《常用金屬材料的焊接PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《常用金屬材料的焊接PPT課件.ppt（255頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、常用金屬材料的焊接,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】本單元主要講解常用金屬材料的焊接工藝等基礎(chǔ)知識，要求通過本單元的學(xué)習(xí)，理解碳鋼的焊接特點與焊接工藝；理解合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接特點與焊接工藝；了解不銹鋼和耐熱鋼的焊接特點與焊接工藝；了解鑄鐵的焊接特點與焊接工藝；了解鋁及鋁合金、銅及銅合金的焊接特點與焊接工藝。,綜合知識模塊一碳素鋼的焊接,碳素鋼是以Fe為基礎(chǔ)，以少量C為合金元素的鐵碳合金，可以簡稱為碳鋼。碳鋼有不同的分類方法，按含C量可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼；按品質(zhì)分可分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼；根據(jù)某些行業(yè)特殊要求及用途，有一些專業(yè)用鋼，比如：壓力容器用碳鋼、鍋爐

2、用碳鋼、船用碳素結(jié)構(gòu)。,碳鋼的焊接性主要取決于碳含量。隨著碳含量的增加，焊接性逐漸變差。碳鋼中的Mn和Si對焊接性也有影響，隨著它們含量的增加，焊接性變差，但不及碳作用強(qiáng)烈。把鋼中合金元素的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量，就叫做碳當(dāng)量。它可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。 這樣，就可以把C、Mn和Si對焊接性的影響匯合成一個適用于碳素鋼的碳當(dāng)量 Ceq經(jīng)驗公式：,Ceq值增加，產(chǎn)生冷裂紋的敏感性增大，焊接性變差。通常，當(dāng)Ceq值小于0.4%時，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，不需預(yù)熱。Ceq值在0.4%0.6%之間時，鋼材的淬硬傾向大，冷裂紋的敏感性將增大，焊接性一般，焊接時需要采取一些工藝

3、措施，如預(yù)熱等。Ceq值大于0.6%時，焊接性變得很差。,碳鋼中的雜質(zhì)(如S、P、N)和一些微量元素(如Cr、Mo、V、Cu)等對焊接接頭的裂紋敏感性和力學(xué)性能都有重大影響。實際上，焊接性的好壞不只取決于合金元素的含量，還取決于焊接接頭冷卻速度。尤其中、高碳鋼在某種焊接熱循環(huán)的作用下，冷卻速度較快，碳鋼可能在焊縫和熱影響區(qū)中形成馬氏體組織，馬氏體量越多，硬度越高，焊接性越差，產(chǎn)生裂紋傾向越大，因此，焊接時控制冷卻速度也成為至關(guān)重要的問題。采用預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，或使用大焊接熱輸入，都能降低焊接接頭冷卻速度，從而控制組織和硬度，減小冷裂紋的可能性。金屬熔焊基礎(chǔ)與材料焊接第五單元常用金屬材料

4、的焊接除上述影響碳鋼焊接性的諸多因素以外，母材焊前熱處理狀態(tài)對焊接性影響也是碳鋼焊接時不容忽視的問題。,低碳鋼的焊接,1.低碳鋼的焊接特點低碳鋼碳含量較低，Mn、Si含量又少，所以，通常情況下不會因焊接而引起嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。這種鋼材的塑性和沖擊韌度優(yōu)良，焊成的接頭塑性和沖擊韌度也很好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織?？梢哉f，整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施，其焊接性優(yōu)良。但在少數(shù)情況下，低碳鋼的焊接性也會不好，焊接時出現(xiàn)困難，例如：低碳鋼母材成分不合格，S 、P、O等雜質(zhì)含量過高，焊接方法選擇不當(dāng)?shù)取?總之，低碳鋼是最容易焊接的鋼種，但有時也會

5、出現(xiàn)某種問題。許多焊接方法都適用于低碳鋼焊接，并能獲得良好的焊接接頭。目前，焊條電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、氬弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣焊、電阻焊等都是焊接低碳鋼的成熟焊接方法。,2.焊接方法和焊接材料的選擇(1)焊條電弧焊焊接低碳鋼時大多采用焊條電弧焊，低碳鋼選用焊條的主要原則是等強(qiáng)度原則，大多使用E43系列的焊條，因為低碳鋼通常的抗拉強(qiáng)度平均值為417.5MPa，而E43系列焊條熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不小于420MPa，在力學(xué)性能上正好與之匹配。這一系列焊條有多種型號，商品牌號更多，可根據(jù)具體母材、受載情況等加以選用，比較重要的結(jié)構(gòu)或受載情況復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，盡量選用低氫型焊條，表5-1為幾種情況的舉

6、例。其他鋼材選用焊條請參照J(rèn)B/T 47092007等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)。,(2)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊近年來，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用來焊接低碳鋼也很普遍。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用焊絲可分為實心焊絲和藥芯焊絲兩大類，低碳鋼選用焊絲的主要原則也是等強(qiáng)度原則，舉例見表5-1。其他請參照GB/T 81101995氣體保護(hù)焊用碳鋼、低合金鋼焊絲等國家標(biāo)準(zhǔn)。焊接用的CO2氣體純度應(yīng)不低于99.5。(3)埋弧焊低碳鋼的焊接采用埋弧焊的也很多，尤其是中、厚度鋼板。低碳鋼埋弧焊一般選用實芯焊絲H08A或H08MnA等，它們與高錳高硅低氟熔煉焊劑HJ430、HJ431或HJ433配合，應(yīng)用甚廣。燒結(jié)焊劑應(yīng)用也日益廣泛，有

7、的燒結(jié)焊劑附加鐵粉，可以在襯墊上單面焊雙面成形，焊縫美觀，效率甚高。幾種低碳鋼埋弧焊常用焊接材料的選用舉例，見表5-1。,(4)手工TIG焊在比較重要的結(jié)構(gòu)中，低碳鋼管對焊時，一般要求焊接接頭必須是全焊透結(jié)構(gòu)。許多工廠采用手工TIG焊封底，焊條電弧焊填充和蓋面的方法或全部采用手工TIG焊焊接。低碳鋼TIG焊用焊絲盡量選用專用焊絲以減少化學(xué)成分的變化，保證焊縫一定的力學(xué)性能，20、20g、20R這類鋼一般采用H08Mn2SiA就可以了，焊接時所用Ar氣體純度應(yīng)不低于99.99。低碳鋼焊接可采用的焊接方法還有很多,比如窄間隙埋弧焊、氣焊、電渣焊等。在鍋爐和壓力容器制造中，還有不少其他焊接技術(shù)以及它

8、們各種組合形式，這主要根據(jù)具體條件和工藝要求來選擇。,要求來選擇。,3.焊接工藝要點(1)焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備包括以下方面：1)坡口的制備。坡口的制備宜采用冷加工方法，也可采用熱加工方法，焊接坡口應(yīng)保持平整，不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷，尺寸應(yīng)符合圖樣或焊接工藝的規(guī)定。坡口表面及兩側(cè)(焊條電弧焊10mm,埋弧焊20mm)應(yīng)將水、鐵銹、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)清理干凈。2)焊條、焊劑按規(guī)定進(jìn)行烘干、保溫。焊絲需去除油、銹等雜質(zhì)。,3)預(yù)熱。低碳鋼焊接一般不需要采用特殊的工藝措施,但若在寒冷冬季施焊時，焊接接頭冷卻速度快，裂紋傾向增大，特別是焊接厚度大的剛性結(jié)構(gòu)時更是如此，為避免裂紋的產(chǎn)生，可采取焊前

9、預(yù)熱、焊接時保持層間溫度和后熱等工藝措施。預(yù)熱溫度可根據(jù)試驗結(jié)果和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具體確定，不同產(chǎn)品的預(yù)熱溫度不盡相同，見表5-2和表5-3。,4)定位焊。所謂定位焊就是為組裝和固定焊件上各零件的位置而進(jìn)行的焊接，所形成的焊縫叫定位焊縫。定位焊須采用與所焊焊縫相同的焊接材料，按相同的焊接工藝施焊，定位焊縫不得有裂紋，否則必須清除重焊。熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫兩端應(yīng)便于接弧，如存在氣孔、夾渣時應(yīng)去除。,(2)焊接要求焊接要求如下：1)焊工必須按圖紙、工藝文件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求施焊。2)應(yīng)在引弧板或坡口內(nèi)引弧，禁止在非焊接部位引弧。熄弧時，弧坑要填滿。3)施焊過程中應(yīng)控制層間溫度不超過規(guī)定的范圍，當(dāng)焊件預(yù)熱

10、時應(yīng)控制層間溫度不低于預(yù)熱溫度。4)每條焊縫應(yīng)盡可能一次焊完，盡量避免中斷。5)焊縫表面的形狀尺寸及外觀要求應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。6)焊縫表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和肉眼可見的夾渣等缺陷，焊縫上的熔渣和兩側(cè)的飛濺物必須清除。焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡。焊縫表面咬邊缺陷應(yīng)不超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。,中碳鋼的焊接,1.中碳鋼的焊接特點中碳鋼的含C量在0.30%0.60之間。當(dāng)wC接近.30而wMn不高時，焊接性良好。隨著wC的增加，焊接性逐漸變差。如果wC為0.50左右而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊時，熱影響區(qū)可能產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織，易開裂。當(dāng)焊接材料和焊接過程控制不好時，甚至焊wC縫也會如此。焊接時，相

11、當(dāng)數(shù)量的母材會熔化進(jìn)入焊縫使其雜質(zhì)含量增高，容易產(chǎn)生焊縫熱裂紋。特別是雜質(zhì)S控制不嚴(yán)時，更易顯示出來。這種熱裂紋在弧坑處更為敏感。此外，由于wC增高，氣孔敏感性也增大。,中碳鋼既可以用作強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)件，也可以用作機(jī)械部件和工具。用作機(jī)械部件和工具時，又常用其堅硬耐磨而非高強(qiáng)度。無論是高強(qiáng)度還是耐磨，常常通過熱處理來達(dá)到所希望的性能。如果對已經(jīng)熱處理的部件進(jìn)行焊接，則必須采取措施防止裂紋產(chǎn)生。不過，還需強(qiáng)調(diào)的是，焊接的熱量會使熱影響區(qū)軟化，為了恢復(fù)熱影響區(qū)性能，焊件需要再進(jìn)行熱處理。,2.焊接方法和焊接材料的選擇(1)焊條電弧焊中碳鋼焊接性較差，大多用于制造機(jī)械零件，所以焊接中碳鋼最常用的焊接

12、方法主要是焊條電弧焊。要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時，應(yīng)選用級別相當(dāng)?shù)暮笚l；在不要求等強(qiáng)度時，可選用強(qiáng)度級別低于母材的焊條。低氫型焊條有一定脫硫能力，熔敷金屬塑性和韌性良好，擴(kuò)散氫量又少，無論對熱裂紋或氫致冷裂紋來說，抗裂性都較高，因此應(yīng)盡量選用。,在個別情況下，也可采用鈦鐵礦型或鈦鈣型焊條，但一定要有嚴(yán)格的工藝措施配合，例如認(rèn)真控制預(yù)熱溫度和盡量減少母材熔深(減少焊縫wC)，方能有滿意結(jié)果。特殊情況下，亦可采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條焊接，這時不需預(yù)熱，而焊縫金屬塑性良好，可以減少焊接接頭的應(yīng)力，避免熱影響區(qū)冷裂紋產(chǎn)生。中碳鋼焊條舉例如表5-4所示。,(2)其他焊接方法中碳鋼的焊接有時也可以采用其他

13、的焊接方法，這主要根據(jù)設(shè)計要求和具體情況而定，比如二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等。選用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時，30、35號鋼焊絲一般選用H08Mn2SiA、H04Mn2SiTiA和H04MnSiAlTiA。,3.焊接工藝要點(1)焊前準(zhǔn)備焊前應(yīng)做如下方面準(zhǔn)備工作：1)焊條在使用前應(yīng)按規(guī)定溫度進(jìn)行烘干、保溫。2)補焊前待焊處的缺陷徹底清除掉，認(rèn)真清理待焊部位工件表面，去除鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)。需要定位焊時焊縫不宜過小。3)預(yù)熱，控制層間溫度。大多數(shù)情況下，中碳鋼焊接需要預(yù)熱,焊接時控制層間溫度，層間溫度一般不能低于預(yù)熱溫度，以降低焊縫和熱影響區(qū)冷卻速度，從而防止產(chǎn)生馬氏體，提高焊接接頭的塑性，減小殘余應(yīng)力

14、。預(yù)熱溫度取決于碳當(dāng)量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類型和工藝方法。一般來說，隨著碳當(dāng)量增高，接頭厚度增大或電弧中氫含量增高，預(yù)熱溫度增高。通常，35號鋼和45號鋼預(yù)熱溫度可為150250，wC再高，或厚度大，或剛性大預(yù)熱溫度可在250400。如果采用局部預(yù)熱，坡口兩側(cè)的加熱范圍為150200mm。,(2)焊接要求焊接中碳鋼時，盡量采用窄焊道，短弧焊操作方法。如果是多層焊，前幾層焊縫應(yīng)采用小直徑焊條，小焊接電流，以減少母材的熔深，但要熔透。中間層可用較高的線能量來完成。最后一道或幾道蓋面焊縫盡可能全部熔敷在前一層已熔敷的焊縫金屬上，這種做法對原熔敷焊道的熱影響區(qū)，特別是處在母材中的熱影響區(qū)起到回火

15、作用，降低該區(qū)的硬度和脆性，防止焊后熱處理前產(chǎn)生裂紋。(3)焊后熱處理焊后最好立即做消除應(yīng)力熱處理，特別是大厚度工件、大剛性結(jié)構(gòu)件和苛刻的工況條件下(例如動載荷或沖擊載荷)工作的工件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力熱處理溫度一般為600650。如果不可能立即消除應(yīng)力，也應(yīng)當(dāng)后熱，以便擴(kuò)散氫逸出。后熱溫度不一定與預(yù)熱溫度相同，視具體情況而定。后熱保溫時間大約每10mm厚度為1小時左右。,高碳鋼的焊接,1.高碳鋼的焊接特點高碳鋼wC大于0.6，除了高碳結(jié)構(gòu)鋼外，還包括高碳碳素鋼鑄件和碳素工具鋼等。高碳鋼的wC比中碳鋼更高，更容易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體，所以淬硬傾向和裂紋敏感傾向更大，從而焊接性更差。這類鋼實際上不

16、用于制造焊接結(jié)構(gòu)，而用于高硬度或耐磨部件、零件和工具以及某些鑄件，亦稱為工具鋼和鑄鋼，所以它們的焊接也大多數(shù)為焊接修復(fù)。為了獲得高硬度或高耐磨性，高碳鋼零件一般都經(jīng)過熱處理，常為淬火+回火，因此，焊接前進(jìn)行退火，可以減少裂紋傾向，焊后再進(jìn)行熱處理，以達(dá)到高硬度和高耐磨性要求。,2.焊接方法和焊接材料的選擇由于高碳鋼焊接性差，大多應(yīng)用于硬度大或耐磨部件、零件和工具，所以焊接高碳鋼最常用的焊接方法主要是焊條電弧焊。焊接材料通常根據(jù)鋼的含碳量、工件設(shè)計和使用條件等，選用合適的填充金屬。焊縫要與母材性能完全相同比較困難，這類鋼的抗拉強(qiáng)度大多在675MPa以上，選用的焊接材料視產(chǎn)品設(shè)計要求而定，要求強(qiáng)度高時，一般用E7015-D2(J707)或E6015-D2(J607)，要求強(qiáng)度不高時，可用E5016(J506)或E5015(J507)等焊條，或者分別選用與以上強(qiáng)度等級相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摵笚l或填充金屬，所有焊接材料都應(yīng)當(dāng)是低氫型的。,必要時也可以用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條焊接，焊條牌號與中碳鋼用焊條相同，例如E308-16(A102)、E308-15(A107)、E309-16(A302)、EE309