金属焊接性与焊接结构设计
金属材料的焊接性
普通低合金结构钢：
σs<400MPa ω(C)<0.4% 低强度普通低合金结构钢： 16Mn、09Mn2Si 焊接性良好。 高强度普通低合金结构钢： σs>400MPa ω(C)<0.4%~0.5%
15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV 焊接性较差。
焊前预热（150~250 ℃ ），焊后缓冷；选用低氢型焊条； 焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。
3. 高碳钢的焊接
高碳钢：C>0.60% 问题
ω(C)>0.60%
焊接性差。
焊缝区易产生热裂纹 热影响区易产生冷裂纹
措施 与中碳钢类似，采用较高的温度的焊前预热 （250~350 ℃ ），焊后缓冷。
避免选用高碳钢作为焊接结构件。
焊补
合金结构钢的焊接
合金结构钢 机械制造用结构钢 （调质钢、渗碳钢） 普通低合金结构钢 （压力容器、锅炉、桥梁、
氩弧焊、气焊、钎焊、碳弧焊。
2. 冷焊法
焊前不预热或低温预热（400 ℃）的焊补方法。 ①钢芯铸铁焊条： 适用于非加工表面的焊补 ②石墨化铸铁焊条： 适用于较大灰口铸铁件的焊补 焊缝性能与母材基本相同，具有良好的加工性 焊条
③铜基铸铁焊条： 主要用于一般铸铁件的焊补
抗裂性好，可进行机械加工。 ④镍基铸铁焊条： 主要用于重要件加工表面的焊补 具有良好的抗裂性与加工性 ⑤高钒铸铁焊条： 主要用于一般铸铁件的焊补 可进行机械加工、塑性和抗裂较好。
焊接性
3）焊件化学成分
4）工艺参数
3. 焊接性的评定方法
1）实验法
2）碳当量估算法 C — 影响最显著 — 基本元素
其它元素 — 折合成碳的相当含量对焊接性的影响
常用金属材料的焊接性
常用金属材料的焊接性焊接是指将两个或多个金属材料通过加热或施加压力等方式连接在一起的工艺。
常用的金属材料包括钢铁、铝、铜、镍、钛等。
这些金属材料在焊接时拥有不同的特性和焊接性能。
下面将针对常见金属材料的焊接性进行详细介绍。
1.钢铁焊接性钢铁是最常见的金属材料之一，其焊接性能较好。
在钢铁焊接中常用的方法包括电弧焊、气焊、激光焊等。
其中，电弧焊是最常见的焊接方法，在焊接钢铁时通常使用熔化电极和熔化极性相同的焊条。
钢铁的焊接性能取决于其成分、组织结构以及焊接方法等因素。
2.铝焊接性铝是一种常见的轻金属，其焊接性能较差。
由于铝的氧化膜容易形成，这会降低焊接接头的强度和质量。
为了提高铝的焊接性能，可以采用预处理、焊接保护气体等方法。
常见的铝焊接方法有气焊、TIG焊等。
在气焊中需要使用钡剂等预处理剂来清除氧化膜，而TIG焊则可以通过惰性气体的保护来减少氧化膜的生成。
3.铜焊接性铜是一种良好的导电材料，其焊接性能较好。
常见的铜焊接方法有气焊、TIG焊、电弧焊等。
在铜焊接中，氧化膜的清除很重要，可以使用钝化剂等预处理剂来清除氧化膜。
TIG焊和电弧焊是常用的铜焊接方法，可以通过选择合适的焊接材料和控制焊接参数来获得理想的焊接接头。
4.镍焊接性镍是一种耐腐蚀性较好的金属材料，其焊接性能较好。
常见的镍焊接方法有电弧焊、TIG焊等。
镍焊接时，需要注意选择合适的焊接材料和适当的焊接参数来获得理想的焊接接头。
在镍焊接中，尤其需要注意焊接电缆和接地端之间的电气连接，以避免电弧腐蚀。
5.钛焊接性钛是一种重要的结构材料，其焊接性能较好。
常用的钛焊接方法有电弧焊、激光焊等。
在钛焊接中，需要注意选择合适的焊接材料和适当的焊接参数，以避免产生气泡和裂纹等缺陷。
此外，钛焊接还需要进行保护气体的控制，以避免氧化等不良影响。
综上所述，常用金属材料的焊接性能因成分、组织结构以及焊接方法等因素的不同而有所差异。
了解和掌握这些材料的焊接性能对于实际应用和工程设计具有重要意义，能够确保焊接接头的质量和可靠性。
金属的焊接性
金属的焊接性一、金属焊接性1.概念：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。
含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。
评价标准：如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。
2.影响焊接性的因素1）材料因素材料是指用于制造结构的金属材料及焊接所消耗的材料。
前者称为母材或基本金属，即被焊金属。
后者称为焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。
材料因素包括化学成分、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(包括杂质的分布与含量)是主要的影响因素。
碳对钢的焊接性影响最大。
含碳量越高，焊接热影响区的淬硬倾向越大，焊接裂纹的敏感性越大。
也就是说，含碳量越高焊接性越差。
除碳外钢中的一些杂质如氧、硫、磷、氢、氮以及合金钢中常用的合金元素锰、铬、钴、铜、硅、钼、钛、铌、钒、硼等都不同程度地增加了钢的淬硬倾向使焊接性变差。
若焊接材料选择不当或成分不合格，焊接时也会出现裂纹、气孔等缺陷，甚至会使接头的强度、塑性、耐蚀性等使用性能变差。
2）设计因素设计因素是指焊接结构在使用中的安全性不但受到材料的影响而且在很大程度上还受到结构形式的影响。
例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。
3）工艺因素工艺因素包括施焊方法(如手工焊、埋弧焊、气体保护焊等)、焊接工艺(包括焊接规范参数、焊接材料、预热、后热、装配焊接顺序)和焊后热处理等。
在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况下工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。
11-1金属的焊接性
工艺措施对防止焊接接头的缺陷也起到重要作用 焊前预热、焊后缓冷和消氢处理对防止热影响区的 淬硬变脆降低焊接应力防止裂纹是比较有效的措施。 构件类型方面： 焊接构件的结构设计会影响应力状态，从而影响焊接性。 接头处于刚度较小的状态，能自由收缩。可防止裂纹 注意避免缺口、截面突变、焊缝余高过大、交叉焊缝 不必增大焊件厚度和焊缝体积，否则产生多向应力。 使用条件方面： 高温工作时，易产生蠕变。 低温工作或冲击载荷时，容易发生脆性破坏。 在腐蚀介质下工作时，接头要求具有耐腐蚀性。
常用金属材料的焊接
目的与要求： ①掌握金属焊接性的含义、内容、影响因素。 ②掌握碳当量的含义、计算公式及评定方法。 重点： ①碳当量焊接性的含义、焊接性的评定方法及工艺的拟订。 ②掌握碳当量的含义、计算公式及评定方法。 难点： 焊接性能的影响因素及碳当量的计算公式和评定方法。
一、焊接性概念 金属的焊接性：指金属材料对焊接加工的适应性。也就是 说在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊 接接头的难易程度。 内容：包括接合性能和使用性能。 接合性能：在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成 焊接缺陷的敏感性。 使用性能：在一定的焊接工艺条件下，一定的金属的焊 接接头对使用要求的适应性。
同时具有预期的使用性能。
焊接性细分 工艺焊接性——金属材料对各种焊接方法的适应能力。 金属材料本身、焊接热源、工艺措施。 使用焊接性——焊接接头满足技术条件中所规定的使用 性能的能力。
焊接性还可以分为：冶金焊接性和热焊接性。
二、焊接性影响因素 主要有四个方面：材料方面、焊接方法及工艺方面、 构件类型方面、使用条件方面。 材料方面： 母材和焊接材料（如：焊条、焊丝、焊剂、保护气体等）。 母材的性质起决定性影响 焊接材料起关键性作用 如母材与焊接材料匹配不当时，就会造成焊缝金属的化 学成分不合格，力学性能和其他使用性能降低。 焊接方法及工艺方面： 焊接方法对焊接性的影响主要在两个方面 焊接热源的特点 影响热循环 对熔池和接头的保护 影响焊接冶金过程
金属材料的焊接性
第三节 金属材料的焊接性1. 焊接性的概念—定焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。
2．焊接性的评价1) 碳当量法碳当量是把钢中的合金元素(包括碳)的含量，按其作用换算成碳的相对含量。
国际焊接学会推荐的碳当量(CE)公式为：％）＋＋＋＋＋＋＝10015)Cu ()Ni (5)V ()Mo ()Cr (6)Mn ()C ([CE ⨯ωωωωωωω 式中，ω(C)、ω(Mn)等－碳、锰等相应成分的质量分数(%)。
当CE<0.4％时，钢材的塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。
在一般的焊接技术条件下，焊接接头不会产生裂纹，但对厚大件或在低温下焊接，应考虑预热；当CE 在0.4～0.6％时，钢材的塑性下降，淬硬倾向逐渐增加，焊接性较差。
焊前工件需适当预热，焊后注意缓冷，才能防止裂纹；当CE>0.6％时，钢材的塑性变差。
淬硬倾向和冷裂倾向大，焊接性更差。
工件必须预热到较高的温度，要采取减少焊接应力和防止开裂的技术措施，焊后还要进行适当的热处理。
2)冷裂纹敏感系数法 冷裂纹敏感系数的其计算式为：％＋＋＋＋＋＋＝100]60060]H [)B (510)V (15)Mo (60)Ni (20)Cu ()Mn ()Cr (30)Si ()C ([⨯++++h P W ωωωωωωωωω式中P W －冷裂纹敏感系数；h －板厚；[H]－100g 焊缝金属扩散氢的含量(mL)。
冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。
3．低碳钢的焊接低碳钢的CE 小于0.4％，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性良好。
4．中、高碳钢的焊接中碳钢的CE 一般为0.4％～0.6％，随着CE 的增加，焊接性能逐渐变差。
高碳钢的CE 一般大于0.6％，焊接性能更差，这类钢的焊接—般只用于修补工作。
为了保证中、高碳钢焊件焊后不产生裂纹，并具有良好的力学性能，通常采取以下技术措施：1)焊前预热、焊后缓冷 焊前预热和焊后缓冷的主要目的是减小焊接前后的温差，降低冷却速度，减少焊接应力，从而防止焊接裂纹的产生。
金属材料的焊接性
金属材料的焊接性一、焊接性的概念焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。
主要指在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
它包括两个方面的内容，其一是接合性能：即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；其二是指使用性能：即在一定焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。
金属的焊接是一个复杂的物理和化学变化、反应的过程。
在焊接过程中焊接接头几乎出现所有的冶金现象，如熔化、结晶、蒸发、金属反应、熔渣与金属的反应、固态相变等；此外焊缝和热影响区各不同位置，由于加热、冷却、相变都是不均匀的。
这样就会造成很大的内应力和集中应力，甚至可以导致各种类型的裂纹或形成焊接接头的其它缺陷。
一般低碳钢焊接，不需要复杂的工艺措施就能获得良好的焊接质量，因而说低碳钢的焊接性良好。
但如果用同样的工艺焊接铸铁，则会出现裂纹、断裂等严重缺陷，得不到完好的焊接接头。
从这个意义上讲，铸铁的焊接性能差。
但是，在焊接铸铁时，如果使用适当的气焊丝和气焊熔剂(焊接材料)并采取相适应的焊接工艺，如高温预热、缓冷、锤击等工艺措施，就能获得满意的焊接接头。
由此可见，金属材料的焊接性不仅与母材本身的化学成分及性能有关，而且还与焊接材料、焊接工艺措施有关。
金属材料的焊接性包括接合、使用两方面的性能。
有时，完整的无缺陷的焊接接头并不一定具备满足要求的使用性能。
例如，镍钼不锈钢的焊接，比较容易获得接合性能良好的焊接接头，但如果焊接方法和工艺措旋不合适，则焊缝金属和焊接热影响区的抗腐蚀性就有可能达不到使用性能的要求，造成使用上的不合格。
总之，影响焊接性的因素包括：(一)母材、焊接材料母材和焊接材料(如气焊丝、气焊熔剂等)，它们直接影响焊接性，所以正确选用母材是保证焊接性良好的重要基础。
(二)焊接工艺对同一母材采用不同的工艺方法和措施，所表现的焊接性就不同。
例如，钛合金对氧、氮、氢极为敏感，用气焊和手工电弧焊很难实现焊接，而用氩弧焊或等离子孤焊则可以取得满意的效果。
焊接结构设计的基本要求和基本原则
焊接结构设计的基本要求和基本原则1.设计的基本要求设计任何焊接结构都应满足下列基本要求1）实用性结构必须达到所要求的使用功能和预期效果2）可靠性结构在使用期内必须安全可靠，应能满足强度、刚度、稳定、抗振、耐蚀等方面的要求。
3）工艺性应该是能焊接施工的结构。
所选的金属材料既有良好的焊接性能，又具有良好的焊前预加工性能和焊后热处理性能；所设计的结构应具有焊接和检验的可达性，并易于实现机械化和自动化焊接。
4）经济性制造该结构时所消耗的原材料、能源和工时应最少，其综合成本低。
此外，还要适当注意结构的造型美观。
上述要求是设计者追求的目标，设计时要统筹兼顾，应以可靠性为前提，实用性为核心，工艺性和经济性为制约条件。
2.设计的基本原则为了使设计能达到上述的基本要求，设计焊接结构时，应遵循下列的设计原则。
（1）合理选择和利用材料所选用的金属材料必须同时满足使用性能和加工性能的要求，前者包括强度、韧度、耐磨、耐蚀、抗蠕变等性能；后者主要是焊接性能，其次是其他冷、热加工性能，如热切割、冷弯、热弯、金属切削及热处理等性能。
在结构上有特殊性能要求的部位，可采用特种金属材料，其余采用能满足一般要求的廉价材料。
如有防腐蚀要求的结构，可采用以普通碳钢为基体。
以不锈钢为工作面的复合钢板或者在基体上堆焊抗腐蚀层；又如有耐磨要求的构件，仅在工作面上堆焊耐磨合金或热喷涂耐磨层等。
充分发挥异种金属材料能进行焊接的特点。
尽可能选用扎制的标准型材料和异型材。
通常轧制型材表面光洁平整、质量均匀可靠；使用时不仅减少许多备料工作量，还可减少焊缝数量。
由于焊接量减少，焊接变形易于控制。
在划分结构的零部件时，要考虑到备料过程中合理排料的可能性，以减少余料，提高材料利用率。
（2）合理设计结构形式能满足上述基本要求的结构形式都被认为是合理的结构设计，也就是可从实用、可靠、可加工和经济等方面对结构设计的合理性进行综合评价。
设计时，一般应注意以下几点。
1）根据强度、刚度和稳定的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。
金属焊接性
试验焊缝在各种温度下施焊，焊后静置24小时再检测 和解剖，计算表面裂纹率，根部裂纹率和断面裂纹率。
表面裂纹率
C f
l f 100 % L
根部裂纹率
Cr
lr 100 % L
断面裂纹率（在试样焊缝上切下4-6试片，检查5个断面上裂纹
横向拘束主要用于测试焊缝中央结晶裂纹和高温失塑裂 纹；纵向拘束主要用于测试结晶裂纹和液化裂纹。
Cr 5
Mo 4
V 14
(%)
适用于低合金调质钢，其成分范围：
C≤0.20 Si≤0.55 Mn≤1.50 Cu≤0.50
Cr≤1.25 Mo≤0.70 V≤0.10 B≤0.006
Ni≤2.50
δ<25mm，手弧焊E=17kJ/cm，预热范围
σb=500MPa σb=600MPa σb=700MPa σb=800MPa
当于若干碳量折合并叠加起来评估其综合影响的方法。
CE( W )
C
Mn 6
Cu Ni 15
Cr
MoV 5
(%)
适用于非调质低合金高强钢，CE 0.45% 25mm
可不预热；CE 0.41% C 0207 % 37mm 可
不预热。
日本JIS和WES采用
Ceq
C
Mn 6
Si 24
Ni 40
H
Pc C 30
20
5B %
60 15 10
600 60
适用条件
C=0.07～0.22 Si≤0.60 Mn=0.4～1.40 Mo≤0.70
Cu≤0.50 V≤0.12
Ni≤1.20 Cr≤1.20 Nb≤0.04 Ti≤0.05
焊接结构设计
焊接结构设计
图16-16
瓶体装配焊接Βιβλιοθήκη 图焊接结构设计 2、焊接工字梁
结构名称：焊接梁（图16-10）；
主要组成：上、下翼板，腹板，肋板；
材
料：20钢；
尺 寸：钢板最大长度2500mm，板厚分别选用6，8和 10mm； 生产类型：大批生产
设计要点：该结构用低碳钢板（20钢）下料拼焊，材 料可焊性好。焊接工艺设计中需要集中考虑的是梁柱 的受力状况和防止应力与变形，切实保证焊接质量。
焊接结构设计
设计焊接件时, 不仅要考虑到焊件的使用性能， 还要考虑焊件结构的工艺性能，使焊件生产简便、质 量优良、成本低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料 的选择、接头形式、焊缝布置等方面。 一. 合理选择焊接材料 1. 在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用 焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接 性良好，价廉，焊接工艺简单，易于保证焊接质量， 应优先选用。而＞0.5%C的碳钢和碳当量＞0.6%的 合金钢焊接性能不好，应尽量避免采用。 在选用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊 接性的差异。
焊接结构设计
三. 合理布置焊缝
1. 焊缝的位置应便于操作
视频
焊接结构设计
2. 焊缝应避开应力最大和应力集中的部位 视频
焊接结构设计
3. 焊缝布置应尽可能分散 视频 焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织 恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹(图4-27)。
焊接结构设计
4. 焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形
焊接结构设计
3.坡口形式、选用及加工要求 当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据 工件厚度加工出各种坡口，如图4-24(a) 、(b) 、(c) 。
焊接结构设计
金属材料的焊接性
金属材料的焊接性金属材料的焊接性是指金属在焊接过程中的可焊性和焊接后的性能表现。
金属材料的焊接性直接影响着焊接工艺的选择和焊接接头的质量。
在工程实践中，对金属材料的焊接性有着深入的研究和探讨，以期能够实现高效、高质量的焊接工艺。
首先，金属材料的焊接性与金属的化学成分密切相关。
金属材料的化学成分对焊接性能有着直接的影响。
例如，铝合金的焊接性受到铝合金成分中镁含量的影响，镁含量较高的铝合金焊接性较好。
另外，焊接时还需考虑金属材料中的杂质元素对焊接性能的影响，一些杂质元素可能会导致焊接接头的裂纹和变形，因此在焊接过程中需要对金属材料的化学成分进行充分的了解和控制。
其次，金属材料的晶粒结构对焊接性能也有着重要的影响。
金属材料的晶粒结构决定了金属的塑性和韧性，从而影响了焊接接头的强度和韧性。
在焊接过程中，晶粒的再结晶和长大会改变金属材料的晶粒结构，从而影响焊接接头的性能。
因此，在焊接工艺中需要考虑金属材料的晶粒结构对焊接性能的影响，采取合适的焊接工艺控制晶粒的再结晶和长大，以提高焊接接头的性能。
此外，金属材料的热物理性能也是影响焊接性能的重要因素。
金属材料的热导率、线膨胀系数等热物理性能对焊接过程中的热变形和应力分布有着重要的影响。
在焊接过程中，需要考虑金属材料的热物理性能，选择合适的焊接工艺和焊接参数，以控制焊接过程中的热变形和应力，从而保证焊接接头的质量。
最后，金属材料的表面状态对焊接性能也有着重要的影响。
金属材料的表面状态包括氧化膜、油污等，这些表面污染物会影响焊接接头的质量。
在焊接前需要对金属材料的表面进行清洁和处理，以保证焊接接头的质量。
综上所述，金属材料的焊接性是一个综合性的问题，受到金属材料的化学成分、晶粒结构、热物理性能和表面状态等多方面因素的影响。
在实际的焊接工程中，需要充分考虑这些因素，选择合适的焊接工艺和焊接参数，以保证焊接接头的质量和性能。
只有深入研究金属材料的焊接性，才能实现高效、高质量的焊接工艺，满足工程实践的需求。
金属材料的焊接性能
属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。
一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。
工艺焊接性：是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。
它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。
所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。
使用焊接性：是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。
使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。
通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。
例如常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
金属材料焊接性能的影响因素材料因素材料包括母材和焊接材料。
在相同的焊接条件下，决定母材焊接性的主要因素是它本身的物理性能和化学组成。
物理性能方面：如金属的熔点、热导率、线膨胀系数、密度、热容量等因素，都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响，从而影响焊接性。
不锈钢等热导率低的材料，焊接时温度梯度大，残余应力高，变形大，。
而且由于高温停留时间长，热影响区晶粒长大，对接头性能不利。
奥氏体不锈钢线膨胀系数大、接头的变形和应力较为严重。
化学组成方面，其中影响最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可焊性。
钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。
钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。
通常，把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料可焊性的主要指标。
所以含碳量越高，可焊性越差。
含碳量小于0.25%的低碳钢和低合金钢，塑性和冲击韧性优良，焊后的焊接接头塑性和冲击韧性也很好。
金属焊接性
2. 工艺因素
焊接方法 焊接工艺措施
焊接方法对焊接性的影响主要有两个方面： • 焊接热源的特点：
各种焊接方法所采用的焊接热源在功率、能量密 度、最高加热温度等方面均不同，这可直接改变焊 接热循环的各项参数（如峰值温度、高温停留时间 及相变区的冷却速度等），从而影响接头的组织和 性能，对母材焊接性也产生影响
• 冶金焊接性
– 熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相之间发生化 学冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度
– 冶金过程是影响焊缝金属化学成分和性能的主要方面
包括：合金元素的氧化、还原、蒸发，从而影响焊缝的 化学成分和组织性能；氧、氢、氮等的溶解、析出对 生成气孔或对焊缝性能的影响；在焊缝结晶及冷却过 程中，由于焊接熔池的化学成分、凝固结晶条件以及 接头区热胀冷缩和拘束应力等影响，有时产生热裂纹 或冷裂纹。
• 焊接结构设计直接影响接头的刚度、拘束 度以及应力状态，影响接头产生各种裂纹的 倾向
结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接 头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的 焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成 多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增 加。因此，结构设计因素也是影响焊接性的重要 因素。
在设计焊接结构时，应尽量使接头处于刚度、 拘束度较小的状态，以便焊缝能较为自由地收缩， 防止裂纹，改善材料的焊接性。
• 4. 使用条件
工作温度、负荷条件 、工作环境等 一定工作环境和运行条件要求焊接结构 必须具有相应的使用性能，因此使用条 件的苛刻程度必然影响到某些金属的焊 接性
高温工作的焊接结构，要求材料具有足够的高 温强度，良好的化学稳定性；• 对熔池和接头附 Nhomakorabea区域的保护
焊接第七章 金属材料焊接性分析方法
第二节 金属焊接性评定与试验
图7-2 试件的形状和尺寸
第二节 金属焊接性评定与试验
试验时按图7-2组装试件，先将两端的拘束焊缝焊好，再焊试验焊 缝。当采用焊条电弧焊时，试验焊缝按图7-3所示方法焊接。当采用焊 条自动送进装置焊接时，按图7-4所示进行。焊完的试件经在室温放置 24h后才能进行裂纹的检测和解剖。
第二节 金属焊接性评定与试验
2.直接试验法 在设定的焊接参数下按规定要求焊接工艺试板，然后通过试验
来检测焊接接头对裂纹、气孔、夹渣等缺陷的敏感性，以此来评定 焊接性，这种方法称为直接试验法。常用试验方法有斜Y形坡口焊 接裂纹试验方法、焊接热影响区最高硬度试验方法、插销试验等。
(1)斜Y形坡口焊接裂纹试验方法 这一方法广泛应用于评定碳 钢和低合金高强度钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。
(4)使用条件 焊接结构的使用条件是多种多样的，有的在高温 或低温下工作，有的在静载或动载条件下工作，有的则在腐蚀介质 中工作等。
第一节 金属的焊接性
综上所述，金属的焊接性与材料、工艺、结构、使用条件等密 切相关，所以不能脱离这些因素而单纯从材料本身的性能来评价焊 接性。此外，从上述分析也可以看出，很难用某一项技术指标概括 材料的焊接性，只有通过综合多方面的因素，才能分析焊接性问题。
第一节 金属的焊接性
(3)结构因素 焊接接头和结构设计会影响应力状态，从而对焊 接性也发生影响。
这里主要从结构的刚度、应力集中和多向应力等方面来考虑。 使焊接接头处于刚度较小的状态，能够自由收缩，有利于防止焊接 裂纹。缺口、截面突变、焊缝余高过大、交叉焊缝等容易引起应力 集中，要尽量避免。不必要地增大母材厚度或焊缝体积，会产生多 向应力，也应注意防止。
常用金属材料的焊接性
当 CE=0.4~0.6%时， 塑性下降，淬硬及冷裂倾向明显， 焊接性较差。
焊前适当预热，焊后缓慢冷却。
当 CE＞0.6%时， 塑性较差。 淬硬和冷裂倾向严重， 焊接性很差，
焊前需要高温预热， 焊接时要采取减少焊接应力和防止裂纹的工艺措施， 焊后需要进行适当热处理等。
3、碳钢的焊接性 （1）低碳钢的焊接：C＜0.25%， 塑性好，无淬硬倾向，焊接性好，
无需任何工艺措施，适于各种方法。 （2）中碳钢的焊接： C=0.25-0.6%， 淬火钢，焊接性由良好→差。
焊缝及热影响区易产生气孔、裂纹。 工艺措施： ①焊前预热（150~250 ℃ ）， 焊后缓冷并去应力回火。 ②焊件开坡口， 且采用细焊条、小电流、多层焊。 ③选用塑、韧性好的低氢型焊条， 提高焊缝塑性，防止裂纹。
（3）高碳钢的焊接： 含碳量高，导热性差，淬硬倾向大， 一般不用于制造焊接结构， 仅对损坏的机件进行焊补。 焊补时也要采取与中碳钢类似的工艺措施，以避免产生裂纹。
4、低合金结构钢的焊接性 普低钢的焊接性与低碳钢类似， 但σb↑→焊接性↓
低强度普低钢：σs＜400MPa， CE ＜0.4%， 焊接性良好， 无需工艺措施。 如：16Mn、9Mn2。
（2）铸铁焊补方法 ①热焊法： 焊前将焊件整体或局部预热至600~700℃并施焊，焊后缓冷。 用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。 如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等。
5、铸铁的焊补 ②冷焊法：焊前不预热或低温预热（400 ℃）的焊补方法。用于易变形件焊补。 冷焊法主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分，增强焊缝的石墨化能力， 以防止或减少白口和裂纹的产生：
常用金属材料的焊接性
1、焊接性概念
焊接方法、材料、焊接规范、结 构型式、预热及热处理等。
焊接结构设计案例
焊接结构设计案例
某公司设计了一种用于汽车制造的焊接结构件，该结构件主要由钢板和型钢焊接而成。
在设计过程中，设计人员充分考虑了材料的焊接性，选择了碳当量小于0.4的金属材料，并优先选用了强度等级较低的低合金结构钢和脱氧完全的镇静钢。
此外，设计人员还考虑了焊接接头和焊缝的设计，尽量使接头形式简单、结构连续，减少力流线的转折，并避免选择过大的焊缝焊脚尺寸和过宽的焊缝截面尺寸，以提高结构的可靠性和制造的可行性。
在焊接过程中，焊接会使焊接结构中产生焊接残余应力和变形，对此，设计人员通过选择合理的装配焊接顺序、反变形法、刚性固定法等工艺措施，有效地减小了变形。
这个案例展示了焊接结构设计中需要考虑的一些关键因素，包括材料的选择、接头和焊缝的设计、工艺措施等。
在实际设计过程中，需要根据具体的应用场景和需求进行综合考虑，以确保焊接结构的可靠性和经济性。
材料成型复习题及答案
9-1 判断题（正确的画O，错误的画×）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。
（O）4．手工电弧焊过程中会产生大量烟雾，烟雾对焊工的身体有害，因此，在制造焊条时，应尽量去除能产生烟雾的物质。
（×）6．根据熔化焊的冶金特点，熔化焊过程中必须采取的措施是，1、提供有效的保护，2、控制焊缝金属的化学成分，3、进行脱氧和脱硫、磷。
（×）7．中、高碳钢及合金钢焊接接头，存在对接头质量非常不利的淬火区，该淬火区的塑性、韧性低，容易产生裂纹，因此焊接这类钢时一般均需进行焊前预热，以防淬火区的形成。
（O）8．氩弧焊采用氩气保护，焊接质量好，适于焊接低碳钢和非铁合金。
（×）9．埋弧自动焊具有生产率高，焊接质量好，劳动条件好等优点。
因此，广泛用于生产批量较大，水平位置的长、直焊缝的焊接，但它不适于薄板和短的不规则焊缝的焊接。
（O）10．点焊和缝焊用于薄板的焊接。
但焊接过程中易产生分流现象，为了减少分流，点焊和缝焊接头型式需采用搭接。
（×）9-2 选择题3．气体保护焊的焊接热影响区一般都比手工电弧焊的小，原因是（C）。
A．保护气体保护严密；B．焊接电流小；C．保护气体对电弧有压缩作用；D．焊接电弧热量少。
4．氩弧焊的焊接质量比较高，但由于焊接成本高，所以（C）一般不用氩弧焊焊接。
A．铝合金一般结构；B．不锈钢结构；C．低碳钢重要结构；D．耐热钢结构。
5．焊接工字梁结构，截面如图9-1所示。
四条长焊缝的正确焊接顺序是（B）。
Ａ．a－b－c－d；Ｂ．a－d－c－b；Ｃ．a－c－d－b；Ｄ．a－d－b－c。
金属焊接性与焊接方法
金属焊接性与焊接方法
1.熔点合适：熔点较低的金属焊接性能更好，因为熔点过高会导致焊
接过程中易出现脆性断裂。
2.密度合适：焊接性能也与金属的密度有关，密度过大或过小的金属
在焊接过程中容易出现裂纹和气孔。
3.化学稳定性好：金属焊接过程中容易受到外界氧气、水分等环境的
影响，化学稳定性好的金属焊接性能更好。
4.冶金性能好：金属的冶金性能直接影响焊接性能，冶金性能好的金
属焊接性能也较好。
根据金属焊接性能的不同，可以采用不同的焊接方法。
下面介绍几种
常见的焊接方法：
1.电弧焊：电弧焊是利用电弧热的高温作用将金属熔化并连接在一起
的方法。
常见的电弧焊有手工电弧焊、气体保护电弧焊、埋弧焊等。
2.气体焊接：气体焊接是利用气体燃料产生的火焰对金属进行加热并
熔化的方法。
常见的气体焊接有氧吹焊、乙炔焊接等。
3.点焊：点焊是利用电阻加热原理将两个金属件按一定顺序压在一起，通过电流通过的方式加热并连接在一起的方法。
4.TIG焊：TIG焊是利用非消耗性钨极和保护气体进行的电弧焊接方法。
常用于焊接高质量的非铁金属，如钛、铬、镍等材料。
5.MIG/MAG焊：MIG焊和MAG焊是利用金属惰性气体或活性气体的保
护下，通过连续给丝焊条提供电弧热源的焊接方法。
此外，还有激光焊接、电阻焊接、摩擦焊接等多种焊接方法可供选择，根据具体需求选择合适的焊接方法。
总之，金属焊接性与焊接方法是金属加工领域中至关重要的一部分。
了解金属焊接性的特点，并选择合适的焊接方法，能够提高焊接效率和质量，为金属加工提供更多可能性。
影响金属材料焊接性的因素有哪些
影响金属材料焊接性的因素有哪些影响金属材料焊接性的因素很多，主要有：金属材料、结构设计、工艺措施、服役环境等四个方面。
焊接性是取决于母材和焊缝金属的化学成分、焊接结构和焊接接头的设计、焊接方法、焊接工艺等的一种综合性能。
材料因素材料因素是指木材本身和焊接材料；包括材料的化学成分、冶炼轧制状态、热处理、组织状态和力学性能等。
焊接材料如焊条电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、起提包弧焊时的焊丝和保护气体等。
在焊接过程中，木材和焊接材料直接参与熔池或熔合区的冶金反应，对焊接性和焊接质量有重要影响。
当母材或焊接材料选用不当时，会造成焊缝成分不合格，力学性能和其他性能降低，甚至会出现裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，也就是焊接工艺性变差，因此必须正确选择。
在母材方面，以化学成分影响最大。
如钢材只是依靠合金元素来实现固溶强化，一般情况下在焊接过程中最易使焊缝金属、热影响区以及母材有良好的相匹配性能。
如果钢材为较复杂的合金系，并通过热处理、变形加工等方式实现强化，则不易获得与母材完全匹配的焊缝金属，甚至整个焊接接头。
对钢来说，影响焊接性较大的元素有C、P、H、S、O、N等，合金元素中的Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu及B等，都在不同程度有可能增加焊接接头的淬硬倾向和裂纹敏感性。
一般来说，钢材的焊接性将随含碳量和合金元素含量的增加而恶化。
在冶炼方法、轧制工艺及热处理状态等，也都在不同程度上影响焊接性。
现在的CF钢（抗裂钢）、Z向钢、TMCP钢（控轧钢）等，都是通过精炼提纯、控制轧制工艺等手段来提高材料的焊接性。
结构因素结构因素有焊接结构和焊接接头的形式、刚度、及应力状态等，这些将影响接头的力学性能和产生焊接缺陷。
对于体积和重量有要求的焊接结构，设计中应选择比强度较高的材料（如轻合金材料），以达到缩小体积、减轻重量的目的。
对体积和重量无特殊要求的焊接结构，选用强度等级较高的材料也有其技术经济意义，这样可以减轻结构自重，节约母材和焊材，避免大型结构吊装和运输上的困难，并且能提高承载能力。
金属材料的焊接性
第二节 碳钢的焊接
一、低碳钢的焊接 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）。 低碳钢工件用手工电弧焊时一般采用J422或J427焊条， 埋弧自动焊时一般用H08A或H08MnA+焊剂431。 二、中、高碳钢的焊接： 中碳钢：C：0.25~0.6。 （1）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝：
（2）板厚在3-10mm，焊缝短应用CO2焊，焊缝长应 用埋弧焊。
（3）板厚大于35mm，应用电渣焊。
3、焊接铝和铜合金时，应用氩弧焊。
4、焊接超薄材料、难熔金属或活泼金属时，应用 等离子弧焊、电子束焊或激光焊，也可采用超声波 焊。
5、焊接多层复合板时，应采用扩散焊或爆炸焊。
三、焊接接头工艺设计
1、焊缝的布置 （1）焊缝应尽可能分散。
（2）焊缝的位置应尽可能对称分布。
（3）焊缝应尽可能避开最大应力和应力集 中的位置。
（4）焊缝应尽量避开 （5）应便于焊接操作。
机械加工表面。
2、接头形式的选择与设计 （1）焊接碳钢和低合金钢的接头形式
2、接头形式的选择与设计 （1）焊接碳钢和低合金钢的接头形 式
铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、氩弧焊、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。
气焊紫铜及青铜时应采用严格的中性焰。 黄铜的焊接，目前最常用的焊接方法仍是气焊， 一般用轻微的氧化焰，采用含硅的焊丝。
二、铝及铝合金的焊接 铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：
金属结构焊接规范
金属结构焊接规范介绍本文档旨在提供金属结构焊接的规范和标准，以确保焊接过程的安全性和质量。
质量要求1. 所有焊缝应符合设计要求，具有适当的强度和耐久性。
2. 焊接过程中应避免产生裂纹、熔花、气孔和夹渣等问题，确保焊缝的完整性。
3. 焊接应均匀而连续，无明显的间断或错位。
4. 焊接表面应干净、光滑，不应有明显的腐蚀或污染。
工艺要求1. 焊接前应对金属结构进行彻底的清洁和除锈处理，确保焊接区域的表面光洁。
2. 焊缝准备应符合设计要求，包括焊缝形状、倒角和间隙等参数。
3. 使用适当的焊接方法和焊接材料，确保焊接过程的可靠性和稳定性。
4. 控制焊接电流、电压和焊接速度等参数，以获得理想的焊接效果。
5. 焊接过程中应监控焊接温度和变形情况，并采取适当的措施进行调整和修正。
检验要求1. 焊缝应进行非破坏性检测，以验证焊接质量。
2. 可选择采用X射线或超声波等方法进行焊缝的缺陷检测。
3. 对于关键焊缝，应进行破坏性检测，以评估焊接连接的强度和可靠性。
安全要求1. 焊接操作人员应具备相关的技能和培训，确保焊接安全。
2. 使用适当的个人防护装备，包括焊接手套、面罩和防护眼镜等。
3. 在焊接过程中应严格遵守防火和防爆措施，确保工作环境的安全。
4. 定期进行设备检查和维护，以确保焊接设备的安全和正常运行。
以上是金属结构焊接的规范和标准，详细的操作指南和技术细节请参考相关资料和标准。
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金属焊接性与焊接结构设计
专业_________班级_______学号_______姓名___________
10-1 判断题（正确的画O，错误的画×）
1．金属的焊接性不是一成不变的。
同一种金属材料，采用不同的焊接方法及焊接材料，其焊接性可能有很大差别。
（O）2．焊接中碳钢时，常采用预热工艺。
预热对减小焊接应力十分有效。
同时，预热也可防止在接头上产生淬硬组织。
（O）3．根据等强度原则，手工电弧焊焊接400MPa级的15MnV钢，需使用结426和结427（或结422、结423）焊条。
（×）
10-2 选择题
1．不同金属材料的焊接性是不同的。
下列铁碳合金中，焊接性最好的是（D）。
A．灰口铸铁；B．可锻铸铁；C．球墨铸铁；
D．低碳钢；E．中碳钢；F．高碳钢。
2．焊接梁结构，焊缝位置如图10-l所示，结构材料为16Mn钢，单件生产。
上、下翼板的拼接焊缝A应用（B）方法和（E）焊接材料；翼板和腹板的四条长焊缝B 宜采用（A）方法焊接，使用的焊接材料为（H）；筋板焊缝C应采用（A）方法焊接，焊接材料为（E）。
A．埋弧自动焊；B．手工电弧焊；C．氩弧焊；D．电渣焊；E．结507；
F．结422；G．结427；H．H08MnA和焊剂431；I．H08MnSiA；
J．H08A和焊剂130。
图10-1
10-3 填空题
1．图10-2所示为汽车传动轴，由锻件45钢和钢管Q235钢焊接而成。
大批量生产时，合适的焊接方法为（CO
气体保护焊）；使用的焊接材料为（H08MnSiA）。
2
图10-2 图10-3
2．汽车车轮由轮圈和辐板组成，材料均为Q235钢，如图10-3所示。
大批量生产时，轮圈由卷板机卷成，再经（闪光对焊）焊接而成；而轮圈与辐板则用（CO
气体保护
2
焊）焊接连为一体，焊接材料为（H08MnSiA）。
10-4 应用题
1．在长春地区用30mm厚的16Mn钢板焊接一直径为20m的容器。
16Mn的化学成分如下：C＝0.12～0.20％；Si＝0.20～0.55％；Mn＝1.20～1.60％；P、S＜0.045％。
（1）计算16Mn的碳当量；
（2）判断16Mn的焊接性；
（3）夏季施工时是否需要预热?冬季施工时是否需要预热？如需预热，预热温度应为多少?
=0.16+1.40/6 =0.39 16Mn的焊接性良好
夏季施工时不需要预热。
冬季施工时需要预热，预热温度应100-150℃。
2．修改焊接结构的设计(焊接方法不变)
（1）钢板的拼焊（电弧焊），如图10-4。
图10-4
（2）用钢板焊接工字梁（电弧焊），如图10-5。
图10-5
（3）钢管与圆钢的电阻对焊，如图10-6。
图 10-6
（4）管子的钎焊，如图10-7。
图10-7。