db金属焊接性基础金属焊接性基础
金属材料与焊接基础知识
金属材料与焊接基础知识1.金属材料的分类金属材料主要分为有色金属和非色金属两大类。
有色金属包括铜、铝、铅、锡等，非色金属包括铁、钢等。
根据金属的组织结构和外形特点，金属材料可以进一步分为结晶态金属、非晶态金属和准晶态金属。
2.金属材料的特点金属材料具有良好的导电、导热性能，以及较高的强度和塑性。
金属材料也具有较高的熔点和热膨胀系数。
此外，金属材料容易与氧气反应生成氧化物，容易发生腐蚀。
3.焊接的基本概念焊接是利用高温将金属材料熔接在一起的过程。
焊接可以达到使焊缝与母材具有相同或相似的物理和化学性能的目的。
焊接方法可以分为气焊、电弧焊、电阻焊和激光焊等几种。
4.焊接的分类焊接可以分为气焊、弧焊、电阻焊、激光焊和电子束焊等几种。
气焊主要是通过燃烧混合气体来提供热源进行焊接；弧焊主要是使用电弧作为热源进行焊接；电阻焊主要是利用电流通过基材和焊件之间产生的电阻热进行焊接；激光焊则是利用激光束进行焊接；电子束焊则是利用电子束的能量进行焊接。
5.焊接缺陷与检测焊接中常见的缺陷主要有焊缝夹杂物、焊缝裂纹、焊接变形等。
为了保证焊接质量，需要进行焊缺陷的检测。
常见的焊缺陷检测方法有目视检测、超声波检测、射线检测等。
6.焊接安全注意事项在进行焊接操作时应注意个人安全。
首先，应佩戴焊接面罩和防护手套，以保护眼睛和皮肤免受强光和热溅的伤害。
其次，操作时应注意周围环境的通风和防护，避免中毒和火灾等危险。
最后，需要注意焊接设备和材料的正确使用和保养，以确保操作安全。
7.焊接中常用的金属材料焊接中常用的金属材料主要包括钢、铝、铜等。
钢是最常用的金属材料之一，具有较高的强度和耐用性。
铝和铜具有良好的导电和导热性能，适用于一些特殊焊接需求。
8.焊接材料与焊接参数在进行焊接操作时，需要选择合适的焊接材料和调整相应的焊接参数。
焊接材料包括焊芯和焊条。
焊接参数主要包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等。
选择合适的焊接材料和调整适当的焊接参数对焊接质量至关重要。
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。
金属焊接性及其试验方法
CE = C + Mn Ni + Cu Cr + Mo + V (% ) + + 6 15 5
•
上式适用于中、高强度的非调质低合金高强钢。
• 日本JIS和WES采用：
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。 金属焊接性的概念有两方面内容： ① 金属在焊接加工中是否容易形成缺陷—结合性能（好不好焊） ② 焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力—使用性能（好 不好用） 衡量金属焊接性的好坏的标准： 焊接性好：焊接工艺过程简单而接头质量高、性能好时，就称作焊接性 好。 焊接性差：焊接工艺过程复杂而接头质量低、性能差时，就称作焊接性 差。 金属焊接性的影响因素： 金属焊接性主要是金属本身所固有的性能，但母材和焊接材料的成分以及 焊接工艺条件都对焊接性有重要的影响，因此，分析焊接性不能 完全脱离工艺条件。
• (一)直接模拟试验类
这类焊接性评定方法一般是仿照实际焊接的条件，通过焊 接过程观察是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，直 观地评价焊接性的优劣，有时还可以从中确定必要的焊接 条件。 • (1)焊接冷裂纹试验 常用的有插销试验、斜Y坡口对接裂 纹试验、拉伸拘束裂纹试验(TRC)、刚性拘束裂纹试验 (RRC) (RRC)等。 • (2)焊接热裂纹试验 常用的有可调拘束裂纹试险、压板对 接（FISCO）焊接裂纹试验、窗形拘束对接裂纹试验、刚 性固定对接裂纹试验等 • (3)再热裂纹试验 有H型拘束试验、缺口试棒应力松弛试 验、U形弯曲试验等。还可以利用插销试验进行再热裂纹 试验。 •
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
金属的焊接性及其评定
含量。可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。由于钢材的化学成分 是决定焊接热影响区是否淬硬的基本条件，碳又是引起钢材淬硬的主 要元素，其他合金元素对淬硬也有一定的影响。
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4. 2金属材料焊接性的分析与试验
• 工艺措施对防止焊接接头缺陷的产生，提高使用性能也有重要的作用。 最常见的工艺措施是焊前预热、焊后缓冷和消氢处理，它们对防止热 影响区淬硬变脆，降低焊接应力，避免氢致冷裂纹是比较有效的措施。
• 3.构件类型 • 焊接接头和结构设计会影响应力状态，从而对焊接性也有影响。
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4. 1金属焊接性基础知识
衡量材料焊接性的重要标准之一。 • (3)其他裂纹试验 • 焊接再热裂纹和层状撕裂试验。 • (4)焊接接头的使用性能 • 包括常温、高温力学性能、低温韧性、耐蚀性及产品技术条件中所规
定的其他性能要求。
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4. 2金属材料焊接性的分析与试验
• 4.2.3焊接性试验方法分类
• 按照不同目的，主要的焊接性试验可分为以下几类，实际应用时可根 据需要选用其中几类。
• 4.1.2影响焊接性的因素
• 1.材料因素 • 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料等等。如:焊条电弧焊时的
焊条;埋弧焊时的焊丝和焊剂;气体保护焊时焊丝和保护气体等等。它 们在焊接时都直接参与熔池或熔合区的冶金过程，影响焊接质量。
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4. 1金属焊接性基础知识
• 母材或焊接材料选用不当时，会造成焊缝金属化学成分不合格，力学 性能和其他使用性能降低，还会出现气孔、裂纹等缺陷，从而使接合 性能变差。由此可见，正确选用母材和焊接材料是保证焊接性良好的 重要基础，必须十分重视。
金属的焊接性
第一章金属的焊接性一、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。
焊接工程学(第三章)
图3 试件形状 试件尺寸
试件名称 长L/mm 宽B/mm 焊缝长l/mm 1号试件 2号试件 200 200 75 150 125±10 125±10
焊接前先去除试件表面上的水分、铁 锈、油污及氧化皮等杂质。所用焊条 原则上应适合于所焊的试件，直径为4 mm。1号试件在室温下、2号试件在预 热温度下进行焊接。焊接参数为：焊 接电流：170±10A，焊接速度为150± 10mm/min。试件焊后在静止的空气中 自然冷却，不进行任何热处理。 不同强度等级和不同含碳量的钢种， 有不同的最高硬度值。
高碳钢
≥0.60
40HRC
弹簧、模具、钢轨
二、低碳钢的焊接
1、低碳钢的焊接特点： a、可装配成各种不同的接头，适合各种不 同位臵的施焊，且焊接工艺和技术简单，容 易掌握； b、焊前一般不需预热； c、塑性好，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； d、不需使用特殊和复杂设备，对焊接电源 （交流直流）和焊接材料（酸性碱性）无特 殊要求。
三、金属焊接性的评定方法
1、工艺焊接性评定：主要评定对焊接缺陷的 敏感性，尤其是裂纹形成倾向。 A、直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过 焊接过程观察焊接缺陷及其程度。主要有：冷 裂纹实验、热裂纹实验、应力腐蚀实验、脆性 断裂实验等。 B、间接推算法：根据材料的化学成分、金相 组织、力学性能的关系，并联系焊接热循环过 程对焊接进行评定。主要有：抗裂纹判据、焊 接应力模拟等。
4、未熔合和未焊透：在焊缝金属和 母材之间或焊道金属与焊道之间未完 全熔化的部分称为未熔合。未熔合常 出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及 焊缝的根部。 未焊透是指母材金属之间应该熔合而 未焊上的部分。该缺陷一般出现在单 面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。 未焊透易造成较大的应力集中，往往 从其末端产生裂纹。
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。
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第一章：金属焊接性：金属能否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。
它的内涵：1、是否适合焊接加工？－－金属在焊接加工中是否容易形成缺陷2、焊后使用可靠性？－－性能焊成的接头在一定的使用条件下可靠使用的能力。
影响金属焊接性的因素：1、材料本身因素—母材和焊接材料的成分及性能2、工艺条件—焊接方法、工艺措施；3、结构因素—刚度、应力集中、多轴应力；4、使用条件—工作温度、负荷条件、工作环境。
选择或制定焊接性试验方法的原则:1、焊接性试验的条件尽量与实际焊接时的条件相一致。
2、焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性。
3、注意试验方法的经济性。
（老师的笔记：1根据使用条件选择。
2根据可能出现的焊接缺陷选择。
3焊接的的再现性，一个参量变化，其他参量基本不变。
4材料消耗尽可能少5尽可能选择周围内外常用的标准。
6对实验困难的，可做模拟实验。
）焊接性试验的内容:（一）焊缝金属抗热裂的能力（二）焊缝及热影响区金属抗冷裂纹的能力（三）焊接接头抗脆性转变的能力（四）焊接接头的使用性能常用焊接性试验方法:（一）斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。
(二) 插销试验: 此法是测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。
测定加载16~24 h而不断裂的最大应力σcr（三）压板对接焊接裂纹试验法（四）可调拘束裂纹试验法第二章合金结构钢：在碳素结构钢的基础上添加一定数量的合金元素来达到所需要求的钢材。
包括：结构钢、碳素结构钢、合金结构钢。
高强钢：可分为三种类型：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。
※热轧及正火钢1、热轧钢供货状态：热轧态性能特点：强度最低σs294～392MPa，具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，价格便宜成分特点：热轧钢属于C- Mn 或Mn-Si系的钢种，有时用一些V、Nb等代替部分Mn。
基本成分：C≤0.2%,Si≤0.55,Mn≤1.5% 强化机制：主要以固溶强化为主典型钢种：Q345(16Mn)、14MnNb、Q294(09MnV)2、正火钢（1 )正火态供货的钢性能特点：最低强度σs343～450MPa，具有比热轧钢更高的强度和塑韧性成分特点：0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、N b、Ti等强化机制：在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性典型钢种：Q390(15MnTi、15MnVN)等。
金属熔化焊基础及常用金属材料焊接性
低合金钢的焊接性
低合金钢通过添加少量合金元素来 提高钢材的强度和韧性。这类钢材 的焊接性较好，但需注意热影响区 的脆化和裂纹问题。
高合金钢的焊接性
高合金钢含有大量合金元素，如不 锈钢和耐热钢等。这些钢材的焊接 性较差，易出现热裂纹和冷裂纹。
不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，但需注意焊接过程中的晶间腐 蚀和热裂纹问题。
铁素体不锈钢的焊接性
铁素体不锈钢的焊接性较差，易出现焊接热裂纹和脆化现象。
双相不锈钢的焊接性
双相不锈钢具有良好的焊接性，但需注意控制热输入和冷却速度， 以避免出现裂纹和降低力学性能。
有色金属的焊接性
熔化焊分类
熔化焊分类：根据热源和焊接方式的不同，熔化焊可以分为电弧焊、气体保护焊 、激光焊等多种类型。
电弧焊是最常见的熔化焊方法，利用电弧产生的热量来熔化金属。气体保护焊则 是利用气体保护熔池不受空气影响，激光焊则是利用高能激光束进行精确焊接。
02 常用金属材料焊接性
钢铁材料的焊接性
碳钢的焊接性
晶粒大小、形态和分布，评估焊接接头的质量。
02
电子显微镜分析
电子显微镜具有高分辨率和高放大倍数，可以对焊接接头进行更深入的
金相组织分析，观察微观组织和析出相的形貌和结构。
03
X射线衍射分析
X射线衍射分析可以测定焊接接头中各相的晶体结构和相组成，分析焊
缝金属的合金元素分布和固溶情况，为评估焊接接头的力学性能提供依
弯曲试验
弯曲试验可以检测焊接接头的塑 性和韧性，通过弯曲角度和弯心 直径等参数评估焊接接头的质量。
常用金属材料焊接的基础知识培训
防止夹渣的产生，需要在焊接 前清理母材表面，并在焊接过 程中保持合适的电流和电压。
未熔合
未熔合可能是由于电流过小或 焊接速度过快造成的，需要调 整工艺参数。
裂纹
裂纹的产生可能是由于热处理不 当或材料质量问题，需要加强材
料检验和控制热处理工艺。
焊接安全与防护
04
焊接作业安全要求
焊接操作人员需经过专业培训，熟悉焊接设备、工具和工艺流程，掌握安全操作规 程。
铝及铝合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的塑 性和导电性。其焊接时需要采用特殊的工艺措施，如采用高 纯度的氩气保护、选择合适的焊接电流和速度等，以避免氧 化和气孔的产生。
铜及铜合金的焊接特性
铜及铜合金是一种导热性好、耐腐蚀性强的金属材料。其焊 接时需要采用特殊的工艺措施，如采用高纯度的氩气保护、 选择合适的焊接电流和速度等，以避免氧化和气孔的产生。
不锈钢材料的焊接特性
不锈钢的分类
不锈钢主要分为奥氏体不锈钢、铁素 体不锈钢和双相不锈钢等。不同类型 的不锈钢具有不同的焊接特性和应用 场景。
不锈钢的焊接工艺
不锈钢的焊接需要采用特殊的工艺措 施，如控制焊接参数、选择合适的焊 接材料等，以避免热影响区的脆化和 裂纹的产生。
有色金属材料的焊接特性
铝及铝合金的焊接特性
焊接质量评估标准
AWS D1.1标准
ASME规范
美国焊接协会制定的钢结构焊接质量评估 标准，适用于钢结构制造和安装过程中的 焊接质量评估。
美国机械工程师协会制定的压力容器和锅 炉建造规范，对焊接质量提出了相应的要 求和评估标准。
GB50205-2001标准
DIN EN 10204标准
中国国家标准《钢结构工程施工质量验收 规范》，规定了钢结构焊接质量的验收标 准和评估方法。
金属材料焊接性
金属材料焊接性金属材料的焊接性是指金属在焊接过程中的熔化和凝固特性，以及焊接接头的性能表现。
金属材料的焊接性对于焊接工艺和焊接质量有着重要的影响，因此深入了解金属材料的焊接性是非常必要的。
首先，金属材料的焊接性受到金属成分的影响。
不同种类的金属材料，其成分差异很大，这就导致了它们在焊接过程中的熔化温度、熔化范围、凝固行为等方面存在着差异。
例如，碳素钢、不锈钢、铝合金等金属材料的焊接性能都有所不同，需要根据其成分特点选择合适的焊接方法和工艺参数。
其次，金属材料的焊接性还受到晶粒结构和组织性能的影响。
晶粒的大小和形状、晶界的特性、金属的晶格缺陷等因素都会对金属材料的焊接性产生影响。
通常情况下，晶粒细小、均匀分布的金属材料具有较好的焊接性能，而晶粒粗大、不均匀分布的金属材料则会导致焊接接头的强度和韧性下降。
另外，金属材料的焊接性还受到热影响区的形成和性能变化的影响。
在焊接过程中，热输入会导致焊接接头周围的金属发生显著的组织和性能变化，形成热影响区。
热影响区的形成会导致金属材料的硬化、脆化、晶粒长大等现象，从而影响焊接接头的性能。
此外，金属材料的焊接性还受到应力和变形的影响。
在焊接过程中，由于热应力和冷却收缩引起的残余应力会导致焊接接头产生变形和裂纹，从而影响焊接接头的性能。
因此，在焊接过程中需要采取相应的措施，如预热、焊接顺序、后热处理等，以减小应力和变形对焊接接头性能的影响。
综上所述，金属材料的焊接性受到多种因素的影响，包括金属成分、晶粒结构、热影响区、应力和变形等。
了解金属材料的焊接性对于选择合适的焊接方法和工艺参数，保证焊接接头的质量具有重要意义。
因此，在实际的焊接生产中，需要根据金属材料的特性和焊接要求，合理选择焊接材料、焊接工艺和焊接控制措施，以确保焊接接头具有良好的性能表现。
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
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。
金属焊接性试验金相图谱录像用课件
04
金相图谱分析
金相图谱的解读料的微观组织结构，包括晶粒
大小、形态、相组成等。
焊接缺陷识别
02
金相图谱可以清晰地显示出焊接过程中可能产生的缺陷，如气
孔、夹渣、未熔合等。
焊接接头分析
03
通过金相图谱，可以对焊接接头的结构、焊缝形状、熔合情况
等进行深入分析。
金相图谱的分析方法
光学显微镜观察
利用光学显微镜对金属试样进行观察，获取金相图谱。
扫描电子显微镜观察
利用扫描电子显微镜对金属试样进行高倍率观察，获取更详细的 金相信息。
图像处理与分析
利用图像处理软件对金相图谱进行定量分析，提取有关组织结构 和缺陷的特征参数。
金相图谱在金属焊接性试验中的应用实例
金相图谱在金属焊接性试验中的优势与局限性
金相图谱是金属焊接性试验中常用的表征手段之一，能够 直观地反映焊接过程中金属的组织结构和变化。相比于其 他表征手段，金相图谱具有直观、简便、易于分析等优势 。
然而，金相图谱也存在一定的局限性。例如，金相制备过 程中可能会引入一些人为因素，影响结果的客观性和准确 性。此外，金相图谱只能反映焊接后的组织结构，无法直 接关联到焊接过程中的动态变化。
金属焊接性试验金相图谱录像用课件
目录 Contents
• 金属焊接性基础 • 金相图谱基础知识 • 金属焊接性试验流程 • 金相图谱分析 • 金属焊接性试验案例分析 • 结论与展望
01
金属焊接性基础
金属焊接性的定义
金属焊接性
金属焊接性是指金属在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的 难易程度，包括接合性能、使用性能和抗裂性能三个方面。
金属材料焊接性知识要点
金属材料焊接性知识要点1. 金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。
包括（工艺焊接性和使用焊接性）。
2. 工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。
3. 使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。
4. 影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境5. 评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。
6. 实验方法应满足的原则：1可比性 2针对性 3再现性 4经济性7. 常用焊接性试验方法：A:斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。
B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。
评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。
（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。
用于一般焊接结构是安全的）2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？答：影响因素：（1）材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。
（2）设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。
（3）工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。
（4）服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。
3、举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。
金属焊接性分5大类
金属焊接性分5大类金属材料在-定的焊接条件下，形成符合使用要求的完整的焊接接头的能力。
它是表征金属焊接难易的特性，也是金属材料的基本工艺特性之-。
影响焊接性的主要因素是金属材料的化学成分和组织，也与焊接工艺因素和使用条件密切相关。
研究焊接性对改进金属材料的焊接性能、研制新型焊接材料和促进焊接技术进步具有重要意义。
研究焊接性-般还涉及金属焊接热源、焊接热循环，焊接线能量，焊接熔池，焊接温度场，熔合线，焊缝区，热影响区，熔合比，熔焊稀释率，合金过渡系数，舍夫勒组织图，德龙组织图，以及各种评定焊接性的试验方法。
分类金属焊接性包括物理焊接性、工艺焊接性、冶金焊接性、热焊接性和使用焊接性。
物理焊接性从理论上讲，任何金属材料(包括纯金属和合金)，只要在高温熔化后能够共溶或形成共晶体，就可以用熔焊的方法进行焊接。
同种金属材料之间是完全可以进行焊接的，因此就可以称为具有焊接性。
而异种金属材料之间也可以通过添加过渡金属层的办法进行焊接。
这种单纯从物理结合的性质来分析的焊接性称为物理焊接性。
但由于物理焊接性没有考虑工艺条件和经济性，所以在实际生产中不-定行得通。
工艺焊接性联系工艺条件的焊接性。
研究金属的工艺焊接性，与焊接过程的工艺条件分不开。
以熔焊为例，焊接过程包括冶金过程和热过程。
在同-焊接接头上，冶金过程主要影响焊缝金属的性能，热过程主要影响近焊缝区金属的性能。
因此，可将工艺焊接性分为冶金焊接性和热焊接性加以分析。
468冶金焊接性在熔焊高温下，焊接熔池内液态金属与气、渣等相之间发生物理化学反应，以及凝固结晶中组织变化而形成具有-定使用性能的焊接接头的能材料性能力。
母材的化学成分是决定其冶金焊接性的主要因素。
对钢而言，含碳量越高，焊接性越差。
对钢内其他化学元素，可以通过碳当量(Ceq)来对其影响进行比较和估计。
国际焊接学会推荐的碳当量计算公式为：式中Ceq碳当量；C、Mn、Ni、Cr、Cu、V分别是碳、锰、镍、铬、铜、钒含量。
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钢材
=500MPa，
b
Ceq
=0.46%时，可不预热；
钢材
=600MPa，
b
Ceq
=0.52%时，预热75℃；
钢材
=700MPa， Ceq =0.52%时，预热100℃；
b
钢材
=800MPa，
b
Ceq
=0.62%时，预热100℃。
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
＜25mm的板可以不预热；CE≤0.41%且含C＜0.207%时，焊接厚度＜
37mm的板可以不预热。
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Chapter1 金属焊接性基础
《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
日本的JIS（Japan Industry Standards ）和WES（Welding Engineering Standard）推 荐：
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
◆结构因素 结构因素主要是指焊接结构形状、尺寸、厚度以及接头坡口 形式和焊缝布置等。焊接结构的形状、板厚和焊缝的布置决定接头的刚 度和拘束度，对接头的应力状态产生影响。在设计焊接结构过程中，尽 量避免接头缺口、截面突变、堆高过大、交叉焊缝等。 ◆服役条件 服役条件指工件的工作温度、负载条件和工作介质等。一定 的工作环境和运行条件要求焊接结构具有相应的使用性能。例如，在低 温工作的焊接结构必须具备抗脆性断裂性能，在高温工作的焊接结构要 具备抗蠕变性能，在交变载荷下工作的焊接结构具有良好的抗疲劳性能， 在一定腐蚀介质中工作的焊接容器应具备抗腐蚀性能等
◆ 材料因素 材料因素不仅包括被焊母材本身而且包括所使用的焊接材 料，如焊条电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的 保护气体等。他们在焊接过程中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。 ◆ 工艺因素 ①焊接热源：能量密度、温度以及热量输入等，它们可以 直接改变焊接热循环的各项参数。②对熔池和接头附近区域的保护：如 熔渣保护、气体保护、渣-气联合保护或真空保护等，这些都将影响焊接 冶金过程。③可通过焊前预热、缓冷、焊后热处理等防止热影响区淬硬 变脆、减小焊接应力、避免裂纹以提高接头使用性能。
美国焊接学会(AWS)推荐：
C eq C M 6 2 S n 4 i1 N 5 C i5 M r4 (C o 1 3 u P 2 )(%)
此式适用化学成分范围为：C≤0.6%；Mn≤1.6%；Ni≤3.3%；Cr≤1.0%； Mo≤0.6%；Cu0.5%～1.0%；P0.05%～0.15%。当Cu＜0.5%或P＜ 0.05%时，不可计入。
叠加起来求得所谓的碳当量(CE或Ceq)，并以此来评估冷裂倾向的大小。低 合金钢的淬硬及冷裂纹敏感性常用碳当量法来估计。
➢国际焊接学会(IIW)推荐：
C E C M C n M r V o N C i (u %)
6
5
15
此式适用于中、高强度的非调质低合金高强钢。CE≤0.45%时，焊接厚度
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
目录
❖ 第一章 金属焊接性基础 ❖ 第二章 碳钢及低合金钢的焊接 ❖ 第三章 耐热钢及不锈钢的焊接 ❖ 第四章 铜、镍及其合金的焊接
❖ 第五章 钛及其合金的焊接 ❖ 第六章 铝、镁及其合金的焊接 ❖ 第七章 铸铁的焊接 ❖ 第八章 堆焊及金属表面改性
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
1.1.1.3 金属焊接性分析 1.1.1.3.1 从金属的特性分析焊接性 ➢（1）利用金属的化学成分分析
碳当量法(Carbon Equivalent) 所有元素中，碳对淬硬和冷裂纹的影响 最为显著。因而，人们就将各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并
C eq C M 62 S n 4 i4 N 0 C i5 r M 4 1 V o(4%)
此式适用于低合金调质钢，其化学成分范围：C≤0.2%或0.18%；Si≤0.55%；
Mn≤1.5%；Cu≤0.5%；Ni≤2.5%；Cr≤1.25%；Mo≤0.7%；V≤0.1%；B≤0.006%。当
板厚＜25mm，手弧焊线能量17kJ/cm时，预热范围大致如下：
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Chapter1 金属焊接性基础
《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
第1章 金属焊接性基础
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
§1.1 金属焊接性及其测试方法
§ 1.1.1金属焊接性
➢1.1.1.1金属焊接性概念
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。金属焊接性的概念有两 方面内容：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。简而言之， 焊接性就是指金属材料“好焊不好焊”以及焊成的接头“好 用不好用”。
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
焊接性又可分成工艺焊接性和使用焊接性。 ➢工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷 的焊接接头的能力。如果一种金属材料可以在很简单的工艺条 件下焊接而获得完好的接头且能够满足使用要求，就可以说其 焊接性良好；反之，则焊接性较差。 ➢使用焊接性是指焊接接头满足某种使用性能的能力，通常包 括常规的力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳 性能、持久强度以及抗腐蚀性和耐磨性等指标。
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金属焊接性基础
《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
绪言
《金属焊接性基础是》 是《焊接冶金（基本 原理）》课程的后续课程 ，重点介绍基础知识和 基本概念，并 注重引入了有关新金属材料的焊接 性及其连接新技术、新标准的相关内容，其中部 分内容是作者在近年的科学研究工作中所取得的 研究成果。
蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性 变形不同，蠕变性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用 时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现
属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
1.1.1.2 影响焊接性的因素