈钢的焊接工艺 作业： 课后记： 47 12-1 1、铁素体不锈钢的焊接工艺 2马氏体不锈钢的焊接工艺 焊接工艺要点 焊接性 复习提问：奥氏体不锈钢的焊接工艺？ 一、铁素体不锈钢的焊接工艺 1、铁素体不锈钢的焊接性 铁素体不锈钢焊接时热影响区晶粒急剧长大而形成 粗大的铁素体。由于铁素体钢加热时没有相转变发生，这 种晶粒粗大现象会造成明显脆化，而且也使冷裂纹倾向加 大。此外，焊接时，在温度高于1000?的熔合线附近快速冷却时会产生晶间腐蚀，但经650～850?加热并随后缓冷就可以加以消除。 2、铁素体不锈钢的焊接工艺要点： 1）铁素体不锈钢只采用焊条电弧焊进行焊接，为了减 小475?脆化，避免焊接时产生裂纹，焊前可以预热，预热 温度为70～150?。 2）焊接时，尽量缩短在430～480?之间的加热或冷却 48 时间。 3）为防止过热，尽量减少热输入，例如焊接时采用小 电流、快速焊，焊条最好不要摆动，尽量减少焊缝截面， 不要连续焊，即待前道焊缝冷却到预热温度时再焊下一道 焊缝，多层焊时要控制层间温度。 4）对于厚度大的焊件，为减少焊接应力，每道焊缝焊 完后，可用小锤轻轻敲击。 5）焊后常在700～750?之间退火处理，这种焊后热处理可以改善接头韧性及塑性。 二、马氏体不锈钢的焊接工艺 1、马氏体不锈钢的焊接性： 马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾向，特别 是多数马氏体钢其成分特点使其组织往往处在马氏体—铁 素体的边界上。在冷却速度较小时近缝区会出现粗大的铁 素体和碳化物组织，使其塑性和韧性显著下降；冷却速度 过大时，由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向，会产生 粗大的马氏体组织，使塑性和韧性下降。所以，焊接时冷 却速度的控制很重要。并且因其导热性差，马氏体不锈钢 焊接时的残余应力也大，容易产生冷裂纹。有氢存在时， 49 马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳含 量越高，冷裂纹倾向也越大。此外，马氏体不锈钢也有475? 脆化，但马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。 预热和控制层间温度是防止裂纹的主要手段，焊后热 处理可改善接头性能。 2、马氏体不锈钢的焊接工艺要点： 1）为保证马氏体不锈钢焊接接头不产生裂纹，并具有 良好的力学性能，在焊接时，应进行焊前预热，一般预热 温度在100～400?之间。 2）焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重要 措施，通常在700～760?之间加热空冷。 3）马氏体不锈钢常用的焊接方法是焊条电弧焊，还可 以采用埋弧焊、氩弧焊和CO 气体保护焊等方法。采用这2 些焊接方法时，可采用与母材成分相近的焊丝，如焊接 1Cr13钢用H1Cr13焊丝（埋弧焊时配合HJ431焊剂）。 小结：1、铁素体不锈钢的焊接工艺 2、马氏体不锈钢的焊接工艺 作业： 课后记： 50 12-2 1、耐热钢的分类及性能 2耐热钢的焊接工艺 焊接工艺要点 焊接性 复习提问：不锈钢的分类及性能？ 一、耐热钢的分类及性能： 1、耐热钢的分类： （1）习惯上将耐热钢分为热稳定钢和热强钢 1）热稳定钢 主要用于高温下要求抗氧化或耐气体介 质腐蚀的一类钢，也叫抗氧化不起皮钢。对于高温强度并 无特别要求。常用的有铬镍钢（Cr25Ni20、Cr25Ni20Si2之 类）、高铬钢（Cr17、Cr25Ti等）。 2）热强钢 在高温下既要能抗氧化或耐气体介质腐 蚀，又必须具有一定的高温强度。主要是高铬镍钢 （Cr18Ni9Ti，4Cr25Ni20，4Cr14Ni14W2Mo）。多元合金化的以Cr12为基的马氏体钢（如1Cr12MoWV）也用来做热强钢。 51 （2）按其合金成分和质量分数可分为： 低合金耐热钢、中合金耐热钢和高低合金耐热钢。 1） 低合金耐热钢：合金元素含量在5%以下； 2） 中合金耐热钢：合金元素含量在6%--12%； 3） 高合金耐热钢：合金元素含量在13%以上。 2、耐热钢的性能 （1）高温抗氧化性（热稳定性） 耐热钢中一般均含有Cr、Al或Si，可形成致密完整的 氧化膜，因而均可具有很好的抗氧化性能。 （2）高温强度（热强性） 所谓热强性，指在高温下长时工作时对断裂时的抗力 （即持久强度），或在高温下长期工作时抗塑性变形的能力 （即蠕变抗力）。 （3）高温脆性 耐热钢在热加工或长期高温工作中，可能产生脆化现 象。除了如Cr13钢在550?附近的回火脆性、高铬铁素体 钢的晶粒长大脆化以及奥氏体钢沿晶界析出碳化物所造成 的脆化之外，值得注意的还有所谓475?脆性及σ相脆化。 二、耐热钢的焊接工艺 52 1、耐热钢的焊接性 （1）淬硬性 主要合金元素铬和钼等都显著地提高 了钢的淬硬性，在焊接热循环决定的冷却条件下，焊缝及 热处理区易产生冷裂纹。 （2）再热裂纹 焊后热处理过程中易产生再热裂 纹，再热裂纹常产生于热影响区的粗晶区。 （3） 回火脆性 铬钼钢及其焊接接头在350～ 500?温度区间长期运行过程中发生剧烈脆变的现象称为 回火脆性。 2、耐热钢的焊接工艺 （1）焊接方法 焊条电弧焊和埋弧自动焊的应用较多； CO 气体保护焊也日益增多； 2 电渣焊在大断面焊接中得到应用； 在焊接重要的高压管道时，常用钨极氩弧焊封底； 用熔化极气体保护焊或焊条电弧焊盖面。 （2）焊接材料 选配低合金耐热钢焊接材料的原则是焊缝金属的合 金成分与强度性能应基本上与母材相应指标一致或应达到 产品技术条件提出的最低性能指标。 53 使用焊条时应严格遵守碱性焊条的各项规则。主要是： 焊条的烘干、焊件的仔细清理、使用直流反接电源、用短 弧焊接等。另外还可以选用奥氏体不锈钢焊条焊接，其焊 后一般可不做热处理。 小结：1、耐热钢的分类及性能； 2、耐热钢的焊接工艺 作业： 课后记： 54 13-1 铸铁的分类及焊接性 铸铁的焊接性 铸铁的焊接性 复习提问：耐热钢的焊接工艺？ 一、铸铁的分类及性能 1、铸铁的简介 含碳量大于2％的铁碳合金叫铸铁。铸铁中除了含有 铁和碳以外，含有硅、锰、磷、硫等元素。 2、铸铁的分类及性能 铸铁按碳在铸铁中的存在形式分为灰铸铁、白口铸 铁和麻口铸铁；按石墨的形态分为普通灰铸铁、球墨铸铁、 蠕墨铸铁及可锻铸铁；按化学成分分为普通铸铁和合金铸 铁。 铸铁的性能主要取决于石墨的形状、大小、数量及 分布特点。由于石墨的强度极低，在铸铁中相当于裂缝和 空洞，这样就破坏了基本金属的连续性，使基体的有效承 载面积减小。 （1）普通灰铸铁：其中碳是以片状石墨水的形式存 55 在，断口呈黑灰色。 性能及应用：具有一定的力学性能和良好的耐磨性、 减振性和切削加工性，是应用最广泛的一种铸铁。 （2）球墨铸铁：由于石墨以球状分布而得名。它是 在铁液中加入稀士金属、镁合金及硅铁等球化剂处理后使 石墨球化而成。 性能及应用：强度接近于碳钢，具有良好的耐磨性 和一定的塑性，并能通过热处理改善性能。 广泛应用于机械制造业中。 （3）白口铸铁：其中碳完全是以渗碳体的形式存在， 断口呈亮白色。 性能及应用：它的性能硬而脆，切削加工很能困难， 工业上极少应用，主要用作炼钢原料。 （4）可锻铸铁：其中石墨呈团絮状，它是由一定成分 的白口铸铁经长时间的石墨化退火而得到的。 性能及应用：与此同时灰铸铁相比，它有较好的强度 和塑性，特别是低温冲击韧性较好，耐磨性和减振性优于 碳素钢。 （5）蠕墨铸铁：是近十几年发展起来的新型铸铁，生 产方式与球墨铸铁相似，石墨呈蠕虫状。 56 性能及应用：它的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁 之间。 二、铸铁的焊接性 灰铸铁的应用最为广泛，这里主要以灰铸铁的焊接 性来进行分析。 灰口铸铁焊接性很差，一是焊接接头易出现白口及 淬硬组织；二是焊接接头易出现裂纹。 1、在铸铁焊补时，由于熔池体积小，存在时间短， 加之铸铁内部的热传导作用，使得焊缝及近缝区的冷却速 度远远大于铸铁在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头 的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口铸铁 组织。 2、铸铁焊接接头中白口组织的存在，会造成加工困 难，还会引起裂纹等缺陷的产生。因此铸铁焊接应尽量避 免产生白口组织。 （1）冷裂纹 灰铸铁的焊接接头的裂纹主要是冷裂纹。由于灰铸 铁的塑性接近零，抗拉强度又较低，当焊接时因局部快速 加热和冷却，造成较大的内应力时，就容易造成裂纹。 （2）热裂纹 57 当采用镍基焊接材料焊接铸铁及一般常用的低碳钢 焊条铸铁时，焊缝金属对热裂纹较敏感。 采用镍基焊接材料焊接铸铁时，一方面铸铁含S、P杂质高，镍与硫形成低熔共晶化合物；另一方面单相奥氏 体焊缝晶粒粗大，晶界易于富集较多的低熔共晶。 采用普通低碳钢焊条焊接铸铁，第一、二层焊缝会 从铸铁深入较多的碳、硫及磷，这会使第一、二层焊缝的 热裂纹敏感性增大。 小结：1、铸铁的分类及性能； 2、铸铁有焊接性 作业： 课后记： 58 13-2 铸铁的焊接方法的选择 焊接方法的适用范围 焊接方法的选择 复习提问：铸铁焊接性的主要问题是什么？ 授新：铸铁的焊接方法选用 灰铸铁的焊接主要应根据铸件大小、厚薄、复杂程度 以及焊补处的缺陷情况、刚度大小、焊后的要求（如是否 要求加工、致密性、强度、颜色等）来选择。灰铸铁的焊 补方法主要是采用电弧焊或气焊，也可采用钎焊或电渣 焊。按照焊件在焊接前是否预热可把手弧焊分为冷焊、半 热焊（预热温度在400?以下）和热焊（预热温度为400～ 700?）。灰铸铁的焊接方法见表13-1 一、焊条电弧焊 焊条电弧焊焊补铸铁时，一般采用铸铁焊条，焊补 要求不高、刚度要求不大的非加工面时，也可以采用 E4303（J422）、E5015（J507）等普通低碳钢焊条，见表 4-16，特别是焊补变质铸铁时，容易咬住母材，有利于焊 补。 59 1、冷焊法 焊条电弧焊冷焊法就是焊件焊前不预 热、焊接过程中也不进行辅助加热的方法。 特点：冷焊方法与热焊方法相比，具有劳动条件好、 工艺过程简单、生产效率高、成本低，减小因预热而产生 的变形等优点。但是冷焊方法因焊缝及热影响区的冷却速 度都很大，所以容易形成白口铸铁组织，尤其半熔化区更 是极易形成白口铸铁组织，使焊接接头加工困难。 2、热焊及半热焊法 热焊法的预热温度在600～700?。焊接时因其冷却速度慢，温度分布均匀，有利于 防止白口铸铁组织，减小应力，也有利于防止冷裂纹。 特点：焊后可得到铸铁组织焊缝，加工性好，焊缝 强度、硬度、颜色与母材相同。但工艺复杂、生产周期长、 成本高、焊接劳动条件差，一般用于焊后需要加工，要求 颜色一致，焊补处刚性较大易产生裂纹及结构复杂的铸 件。 二、气焊 1、特点：气焊火焰温度低，工件加热和冷却缓慢。 这对防止灰铸铁在焊接时产生白口铸铁组织和裂纹都有 利，因此很适于铸件焊补，焊补后可以得到铸铁焊缝，易 于切削加工。但是气焊与电弧相比，其生产率低，成本高， 60 焊工的劳动强度大，焊件变形也比较大。所以一般常用于 中小铸件的焊补。 2、适用范围：对刚度大的部位或薄壁件焊补，可采 用热焊。焊前将工件整体或局部预热至600～700?，焊后缓冷。焊补刚度较大也可以加热减应区法进行不预热 焊。一般部位可直接采用不预热气焊。 3、焊接材料的选用：气焊用铸铁焊丝可采用灰铸铁 气焊丝RZC—1、RZC—2或合金铸铁焊RZCH。焊剂采用“CJ201”。焊补时，为减少碳和硅的烧损，应采用中性 焰或弱碳化焰。 小结：铸铁焊接方法的选择： 1、 电弧热焊； 2、 电弧冷焊； 3、 气焊 作业： 课后记： 61 13-2 铸铁的焊接工艺 冷焊工艺操作要点 冷焊工艺操作要点 复习提问：铸铁焊接时怎样选择焊接方法？ 授新：铸铁的焊接工艺 一、铸铁焊接材料的选用 1、 铸铁冷焊用焊条 铸铁冷焊用焊条见表13-2。 2、 铸铁热焊用焊条 铸铁热焊与半热焊用的焊条主要有两种，即Z248 和Z208。 3、 铸铁气焊用焊丝及熔剂 不预热气焊比热焊的冷却速度快； 铸铁气焊焊丝成分见表13-3。 气焊常用熔剂俗称气焊粉。其作用主要是清除氧化 物：熔点较高（1713?）的SiO ，在焊缝中易形成夹渣。 2 二、灰口铸铁的焊接操作要点 62 1、电弧热焊和半热焊焊接操作要点： 灰口铸铁热焊预热温度在600-700? （1）焊前准备：用扁铲、风铲、砂轮、电弧气刨等 方法去除缺陷，直至露出金属本色，用氧-乙炔焰烧掉补区的油污。并开制坡口，坡口要有一定的角度，上坡口稍 大，底面要圆滑过渡。 （2）预热：热焊的预热温度为600~700?。 半热焊预热温度为300~400?。 （3）焊接操作要点：连续堆焊；长弧焊接；采用较 大电流；从坡口中心引弧，逐渐移向边缘；连续焊接；焊 后不能锤击焊缝；焊后处理。 2、电弧冷焊操作要点 铸铁电弧冷焊采用非铸铁型焊接材料时，不仅要根 据焊补要求正确选择焊接材料。而且要特别注意掌握焊补 工艺特点。异质焊接材料电弧冷焊的着眼点仍然是防止裂 纹，减弱白口铸铁组织和淬硬组织的产生。为此，焊接工 艺上要注意做到： 1)焊补时应采用细焊条、小电流、快速焊，以减少铸 铁母材在焊缝中的熔合比，降低焊缝中碳、硫的质量分数。 63 同时减小了焊接热输入，减小焊接应力，防止裂纹。由于 电流小热影响区窄，使半熔化区的白铸铁组织层变薄，有 利于加工。 2)采用短段焊、断续焊、分散焊、分段倒退焊等，并 在每焊10～15mm左右长度后，立即用小锤迅速锤击焊 缝，待焊缝冷却到不烫手（大约50～60?）时，再焊下一道，以减小焊接应力，防止裂纹。 3)坡口较大时，应采用多层焊，后层焊缝对前层焊缝 和热影响区有热处理作用，可使接头平均硬度降低。但多 层焊时焊缝收缩力较大易产生剥离性裂纹，因此应注意合 理安排焊接次序。当工件受力大，焊缝强度要求较高时， 可采用螺钉法，以提高接头强度。 以上工艺可以总结四句口诀：“短段断续分散焊，较 小电流熔深浅，焊后锤击消应力，退火焊道前段软”。 小结：1、铸铁焊接材料的选择； 2、铸铁焊接工艺操作要点 作业： 课后记： 64 13-2 1铸铁的焊接实例； 2、球墨铸铁的焊接 铸铁的焊接实例 球墨铸铁的焊接 复习提问：铸铁冷焊与热焊的操作要点有何不同？ 授新： 一、铸铁焊接实例： 1、采用加热减应区法 是通过焊前或焊后把被焊铸件 的某一部位（即减应区）的一定范围，加热到一定的温度， 从而达到减少或释放焊接区应力，以减少和防止焊接裂 纹，如图所示。 加热减应区焊补示意图 1—加热处2—焊补处 2、栽丝法 大面积焊补时，采用栽丝法，使应力由 65 螺钉承受，防止焊缝剥离。如图 所示，主要用于承受冲击 载荷 及厚大铸件的补焊。 3、实例训练：减速箱上盖 裂纹的焊补(见图)，材质为灰铸 铁，采用电弧冷焊法。 操作准备： a. 焊机：ZX5-400型弧焊 整流器。 减速箱上 b. 焊条：EZNiFe-1(Z408)，直径为3．2mm或4mm， 焊前在150?以下烘干l～2h。 操作步骤： a. 检查、判断裂纹的位置，在裂纹两端10mm处钻 直径为5mm的止裂孔，并开U形坡口。 b. 清除坡口及外缘20mm范围内的水分及污物。 c. 分两层焊补，第一层电流为100A，焊条直径为 3．2mm；第二层电流为120A，焊条直径为4．0mm。 d. 采用分段逆向焊法，每焊一短焊道后立即锤击焊 缝。 e. 焊后打磨箱盖结合面焊缝。 66 f. 用气压法或水压法检查焊补的焊缝质量。 二、球墨铸铁的焊接 1、球墨铸铁的焊接性 球墨铸铁焊接性有与灰铸铁相同的一面，但又有其 自身的一些特点： （1）球墨铸铁的白口化倾向及淬硬倾向比灰铸铁 大，奥氏体区中更易出现马氏体组织。 ?由于球墨铸铁的强度、塑性与韧性比灰铸铁高， 故要求焊缝金属与各强度等级的球墨铸铁母材相匹配。 2、球墨铸铁的焊接工艺 球墨铸铁的焊接工艺分为冷焊法和热焊法两种。 （1）冷焊法 焊材的选用：冷焊时一般采用镍铁焊条 EZNiFe-1(Z408)或高钒焊条：EZV(Zll7)。 焊接工艺：当所焊铸件较小时，焊前可以不需要预 热，但是当施工环境气温低且焊件体积较大时，焊前需要 预热至100?～200?。同时，选择的焊接电流要适当大 一些，采取连续焊工艺。缺陷长而不宽时，应进行逐段多 层连续焊；缺陷较宽时，应采用分段、分层的补焊方式， 补焊过程中，保持弧长与焊芯直径相近，不可过长，以防 67 有益元素过分烧损，影响球化。焊后要缓冷。 (2)热焊法 采用铁芯球墨铸铁焊条EZCQ(Z238)补焊较小的球墨铸铁工件时，焊前应预热到500?左右。对于刚度较大 的大型铸件，焊前预热温度在700?左右，采用直流反接 或交流电源，焊后保温缓冷。为改善加工性能，还可进行 正火处理。如果将铸件加热到900?～920?并保温2．5h， 然后随炉冷却至700?～750?并保温2h，再取出空冷，则焊缝组织和性能与母材相近。 小结：1、灰口铸铁焊接实例； 2、球墨铸铁的焊接工艺 作业： 课后记： 68 巩固不锈钢的焊接工艺 焊接操作要点 无 1、学生做习题 2、针对重点问题讲解 一、填空题： 1、1cr18Ni9钢奥氏体不锈钢。 2、1Cr17钢是铁素体不锈钢。 3、 合金结构钢中的特殊用钢，根据其使用性能大致 可分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐腐蚀钢 等三种。 4、不锈钢及耐热钢按用途分类有不锈钢、热稳定钢和热 强钢等三种。 5、不锈钢及耐热钢按空冷后室温组织分类有奥氏体、铁 素体和马氏体钢等到三种。 6、奥氏体不锈钢采用焊条电弧焊多层焊时，每焊完一层 都要彻底清除焊渣，并要等前层焊缝冷却理到低于60? 69 后再焊下一层焊缝。 7、不锈钢熔化极氩弧焊时，工艺上往往采用直流反极性 8、不锈钢钨极氩弧焊时，为增加母材熔深，减少钨极发 热和烧损，工艺上常采用直流反极性。 二、判断题： 1、焊接奥氏体不锈钢时，为防止合金元素的不必要烧 损，应尽量用长弧焊接，并且要均匀摆动前进为好。 2、提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力在焊接工世上的 措施是：采用小电流、大焊速、短弧、多道焊。 3、奥氏体不锈钢焊缝产生热裂纹的倾向要比低碳钢大 得多。 4、奥氏体不锈钢0Cr18Ni9用焊条电弧焊焊接时，选 用焊条A102。 5、1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，采用焊条电弧焊为方 法焊接，选用焊条A132。 6、不锈钢焊条型号为E308-16的焊条，其牌号是A102。 7、1Cr17是铁素体不锈钢，可选用焊条电弧焊工艺， 用焊条G302焊接。 8、焊接马氏体不锈钢时，含碳量越高，裂纹倾向越大。 70 9、马氏体不锈钢导热性差、易过热，在热影响区易产 生粗大的组织。 五、 问答题： 1、奥氏体不锈钢焊接中主要有哪些问题？1Cr18Ni9Ti 焊条电弧焊和埋弧焊中各选择什么焊接材料？ 2、不锈钢焊接时为何同等规格的焊材料要比其他材料的 焊接参数小10%-20%？ 小结：讲解重点集中的问题 课后记： 71 14-1 1铝及铝合金的分类及特性； 2、铝及铝合金的焊接性 铝及铝合金的焊接性 铝及铝合金的焊接性 ： 复习提问：什么叫加热减应法？ 一、铝及铝合金的分类及特点： 铝具有密度小，耐腐蚀性好，导电性及导热性良好 等性能。铝的资源丰富，特别是在纯铝中加入各种合金元 素而成的铝合金，强度显著提高，使用非常广泛。 1、分类： （1）工业纯铝 工业纯铝的含铝量高，其纯度为 ωAl=98.8％～99.7 ％,，工业纯铝中还含有少量的Fe和Si等其它杂质。工业纯铝有很好的耐腐蚀性，其塑性好， 但强度不高。 （2）铝合金 纯铝的强度比较低，不能用来制造 承受载荷很大的结构，所以使用受到限制。纯铝中加入少 量的合金元素，能大大改善铝的各项性能，如：Cu、Mg和Mn能提高强度，Ti能细化晶粒，Mg能防止海水的腐 72 蚀，Ni能提高耐热性，所以在工业上大量使用铝合金。 铝镁合金 非热处理强化铝合金：防锈铝合金 铝锰合金 变形铝合金 铝合金 热处理强化铝合金：硬铝合金、锻造铝合金、超硬铝合金 铸造铝合金 非热处理强化变形铝合金（铝镁合金、铝锰合金）， 其特点是强度中等、塑性及抗蚀性好、焊接性良好，是目 前铝合金焊接结构中应用最广的两种铝合金。 热处理强化变形铝合金可通过淬火+时效等热处理 工艺提高力学性能，其特点是强度高、焊接性差。熔焊时 焊接裂纹倾向较大，焊接接头耐蚀性和力学性能下降严 重。 铸造铝合金中，铝硅合金应用较广。其特点是有足 够的强度，耐腐蚀和耐热性良好、焊接性尚好，主要进行 铸造铝合金零件的补焊修复。 03（LF3）、5A05（LF5）、5A06（LF6）、3A21（LF21）等铝合金，由于强度中等、塑性和耐腐蚀性好，特别是焊 接性好，而广泛用来作为焊接结构的材料。其它铝合金因 其焊接较差，在焊接结构中应用较少。 二、铝及铝合金的焊接性 73 铝及铝合金有易氧化、导热性高、热容量和线膨胀 系数大、熔点低以及高温强度小等特点，因而给焊接工艺 带来了一定困难。铝及铝合金的焊接存在的主要问题是： 1.氧化 铝和氧的化学结合力很强，常温下表面就 能被氧化而在表面生成一层致密的氧化膜（Al2O3），氧化膜的熔点可达2050?（而铝只有600?）。在焊接过程 中，这层难熔的氧化膜容易在焊缝中造成夹渣；氧化膜不 导电，影响焊接电弧的稳定性；同时氧化膜还吸附一定量 的结晶水，使焊缝产生气孔。 2.气孔 液态铝及铝合金溶解氢的能力强，在焊接 高温下熔池会熔入大量的氢，加上铝的导热性好，熔池很 快凝固，气体来不及析出而形成氢气孔。因此，焊接时应 加强保护。 3.热裂纹 铝的热膨胀系数比钢大一倍，而凝固收 缩率比钢大两倍，焊接时会产生较大的焊接应力，使焊缝 容易产生热裂纹。为了防止热裂纹，焊前有时应进行预热。 4.塌陷 铝及铝合金的熔点低，高温强度低，而且 熔化时没有显著的颜色变化，因此焊接时常因温度过高无 法察觉而导致塌陷。为了防止塌陷，可在焊件坡口下面放 置垫板，并控制好焊接工艺参数。 74 5.接头不等强 铝及铝合金焊接时，由于热影响区 受热而发生软化，强度降低而使焊接接头和母材不能达到 等强度。为了减小不等强，焊接时可采用小的热输入，或 焊后进行热处理。 小结：1、铝及铝合金的分类及特点 2、铝及铝合金的焊接性。 作业： 课后记： 75 14-1 1铝及铝合金的焊接方法的选择； 2、铝及铝合金焊接材料的选用 铝及铝合金的焊接方法 铝及铝合金的焊接材料 ： 复习提问：焊接结构中常用的铝合金有哪些？ 授新：铝及铝合金的焊接工艺 一、焊接方法的选择 由于铝及铝合金多用于化工设备上，要求焊接接头 不但有一定强度而且具有耐腐蚀性，因而目前常用的焊接 方法主要有：钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、脉冲焊等。氩 气是惰性气体，保护效果好，接头质量高。虽然气焊从各 方面都不如氩弧焊，但由于使用设备简单方便，因此在工 地或修理行业还有一些应用。此外还有等离子弧焊、真空 电子束焊、电阻焊、钎焊、激光焊等。焊条电弧焊由于铝 焊条容易吸潮，已逐渐被淘汰。 铝及铝合金常用焊接方法的特点及适用范围： 1、气焊：氧乙炔火焰功率低，热量分散，热影响区 及工件变形大，生产率低用于厚度0.5～10mm的不重要 76 结构，铸铝件焊补。 2、焊条电弧焊：电弧稳定性较大，飞溅大，接头质 量较差，用于铸铝件焊补和一般焊件修复。 3、TIG焊：电弧热量集中，燃烧稳定，焊缝成形美 观，接头质量较好，广泛用于厚度0.5～2.5mm的重要结构焊接。 4、MIG焊：电弧功率大，热源集中，、焊件变形及 热影响区小，生产效率高，用于?3mm中厚板焊接。 5、电子束焊：功率密度大，焊缝深宽比大，热影响 区及焊件变形极小，生产效率高，接头质量好，用于厚度 3～75mm的板材焊接。 6、电阻焊：利用工件内部电阻产生热量，焊缝在外 压下凝固结晶，不需要焊接材料，生产率高，用于焊接 4mm以下的铝薄板。 二、焊接材料的选择 铝及铝合金的焊接材料包括铝焊丝、铝气焊熔剂等。 1、铝焊丝 铝焊丝通常分为： （1）专用焊丝 是专用于焊接与其成分相同或相 近的母材，可根据母材成分选用。若无现成焊丝，也可从 77 母材上切下窄条作为填充金属。 （2）通用焊丝 其中HS311（铝硅焊丝）是一种通 用焊丝，主要成分为Al+Si5％。用这种焊丝焊接时，焊缝 金属流动性好，抗裂性能好，并能保证一定的接头性能。 但用它焊接铝镁合金时，焊缝中会出现脆性相，降低接头 的塑性和耐腐蚀性，因此用来焊接除铝镁合金以外的其他 各种铝合金。 （3）特种焊丝 是为焊接各种硬铝、超硬铝而专 门冶炼的焊丝，这类焊丝的成分与母材相近。与专用焊丝 相比，焊缝金属既有良好的抗裂性，又有较高强度和塑性。 2、气焊熔剂 气焊熔剂的主要作用是去除焊接时的 氧化膜及其他杂质，改善熔池金属的流动性。 小结：1、铝及铝合金焊接方法的选择； 2、铝及铝合金焊接材料的选用。 作业： 课后记： 78 14-1 1铝及铝合金的焊前准备及焊后处理； 2、铝及铝合金焊接操作技术 铝及铝合金的焊接操作技术 铝及铝合金的焊接操作技术 ： 复习提问：铝及铝合金常用的焊接方法有哪些？ 一、焊前准备及焊后清理 铝及铝合金焊前准备包括焊前清理、设置垫板和预 热。 1、焊前清理 去除坡口表面的油污和氧化膜等污物。氧化膜的清理 有机械清理和化学清理两种方法。在清除氧化膜之前，应 先用有机溶剂（丙酮或酒精）将坡口及其两侧（各约30mm 内）的油污、脏物清洗干净。 （1）机械清理：采用机械切削、喷砂处理、细钢丝 刷或锉刀等将坡口两侧30～40mm范围内的氧化膜去除， 直到露出金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一般不 宜用砂轮打磨，因为砂粒留在金属表面，焊接时会产生缺 陷。 79 （2）化学清理：用酸或碱溶液来溶解金属表面的氧 化膜，最常用的方法是，用（5～10）%体积的NaOH溶液（约70?），浸泡坡口两侧各100mm范围，30～60s后先用清水冲洗，然后在约15%的HNO3水溶液（常温）中浸泡2min，用温水冲洗后再用清水洗干净，最后进行 干燥处理。 氧化膜清除后，通常应在2h之内焊接，否则会有新 的氧化膜生成。氩弧焊时可在24h之内焊接，因为新生成 的氧化膜极薄，可利用氩弧焊的“阴极清理”作用将其清 除。 2、设置垫板 垫板由铜或不锈钢板制成，用以控制焊缝根部形状和 余高量。垫板表面开有圆弧形或方形槽。 3、预热 薄、小铝件可不预热；厚度超过5～8mm的铝件焊前应预热至150～300?；多层焊时，注意控制层间温度不 低于预热温度。 铝及铝合金焊后残留在焊缝及邻近区域的熔剂和焊 渣，在空气、水分的参与下会腐蚀焊件，因此必须及时清 理干净。一般的清理方法可将焊件放在10％的硝酸溶液 80 中浸洗。处理温度为15～20?，时间为15～20min；或处理温度为60～65?，时间为5～15min。浸洗后用冷水冲洗一次然后用热空气吹干或在100?的干燥箱内烘干。 二、焊接工艺要点 1、电源极性 熔化极氩弧焊一律采用直流反接。 钨极氩弧焊一般采用交流焊。在电流方向变化时，有 一个半周相当于直流反接（工件为阴极），具有阴极破碎 作用。而另一个半周相当于直流正接（钨极为阴极），钨 极发热量小，防止钨极熔化，造成夹钨。 2、焊接工艺参数 3、焊接操作 （1）钨极氩弧焊焊前应检查阴极破碎作用，即引弧 燃电弧后，电弧在工件上面垂直不动，熔化点周围呈乳白 色，即有阴极破碎作用。 （2）焊接操作时采用左向焊法。 （3）焊接时钨不要触及熔池以免钨极熔化造成夹钨。 焊接结束时，注意填满弧坑，防止弧坑裂纹。 （4）填充焊丝与工件间应保持一定的角度，如图所 示，焊丝倾角越小越好，一般约为10?～25?，倾角太 81 大容易扰乱电弧及气流的稳定性。室外焊接时，应注意在 焊接区周围采取防风措施。 小结：1、铝及铝合金焊接前的准备及焊后处理； 2、铝及铝合金焊接操作技术。 作业： 课后记： 82 14-2 1、铜及铜合金的特点 2、铜及铜合金的焊接性 铜及铜合金的焊接性 铜及铜合金的焊接性 ： 复习提问：铝及铝合金TIG焊时为何采用交流电源？ 一、 铜及铜合金的特点及应用： 铜及铜合金具有优良的导电性能、导热性能及在某些 介质中优良的抗腐蚀性能，某些铜合金还具有较高的强 度，因而应用十分广泛，仅次于钢铁和铝。 1、工业纯铜 工业纯铜呈紫色，故又称紫铜。 纯铜根据其含氧量不同可分为普通工业纯铜（ωo=0.02～0.10％）、磷脱氧纯铜（ωo?0.10％）和无氧纯 铜（ωo?0.003％），各种牌号的化学成分可见相关国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。无氧铜和脱氧铜含氧量少，多用于制造焊接结构。 2、黄铜 黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。黄铜的耐蚀 性高，冷热加工性能好，但导电、导热性能比纯铜差，其 83 力学性能和铸造性能比纯铜好，价格也便宜，因此应用广 泛。 为了进一步提高黄铜的力学性能、耐蚀性能和工艺 性能，在普通黄铜中加入少量的锡、锰、铅、硅、铝、镍、 铁等元素，就成为特殊黄铜，如锡黄铜、锰黄铜、铅黄铜、 硅黄铜等。 3、青铜 不以锌或镍为主要合金元素的铜合金统称为青铜。 如锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。 青铜具有较高的力学性能、耐磨性能，铸造性能和 耐蚀性能，常用来铸造各种耐磨、耐蚀的零件，如轴、轴 套、阀体、泵壳、蜗轮等。 二、铜及铜合金的焊接性 1、焊缝成形能力差 熔化焊焊接铜及大多数铜合金时容易出现坡口焊不 透和表面成形差的外观缺陷。原因：铜和大多数铜合金的 导热系数比普通碳钢大7～11倍，铜在熔化温度时表面张力比铁小1/3，流动性比钢大1～1.5倍，表面成形能力较差。 2、焊缝及热影响区热裂倾向大 84 产生裂纹的主要原因是CuO生成低熔共晶。其次粗2 晶倾向严重。再次铜及铜合金的膨胀系数和收缩率较大， 增加了焊接接头的应力，更增大了接头的热裂倾向。 3、气孔倾向严重 铜导热性好，焊接熔池凝固速度快，液态熔池中气 体上浮的时间短来不及逸出，形成气孔。铜合金的气孔分 两种类型：氢造成的扩散气孔、水蒸气造成的反应气孔。 4、接头性能下降 铜及铜合金在熔焊过程中，由于晶粒严重长大，杂 质和合金元素的掺入，使合金元素氧化、蒸发，接头性能 发生了很大的变化。如：塑性严重变坏，导电性下降，耐 蚀性能下降。 小结：1、铜及铜合金的特点及应用； 2、焊接性的主要问题。 作业： 课后记： 85 14-2 铜及铜合金的焊接工艺 铜及铜合金的焊接工艺要点 铜及铜合金的焊接方法的选择 ： 复习提问：铜及铜合金焊接性的主要问题有哪些？ 一、焊前准备和焊后清理 铜及铜合金焊接的焊前准备和焊后清理与铝及其合 金焊接时相似。 二、焊接方法的选择 铜及铜合金导热性好，一般需要大功率、高能量的 焊接方法，必须根据被焊材料的成分、厚度和结构特点综 合考虑。不同厚度的材料对不同的焊接方法有其适应性， 如薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电弧焊和气焊为宜；中板 采用埋弧焊、熔化极氩弧焊和电子束焊较为理想；厚板则 建议使用熔化极氩弧焊和电渣焊。 三、焊接工艺要点 由于纯铜的密度很大，熔化后铜液流动很快，极易 烧穿及形成焊瘤。为了防止铜液从焊缝背面流失，保证反 面成形良好，在焊接时需加（铜、石墨、石棉等）垫板。 86 由于铜的导热性很强，焊接时通常预热温度也较高，一般 在300?以上。铜焊接时尽量少用搭接、角接及T形等增加散热速度的接头，一般应采用对接接头。 1、气焊 在纯铜结构件修理、制造中，气焊用得比较多，常 用于焊接厚度比较小、形状复杂和对焊接质量要求不高的 焊件。气焊法焊接黄铜，可以防止锌的蒸发、烧损，这是 其它焊接方法无法相比的优点，因此应用较广。 （1）纯铜的气焊 选用纯铜丝HS201、HS202或母材切条作为填充焊丝，熔剂选用“CJ301”。 火焰采用中性焰，为了保证熔透，宜选用比较大的 火焰能率，一般比焊碳钢时大1～1.5倍。 焊接时需要预热，对中小件，预热温度取400～500?；厚大件预热温度取600～700?。 焊后对焊件应进行局部或整体退火处理。局部退火 处理一般是在焊件接头附近100mm处，用氧乙炔加热到 550～650?，然后放在水中急冷。 （2）黄铜的气焊 选用1号黄铜丝HS221、2号黄铜丝HS222或4号黄铜丝HS224。气焊熔剂可采用硼砂20％+硼酸80％，或 87 硼酸甲脂75％+甲醇25％配方自制。 采用轻微的氧化焰，以使熔池表面形成一层氧化锌 薄膜，由这层薄膜防止锌的进一步蒸发和氧化。 焊接薄板时一般不预热；板厚大于5mm时，预热温度为400～500?；板厚大于15mm时，预热温度为550?。 为防止应力腐蚀，焊后须进行275～560?的退火处理，以消除焊接应力。 2、氩弧焊 （1）手工钨极氩弧焊 手工钨极氩弧焊操作灵活方 便，焊接质量高，特别适用于铜及铜合金中薄板的焊接。 纯铜可采用纯铜焊丝（HS201），接头不要求导电性 能时也可选用青铜焊丝（HS211）。黄铜常用焊丝牌号为4号黄铜丝（HS224），但考虑氩弧焊电弧温度高，黄铜焊 丝在焊接过程中锌的蒸发量大，烟雾多，且锌蒸汽有毒， 故也可用无锌的青铜焊丝，如：“HS211”焊丝。 （2） 熔化极氩弧焊 由于熔化极氩弧焊的电弧功 率大，焊接热影响区小，预热温度较低，且接头质量及焊 接生产率高，因此，国内已应用于纯铜的厚板件焊接中。 熔化极氩弧焊焊接纯铜时，为了更有效地防止气孔， 最好选用含有脱气剂的焊丝，一般选用“HS201”焊丝。 88 （3）埋弧焊 采用埋弧焊焊接纯铜时，由于熔化金 属与外界隔离，并且焊接电流较大，可获得较大的熔深， 焊件变形小，接头质量好，焊接生产率高，还可在一定程 度上降低预热温度。特别适用于中厚度工件规则的长焊缝 的焊接。 （4）焊条电弧焊 生产率比气焊高，但焊接时金 属的飞溅和烧损严重，并且焊接烟雾大，焊工劳动条件差， 因此一般只用于对力学性能要求不高的焊件。 焊纯铜时采用的焊条有T107 、T207两种。 一般采用交流或直流反接焊接纯铜。焊接电流应根 据焊件的厚度、焊件外形尺寸、焊条直径和预热温度选择， 随预热温度的提高，焊接电流相应减小。 焊后可对焊缝和接头进行热态和冷态锤击。 小结：1、焊接方法的选择 2、焊接工艺要点 作业： 课后记： 89 巩固不锈钢的焊接工艺 焊接操作要点 无 1、学生做习题 2、针对重点问题讲解 一、 填空题： 1、锡青铜合金中，主要元素是 ，合金元素是 。 2、普通白铜中主要元素是Cu，合金元素是 。 3、Al-Mn合金是 强化铝合金。 4、2A11（LY11）属于 合金类别。 5、HT100是 的牌号。 6、QT400-18是 铸铁牌号。 7、焊缝宽度B与焊缝实际厚度H之比称为 。 8、铝及铝合金焊接性的主要问题是：焊缝中的 、焊接 热裂纹，以及焊接接头同母材的 性等。 9、焊接Al- Mg合金板时，以采用含 量超过3.5?~5?的焊丝为好。 10、铝及铝合金焊丝大体可分为两类：即 焊丝和 90 焊丝。 11、用手工钨极氩弧焊焊接铝及铝合金时，一般常采用 进行焊接。 12、铝及铝合金从固态变成液态时，无明显的 变化。 13、铝及铝合金用氧-乙炔气焊时，应选用 性火焰。 14、用熔焊焊接铜及铜合金，容易出现母材难于熔合、坡 口焊不透和表面成形差等外观缺陷，其原因与铜的 性能有关。 15、黄铜氩弧焊时，由于电弧温度高，为避免焊接过程中 锌的大量蒸发使焊工中毒，常用 焊丝焊接。 二、 判断题： 1、气焊铸铁时，宜采用中性火焰或弱碳化火焰。 （ ） 2、用镍基铸铁焊条进行铸铁电弧冷焊时，不会产生热裂纹。 3、5A06（LF6）是铝合金。 （ ） 4、钝铝及非热处理强化铝合金焊接时很少产生热裂纹，只有 热处理强化铝合金焊接时，热裂纹倾向才比较大。 （ ） 5、铝及铝合金焊条电弧焊时，电源应采用直流正接法。（ ） 6、铝合金TIG焊时，采用大的焊接电流配合较高的焊接速 度，对减小气孔比较有利。 91 7、铝合金MIG焊时，用直流正接最好。 （ ） 8、硬铝2A11（LY11）气体保护焊时，选用焊丝为HS311。 9、焊接纯铜时，厚度大于3mm的焊件焊前必须预热，预热 温度为400~500?，电源采用直流正接。 （ ） 10、黄铜用手工钨极氩弧焊焊接时，电源采用直流正接，也 可 以采用交流电源。用直流正接电源焊接时，锌的蒸发量较小。 11、锡青铜焊条电弧焊时，可选用的焊条型号是EcuSn-B。二、选择题： 1、进行灰铸铁冷焊时，采用锤击焊缝方法的主要目的是 。 a、防止热裂纹 b、防止冷裂纹 c、防止热应力裂纹 d、减少变形 2、避免灰铸铁产生裂纹的最有效 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是对补焊的焊件先进行 整体预热 ?，使温差降低，大减轻焊接应力。 a、400~450 b、550~700 c、700~780 d、780~850 3、补焊灰铸铁焊件缺陷时，如果刚度较大，则用气焊比电 弧热焊容易发生 。 a、 热裂纹 b、冷裂纹 c、再热裂纹 d、应力腐蚀裂纹 4、当是弧冷焊的焊缝为铸铁型时，半熔化区形成白口的敏 感性与焊缝相比 。 92 a、 更大 b、更小 c、是相等的 d、较小 5、用镍基铸铁焊条焊接铸铁时，其焊缝对热裂纹 敏感 性。 A、 有较小的 b、有较大的 c、没有 d、有极小的 6、铝及铝合金进行MIG焊时，采用粗直径焊丝比用细直径 焊丝的气孔倾向 。 a、 小 b、相等 c、大 d、很大 7、铝及铝合金焊接时，增大焊接速度和焊接电流，会 裂 纹倾向。 a、 减小 b、增大 c、消除 d、不影响 8、铝及铝合金用直流钨极氩弧焊焊接时，不应使用直流正 接，其原因是： 。 a、气体保护差 b、避免钨极损耗过大 c、飞溅大 d、焊件表面没有阴极破碎作用 9、纯铜焊缝对氢气孔的敏感性与低碳钢焊缝相比 。 a、 高得多 b、低得多 c、稍低 d、相等 10、焊接黄铜时，为了防止锌的氧化及蒸发，可使用含 的填充金属。 A、Ti b、Al c、Si d、Ca 93 11、气焊黄铜时，为了防止锌蒸发，应使用的气焊火焰是 。 a、中性焰 b、弱碳化焰 c、碳化焰 d、氧化焰 12、铜及其合金气焊时，宜采用大功率的火焰进行焊接，其 火焰的功率应比焊接同等厚度的低碳钢强 倍左右。 a、1 b、2 c、3 d、4 三、 简答题： 1、 铁焊接防止产生裂纹的措施是什么？ 2、 铝及铝合金的焊接特点是什么？ 3、 铜及铜合金的焊接特点是什么？ 小结：对集中重点问题进行讲解。 课后记： 15-1 94 掌握珠光体钢和奥氏体不锈钢的焊接工艺 珠光体钢和奥氏体不锈钢的焊接工艺 珠光体钢和奥氏体不锈钢的焊接性 ： 复习提问：金属焊接性的影响因素？ 一、常用异种金属的焊接种类 1、不同珠光体钢间的焊接（低碳钢Q235与中碳调质钢40Cr焊接）； 2、不同奥氏体钢焊接（如奥氏体不锈钢00Cr18Ni10与奥氏体耐热钢0Cr23Ni18焊接）； 3、珠光体钢与奥氏体钢焊接（如珠光体耐热钢15 Cr Mo和奥氏体不锈钢0Cr18Ni9焊接）。 4、钢与有色金属间的焊接（如钢与铜间的焊接）； 5、不同有色金属间的焊接（如铝与铜的焊接）。 以珠光体钢与奥氏体钢的焊接最为常见。常温受力 构件由珠光体钢制造，高温或与腐蚀介质接触的部件采用 奥氏体钢制造，然后再将二者焊接起来。 二、珠光体钢和奥氏体不锈钢的焊接 1、珠光体钢与奥氏体钢的焊接性 两种材料在成分与性能上的差异，影响其焊接性， 95 异种材料的焊接时存在以下几个主要问题： （1）稀释和合金化 稀释是异种金属焊接的普遍问 题。在异种钢中，由于珠光体钢与奥氏体钢化学成分差异 大，因此低合金的珠光体钢母材对焊缝的冲淡，即稀释作 用是最为突出的。 （2）在熔合区会生成马氏体脆化层 在熔合区还是不可避免的会生成马氏体组织。由于马氏体硬度高，在焊 接时或使用中可能形成裂纹。 提高焊缝金属的含镍量；熔合比越小脆化层越窄。 （3）熔合区碳的扩散 在靠近熔合区的珠光体母材 上形成了一个软化的脱碳层，而在奥氏体焊缝中形成了硬 度较高的增碳层。 适当增加焊缝中镍的含量，有助于抑制碳的扩散。 （4）接头复杂的应力状态 线膨胀系数不同所产生 的残余应力，降低了高温持久强度和塑性，易导致沿熔合 线断裂。 2、珠光体钢与奥氏体钢的焊接工艺 （1）焊接方法的选择 焊接方法对珠光体钢与奥氏 体钢焊接接头最主要的影响是熔合比，亦即稀释率。稀释 率越低越好，应注意选用熔合比小的焊接方法，如焊条电 96 弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊都比较合适。目前， 焊条电弧焊以其操作方便、成本低和可获得较小的稀释率 而广泛应用于异种钢的焊接。 （2）焊接材料的选用 焊条电弧焊时通常选用A302焊条。 （3）焊接工艺要点 为了减小熔合比，珠光体钢与 奥氏体钢焊接时坡口角度应大一些，焊接时采用小直径的 焊条或焊丝，小电流、长弧、快速焊的方法。如果为了防 止珠光体钢产生冷裂纹而需要预热，则其预热温度应比珠 光体钢同种材料焊接时略低一些。 珠光体钢与奥氏体钢焊接接头，异种材料焊后一般 不宜进行热处理。 小结：1、常用异种金属焊接的种类 2、珠光体钢和奥氏体不锈钢的焊接 作业： 课后记： 15-2 97 掌握不锈钢复合板的焊接工艺 不锈钢复合板的焊接工艺 不锈钢复合板的焊接性 ： 复习提问：珠光体钢和奥氏体不锈钢的焊接工艺要点 有哪些？ 授新：不锈钢复合钢板的焊接 一、不锈钢复合钢板简介 不锈钢复合钢板由复层（不锈钢）和基层（碳钢、低 合钢）组成。由复层不锈钢保证耐腐蚀性，基层保证结构 钢获得强度。复层只占总厚度的10～20％，比单体不锈钢可节省60～70％的不锈钢，具有很大的经济意义。不锈钢 复合钢板导热系数比单体不锈钢高1.5～2倍，因此特别适用于既要求耐腐蚀又要求传热效率高的设备。可用来制造 化工、石油等工业部门的容器和管道。 二、不锈钢复合钢板的焊接性 1、用结构钢焊条焊接基层时，可能熔化到不锈钢复 层，由于合金元素渗入焊缝，焊缝硬度增加，塑性降低， 易导致裂纹产生； 2、用不锈钢焊条焊接复层时，可能熔化到结构钢基 98 层，使焊缝合金成分稀释而降低焊缝的塑性和耐蚀性。 为防止上述两种不良后果，在基层和复层的焊接之 间必须采用施焊过渡层的方法。 三、焊接工艺 1、坡口形式和尺寸 较薄的复合钢板（总厚度小于8mm）可以采用I形坡口；较厚的复合钢板则可采用U形、V形、X形或组合坡口。为防止第一道基层焊缝中熔入奥氏体钢，可以预先 将接头附近的复层金属加工掉一部分。 2、焊接材料的选用 过渡层焊接材料的选择是不锈钢复合钢板焊接的关 键。为了防止基层对过渡层焊缝金属的稀释作用造成脆 化，过渡层应采用合金含量（尤其是镍含量）比较高的奥 氏体钢填充金属。 3、焊接顺序 复合钢板对接接头的焊接顺序：先焊基层焊缝，再 焊交界处的过渡层焊缝，最后焊复层焊缝。应尽量减少复 层一侧的焊接量，并避免复层焊缝的多次重复加热，从而 提高焊缝质量。 99 4、应注意的问题 （1）当点固焊焊点靠近复层时，须适当控制电流小 些为好。以防止复层增碳现象。 （2）严格防止用碳钢焊条或过渡层焊条用于复层焊 接。 （3）碳钢焊条的飞溅落到复层的坡口面上时，要仔 细清除干净。 （4）焊接电流应严格按照工艺参数中的规定，不能 随意变更。 复层不锈钢焊接时，宜采用小电流，直流反接，多 道焊，焊接时焊条不宜作横向摆动。焊接后仍要进行酸洗 和钝化处理，或复层焊缝区进行局部酸洗，进行去掉氧化 膜的化学处理。 小结：1、不锈钢复合钢板的焊接性 2、不锈钢复合钢板的焊接工艺 作业： 课后记： 100 巩固本期所学重点内容 ： 列出复习提纲，然后讲解 一、1、低合金结构钢的概念及分类？ 2、低合金结构钢的焊接性？ 3、什么是耐热钢，其用途及焊接工艺？ 4、如何利用碳当量来评价钢材的焊接性？ 5、常用钢材如16MnR、18MnMoNb的焊接工艺？ 二、1、普低钢焊接性差时缺陷的防止措施？ 2、低合金结构钢焊接方法的选择及各种常用方法时 焊接材料的选择？ 3、中碳钢的焊接工艺？ 4、低碳钢的焊接方法及焊接材料如何选用？ 三、Q235钢大型结构件的焊接实例及20g高压容器筒体 纵缝焊接，要求掌握基本焊接程序，了解制造工艺。 四、0Cr19Ni9分离器焊接实例，1Cr13+2Cr13马氏体不 锈钢叶轮修复实例。 五、正火钢箱型梁、低碳调质钢汽车超重机活动支腿和中 碳调质钢齿轮的焊接实例。 101 六、1、不锈钢的分类及特点，晶间腐蚀的概念及其物 理特性对焊接性的影响。 2、不锈钢的焊接性主要问题？ 3、耐热钢的分类及特点，焊接工艺？ 七、1、铸铁的分类及其焊接性？什么是白口组织？ 2、怎样选择铸铁的焊接方法？ 3、电弧冷焊和电弧热焊的工艺特点有何不同？ 八、奥氏体不锈钢的焊接： 1、什么是接头的敏化？ 2、怎样选择合适的焊接方法，焊条电弧焊和氩弧 焊的操作技术？ 3、奥氏体不锈钢的焊接工艺要点？ 九、有色金属的焊接： 1、铝及铝合金的特点及分类？牌号的认识。 2、铝及铝合金的焊接为何要强调焊前清理，清理 的方法？ 3、铝及铝合金氩弧焊的特点及手工TIG焊的操作 技术？ 4、氩弧焊焊接铝及铝合金时为何常采用交流电源？ 课后记： 102