《金属材料及工艺(第2版)》第21章

• 碳当量只考虑了钢材的化学成分对焊接性的影响，而没有
考虑钢板厚度、焊缝含氢量等重要因素的影响。而冷裂纹
Байду номын сангаас
敏感系数法是先通过化学成分、钢板厚度(h)、熔敷金属
中扩散氢含量(H)计算冷裂敏感系数PC，然后利用PC确定所
需预热温度θP,计算公式如下：
PC
wC
wSi 30
wMn 20
wCu 20
wNi 60
• 焊接工艺 原则上与合金结构钢类似，但注意以下几点：
① 为减小应力和变形，应选用能量集中的机械化快速焊接 方法。
② 一般采用焊条电弧焊和氩弧焊，也可采用埋弧自动焊。 用同质填充金属，但应控制含碳量。
③ 焊 接 电 流 比 合 金 钢 小 10% ～ 20% ， 控 制 层 间 温 度 低 于 250℃。
倾向和冷裂纹现象更严重，因此，焊前预热温度(200℃～ 400℃)，焊后要进行热处理。如果不能实施预热或热处理， 应选用奥氏体不锈钢焊条。
21.4 铸铁的焊补
• 铸铁的特点：含碳量大，组织不均匀，塑性极差，因此 焊接性极差。
• 铸铁的焊接特点 ① 熔合区易产生白口组织，其硬度很高，难以加工。 ② 易产生裂纹，既产生冷裂，又产生热裂。 ③ 易产生气孔。 ④ 流动性好，熔池金属易流失，不宜立焊。
— C当量<0.4%，塑性好，淬透性低，可焊性良好。 — C当量=0.4～0.6，塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差，
需焊前预热，焊后缓冷。
— C当量>0.6，塑性低，淬硬倾向强，可焊性不好。需预热较
高温度并采取减小应力工艺措施，焊后热处理。
➢ 其它因素的影响：结构刚度、环境温度、焊后应力条件。
② 冷裂纹敏感系数法
wCr 20
wMo 15
wV 10
5B
h 600
H (%) 60
p 1 440PC 392( o C)
• 冷裂纹敏感系数法只适用于低碳(0.07%～0.22%C的质量分
数)，且含多种微量合金元素的低合金高强度钢。
③ 小型抗裂试验法 • 方法：刚性固定对接试验法、Y形坡口试验法、十字接头
试验法。
2. 估算钢材焊接性的方法 • 影响钢材焊接性的因素：化学成分、结构刚度、焊后应
力状态、环境温度。 ➢ 化学成分的影响：组织、夹杂物、热影响区\淬透性。 ① 碳当量法：将其它元素对焊接性的影响折算成碳的影响，
可用公式：
c当量
c
Mn 6
Cr
Mo V 5
Ni Cu（%） 15
➢ 碳当量对可焊性的影响
350Mpa淬硬倾向不大；大于450Mpa明显。淬火后塑性、 韧性明显下降。
② 焊接接头的裂纹倾向：强度级别越高冷裂倾向越大。
影响冷裂的因素：
➢ 焊缝及热影响区的含氢量 ➢ 热影响区的淬硬程度 ➢ 焊接接头的应力。 ③ 一般采用焊条电弧焊和埋弧自动焊。
• 工艺措施
对于低强度级别的钢： a 一般结构常温焊接与低碳钢相同。 b 低温焊接、大刚度、大厚度构件进行小焊脚、短焊缝时，需增大
减小热影响区。 • 焊接方法：多用焊条电弧焊，但厚件可用电渣焊（热处
理）。焊接后缓冷，进行消除应力处理。
• 高碳钢：只限于焊接修补，预热温度更高。
3. 低合金结构钢 • 机械制造合金结构钢：焊接性及工艺措施与中碳钢同。 • 低合金高强钢：用于工程结构。 • 低合金高强钢的焊接特点 ① 热影响区的淬硬倾向：强度越高，淬硬倾向越大。小于
12.2 碳钢及低合金钢的焊接
1. 低碳钢的焊接 • 低碳钢的特点：C≤0.25%，塑性好，淬硬倾向小，对焊接
过程不敏感。 • 焊接工艺特点 ① 一般结构不需采用特殊措施，也不需焊后热处理。 ② >50mm的结构件，可采用大电流多层焊，焊后需消除应力退
火。温度低于0℃时预热100～150℃ ③ 低温大刚度焊件，应焊前预热。 ④ 一般选用酸性焊条。
0.6%）、淬硬倾向大，焊接性差。 • 焊接问题 ➢ 热影响区易产生淬硬组织和冷裂。 ➢ 焊缝处热裂倾向大。由于母材中C、
P、S及其它杂质进入熔池。
• 焊接工艺特点 ① 焊前预热：根据成分和结构选择温度。 ② 选用低氢型焊条。等强度时：J507、J607等，不等强度用
J426。 ③ 细焊条，小电流，开坡口多层焊，以防止母材过多熔入，
电流，减缓焊速，选用低氢焊条，并考虑预热。
c 压力容器等重要件，厚度大于20mm时，焊后退火。 对于高强度级别的钢 a 焊前预热。 b 调整规范，控制热影响区的冷速不宜过快。 c 焊后退火处理，消除应力。消氢处理。 d 选用低氢型焊条（或高碱度焊剂），并注意焊前烘干。
21.3 不锈钢的焊接
• 不锈钢：能抵抗大气及腐蚀性介质腐蚀的钢种。不锈钢 按空冷后室温组织不同可分为马氏体不锈钢、铁素体不 锈钢和奥氏体不锈钢。最常用的是铬镍奥氏体不锈钢。
• 焊接方法：适于各种方法。以焊条电弧焊、埋弧焊、气体 保护焊、电渣焊和电阻焊为多。
• 焊接材料的选择
a 一般结构，焊条电弧焊：J421、J422、J424。 b 承受动载、复杂结构、厚板：J426、J427、J507。 c 埋弧焊：一般用H08A、H08MnA配焊剂431。
2. 中、高碳钢的焊接 • 中碳钢的特点：含碳高（0.25～
第21章 常用金属材料的焊接
21.1 金属材料的焊接性（可焊性） 1. 焊接性的概念 焊接性：指被焊材料在一定的焊接方法、工艺、焊接材
料、工艺参数及结构形式下，获得优质焊接接头的难易 程度。 ➢ 工艺焊接性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向（尤其是产 生裂纹的可能性）。 ➢ 使用焊接性：焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接 头的力学性能和其它特殊性能。
• 奥氏体不锈钢的主要问题 ① 热裂纹倾向大。主要因为该钢线膨胀系数大，热应力大；
钢中的Ni易与S、P等形成低熔点共晶，脆性温度区间大。
② 接头的晶间腐蚀。奥氏体不锈钢在450～850℃范围加热 时，由于沿晶界析出富铬的碳化物而在晶界附近形成贫 铬区，在腐蚀介质作用下沿贫铬区发生腐蚀。18-8型不 锈钢有三个部位易出现晶间腐蚀。
④ 焊后加大冷速，接触腐蚀介质的表面最后施焊。
• 铁素体型不锈钢如1Crl7 • 焊接时热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化，使焊接接头
性能下降。一般采取低温预热(不超过150℃)，缩短在高温 停留时间。此外，采用小电流、快速焊等工艺可以减小晶 粒长大倾向。
• 马氏体型不锈钢 • 焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹。如果碳含量较高，淬硬