常用金属材料的焊接.pptx
3.3.1 3.3.1 金属材料的焊接性金属材料的焊接性3.3.2 3.3.2 碳钢的焊接碳钢的焊接3.3.3 3.3.3 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接3.3.4 3.3.4 铸铁的补焊铸铁的补焊3.3 3.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接3.3.5 3.3.5 有色金属的焊接有色金属的焊接3.3.6 3.3.6 焊接缺陷与检验焊接缺陷与检验主要内容：主要内容：重点内容：重点内容：能够根据材料能够根据材料的特性正确选择焊的特性正确选择焊接方法。对可焊性接方法。对可焊性差的材料在焊接时差的材料在焊接时应采取哪些措施。应采取哪些措施。第1页/共22页3.3.1 金属材料的焊接性3.3.1.1金属焊接性的概念 金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。3.3.1.2金属焊接性的评定碳当量法：碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：第2页/共22页 C当量0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。C当量=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。C当量0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。3.3.1 金属材料的焊接性第3页/共22页3.3.2 碳钢的焊接 低碳钢含碳量不大于0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理（电渣焊除外）。3.3.2.2 中、高碳钢的焊接 中碳钢含碳量在0.25%0.6%之间，随含碳量的增加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产当中，主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。3.3.2.1 低碳钢的焊接第4页/共22页热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹 中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的区段时，区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现马氏体等受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现马氏体等淬硬组织。淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区产生冷裂纹，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到产生冷裂纹，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后产生裂纹。常温后产生裂纹。焊缝金属热裂纹倾向较大焊缝金属热裂纹倾向较大 焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降。芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降。因此，因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各，使焊接时工件各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。速度，避免产生淬硬组织。中碳钢的焊接特点：3.3.2 碳钢的焊接第5页/共22页3.3.3 合金结构钢的焊接低合金钢的焊接特点：热影响区的淬硬倾向热影响区的淬硬倾向 低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及碳及合金元素越多合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响区的，钢材强度级别越高，焊后热影响区的淬硬淬硬倾向也越大倾向也越大。强度级别大于。强度级别大于450MPa450MPa级的低合金钢，淬硬倾级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。度明显增加，塑性、韧性则下降。第6页/共22页焊接接头的裂缝倾向焊接接头的裂缝倾向 不同环境温度的预热要求：不同环境温度的预热要求：工件厚度工件厚度/mm/mm：1616以下，不低于以下，不低于-10-10不预热不预热,-,-1010以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：16-2416-24，不低于，不低于-5-5不预热不预热 ,-,-55以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：24-4024-40，不低于，不低于00不预热不预热,0,0以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：4040以上，均应预热以上，均应预热1001001501503.3.3 合金结构钢的焊接低合金钢的焊接特点：第7页/共22页3.3.4 铸铁的补焊1.1.铸铁的焊接特点：铸铁的焊接特点：熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易产生气孔熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易产生气孔 热焊法热焊法是焊前将工件整体或局部是焊前将工件整体或局部预热预热到到600600700700，焊，焊后缓慢后缓慢冷却冷却。3.3.4.1 铸铁的补焊方法2.2.铸铁的焊接方法：铸铁的焊接方法：热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件，如床头箱、汽缸体等。第8页/共22页 焊补之前，工件不预热或只进行400以下低温预热的焊补方法通常称为冷焊法冷焊法。主要依靠焊条来调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及时轻轻锤击焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。3.3.4 铸铁的补焊3.3.4.1 铸铁的补焊方法第9页/共22页3.3.4.2 铸铁补焊时产生白口的原因及预防措施 防止白口的措施有以下几种：防止白口的措施有以下几种：（1 1）减减缓缓冷冷却却速速度度 延延长长熔熔合合区区处处于于红红热热状状态态时时间间，使使石石墨墨化化充充分进行。具体措施是焊前对焊件进行预热和焊后保温缓冷。分进行。具体措施是焊前对焊件进行预热和焊后保温缓冷。（2 2）增增加加有有利利于于石石墨墨化化元元素素的的含含量量 铸铸铁铁中中常常存存的的C C、SiSi、MnMn、S S、P P元元素素中中，C C和和SiSi是是强强烈烈的的石石墨墨化化元元素素，只只有有当当（C+SiC+Si）含含量量达达到到一一定定值值时时，在在适适当当冷冷却却速速度度配配合合下下，才才能能使使焊焊缝缝获获得得灰灰铸铸铁铁组组织织。因因此此，选选择择含含硅硅、碳碳较较高高的的材材料料是是防防止止产产生生白白口口的的常常见见方方法法之一。之一。（3 3）采采用用异异质质材材料料焊焊接接 采采用用镍镍基基、铜铜基基、钢钢基基焊焊缝缝的的焊焊接接材材料料，使焊缝不是铸铁组织，因而从根本上避免了白口组织的产生。使焊缝不是铸铁组织，因而从根本上避免了白口组织的产生。3.3.4 铸铁的补焊第10页/共22页3.3.5.1 铝及铝合金的焊接 工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点658658）、铝）、铝锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：难，其焊接特点是：铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（Al2O3Al2O3）。）。氧化铝组织致密，熔点高达氧化铝组织致密，熔点高达20502050，它覆盖在金属表面，它覆盖在金属表面，能阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。能阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。3.3.5 有色金属的焊接铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。第11页/共22页液液态态铝铝能能吸吸收收大大量量的的氢氢，铝铝在在固固态态时时又又几几乎乎不不溶溶解解氢氢，因此在溶池凝固时易生成气孔。因此在溶池凝固时易生成气孔。铝铝在在高高温温时时强强度度及及塑塑性性很很低低，焊焊接接时时常常由由于于不不能能支支持持熔池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。熔池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。3.3.5.1 铝及铝合金的焊接3.3.5 有色金属的焊接第12页/共22页3.3.5.2 铜及铜合金的焊接 铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的8 8倍），焊接时热量倍），焊接时热量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。铜在液态易氧化，生成的铜在液态易氧化，生成的Cu2OCu2O与铜组成低熔点共晶，分与铜组成低熔点共晶，分布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起开裂。程中极易引起开裂。3.3.5 有色金属的焊接第13页/共22页铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔液中铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔液中析出，来不及逸出就会生成气孔。析出，来不及逸出就会生成气孔。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生成氧化锌（成氧化锌（ZnOZnO）。改变接头化学成分、降低接头性能，而）。改变接头化学成分、降低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘度，生成气孔和夹渣。易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘度，生成气孔和夹渣。铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等方法进行焊接。采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。3.3.5.2 铜及铜合金的焊接3.3.5 有色金属的焊接第14页/共22页 焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊瘤、夹焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊瘤、夹渣、裂纹、气孔、咬边和未焊透等渣、裂纹、气孔、咬边和未焊透等。3.3.6 焊接缺陷与检验 3.3.6.1 焊缝常见缺陷(a)(a)焊瘤焊瘤 (b)(b)裂纹裂纹 (c)(c)夹渣夹渣 (d)(d)气孔气孔 (e)(e)咬边咬边 (f)(f)未焊透未焊透图图15-1 15-1 焊缝中常见的缺陷焊缝中常见的缺陷第15页/共22页3.3.6.2 焊接检验过程l焊前检验焊 前检验的主要内容包括原材料检验和焊接结构鉴定。原材料检验内容为工件金属质量检验，焊丝、焊条及其它焊接材料的质量检验。l生产过程检验生产过程检验是针对制造过程各工序的完成质量进行跟踪检查，内容包括焊接工艺参数检验（如焊接电流、焊接速度等）、结构装配检验和焊缝尺寸检验。l焊后检验焊后检验是对焊接质量的综合评定，尤其是对有特殊性能要求的产品，焊后检验成为决定其能否投入使用的关键。焊后检验的内容主要包括焊缝的外观检查、焊缝密封性检验和焊缝内部缺陷检验。3.3.6 焊接缺陷与检验 第16页/共22页3.3.6.3 3.3.6.3 焊接接头检验方法焊接接头检验方法1 1破坏检验破坏检验 破坏检验是从焊件或试件上切取试样，或以产品（或破坏检验是从焊件或试件上切取试样，或以产品（或模拟体）的整体破坏做试验，以检查其各种力学性能的试模拟体）的整体破坏做试验，以检查其各种力学性能的试验法。常用的破坏检验方法包括焊缝金属化学成分及金相验法。常用的破坏检验方法包括焊缝金属化学成分及金相组织检验、焊缝及接头力学性能试验等。组织检验、焊缝及接头力学性能试验等。2 2非破坏检验非破坏检验 非破坏检验是利用不同的物理方法，在不破坏焊接结非破坏检验是利用不同的物理方法，在不破坏焊接结构和焊接接头状态的条件下，直接检查和评定焊接质量。构和焊接接头状态的条件下，直接检查和评定焊接质量。常用的非破坏检验方法包括外观检查、密封性检验和物理常用的非破坏检验方法包括外观检查、密封性检验和物理探伤。探伤。3.3.6 焊接缺陷与检验 第17页/共22页3.3.6.4 3.3.6.4 常用非破坏检验方法常用非破坏检验方法1 1外观检查外观检查u着色探伤u荧光探伤 u磁粉探伤3.3.6 焊接缺陷与检验 第18页/共22页2 2密封性检验密封性检验u煤油试验煤油试验u气密性检验气密性检验u水压试验水压试验3.3.6 焊接缺陷与检验 3.3.6.4 3.3.6.4 常用非破坏检验方法常用非破坏检验方法第19页/共22页3 3无损探伤无损探伤u声发射探伤声发射探伤u超声波探伤超声波探伤u激光全息探伤激光全息探伤超声波的频率在超声波的频率在20000Hz20000Hz以上，具有以上，具有能透入金属材料深处的特性，而且由能透入金属材料深处的特性，而且由一种介质进入另一种介质截面时，在一种介质进入另一种介质截面时，在界面发生反射波，检测焊件时，在荧界面发生反射波，检测焊件时，在荧光屏上可看到始波和底波光屏上可看到始波和底波3.3.6.4 3.3.6.4 常用非破坏检验方法常用非破坏检验方法3.3.6 焊接缺陷与检验 第20页/共22页X X射线和射线检验X射线（如图）和射线（如图）和射线都是电磁波，都能不同程度地透过金属。相射线都是电磁波，都能不同程度地透过金属。相应部位的底片感光较强，底片冲出后，就在缺陷部位上显示出明显应部位的底片感光较强，底片冲出后，就在缺陷部位上显示出明显可见的黑色条纹和斑点，如图可见的黑色条纹和斑点，如图12-42所示。所示。3.3.6 焊接缺陷与检验 第21页/共22页谢谢大家观赏！第22页/共22页
