材料的焊接性基础
材料焊接性
焊接性：同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。
工艺焊接性：指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的能力。
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所引起的焊接性变化。
屈强比：屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比（σs/σb）焊缝强度匹配系数：焊缝强度与母材强度之比S＝(σb)w/(σb)b，是表征接头力学非均质性的参数之一。
碳当量法：各种元素中，碳对冷裂纹敏感性的影响最显著。
可以把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。
点腐蚀：金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。
1、影响材料焊接性的因素：材料、设计、工艺和服役环境2、合金结构钢按性能分类可分为：强度用钢和低中合金特殊用钢3、强度用钢：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢4、焊缝中存在较高比例针状铁素体组织时，韧性显著提高，韧脆转变温度降低5、低碳调质钢的种类：高强度结构钢、高强度耐磨钢、高强度韧性钢；成分：碳质量分数不大于0.22％。
热处理的工艺一般为奥氏体化→淬火→回火，经淬火回火后的组织是回火低碳马氏体、下贝氏体或回火索氏体6、中碳调质钢成分：含碳量Wc=0.25％~0.5％较高，并加入合金元素（Mn、Si、Cr、Ni、B）以保证钢的淬透性7、提高耐热钢的热强性三种合金方式：基体固溶强化、第二相沉淀强化、晶界强化8、不锈钢的主要腐蚀形式：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀9、铜及铜合金分为工业纯铜、黄铜、青铜及白铜10、不锈钢的分类：按化学成铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢按用途不锈钢、抗氧化钢、热强钢按组织奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、铁素体-奥氏体双相钢、沉淀硬化钢11、铝合金的性质：化学活性强、表面极易氧化、导入性强、易造成不溶合、易形成杂质12、铸铁分为：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁13、引起应力腐蚀开裂条件：环境、选择性的腐蚀介质、拉应力1、材料焊接性包含的两个含义一是材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷；二是焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。
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。
材料焊接性知识点整理
材料焊接性知识点整理1.材料的化学成分：材料的化学成分对焊接性能有很大的影响。
不同元素的存在会导致焊接材料的变化，如碳含量过高会导致焊缝硬化，硫含量过高会导致焊缝脆性增加。
因此，在焊接过程中需要根据材料的化学成分选择适当的焊接材料和焊接工艺。
2.材料的物理性能：材料的物理性能对焊接性能也有很大的影响。
例如，材料的熔点和凝固温度会影响焊接的工艺参数和焊缝的形态。
另外，材料的热导率和热膨胀系数也会影响焊接过程中的热应力和变形。
3.材料的热学性能：材料的热学性能对焊接过程中的热传导和热变形有很大的影响。
例如，材料的热导率决定了焊接热源的传导能力，热膨胀系数决定了焊接材料在热应力下的变形情况。
因此，了解材料的热学性能是选择合适的焊接工艺参数的重要基础。
4.焊接工艺参数：焊接工艺参数包括焊接电流、焊接速度、焊接温度等。
合适的焊接工艺参数可以保证焊接质量的稳定性和焊缝的强度。
不同材料的焊接工艺参数有所差异，因此需要根据材料的热学性能和化学成分选择合适的焊接工艺参数。
5.焊接材料选择：焊接材料的选择对焊接性能也有很大的影响。
焊接材料应具有与母材相似的化学成分和物理性能，以保证焊缝的性能和质量。
此外，焊接材料还应具有良好的可塑性和焊接性能，以便于焊接操作。
6.焊接接头形式：焊接接头形式对焊接性能和焊缝的强度有很大影响。
常见的焊接接头形式包括对接、角接、搭接等。
不同接头形式的焊接过程和焊缝形态不同，因此需要根据具体应用选择合适的接头形式。
7.焊接变形和残余应力：焊接过程中会产生热应力和变形，这对焊接性能和工件的使用寿命有很大的影响。
焊接变形和残余应力的大小取决于材料的热学性能、焊接工艺参数和焊接接头形式等因素。
因此，在焊接过程中需要采取相应的措施来控制焊接变形和残余应力，如采用预留缝、预应力焊接等。
总结起来，材料焊接性的知识点主要包括材料的化学成分、物理性能、热学性能、焊接工艺参数、焊接材料选择、焊接接头形式、焊接变形和残余应力等。
《材料焊接性》课件
焊接生产中的环保问题
02
01
03
焊接过程中会产生烟尘、废气、噪音等污染物，对环 境造成一定的影响。
焊接设备的选用应符合环保要求，尽量选择低烟尘、 低噪音的设备。
定期对焊接设备进行环保检测，确保设备符合相关环 保标准。
焊接废弃物的处理与再利用
超声波焊接技术
超声波振动焊接
利用超声波振动使材料产生局部高温和 压力，从而实现材料的连接。超声波振 动焊接具有快速、低成本和高质量等特 点，适用于塑料、纸张和布料等材料的 焊接。
VS
高频感应焊接
利用高频电流产生磁场，使金属材料产生 涡流热并熔化，最终连接在一起。高频感 应焊接具有高效、节能和环保等特点，适 用于薄板和管材的焊接。
无损检测
利用超声波、射线、磁粉等方法，对焊接接头进行无损检测 ，以发现潜在的缺陷和问题。
05
焊接安全与环保
焊接作业安全防护
焊接作业人员应穿戴防护服、佩戴护目镜、手套等 个人防护装备，以减少焊接过程中产生的飞溅、弧 光和高温对人体的伤害。
在焊接作业现场，应设置相应的安全警示标识，提 醒作业人员注意安全。
焊接工艺参数的调整与控制
在焊接过程中，根据实际情况对工艺参数进行调整和控制，确保焊 接质量的稳定性和可靠性。
04
焊接质量与检验
焊接质量标准与评定
焊接质量标准
根据不同的材料和焊接工艺，制定相应的焊接质量标准，包括焊接接头的强度、致密性、抗腐蚀性等方面的要求 。
焊接质量评定
通过检验和测试，对焊接接头进行质量评定，确保其满足设计要求和使用性能。
如熔化焊、压力焊、钎焊等， 每种工艺有其适用的范围和特 点，需根据具体艺进行可行性评 估，确保其能够满足焊接要求 ，并考虑生产效率和成本等因 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。
焊接冶金学-材料焊接性
焊接冶金学-材料焊接性名词解释：;;1、焊接性：焊接;性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。
2、碳当量：把;钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材料冷裂纹倾向的参数指标。
;;3、焊接性的间;接评定：①碳当量法；②焊接冷裂纹敏感性指数法；③消除应力裂纹敏感性指数法；④热裂纹敏感性指数;法；⑤层;状撕裂敏感性指数法；⑥焊接热影响区最高硬度法。
第三;章合金结构钢的焊接1、热;轧钢HA;Z过热区脆化原因：;采用过;大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性；采用过小的焊接热输入，粗晶区中的马;氏体组;织所占的比例增大而降低韧性。
2、正火;钢HA;Z过热区脆化原因：1;、晶粒;长大2、沉淀相Ti和Vc发生高温溶解，溶入奥氏体基体，在冷却过程中来不及析出，保留在铁集体内，使其;变脆;。
过热区脆化与魏氏组织无关；采用过大的焊接输入，导致晶粒粗大，主要是1200高温下其沉淀强化作用的碳;化物;和氮化物质点分解并溶于奥氏体，在随后的冷却过程中来不及析出而固溶在基体中，Nb等推迟铁素体的产生，;上贝;氏体的产生，上贝氏体增多，导致韧性下降；采用过小的焊接热输入，冷却速度加快，淬硬组织马氏体增多，导致;韧性下降。
3、分析热;轧;钢和正火钢的强化方式及主要强化元素有何不同，二者焊接性有何差异，在制定工艺时应注意什么？答：⑴强化;;方式：热轧钢用Mn、Si等合金元素固溶强化，加入V、Nb以细化晶粒和沉淀强化；正火钢在固溶强化的基础上加;;入一些碳、氮化合物形成元素C、V、Nb、Ti、Mo进行沉淀强化和晶粒细化。
⑵裂纹-热轧钢对冷、热裂纹都不敏;;感，不出现再热裂纹，出现层状撕裂；正火钢冷裂纹倾向大于热轧钢，对热裂纹不敏感出现再热裂纹和层状撕裂。
;;⑶热影响区性能变化：热轧钢脆化、晶粒粗大和粗晶脆化；正火钢粗晶脆化和组织脆化。
⑷制定工艺时应注意：热;;轧钢线能量需要适中，正火钢应选较小线能量。
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。
各种材料的焊接性能
金属材料的焊接性能（1）焊接性能良好的钢材主要有：低碳钢（含碳量<0。
25）；低合金钢(合金元素含量1～3、含碳量<0。
20）；不锈钢（合金元素含量〉3、含碳量<0。
18）。
（2）焊接性能一般的钢材主要有:中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0。
25~0。
35）；低合金钢(合金元素含量<3、含碳量〈0.30）;不锈钢（合金元素含量13~25、含碳量￡0。
18）（3）焊接性能较差的钢材主要有:中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0。
45）; 低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。
（4）焊接性能不好的钢材主要有：中、高碳钢(合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量〉0。
40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0。
30～0.40）.焊条和焊丝选择的基本要点如下：同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素：考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能;考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保;考虑成本。
异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况：一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。
焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号(GB 980—76）、焊条的性能和用途（GB 980~984-76）等有关国家标准。
＃＃＃15CrMoR的换热器的热处理工艺*＊＊当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理.***15CrMoR焊接性能良好。
手工焊用E5515—B2（热307）焊条,焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热)，焊后650—700℃回火处理.自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。
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。
材料焊接性基本知识
三、焊接性
• 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难易程 度。
• 焊接性能包括两方面的内容：①接合性能：金属 材料在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏 感性。决定接合性能的因素有：工件材料的物理 性能，如熔点、导热率和膨胀率，工件和焊接材 料在焊接时的化学性能和冶金作用等。当某种材 料在焊接过程中经历物理、化学和冶金作用而形 成没有焊接缺陷的焊接接头时，这种材料就被认 为具有良好的接合性能。②使用性能：某金属材 料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要 求的适应性，也就是焊接接头承受载荷的能力， 如承受静载荷、冲击载荷和疲劳载荷等，以及焊 接接头的抗低温性能、高温性能和抗氧化、抗腐 蚀性能等。
• 工艺性能 • 金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主 要有以下四个方面： • （1）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、 磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。 • （2）可锻性：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度， 例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的 大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微 组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导 热性能等。 • （3）可铸性：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表 现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的 均匀性、致密性，以及冷缩率等。 • （4）可焊性：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速 熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为 整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、 热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、 对机械性能的影响等。
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。
各种材料的焊接性能
金属材料的焊接性能（1）焊接性能良好的钢材主要有：低碳钢（含碳量<）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<）。
（2）焊接性能一般的钢材主要有：中碳钢（合金元素含量<1、含碳量～）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡）（3）焊接性能较差的钢材主要有：中碳钢（合金元素含量<1、含碳量～）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量～）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量）。
（4）焊接性能不好的钢材主要有：中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量～）。
焊条和焊丝选择的基本要点如下：同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素：考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能；考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。
异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况：一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。
焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。
###15CrMoR的换热器的热处理工艺***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。
***15CrMoR焊接性能良好。
手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。
自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。
###压力容器用钢的基本要求压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。
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：
材料焊接性1~6章重点
第一章1.钢可以热轧、退火、正火、回火或调质状态供货第二章1.焊接性：同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整焊接接头并满足预期使用要求的能力。
2.从理论上分析，任何金属或合金，只要在熔化后能够相互形成固溶体或共晶，都可以经过熔焊形成接头。
3.焊接过程一般包括冶金过程和热过程这两个必不可少的过程4.冶金焊接性：是指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所引起的焊接性变化5.影响焊接性的四大因素材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。
材料因素包括木材本身和使用的焊接材料。
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。
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。
服役环境：工作温度高时可能产生蠕变；工作温度低或载荷为冲击载荷时容易发生破坏性；工作介质有腐蚀性时，接头要求有耐腐蚀性6.评定焊接性的原则可比性：焊接性试验条件应尽可能接近实际焊接条件，只有在这样有可比性的情况下，才有可能使试验结果比较确切的反应实际焊接结构的焊接性本质针对性：所选择或自行设计的试验方法，应针对具体的焊接结构制定试验方案，其中应包括母材、焊接材料、接头形式、接头应力状态、焊接参赛等。
再现性：焊接性试验的结构要稳定可靠，具有较好的再现性。
试验数据不可过于分散，否则难以找出变化规律和导出正确的结论。
经济性：在符合上述原则并可获得可靠的试验结果的前提下，应力求做到消耗材料少、加工容易、试验周期短，以节省试验费用。
7.碳当量：作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标。
8.热裂纹敏感性指数法：考虑化学成分对焊接热裂纹敏感性的影响，在试验研究的基础上提出可预测或评估合金结构钢热裂纹敏感指数的方法。
9.焊接热影响区最高硬度法：根据焊接热影响区的最高硬度可以相对的评价呗焊钢材的淬硬倾向和冷裂纹敏感性。
10.斜Y行坡口对接裂纹试验：主要用于评定低合金结构钢焊缝及热影响区的冷裂纹敏感性。
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第一章 焊接热过程
1.1 焊接热过程的特点
焊接热过程的作用 热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸 决定了焊接熔池进行冶金反应的程度 影响熔池金属凝固、相变过程 不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态 冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生 各种焊接裂纹和其他缺陷 影响热影响区金属的组织的转变和性能的变化 决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率
• 焊接过程顶示图(Plan view of FSW )
搅拌摩擦焊原理
• 焊缝顶视图
The Principle of Friction Stir Welding
焊接 方向
5083 铝合金
搅拌摩擦焊/Fraction Stir Welding
1.2.2焊接热源的特点
热 源 乙炔火焰 金属极电弧 钨极氩弧焊（TIG） 埋弧焊 电渣焊 熔化极氩弧焊(MIG) CO2气体保护焊 等离子焰 电子束 激光束 最小加热面积 cm2 10-2 10-3 10-3 10-3 10-2 10-4 10-4 10-5 10-7 10-8 最大功率密度 W.cm-2 2 × 103 104 1.5 × 104 2 × 104 104 104~ 105 104~ 105 1.5 × 105 107~ 109 107~ 109 18000K ~ 24000K 温度 3200℃ 6000K 8000K 6400K 2000℃
式中：
，为导温系数（m 2 / s）。 c
1.3.2 热传导问题的数学描述
2、初始条件和边界条件
– 初始条件：初始时刻物体上的温度分布 – 边界条件：物体边界上的热交换条件 • 第一类边界条件：规定了边界上的温度值； • 第二类边界条件：规定了边界上的热流密度； • 第三类边界条件：规定了边界上的物体与周围介质 间的传热系数及周围介质的温度。
1、热传导微分方程
. T T T T c [ ( ) ( ) ( )] Q x x y y z z
对于均匀、各向同性材料， 且其材料热物理性能参数 与温度无关时：
式中： — 密度 c — 比热 T — 度 τ — 时间 1 T 2T 2T 2T Q ( ) — 热导率 2 2 2 x y z
3、辐射换热定律
– 热辐射：物体因热的原因而发生辐射能量的现象。 – 斯蒂芬-玻尔兹曼定律
q r c 0T 4
式中： 物体的黑度系数； T 钢的绝对温度
c 0 5 . 67 (W / m 2 K 4 )
焊接时，温度为T的焊件，在环境温度为Tf中冷却， 通过热辐射发生的热的传递为：
1.2 焊接热源及焊接方法
1.2.1 焊接热源的种类 电弧热：利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热能作为 热源（手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等） 化学热：利用可燃气体（液化气、乙炔）或铝、镁热剂与氧 或氧化物发生强烈反应时所产生的热能作为热源（气焊、热 剂焊） 电阻热：利用电流通过导体及其界面时所产生的电阻热作为 焊接热源（电阻焊和电渣焊） 摩擦热：由机械高速摩擦所产生的热能作为热源（摩擦焊、 搅拌摩擦焊） 电子束：在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰击金数 局部表面，使动能转换为热能（电子束焊） 激光束：利用受激辐射而增强的光，经聚焦产生能量高度集 中的激光束作为焊接热源（激光焊接与切割）
三丝焊接系统
熔化焊过程
焊接热源及焊接方法实例二 搅拌摩擦焊 Friction Stir Welding（FSW）
搅拌头
工件 搅拌肩
焊缝
搅拌针
搅拌摩擦焊原理
• 焊接过程纵剖面示意
焊接方向
The Principle of Friction Stir Welding
旋转方向
搅拌摩擦焊原理
The Principle of Friction Stir Welding
1.3.2 热传导问题的数学描述
3、材料的热物理性能参数
热导率λ[W/(m•K)]； 比热c[J/(kg •K)]； 密度ρ(kg/m3)； 热扩散率a(m2/s) 表面传热系数α[W/(m2•K)]
1.3.2 热传导问题的数学描述
4、热传导方程的解析法—H.H.雷卡林公式
焊接几何尺寸和相应的热输入的简化模型 : 1）材料热物理性能参数不随温度而变化； 2）材料无论在什么温度下都是固体，不发生相变。 3）焊件的几何形状是无限的：无限体、无限板和无限长杆。 4）焊接热过程归纳为： 厚大焊件焊接---点热源 薄板焊接---线热源 细棒焊接---面热源
焊接热源及焊接方法示例一 双丝焊（熔化极气体保护焊）
熔化极气体保护焊--三丝焊
图例为采用电流相位控 制脉冲，电弧在三条焊 丝上轮流燃烧，在保证 电弧挺度的同时，通过 调节各焊丝之间的位置 关系及其焊接方向的夹 角，来改变能量分布， 使焊接过程稳定，从而 减少咬边及驼峰等成形 缺陷。该方法可用于角 焊缝的高速焊接，焊速 可以达到1.8 m/min。
电弧有效热功率
q=ηq0， η---焊接热效率
焊接热效率
焊接方 焊条 法 电弧焊 η 077-0.87 埋弧焊 电渣焊 电子束 激光焊 钨极氩弧 焊 0.68-0.85 熔化极气体 保护焊 钢：0.660.69 (铝：0.700.85)
0.770.90
0.83
0.90
0.90
1.2.4 焊件上的热量分布
1.3.3 焊接温度场 TIG焊（氩弧焊）温度场实例
1.3.3 焊接温度场
三维数值模拟/MARC
X-Y方向温度场分布
Copyright: HIT
1.3.3 焊接温度场
X-Y方向温度场分布/全图
二维数值模拟/Adina
Copyright: HIT
1.3.3 焊接温度场
三维数值模拟/MARC
三维温度场分布
1.3.3 典型的焊接温度场
厚大件上点状移动热源的温度场
a)坐标示意图 b)xoy面上沿x轴的不同温度分布
1.3.3 典型的焊接温度场
厚大件上点状移动热源的温度场
c)xoy面上的等温线
1.3.3 典型的焊接温度场
厚大件上点状移动热源的温度场
d) yoz面上沿y轴的不同温度分布 e) yoz面上的等温线
材料的焊接性基础
魏艳红 现代焊接生产技术国家重点实验室 2003年12月
State Key Laboratory of Advanced Welding Production Technology (SKL-AWPT)
焊接过程
State of the Art
熔化极气体保护焊
保护气体 焊丝
溶池
母材
焊缝
1.2.3 焊接热效率
电弧焊时的热量 分配 a) 厚皮焊条 （I=150250A, U=35V） b) 埋弧焊 （I=1000A, U=36V,v=36 mm/h
1.2.3 焊接热效率 在电弧焊接过程中，电弧功率，即：电弧在单位 时间内放出的热量为：
q0=UI (W)，U---电弧电压（V），I---焊接电流(A)
Copyright: HIT
二维模拟结果/Adina
1.3.3 焊接温度场
Copyright: HIT
1.3.3 焊接温度场
Copyright: SYSWELD
1.3.3 焊接温度场
Laser Welding Material: Aluminum Plate thickness: 1.5mm Plate length: 20mm Welding Speed: 4m/min = 66.66mm/s Butt Weld without filler material
焊接过程
什么是焊接/连接/Welding/Joining?
定义
两种或两种以上 材质（同种或异 种），通过加压 或加压或两者并 用，来达到原子 间的结合而形成 永久性连接的工 艺过程。
教学目的和内容
焊接热过程的特点 焊接冶金学的基本知识 热影响区组织转变及其性能变化 焊接缺欠的种类、防止措施 焊接裂纹的形成条件、机理和防止措施
2 H 2 H
1.2.4 焊件上的热量分布
直流TIG焊时的热能集中系数 与焊接电流的关系
直流TIG焊弧长对热能集中系数
1.3 焊接温度场 1.3.1焊接传热的基本定律
1、热传导定律
– 热传导：物体各个部分之间不发生相对位移时，依靠分 子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量 传递。 T T qc 温度梯度。 – 傅利叶定律 n n q c 热流密度； 热导率；
K qm q，q UI
K值说明热流集中的程度。焊条电弧焊： 1.2-1.4； 埋弧焊：6.0；TIG焊：3.0-7.0
Kq 95%q exp( Kr 2 ) * 2rdr 0 2 q [1 exp( Kr H )]
rH
3 0.05 exp( Kr )，Kr 3，K 2 rH
q(r ) qm exp( Kr )
q(r)--A点的热流密度（w/m2）; qm—加热斑点中心的最大热流密度（ w/m2 ）; K—热能集中系数(1/ m2); r—A点距加热斑点的距离（m）。
2
1.2.4 焊件上的热量分布
高斯曲线下面所覆盖的全部热功率为：
q
0
q (r )2rdr qm K
参考书目
材料加工理论讲义第四部分：热加工应力与裂 纹 焊接冶金与金属焊接性
周振丰 机械工业出版社
焊接手册—材料的焊接（第2版）
中国机械工程学会焊接学会编著 机械工业出版社
第一章 焊接热过程
1.1 焊接热过程的特点
焊接热过程：在焊接过程 中，被焊金属由于热的输入 和传播，而经历加热、熔化 （或达到热塑性状态），称 之为焊接热过程。 焊接热过程的特点 局部性 热源的运动性 瞬时性 传热过程的复合性