第三篇焊接成型工艺.

[ 学习指导] 本篇内容从金属材料的焊接性和常用金属材料的焊接缺陷分析出发，重点介绍了碳钢和合金结构钢的熔焊工艺。对于焊接夹具、焊接变位机械和焊接机器人等焊接工艺装备亦作了必要的论述。通过对本篇内容的学习，可以针对焊接生产需要，从理论和实践的结合中去学习和解决焊接质量控制中的种种技术问题，并为从事焊接工艺装备设计打下必要的专业基础。

第十一章金属焊接性及评价方法

第一节金属焊接性

一、金属焊接性概念

金属焊接性是指某一种金属材料通过焊接加工而形成一个完整的、具有一定使用性能的焊接接头的难易程度。金属材料焊接性与被焊材料及所使用焊接方法有关。

二、金属焊接性评价

金属焊接性可以从金属的物理特性、化学成分，合金晶体结构特点、CCT 图或SHCCT 图结构件形状、焊前状态、使用要求等因素来综合评价。

1．从金属的物理特性评价其焊接性被焊金属材料的线膨胀系数、导热系数、熔点、热容量、密度上所表现出来的特性都是评价这种金属材料焊接性的依据。

2．从金属的力学特性评价其焊接性金属材料本身的综合力学性能较差，焊接时表现出焊接性差。塑性好的低碳钢，在焊接时表现出焊接性好。

3．从金属的化学成分评价其焊接性金属材料的化学成分是影响金属自身焊接性的一个本质因素。

4．从焊接结构件的形状评价其焊接性焊接结构件的形状涉及到焊缝的分布位置和施焊程序，焊接接头的形式等。这类问题在焊接的整个过程中反映出焊接性。

5．从金属材料的焊前状态评价其焊接性金属材料在焊接之前各种状态，影响到焊缝及热影响区中产生的组织和数量上的变化，影响到焊接接头的塑性、韧性和强度，导致最终影响其焊接性。

6．从使用要求来评价其焊接性焊接接头结合后的使用要求是一个影响金属焊接性非常重要的因素。

7．从其它因素评价焊接性影响金属材料的焊接性还有诸多因素。

三、测试金属焊接性的内容和方法

1．测试焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力常将被焊母材和焊材对热裂纹的敏感性试验作为焊接性的一项重要内容进行测试。

2•测试焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力

冷裂纹是所有焊接裂纹中最常见、数量最多的一种裂纹。对产生冷裂纹的各种因素的影响作一定的定性甚至定量的判断。

3.测试焊接接头抗脆性转变的能力

金属在焊接以后，焊接接头的性能会改变。绝大多数焊缝到热影响区的组织和性能都会发生不同程度的脆化。测试焊接接头抵抗脆性转变的敏感性是焊接性试验中又一个重要的内容。

4.测试焊接接头的使用性能

是测试焊接接头的强度、硬度、韧性、裂性，断裂韧性、低温脆性、持久强度、耐腐蚀、耐磨损能力等。

第二节焊接性评价方法

常用的焊接性评价和试验方法很多，这里只介绍常用的几种。

一、碳当量法（Carbon equivalent）

在各种合金元素中，碳对淬硬和冷裂影响最大。人们将各种元素折合成碳量并与碳一起叠加而得到“碳当量”值（Ceq）。以Ceq值的大小来评估价焊接性的好与坏。

目前，用得较多的是以国际焊接学会（IIW ）推荐的公式，即

C eqc Mn.C^^.Z

6 5 15

二、焊接CCT图法

焊接热影响区和焊缝金属的相变是一个很复杂的过程。对于有些低合金钢可以利用直接法中的

连续冷却曲线图（CCT图）或者模拟焊接热影响区的连续冷却曲线图（SHCCT图）（Continuous Cooling Transformation diagram of Synthetic Heat-affected zone ）帮助分析焊接性'。

这些曲线却可以说明在不同的焊接热循环条件下得到的组织与硬度，可以判别焊接接头组织对

冷裂的敏感程度。图11-2是16Mn钢的连续冷却曲线，对于焊接连续冷却CCT图中的曲线，应沿

着冷却曲线由左上方向右下方来读，这种C曲线清楚地反映出过冷奥化体在各种冷速下将会发生不

同转变，反映出不同的转变温度，时间和转变量。如图中最右的一根冷却曲线大约在800 C左右从奥氏体开始向铁素体转变，大约到660 C左右铁素体转变结束，又开始进入珠光体（P）转变，一直

到630C左右，转变终止。最终组织是81%的铁素体+19%的珠光体，硬度为HV196。

图11-2 16Mn钢的连续冷却曲线

（图中虚线表示的曲线相当于厚板手弧焊时的冷却速度）

复习思考题

1.什么叫金属焊接性？如何来判断一种金属材料的焊接性？

2.为什么金属的合金元素含量和种类发生变化以后，其焊接性也发生变化？

第十二章焊接方法

金属材料常用的焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类，见表12—1。

表12-1 焊接方法分类表

第一节熔焊

一、手工电弧焊

图12－1 是手工电弧焊的示意装置组成。

图12 —1 焊条电弧焊装置组成

1．适用范围

1）在造船、汽车、能源、化工、压力容器等各个领域都得到广泛应用。

2）手工电弧焊可焊的金属种类多。

3）手工电弧焊方法对被焊金属工件的厚度有一定的适用范围。

2．焊接设备

手工电弧焊的主要焊接设备可以是普通交流电的弧焊变压器，也可以是直流电的弧焊整流器或弧焊逆变器等。

3．手工电弧焊工艺

1）焊条烘干焊前应将焊条烘干，尤其是碱性焊条。

2）焊前清理施焊前应该严格对被焊工件进行清理，清除焊道上的锈、油污、垃圾等。

3）焊接电流焊接电流是手工电弧焊中最主要的焊接参数，一般焊接电流的选择应根据焊条

直径、接头形式、焊接位置、被焊材料来综合考虑。选用碳钢的焊接电流的经验公式为

I=K • d,

式中：I—焊接电流

d—焊条直径（焊条中的金属条直径）

K = 25~45

4）电弧电压电弧电压实质上是电弧的长度。一般电弧长度约等于焊条直径。使用碱性焊条时应尽量保持短弧。

5）电流种类直流电弧稳定性好，飞溅少，容易获得优质焊缝。交流电稳定性稍差，但交流电成本低，磁偏吹不明显。

6）焊条直径选用焊条直径时应依据焊件厚度、接头形式、焊道层次、线能量和焊接位置等因素来确定。

二、埋弧焊

自动焊机的组成如图12－2 所示。

图12—2 埋弧焊接装置示意图

1—焊剂漏斗2—送丝机构3—焊丝4—焊丝盘5—导电嘴