碳钢焊接
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难焊或要求高的异种钢焊接，须选用镍基焊接材料的原因： A：镍可无限扩大γ区，增加碳的溶解度，当镍达到70%时基本可以消除脱碳层。 B：镍基焊材熔敷金属的线膨胀系数为13.6×10-6mm/mm℃，与碳钢等基本接近， 因而就平衡了接头的大部分热应力。 C：镍基焊材熔敷金属有很好的塑性，其延伸率可达40%而其强度极限仍有700～ 800MPa，因而使接头能更好吸收各类应力，大而增大接头的抗变形能力。
二、异种钢
1、异种钢接头主要包括两方面的内容：
A、即不同组织（主指奥氏体组织和非奥氏体钢）之间； B、不同强度等级、成分（即基本组织类似）之间的焊接。 2、主要问题： A、焊接时母材的稀释； B、焊接残余应力和热应力； C、碳扩散。
基于上述三个问题，在焊接材料选择时要充分考虑其焊接工艺性、常温力
学性能和长期运行性能。
同种钢焊接材料的选用原则
1、等强匹配原则 A、焊接碳钢或低合金钢时其焊接材料熔敷金属的强度不得低于施焊母材抗拉
强度的下限。通常，焊接材料熔敷金属的强度级别与母材相当，考虑到焊缝中可能
出现一些工艺缺陷，可以选用强度略高于母材的焊接材料。 B、对某些有再热裂纹倾向的钢种，为提高焊接接头在消除应力或高温运行条 件下的蠕变塑性和形变能力，应选用强度相当且具有抗蠕变裂纹性能优良的焊接材 料。 C、对于承受动载荷或热疲劳的焊接结构，为了提高接头的疲劳强度，可以选 用塑韧性较好而强度基本相当的焊接材料； D、对于拘束度较大的焊接结构,根部焊道应选用含碳量较低、抗裂性优良的焊 接材料，填充层选用塑韧性优良、强度相当的低氢型或超低氢型焊接材料。 E、由于受工况限制不能进行预热、后热和焊后热处理时，可以选用不锈钢或 镍基焊接材料进行焊接。
（4）考虑焊前状态 ：在热处理前退火状态下焊接，应使焊缝金属成分与母
材相近，以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材相同的性能；如在热处理 后（一般为调质处理）的部件上焊接，则必须选用低氢碱性焊条，采取相应 工艺措施，以防止裂纹和减少热影响区的软化。
3、焊接方法选择
最常用的是焊条电弧焊（与机械零件各种形状相适应）
2、考虑工况和使用要求 A、焊接耐热钢材料应从高温强度（高温持久强度、高温蠕变强度 和高温蠕变塑性）、高温抗氧化和腐蚀性等方面考虑。一般选用化学成 分及熔敷金属组织与母材相当的焊接材料。 B、对不锈钢应从其抗氧化性和抗腐蚀性方面选择焊接材料。一般
选用化学成分与母材相当的焊接材料。
C、焊接抗大气、海水腐蚀等材料时，应从其强度和抗腐蚀性选择 焊接材料。如09PCuCrNiA/CHE507CuP/CHE507CrNi 3）为便于车间管理、焊工操作应尽量简化焊接材料品种。（在保证产 品质量的前提下）
（3）低碳沸腾钢：脱氧不完全，局部硫磷偏析大，时效敏感性、冷脆
敏感性大，焊接热裂纹倾向较大 （4）焊接方法选择不当时需采取措施：埋弧焊、电渣焊 ——粗晶组
织 ——韧性降低——正火。
2、焊接材料 根据焊件强度等级及工作条件等来选择
3、焊接方法
（1）焊条电弧焊 ：适用于板厚在2—50mm的对接接头、T字接头、十字接头、搭接 接头和堆焊等； 焊条：酸性焊条E4303（J422）、E4320（J424）等 ；承受动载荷、结构复杂的厚 大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4315（J427）、E4316（J426）等； （2）二氧化碳气体保护：适用于薄板及大型结构件的角焊缝的焊接 焊丝：ER49-1 ER50-2至E50-7；
• 3、焊接方法：焊条电弧焊，大多用于焊补修理。
• 4、焊接工艺要点
（1）高碳钢应先退火然后方能焊接。 （2）采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热温度和层间温度一般在250~350℃以上。 用奥氏体不锈钢焊条可以不预热。 （3）采取与焊接中碳钢相同的工艺措施，尽量减少熔合比，小电流、低的焊接速度，焊接 过程中应尽量连续施焊不间断。 （4）焊后焊件应立即送入炉中，在650℃保温，进行消除应力热处理。 （5）焊件刚度、厚度较大时，应采取减少内应力的措施，例如合理排列焊道，分段倒退焊 法，焊后锤击等。
三、高碳钢的焊接
• 1、焊接性分析
含碳量大于0.6%，包括碳素结构钢、碳素钢铸件及碳素工具钢等 ；焊接性很差，焊后 很易产生硬脆的高碳马氏体，淬硬倾向和裂纹敏感倾向大。
• 2、焊接材料
通常不用高碳钢焊材。根据钢材的含碳量、几何形状和使用条件等，同时考虑产品结构、 所焊钢材的实际化学成分、热处理状态、力学性能及等选用合适的填充金属。
减少裂纹的产生。若焊后不可能立即消除应力，也应当进行后热，以便去
氢。后热温度视具体情况而定，后热保温时间：10mm/1h左右。 （5）采用低氢焊接工艺：应当尽量选用低氢型焊材；焊前严格清理；
烘干焊条；采用窄焊道、短弧操作方法。焊接沸腾钢时，加入含有足够数
量脱氧剂（例如Al、Mn、Si）的填充金属，可以防止焊缝气孔。 （6）多层多道焊：前几层采用小电流、慢速焊，中间层采用较大线能量。
电弧稳定,飞溅小,焊接速度快,可进行全位置焊接。 （3）埋弧焊：适用于板厚在3—150mm之间的对接接头、T字接头、十字接头 焊丝H08A+高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430 、HJ431；焊丝H08MnA配合无锰、低锰 或中锰型焊剂 。 （4）电渣焊：适用于焊接50-300mm的厚板 应选用中锰高硅中氟的HJ360与H10Mn2AK、H10MnSi焊丝配合；也可使用高锰高 硅低氟的HJ430与H10MnSi焊丝匹配，焊后应进行正火。
3、异种钢接头焊接材料的选择 A、不同强度等级铁素体或珠光体型钢之间的焊接（如20G＋15CrMoG），其 总的特点是线膨胀系数按近、导热系数相差不大。因而主要考虑运行时工作应力 平滑过渡、组织稳定，一般选用成分或强度（常温强度和高温强度）介于两者之 间的焊接材料。 B、碳钢或低合金、高合金钢与奥氏体不锈钢焊接，要考虑稀释、碳扩散和 热应力三方面的问题，同时还要考虑焊接工艺性及使用条件： a、当产品工作温度≤400℃时，通常选用A307或A507； b、当产品工作温度>400℃或焊接接头要求热处理时，则受压元件对接接头 可选用镍基焊接材料，而受压元件与附件的焊Biblioteka Baidu选用高铬镍不锈钢焊接材料。
板厚大于50mm，在低于0℃的环境温度焊接时，应预热100～150℃。
4、焊接工艺要点 （1）深而窄坡口形式，焊前预热，焊时保持层间温度。 （2）采用低氢或超低氢焊接材料。 （3）定位焊时加大焊接电流，减慢焊接速度，适当增加定位焊缝截面和长度。
必要时施加预热。
（4）整条焊缝连续焊完，尽量避免中断。 （5）不在坡口以外的母材上引弧，熄弧时，弧坑要填满。 （6）弯板、矫正和装配时，尽可能不在低温下进行。
埋弧焊由于具有热输入大，熔敷速度高，受热面大，焊后冷
却速度小，同时焊剂曾能降低冷速，在中、高碳钢焊接中常用， 但往往需配合预热和后热；
电渣焊也可用于焊接中碳钢的板结构大型铸件和铸钢件，如
大型齿轮毛坯、电机座、压力机机架、压力机压辊、大型油压机 支柱和柱体的焊接，用电渣焊代替埋弧焊能减少制造时间，节省
焊剂消耗。
4、焊接工艺要点
（1）坡口制备：为减少熔合比，一般采用U形或V形坡口，并将坡口两侧的
油污和铁锈等清除干净。 （2）预热：预热温度取决于碳当量、板厚、结构刚性、焊条类型和工艺方 法。通常35、45钢预热150～250℃，刚性很大时，提高到250～400℃。 不预热条件下应采取工艺措施以减少熔深，降低冷却速度，以防止开裂 （3）焊接电源：一般选用直流弧焊电源的反极性，降低裂纹倾向和气孔。 （4）焊后热处理：600～650℃消除应力热处理。采取保温、缓冷措施，以
（7）尽可能改善严寒时的劳动条件。
锅炉直管对接热丝TIG焊 锅炉膜式壁龙门式6头MPM焊接
二、中碳钢的焊接
1、焊接性分析 含碳量为0.25%～0.6%，随着钢中碳质量分数的增加钢材的强度和硬度增加， 塑性和韧性下降，焊接性变差。 主要焊接缺陷：热裂纹、冷裂纹、气孔和接头脆性，有时热影响区的强度还 会下降。 2、焊接材料 ⑴ 要求等强的构件：采用E5015、E5515等强度级别较高的焊条。 ⑵ 不要求等强的构件：采用E4303、E4315等强度级别较低些的焊条。 ⑶ 特殊情况：即母材不能焊前预热时，可采用奥氏体不锈钢焊条。
§2 碳钢的焊接
碳钢焊接性：取决于含碳量 含碳量增加、钢的硬度和强度提高，焊接性变差
Ceq=ω（C）+1/6ω（Mn）+1/24ω（Si）
一般：Ceq=ω（C）+1/6ω（Mn）
一、低碳钢的焊接
1、焊接性分析：优 ，当 （1）低碳钢母材不合格:含碳、硫过高，焊接时可能出现裂纹，尤其角 焊缝、对接多层焊第一道焊道和大间隙对接第一道焊缝等； （2）旧冶炼方法生产的低碳转炉钢：含氮高，杂质较多，冷脆性和时 效敏感性大；
二、异种钢
1、异种钢接头主要包括两方面的内容：
A、即不同组织（主指奥氏体组织和非奥氏体钢）之间； B、不同强度等级、成分（即基本组织类似）之间的焊接。 2、主要问题： A、焊接时母材的稀释； B、焊接残余应力和热应力； C、碳扩散。
基于上述三个问题，在焊接材料选择时要充分考虑其焊接工艺性、常温力
学性能和长期运行性能。
同种钢焊接材料的选用原则
1、等强匹配原则 A、焊接碳钢或低合金钢时其焊接材料熔敷金属的强度不得低于施焊母材抗拉
强度的下限。通常，焊接材料熔敷金属的强度级别与母材相当，考虑到焊缝中可能
出现一些工艺缺陷，可以选用强度略高于母材的焊接材料。 B、对某些有再热裂纹倾向的钢种，为提高焊接接头在消除应力或高温运行条 件下的蠕变塑性和形变能力，应选用强度相当且具有抗蠕变裂纹性能优良的焊接材 料。 C、对于承受动载荷或热疲劳的焊接结构，为了提高接头的疲劳强度，可以选 用塑韧性较好而强度基本相当的焊接材料； D、对于拘束度较大的焊接结构,根部焊道应选用含碳量较低、抗裂性优良的焊 接材料，填充层选用塑韧性优良、强度相当的低氢型或超低氢型焊接材料。 E、由于受工况限制不能进行预热、后热和焊后热处理时，可以选用不锈钢或 镍基焊接材料进行焊接。
（4）考虑焊前状态 ：在热处理前退火状态下焊接，应使焊缝金属成分与母
材相近，以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材相同的性能；如在热处理 后（一般为调质处理）的部件上焊接，则必须选用低氢碱性焊条，采取相应 工艺措施，以防止裂纹和减少热影响区的软化。
3、焊接方法选择
最常用的是焊条电弧焊（与机械零件各种形状相适应）
2、考虑工况和使用要求 A、焊接耐热钢材料应从高温强度（高温持久强度、高温蠕变强度 和高温蠕变塑性）、高温抗氧化和腐蚀性等方面考虑。一般选用化学成 分及熔敷金属组织与母材相当的焊接材料。 B、对不锈钢应从其抗氧化性和抗腐蚀性方面选择焊接材料。一般
选用化学成分与母材相当的焊接材料。
C、焊接抗大气、海水腐蚀等材料时，应从其强度和抗腐蚀性选择 焊接材料。如09PCuCrNiA/CHE507CuP/CHE507CrNi 3）为便于车间管理、焊工操作应尽量简化焊接材料品种。（在保证产 品质量的前提下）
（3）低碳沸腾钢：脱氧不完全，局部硫磷偏析大，时效敏感性、冷脆
敏感性大，焊接热裂纹倾向较大 （4）焊接方法选择不当时需采取措施：埋弧焊、电渣焊 ——粗晶组
织 ——韧性降低——正火。
2、焊接材料 根据焊件强度等级及工作条件等来选择
3、焊接方法
（1）焊条电弧焊 ：适用于板厚在2—50mm的对接接头、T字接头、十字接头、搭接 接头和堆焊等； 焊条：酸性焊条E4303（J422）、E4320（J424）等 ；承受动载荷、结构复杂的厚 大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4315（J427）、E4316（J426）等； （2）二氧化碳气体保护：适用于薄板及大型结构件的角焊缝的焊接 焊丝：ER49-1 ER50-2至E50-7；
• 3、焊接方法：焊条电弧焊，大多用于焊补修理。
• 4、焊接工艺要点
（1）高碳钢应先退火然后方能焊接。 （2）采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热温度和层间温度一般在250~350℃以上。 用奥氏体不锈钢焊条可以不预热。 （3）采取与焊接中碳钢相同的工艺措施，尽量减少熔合比，小电流、低的焊接速度，焊接 过程中应尽量连续施焊不间断。 （4）焊后焊件应立即送入炉中，在650℃保温，进行消除应力热处理。 （5）焊件刚度、厚度较大时，应采取减少内应力的措施，例如合理排列焊道，分段倒退焊 法，焊后锤击等。
三、高碳钢的焊接
• 1、焊接性分析
含碳量大于0.6%，包括碳素结构钢、碳素钢铸件及碳素工具钢等 ；焊接性很差，焊后 很易产生硬脆的高碳马氏体，淬硬倾向和裂纹敏感倾向大。
• 2、焊接材料
通常不用高碳钢焊材。根据钢材的含碳量、几何形状和使用条件等，同时考虑产品结构、 所焊钢材的实际化学成分、热处理状态、力学性能及等选用合适的填充金属。
减少裂纹的产生。若焊后不可能立即消除应力，也应当进行后热，以便去
氢。后热温度视具体情况而定，后热保温时间：10mm/1h左右。 （5）采用低氢焊接工艺：应当尽量选用低氢型焊材；焊前严格清理；
烘干焊条；采用窄焊道、短弧操作方法。焊接沸腾钢时，加入含有足够数
量脱氧剂（例如Al、Mn、Si）的填充金属，可以防止焊缝气孔。 （6）多层多道焊：前几层采用小电流、慢速焊，中间层采用较大线能量。
电弧稳定,飞溅小,焊接速度快,可进行全位置焊接。 （3）埋弧焊：适用于板厚在3—150mm之间的对接接头、T字接头、十字接头 焊丝H08A+高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430 、HJ431；焊丝H08MnA配合无锰、低锰 或中锰型焊剂 。 （4）电渣焊：适用于焊接50-300mm的厚板 应选用中锰高硅中氟的HJ360与H10Mn2AK、H10MnSi焊丝配合；也可使用高锰高 硅低氟的HJ430与H10MnSi焊丝匹配，焊后应进行正火。
3、异种钢接头焊接材料的选择 A、不同强度等级铁素体或珠光体型钢之间的焊接（如20G＋15CrMoG），其 总的特点是线膨胀系数按近、导热系数相差不大。因而主要考虑运行时工作应力 平滑过渡、组织稳定，一般选用成分或强度（常温强度和高温强度）介于两者之 间的焊接材料。 B、碳钢或低合金、高合金钢与奥氏体不锈钢焊接，要考虑稀释、碳扩散和 热应力三方面的问题，同时还要考虑焊接工艺性及使用条件： a、当产品工作温度≤400℃时，通常选用A307或A507； b、当产品工作温度>400℃或焊接接头要求热处理时，则受压元件对接接头 可选用镍基焊接材料，而受压元件与附件的焊Biblioteka Baidu选用高铬镍不锈钢焊接材料。
板厚大于50mm，在低于0℃的环境温度焊接时，应预热100～150℃。
4、焊接工艺要点 （1）深而窄坡口形式，焊前预热，焊时保持层间温度。 （2）采用低氢或超低氢焊接材料。 （3）定位焊时加大焊接电流，减慢焊接速度，适当增加定位焊缝截面和长度。
必要时施加预热。
（4）整条焊缝连续焊完，尽量避免中断。 （5）不在坡口以外的母材上引弧，熄弧时，弧坑要填满。 （6）弯板、矫正和装配时，尽可能不在低温下进行。
埋弧焊由于具有热输入大，熔敷速度高，受热面大，焊后冷
却速度小，同时焊剂曾能降低冷速，在中、高碳钢焊接中常用， 但往往需配合预热和后热；
电渣焊也可用于焊接中碳钢的板结构大型铸件和铸钢件，如
大型齿轮毛坯、电机座、压力机机架、压力机压辊、大型油压机 支柱和柱体的焊接，用电渣焊代替埋弧焊能减少制造时间，节省
焊剂消耗。
4、焊接工艺要点
（1）坡口制备：为减少熔合比，一般采用U形或V形坡口，并将坡口两侧的
油污和铁锈等清除干净。 （2）预热：预热温度取决于碳当量、板厚、结构刚性、焊条类型和工艺方 法。通常35、45钢预热150～250℃，刚性很大时，提高到250～400℃。 不预热条件下应采取工艺措施以减少熔深，降低冷却速度，以防止开裂 （3）焊接电源：一般选用直流弧焊电源的反极性，降低裂纹倾向和气孔。 （4）焊后热处理：600～650℃消除应力热处理。采取保温、缓冷措施，以
（7）尽可能改善严寒时的劳动条件。
锅炉直管对接热丝TIG焊 锅炉膜式壁龙门式6头MPM焊接
二、中碳钢的焊接
1、焊接性分析 含碳量为0.25%～0.6%，随着钢中碳质量分数的增加钢材的强度和硬度增加， 塑性和韧性下降，焊接性变差。 主要焊接缺陷：热裂纹、冷裂纹、气孔和接头脆性，有时热影响区的强度还 会下降。 2、焊接材料 ⑴ 要求等强的构件：采用E5015、E5515等强度级别较高的焊条。 ⑵ 不要求等强的构件：采用E4303、E4315等强度级别较低些的焊条。 ⑶ 特殊情况：即母材不能焊前预热时，可采用奥氏体不锈钢焊条。
§2 碳钢的焊接
碳钢焊接性：取决于含碳量 含碳量增加、钢的硬度和强度提高，焊接性变差
Ceq=ω（C）+1/6ω（Mn）+1/24ω（Si）
一般：Ceq=ω（C）+1/6ω（Mn）
一、低碳钢的焊接
1、焊接性分析：优 ，当 （1）低碳钢母材不合格:含碳、硫过高，焊接时可能出现裂纹，尤其角 焊缝、对接多层焊第一道焊道和大间隙对接第一道焊缝等； （2）旧冶炼方法生产的低碳转炉钢：含氮高，杂质较多，冷脆性和时 效敏感性大；