焊接成形技术(第四讲)
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焊接成型原理精品课-长春工业大学
r—气泡半径；
η—液体金属粘度。 根据以上公式可知：
(1)尺对产生气孔的影响很大。 当其它条件不变时，凝固速度只越大，由于气泡上浮的时
间很短，越不利于气泡的浮出，越易于产生气孔。例如，
铜的导热系数大，散热快，因而焊接铜时凝固速度相对较 大，所以，铜焊接时气孔敏感性大。
(2)液态金属的粘度η也会影响气孔的形成。
式中，σ为金属与气体间的界面张力，ɣ为气泡半径。 可见，气泡半径越小，附加压力越大，气泡很难稳定存在 和长大；但当气泡在现成表面上生核时，气泡为椭圆形， 因此曲率半径较大，使附加压力大大降低，有利于气泡长 大。
3．气泡上浮 当气泡长大到一定程度后，便会脱离现成表面开始上浮， 如图4-2所示。气泡脱离现成表面而上浮的能力主要与气 泡和现成表面之间的接触角θ有关，而接触角θ的大小则 取决于现成表面(S)与气泡(V)之间的界面张力σSV、现
的冷却凝固过程中，溶解度则随温度的下降而降低，当熔
池金属冷到开始结晶时，溶解度将发生大幅度的突然下降。 此时气体大量析出形成气泡，如果气泡的上浮速度小于金
属结晶速度，则将生成气孔。因此，凝固过程中气体溶解
度的陡降是引起这类气孔的根本原因，其溶解度的变化特 性将是影响析出性气孔产生倾向的主要因素。对大部分金
成表面与熔池金属(M)间的界面张力σSM和熔池金属与气
泡间的界面张力σMV的大小，即
SV SM cos MV
(4-5)
图4-2 气泡拖脱离衬底表面示意图 1-衬底；2-液体
当θ<90˚时，气泡容易脱离现成表面，有利于气泡
的逸出；当θ>90˚时，气泡要长大到形成颈缩后才有可
能脱离基底。气泡上浮并非就能避免气孔的形成，关键是 要看气泡的上浮速度和液体金属凝固速度相对大小；如果
焊接成形
非熔化极亚弧焊
熔化极亚弧焊
3）氩弧焊的特点及应用 ① 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观， 焊接质量优良。 ② 电弧燃烧稳定，飞溅小。 ③ 焊接热影响区和变形小。 ④ 可进行全位置焊接。 ⑤ 氩气昂贵，设备造价高。 应用： 适用所有金属材料的焊接。
适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。 如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。
二、手工电弧焊焊接过程
①引弧 ② 形成熔池 ③形成焊缝
三、焊接电弧
1 . 焊接电弧的概念
在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象。 具备两个条件 接触电阻：R 短路电流：I d 使气体电离 阴极发射电子 电阻热：Q=I2Rt
-
焊条
焊接电弧 工件
d
+
E=V/d 热电离 碰撞电离 焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带点粒子产生、
二、气体保护焊
1 . 氩弧焊 利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。 焊接热源：电弧热 Ar 保护介质：Ar ①不与金属发生化学反应—不产生夹渣缺陷 ②不溶解于液体金属中—不产生气孔缺陷 ③比重大于空气（25%）
“阴极破碎”作用 1）熔化极氩弧焊 25mm以下的工件 2）非熔化极氩弧焊 适于6mm以下工件的焊接
3. 埋弧自动焊工艺特点
1）生产率高（手弧焊的5~10倍） 2）焊接质量高且稳定。
3）节约金属材料、生产成本低。 4）劳动条件好。 5）只能在水平位置焊接。 应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的 环形焊缝焊接。 如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊 缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉 身）等的焊接。
Ⅱ
可消除应力80%左右
2 . 焊接变形的防止及矫正措施
焊接成形的方法及设备解析课件
焊接成形方法的优缺点比较
熔化焊
优点是适用范围广，工艺成熟 ；缺点是焊接过程中会产生飞 溅、气孔等缺陷，且焊接变形
较大。
压力焊
优点是接头强度高，适用于各 种金属材料；缺点是设备成本 高，对工件表面质量要求高。
钎焊
优点是焊接过程中对母材热影 响小，适用于精密部件焊接； 缺点是钎料的选择和制备较为 繁琐。
焊接成形技术的应用前景与展望
应用前景
随着制造业的转型升级和技术的不断 创新，焊接成形技术的应用领域将越 来越广泛，如新能源、轨道交通、航 空航天等。
展望
未来，焊接成形技术将朝着更高效率 、更高质量、更环保的方向发展，同 时将与其他先进制造技术相结合，形 成更加智能、高效、绿色的制造体系 。
THANK YOU
气孔
由于焊接过程中熔池内气体在凝固时未能完全逸出，形成 气孔。气孔的形成与焊接材料、保护气体和焊接工艺参数 有关。
夹渣
焊接过程中，熔池内的杂质未能完全熔化或浮出，形成夹 渣。夹渣的产生与焊接材料的化学成分、焊接工艺和保护 气体有关。
未熔合
由于焊接过程中热输入不足或操作不当，导致焊缝与母材 之间或焊缝内部未能完全熔合。未熔合的产生与焊接电流 、电压和焊接速度有关。
焊接电流对焊接质量的影响
焊接电流是决定焊接质量的关键因素之一，电流过小或过大都会影响焊接质量。
焊接电流过小会导致焊接不牢固，容易出现虚焊、脱焊等问题；而电流过大则可 能导致焊缝烧穿、变形等问题，同时还会加速焊接设备的损耗。因此，在焊接过 程中，需要根据焊接材料、厚度等因素选择合适的电流，以保证焊接质量。
焊接设备的选择与使用注意事项
焊接设备的选择
选择合适的焊接设备需要根据实际需求和条件进行综合考虑，如焊接材料、焊接 效率、焊接质量等。
《焊接成形技术》课件
焊接材料
焊丝、焊剂、气体等，根据母材选择 合适的焊接材料。
焊接接头的形成与组织性能
接头形成
熔合区、热影响区、母材等区域的形成和特征。
组织性能
接头强度、韧性、耐腐蚀性等性能的评估和优化。
03
焊接成形技术的主要方法
熔化焊成形技术
常见的熔化焊成形技术包括电弧 焊、气焊、激光焊等。
然而，熔化焊成形技术也存在一 些缺点，例如容易产生焊接缺陷 、焊接过程会产生较大的热变形 等。
01
熔化焊成形技术是通过将两个待 连接的金属部件加热至熔化状态 ，然后通过液态金属的流动和扩 散实现连接的方法。
02
03
熔化焊成形技术的优点在于连接 强度高、适用范围广，可用于各 种金属材料的连接。
04
压力焊成形技术
压力焊成形技术是通过施加压力，使两个待 连接的金属部件在固态下实现原子间的扩散
和连接的方法。
《焊接成形技术》ppt课件
目录
• 焊接成形技术概述 • 焊接成形技术的基本原理 • 焊接成形技术的主要方法 • 焊接成形技术的应用实例 • 焊接成形技术的质量控制与安全防护
01
焊接成形技术概述
焊接成形技术的定义与特点
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焊接成形技术的定义：焊接成形技术是一种通过熔融金属 或金属粉末，经过冷却凝固后形成具有所需形状和性能的 工艺方法。
用于制造钢结构、钢筋混凝土结 构等。
01
02
汽车制造业
用于制造汽车车身、底盘、发动 机等部件。
03
04
船舶制造业
用于制造船体、甲板、管道等部 件。
焊接成形技术的发展趋势
高效化
提高焊接速度和效率，减少生产周期和成本 。
焊丝、焊剂、气体等，根据母材选择 合适的焊接材料。
焊接接头的形成与组织性能
接头形成
熔合区、热影响区、母材等区域的形成和特征。
组织性能
接头强度、韧性、耐腐蚀性等性能的评估和优化。
03
焊接成形技术的主要方法
熔化焊成形技术
常见的熔化焊成形技术包括电弧 焊、气焊、激光焊等。
然而，熔化焊成形技术也存在一 些缺点，例如容易产生焊接缺陷 、焊接过程会产生较大的热变形 等。
01
熔化焊成形技术是通过将两个待 连接的金属部件加热至熔化状态 ，然后通过液态金属的流动和扩 散实现连接的方法。
02
03
熔化焊成形技术的优点在于连接 强度高、适用范围广，可用于各 种金属材料的连接。
04
压力焊成形技术
压力焊成形技术是通过施加压力，使两个待 连接的金属部件在固态下实现原子间的扩散
和连接的方法。
《焊接成形技术》ppt课件
目录
• 焊接成形技术概述 • 焊接成形技术的基本原理 • 焊接成形技术的主要方法 • 焊接成形技术的应用实例 • 焊接成形技术的质量控制与安全防护
01
焊接成形技术概述
焊接成形技术的定义与特点
在此添加您的文本17字
焊接成形技术的定义：焊接成形技术是一种通过熔融金属 或金属粉末，经过冷却凝固后形成具有所需形状和性能的 工艺方法。
用于制造钢结构、钢筋混凝土结 构等。
01
02
汽车制造业
用于制造汽车车身、底盘、发动 机等部件。
03
04
船舶制造业
用于制造船体、甲板、管道等部 件。
焊接成形技术的发展趋势
高效化
提高焊接速度和效率，减少生产周期和成本 。
材料成形技术基础-4焊 接共83页文档
（）
• 2．焊接应力产生的原因是由于在焊接过程中被焊工件产生了不均匀的变形，因此，
防止焊接变形的工艺措施，均可减小焊接应力。
（）
• 3．焊接应力和焊接变形是同时产生的。若被焊结构刚度较大或被焊金属塑性较差，
则产生的焊接应力较大，而焊接变形较小。
（）
• 9-2 选择题
• 1．熔化焊过程中必须采取保护措施。如果保护不好，空气侵入到液态金属中，就 会带来许多不利影响。例如，氧会使焊缝金属（ ）、（ ）且产生（ ）；氮 会使焊缝金属（ ），产生（ ）；而氢会引起焊缝金属产生（ ）和（ ）。
材料成形技术基础-4焊 接
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
• 去应力退火 是消除焊接应力最常用的方法。
减小焊接应力可以减小焊接变形，但减小焊 接变形的方法并不一定都可以减小焊接应力。
例如，刚性固定法只能减小焊接变形，不能 减小焊接应力。
• 9-1 判断题
• 1．焊接电弧是熔化焊最常用的一种热源。它与气焊的氧乙炔火焰一样，都是气体
燃烧现象，只是焊接电弧的温度更高，热量更加集中。
• 2、焊接热影响区（低碳
钢） 焊缝附近金属因焊接热 作用而使组织和性能发 生变化的区域称为焊接 热影响区。
• 随着距离金属熔池的远 近不同，所受的热作用 和升高的温度不同。因 此，焊缝附近区域的金 属相当于受到了不同规 范的热处理，使组织和 性能发生了变化。现以 低碳钢为例说明热影响 区的组织和性能的变化。
焊接成形技术
§7-1 典型弧焊方法
缺点： ●钨电极承受电流小，熔深浅，熔敷小，生产率低； ●Ar气贵，比手弧焊、埋弧焊、CO2焊成本高； ●对焊件表面清理要求严。
3.应用： • 除低熔点（低沸点）和易蒸发的Pb、Sn、Zn不
能焊外，几乎可焊所有金属 • 厚壁压力容器及管道要求焊透焊缝的打底焊 • 厚板窄间隙对接接头的多层或多层多道焊
§7-1 典型弧焊方法
分类：按操作方式可分为：手工TIG与自动TIG 按电源种类可分为：
直流
直流脉冲—热输入小 直流正接—多用 直流反接—少用
交流
矩形波—合理分配 正弦波
§7-1 典型弧焊方法
各种电流TIG特点及应用
DC正接： • w电极接电源负，发热量小，电极许用电流大。电极不
易烧损，电弧稳定，应用广泛。 • 工件接电源正，熔深大，生产率高。 DC反接： • w电极接电流正，具有“阴极清理作用”。电极发热量
生产效率高，比手工定弧焊高1～3倍 明弧无渣、抗锈能力强，降低焊缝含氢量 焊接成本低，只有手工电弧焊的40%～50% 适用面广，可用于各种位置焊接 熔滴过渡形式：滴状过渡、短路过渡、潜弧射滴过渡
§7-1 典型弧焊方法
5.药芯焊丝气体保护焊
综合了手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊特点 优点：
采用气、渣联合保护，电弧稳定，飞溅小，成形好 熔敷效率、生产率较高 可焊材料广 有更强的抗气孔性能 缺点： 成本高 对送丝机构要求高 焊丝外皮易生锈中焊，焊丝剂易吸潮
§7-1 典型弧焊方法
★ 碳素钢用焊剂型号：GB5293-85《碳素钢埋弧焊用焊剂》 规定型号划分是依据焊缝金属力学性能。
§7-1 典型弧焊方法
★ 低合金钢用焊剂型号：GB12470-90《低合金钢埋弧焊 用焊剂》规定型号划分依据焊缝金属力学性能和焊剂渣系
第四篇焊接成形工艺ppt课件
弧焊）适于高强度钢、铸钢、 铸铁、和非铁合金，其焊接接头可与工件的强度相近 ，是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。
一、焊条电弧焊的焊接过程 • 电弧在工件和焊条之间燃烧，产生高温，电弧热使工
件、焊芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解 。 药皮熔化→进入熔池发生反应→形成熔渣→保护熔化 金属。 药皮分解→CO2,CO,H2等气体→围绕在电弧周围→ 保护熔化金属。
目前主要用于： 焊接铝、镁、钛及其合金，也用于焊接 不锈钢、耐热 钢、一些重要低合金钢
2021/4/22
二、二氧化碳气体保护焊 ★ 以CO2 作为保护气体的电弧焊。焊丝作 电极，焊丝的送进靠送丝机构实现。 ★ 特点 1.成本低 CO2的价格低。 2.生产率高 焊丝的送进是机械化或自动化； 电流密度大，电弧热量集中， 故焊接速度较快；焊后无渣壳， 节约了清理时间。 3.操作性能好 明弧焊接，易于观察。 适于各种位置的焊接。 4.质量较好 焊接热影响区较小，变形和产生裂纹的倾向小。 5.飞溅较严重，焊缝不够光滑，易有气孔。 主要用于30mm以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。
2021/4/22
焊缝质量有很多因数决定 ，如母材
金属和焊条质量、焊 前的清理程度、
焊时电弧的稳定情况 、焊接参数、
焊接操作技术、焊后 冷却速度、以及
焊后热处理等。
2021/4/22
二、电焊条 ⒈焊芯
起导电和填充焊缝作用，直径最小为1.6，最大为8。常 用φ3.2~φ5。
2021/4/22
⒉焊条药皮 主要作用：提高电弧稳定性；防止空气对熔化金属的有害 作 用；对溶池脱氧，加入合金元素，以保证焊 缝金属的化学成分和力学性能。
例： E4303
2021/4/22
第3、4位组合表示焊接电流 种类、药皮类型
一、焊条电弧焊的焊接过程 • 电弧在工件和焊条之间燃烧，产生高温，电弧热使工
件、焊芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解 。 药皮熔化→进入熔池发生反应→形成熔渣→保护熔化 金属。 药皮分解→CO2,CO,H2等气体→围绕在电弧周围→ 保护熔化金属。
目前主要用于： 焊接铝、镁、钛及其合金，也用于焊接 不锈钢、耐热 钢、一些重要低合金钢
2021/4/22
二、二氧化碳气体保护焊 ★ 以CO2 作为保护气体的电弧焊。焊丝作 电极，焊丝的送进靠送丝机构实现。 ★ 特点 1.成本低 CO2的价格低。 2.生产率高 焊丝的送进是机械化或自动化； 电流密度大，电弧热量集中， 故焊接速度较快；焊后无渣壳， 节约了清理时间。 3.操作性能好 明弧焊接，易于观察。 适于各种位置的焊接。 4.质量较好 焊接热影响区较小，变形和产生裂纹的倾向小。 5.飞溅较严重，焊缝不够光滑，易有气孔。 主要用于30mm以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。
2021/4/22
焊缝质量有很多因数决定 ，如母材
金属和焊条质量、焊 前的清理程度、
焊时电弧的稳定情况 、焊接参数、
焊接操作技术、焊后 冷却速度、以及
焊后热处理等。
2021/4/22
二、电焊条 ⒈焊芯
起导电和填充焊缝作用，直径最小为1.6，最大为8。常 用φ3.2~φ5。
2021/4/22
⒉焊条药皮 主要作用：提高电弧稳定性；防止空气对熔化金属的有害 作 用；对溶池脱氧，加入合金元素，以保证焊 缝金属的化学成分和力学性能。
例： E4303
2021/4/22
第3、4位组合表示焊接电流 种类、药皮类型
成形-第4章 连接成形
火处理， 故又称正火区。该区力学性能明显改善，是 焊接接头中性能最好的区域 （正火细晶、最好）
区
不完全重结晶区：部分组织发生相变重结晶的区域。
加热温度在Ac1线与Ac3 线之间,部分组织成为均匀、细
小的晶粒，其余为较粗大的晶粒。晶粒和组织都不均
匀，力学性能较差 （组织、性能都不均匀、较差）
改善焊接热影响区组织和性能的方法
1、材料焊接性的影响因素
材料的化学成分：硬、脆可能小，焊接性好
焊接方法：能量集中、保护好,焊接性好
影 响
焊接材料：包括焊条、焊丝、焊剂和气体等
因
碱性焊条或碱性焊剂，焊接性好；
素
惰性气体保护，焊接性好
焊件结构类型：结构简单、刚性小,焊接性好
服役要求： 服役要求不高,焊接性好
2．焊接性的评价 (1) 用碳当量评价钢的焊接性： 1）国际焊接学会（IIW）推荐的公式：
熔焊过程中，焊接接头金属发生的一系列物理、化学反应， 称为熔焊冶金过程，包括液相冶金、熔池结晶、焊缝 和热影响区的组织变化等。
焊接时，电弧热使工件和焊条芯熔化；药皮熔化和分解。 熔化的药皮在熔池内形成熔渣并浮起，分解的药皮产生大 量保护气体环绕在电弧和熔池周围，起保护作用。
固态渣壳
气体
焊条芯 药皮
CE={w(c)+w(Mn)/6+[w(Cr)+w(Mo)+w(V)]/5+
[w(Ni)+w(Cu)]/15}×100%
CE＜0.4%
焊接性良好
CE＝0.4～0.6 % 焊接性较差
CE＞0.6%
焊接性很差
2）冷裂纹敏感系数公式：
Pw ={w(c)+w(Si)/30+[w(Mn)+w(Cu)+w(Cr)]/20+
区
不完全重结晶区：部分组织发生相变重结晶的区域。
加热温度在Ac1线与Ac3 线之间,部分组织成为均匀、细
小的晶粒，其余为较粗大的晶粒。晶粒和组织都不均
匀，力学性能较差 （组织、性能都不均匀、较差）
改善焊接热影响区组织和性能的方法
1、材料焊接性的影响因素
材料的化学成分：硬、脆可能小，焊接性好
焊接方法：能量集中、保护好,焊接性好
影 响
焊接材料：包括焊条、焊丝、焊剂和气体等
因
碱性焊条或碱性焊剂，焊接性好；
素
惰性气体保护，焊接性好
焊件结构类型：结构简单、刚性小,焊接性好
服役要求： 服役要求不高,焊接性好
2．焊接性的评价 (1) 用碳当量评价钢的焊接性： 1）国际焊接学会（IIW）推荐的公式：
熔焊过程中，焊接接头金属发生的一系列物理、化学反应， 称为熔焊冶金过程，包括液相冶金、熔池结晶、焊缝 和热影响区的组织变化等。
焊接时，电弧热使工件和焊条芯熔化；药皮熔化和分解。 熔化的药皮在熔池内形成熔渣并浮起，分解的药皮产生大 量保护气体环绕在电弧和熔池周围，起保护作用。
固态渣壳
气体
焊条芯 药皮
CE={w(c)+w(Mn)/6+[w(Cr)+w(Mo)+w(V)]/5+
[w(Ni)+w(Cu)]/15}×100%
CE＜0.4%
焊接性良好
CE＝0.4～0.6 % 焊接性较差
CE＞0.6%
焊接性很差
2）冷裂纹敏感系数公式：
Pw ={w(c)+w(Si)/30+[w(Mn)+w(Cu)+w(Cr)]/20+
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第三章 金属材料的焊接
主要措施
为防止冷裂纹，必须准确选用预热温度。采用低温预 热加后热，或不预热只采用后热的办法，既可以防止低碳 调质钢产生冷裂纹，又能减轻或消除过高预热温度对其热 影响区（产生粗大马氏体）韧性的过度损害
焊接时，应避免采用过大的焊接热输入，以避免过度 降低焊接热影响区的韧性。应采用多层小焊道焊缝。最好 采用窄焊道，而不采用横向摆动的焊接 可采用焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等方法
第三章 金属材料的焊接
焊接特点
一般含碳量低，而含锰量高，因此热裂倾向小，高镍低锰 类低合金高强钢对液化裂纹比较敏感 冷裂纹倾向比较大，但只要工艺合适，冷裂纹是可以避免的
有一定再热裂纹敏感性（如14MnMoNbB 钢中碳化物形成元 素Mo、Nb 、B 共同作用使其易产生再热裂纹）
对层状撕裂不敏感 有过热区脆化和热影响区软化问题
第三章 金属材料的焊接
(3）结构因素
焊接接头的结构设计直接影响它的刚度、拘束应力 大小和方向
这些既可能影响焊接时是否发生缺陷，又可能影响焊接 接头的强度、韧性等承载能力
第三章 金属材料的焊接
(4）使用条件
使用条件：承受载荷的性质、工作温度的高低、工 作介质的腐蚀性
使用条件的苛刻程度也必然影响到金属材料焊接性
第三章 金属材料的焊接
3 再热裂纹—焊后对接头再次加热引起的裂纹
再热裂纹
LOGO
第三章 金属材料的焊接
消除应力处理裂纹：某些合金钢焊后消除应力处理过程 中产生的裂纹 应变时效裂纹：在高温合金焊后时效处理或高温使用过 程中伴随时效沉淀硬化而出现的裂纹 位置： 熔合区附近的粗晶区域 先决条件： 残余应力和应变 温度：低合金高强钢：500－700℃ 高温合金：700－900 ℃
(2）焊接性的直接试验方法
已纳人国家标准的焊接裂纹试验有斜Y 形坡口焊接裂纹试验方法 （ GB/T 4675.1-1984 ）、搭接接头（ CTS ）焊接裂纹试验方法（ GB/T 4675.2-1984 ）、 T 形接头焊接裂纹试验方法（ GB/T 4675.3-1984 ）、 压板对接（FISCO）焊接裂纹试验方法（GB/T 4675.4-1984）和焊接用 插销冷裂纹试验方法（GB/T 9446-1988）五种
LOGO
第三章 金属材料的焊接
(l）材料因素
母材本身的理化特性对其焊接性起着决定性的作用
例如：铝的化学性质很活泼，容易在金属表面形成一层难熔 的Al2O3，焊接时阻碍金属之间的良好结合，容易产生夹渣
另外，铝的线膨胀系数比铁大一倍，凝固时收缩率比铁大两倍， 因此焊接某些铝合金时，焊缝由于存在过大内应力而在脆性温度区 间产生热裂纹
1 ．碳钢的焊接
（l）低碳钢的焊接
低碳钢含碳量低，硅、锰含量少，其焊接性优良
焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氢弧焊等是其成熟焊接方法
第三章 金属材料的焊接
（2）中碳钢的焊接
当含碳量ωc接近 0.30% ，而含锰量不高时，焊接性良好。 但随含碳量的增加，焊接性变差 大多数情况下，中碳钢焊接需要预热和控制层间温度(多层 焊中，在焊后续焊道时，其前一相邻焊道所保持的最低温度）， 以降低焊缝和热影响区冷却速度，从而防止马氏体引起开裂
第三章 金属材料的焊接
典型热轧钢：Q295(09MnV、09MnNb）、Q345(16Mn）等。 典型正火钢：Q420(15MnVN）、14MnMoV等 热轧、正火钢按用途分为： 压力容器用钢，如16MnR等
锅炉用钢，如16Mng；气瓶、桥梁用钢等
第三章 金属材料的焊接
焊接特点
① 抗热裂性比较好
按屈服点的高低以及热处理状态分为： 热轧钢 正火钢
低碳调质钢
中碳调质钢
第三章 金属材料的焊接
热轧钢及正火钢
热轧钢及正火钢是非热处理强化钢，屈服强度为 294-490MPa
第三章 金属材料的焊接
热轧钢：基本属于C-Mn和 C-Mn-Si 系，通过合金元素的 固溶强化提高强度
正火钢：随着强度级别的提高，单纯利用合金元素的固 溶强化和少量碳化物或者氮化物沉淀析出难以满足要求 因此，在固溶强化同时，加入其他合金元素，通过正火 处理，这些元素的化合物以细小质点从固溶体中析出，弥散 在晶内和晶界，细化晶粒，提高强度，改善韧性和塑性
第三章 金属材料的焊接
(2）工艺因素
焊接方法对焊接性影响很大，它主要体现在焊接能量密 度和保护条件两方面
能量密度较大的焊接方法：如激光焊、电子束焊等，可以减 少焊接热影响区的宽度，减少各种热影响区的焊接缺陷，改善金属 的焊接性。良好的保护条件（如氩弧焊）使Al、Ti等活泼金属焊接 成为可能 除焊接方法外，预热、缓冷、后热、焊接顺序、坡口处理等工 艺措施对焊接性也有较大影响
② 有一定冷裂倾向，随强度级别的升高（或淬硬倾向增加）而增大
③ 沉淀强化的钢种[如Q390(15MnTi）等］有产生再热裂纹的倾向， 在消除应力热处理时，应避免600℃左右保温
④ 热轧钢在制造厚大件时，有层状撕裂的危险
⑤ 不存在热影响区软化问题，但有过热区脆化问题。热轧钢含碳量 越高脆化程度越严重。正火钢随焊接热输入的增大，或钢中含钛量 的增加，脆化程度严重
形成原因
高温液化裂纹：在热循环峰值温度下，在热影响区和 层间发生重熔，在拉应力下出现裂纹
位置: 热影响区和层间 多边化裂纹：已凝固结晶前沿，在高温和应力下，晶 格缺陷发生移动和聚集，形成二次边界
而呈现低塑性状态，在拉应力下出现裂纹
位置: 焊缝，少量在热影响区
第三章 金属材料的焊接
2 冷裂纹— 在焊后冷至较低温度下产生的裂纹
第三章 金属材料的焊接
低碳调质钢的焊接
当合金元素的含量超出一定范围后，正火条件下韧性 大幅度下降，为此，屈服强度为 441-980MPa 低合金高强度 钢，需要调质处理，称为低碳调质钢（含碳量一般低于 0.25%） 调质钢除合金元素强化外，还须进行调质热处理强化。 典型钢号有14MnMoVN、14MnMoNbB等
位置：多产生于焊缝，有时在热影响区
热裂纹分为：
结晶裂纹
高温液化裂纹 多边化裂纹
第三章 金属材料的焊接
晶 间 裂 纹 HAZ液化裂纹
多边化裂纹
第三章 金属材料的焊接
形成原因
结晶裂纹：在焊缝结晶后期，由于低熔共晶形成 的液态薄膜削弱了晶粒间连接，在拉 应力下产生裂纹 出现位置：焊缝
第三章 金属材料的焊接
金属材料在特定介质和拉应力共同作用下，发生的延迟 破裂现象
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第三章 金属材料的焊接
6 焊接接头的脆化
温度
应力状态
加载速度
脆化
脆断
转变温度 Tcr — 冲击试验
断裂韧性 KIC ; COD ; JIC
第三章 金属材料的焊接
3.1.4 焊接性主要试验
通常采用一系列试验评定焊接性，其评定方 法多种多样，每一种试验方法都是从某一特定的 角度，来考核或说明焊接性的某一方面
通用：斜Y形坡口焊接裂纹试验和焊接用插销冷裂纹试验
第三章 金属材料的焊接
l）斜Y形坡口焊接裂纹试验
又称为小铁研式裂纹试验，检验焊缝抗热裂倾向（表面裂纹率） 和母材抗热冷裂纹倾向（断面裂纹率）的试验方法
第三章 金属材料的焊接
2）插销试验
其原理如下图所示。用被试钢材加工成带有刻槽的插销试棒，插 入一定厚度试验底板的预制销孔内，用试验焊条在试样上通过插销顶
第三章 金属材料的焊接
2．合金结构钢的焊接
合金结构钢所含合金元素总量（质量分数）低于 5% ，按合金钢应用场合分为强度用钢、特殊用钢 强度用钢合金化主要目的是提高钢材强度，并保证 钢材有足够的塑性和韧性 特殊用钢是具有高温性能、低温性能和耐蚀性能等 特殊使用性能的可焊钢
第三章 金属材料的焊接
（I）高强度钢
第三章 金属材料的焊接
3 ．金属材料焊接性试验方法
根据焊接性试验性质，分为间接评估和直接试验方法 （l）焊接性的间接评估方法
主要有碳当量Ceq 间接评估法和冷裂纹敏感系数Pe间接评估法
第三章 金属材料的焊接
l） 碳当量Ceq 间接评估法
焊接热影响区的淬硬和冷裂倾向与钢材的化学成分有直接关 系，在各种元素中以碳的影响最为明显，人们把各种合金元素 的含量按其作用大小换算成碳的相当含量，来间接评估焊接热 影响区的淬硬和冷裂倾向
第三章 金属材料的焊接
研究焊接性的目的
查明一定的金属材料，在给定焊接工艺条 件下可能产生的问题及其原因，以确定焊接 工艺的合理性以及金属材质的改进方向
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第三章 金属材料的焊接
3.1.2 焊接性的主要影响因素 材质因素—母材、焊材匹配 工艺因素—热源、保护形式等 结构因素—刚度、应力状态等 使用条件—载荷、温度和介质
部正中堆焊一条试验焊缝
焊完以后，等焊缝或热影响 区冷却到冷裂纹敏感的温度区间
上限 (>=100℃ ）时，对插销施加
一轴向预定载荷（见右图）。观 察是否有延迟断裂现象，并同时
记录断裂的时间和断裂应力
第三章 金属材料的焊接
3.1.3 金属焊接性主要问题 焊接性表现为两方面问题 焊接时引起的各种冶金缺陷—裂纹 焊接时材料性能的变化—脆化
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第三章 金属材料的焊接
裂纹分类
热裂纹 冷裂纹 再热裂纹 层状撕裂
应力腐蚀裂纹
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第三章 金属材料的焊接
1 热裂纹— 在焊接高温下产生的开裂，大部分在固、液
相线温度区间产生的结晶裂纹，少量在稍低 于固相线温度时产生
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第三章 金属材料的焊接 1 焊接性试验的内容
焊缝金属抵抗热裂纹的能力
焊缝及热影响区金属抵抗冷裂纹能力 焊接接头金属抗脆性转变能力 焊接接头的使用性能（力学性能）