金属材料焊接工艺电子教案(3)
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1．碳当量法
在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性 的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当
于若干含碳量折合并叠加起来即为“碳当量”，
并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性， 进而推断钢材的焊接性。 目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会 （IIW）推荐的CE、日本工业标准（JIS）规定 和美国焊接学会推荐的 Ceq。
美国焊接学会（AWS）推荐 Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15 +Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%) （ 取成分的上限）
中高强度的非调质低合金高强度钢 wc≥0.18% σb=500～900Mpa
调质低合金高强度钢 σb =500～ 1000MPa 化学成分wc≤0.20%、wsi≤0.55%、 wMn≤1.5%、wCu≤0.5%、wNi≤2.5%、 wCr≤1.25%、wMo≤0.7%、wV≤0.1% 、wB≤0.006% 碳钢和低合金高强钢 化学成分wc＜ 0.6%、wMn＜1.6%、wNi＜3.3%、 wCr＜1.0%、wMo＜0.6%、 wCu=0.5%～1%、wP=0.05%～0.15%
不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要 具有预期的使用性能。 金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适
应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。
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1．工艺焊接性
工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适
应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否 获得符合要求的优质焊接接头的能力。
它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于 金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接 材料和工艺措施的发展而变化。
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三、分析金属焊接性的方法
工艺焊接性
使用焊接性
焊接热裂纹试验 直 焊接冷裂纹试验 接 消除应力裂纹试验 法 层状撕裂试验
焊接气孔敏感性试验
实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验
用碳当量推测焊接性 焊缝及接头常规力学性能试验
裂纹敏感指数及临界应 焊缝及接头的低温脆性试验
间 力为判据
焊缝及接头的断裂韧性试验
B
A
A
B
A
B
A
A
B
A
A
A
A
电渣 焊
电子 束焊
气焊
电阻焊
A
AA
A
B
AA
A
B
AA
D
B
DB
D
B
AB
D
B
AB
D
C
AB
C
C
AB
A
C
AB
A
注：A--通常采用，B--有时采用，C--很少采用，D--不采用
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表1-1 常用金属材料焊接难易程度（续）
金属及合金
焊条 电弧
焊
埋弧 焊
CO2气 体保 护焊
氩弧 电渣 焊焊
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按用途分类：结构材料（如机械零件、工程构件）、 工具材料（如量具、刃具、模具）、功能材料（如 磁性材料、超导材料等）
按领域分类：机械工程材料、建筑工程材料、能源 工程材料、信息工程材料、生物工程材料
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第一单元 金属材料焊接基础知识
第一模块 金属材料的焊接性 第二模块 金属材料焊接工艺的编制 【综合训练】
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表1-4 碳当量计算公式和应用范围
碳当量计算公式
适用范围
国际焊接学会（IIW）推荐 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu +Ni)/15 (%) （取成分的上限 ） 日本工业标准（JIS）规定
Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+ Cr/5+Mo/4+V/14 (%) （取成分 的上限）
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第一模块 金属材料的焊接性
一、 金属材料焊接性的概念
金属材料焊接性根据GB/T3375-1994《焊接术
语》的定义：“金属材料在限定的施工条件下 焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役 要求的能力”。
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第一模块 金属材料的焊接性
一、 金属材料焊接性的概念
优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中
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金属材料：工业中应用广泛的材料，其中钢铁的用量最大。 一般金属具的优良的工艺性能和力学性能；
非金属材料：合成高分子材料、特别是塑料的使用广泛； 而陶瓷具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘的特点，主要 用于化工设备、电器绝缘件、机械加工刀具、发动机耐热 元件等；
复合材料：指由两种或两种以上物理和化学性能不同的物 质，复合材料一般综合了各组分材料的优良性能，在生活 用品、机器制造等各个领域已得到广泛应用。
绪 论 第一单元 金属材料焊接基础知识 第二单元 碳钢的焊接工艺制定 第三单元 合金钢结构钢的焊接工艺制定 第四单元 不锈钢的焊接工艺制定 第五单元 铸铁的焊接工艺制定 第六单元 常用有色金属的焊接工艺制定
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工程材料的分类
工程材料是指具有一定性能，在特定条件下能够承担某种功 能、被用来制造零件和工具的材料。工程材料种类繁多，有如 下常见分类方法。 • 按成分分类：金属材料、非金属材料、复合材料。
电 子 束 焊
气 焊
电阻 焊
纯铝
B
D
D
A DAB A
非 铁
非热处理 强化铝合金
B
D
金 热处理强 属 化铝合金
B
D
材 镁合金 D
D
料 钛合金 D
D
D
A DAB A
D
A DAB A
D
A DBC A
D
A DAD A
铜合金 B
D
C
A DBB C
注：A--通常采用，B--有时采用，C--很少采用，D--不采用
接 连续冷却组织转变图 焊缝及接头高温性能试验
法 断口分析及相组织分析 焊缝及接头耐蚀性、耐磨性及
焊接热影响区最高硬度 应力腐蚀开裂试验
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一、 金属材料焊接性间接分析与评定方法
1．碳当量法 2．焊接冷裂纹敏感指数法 3．利用金属材料的物理性能分析 4．利用金属材料的化学性能分析 5．利用合金相图或SHCCT（CCT）图分析
常用金属材料焊接难易程度见表1-1
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表1-1 常用金属材料焊接难易程度
金属及合金
非合 金钢
铸铁
低合 金钢
不 锈 钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢 灰铸铁
锰钢 铬钒钢 马氏体型 铁素体型 奥氏体型
焊条 电弧 焊
A A A A A A A A A
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊
A
A
B
A
A
B
B
B
B
D
A
D
A
A
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2．使用焊接性
使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术 条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊 接结构所满足的技术条件规定的各种性能。
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二、 金属材料焊接性的影响因素 材料因素：母材和焊接材料 ； 工艺因素：焊接方法、焊接参数、预热等 结构因素：结构形状、厚度、接头形式 等 使用条件：工作温度、受载类别和工作环境
1．碳当量法
在钢材所含有的各种元素中，碳对冷裂敏感性 的影响最显著，因此将钢中各种元素都按相当
于若干含碳量折合并叠加起来即为“碳当量”，
并以此来判断钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性， 进而推断钢材的焊接性。 目前应用的碳当量计算公式：国际焊接学会 （IIW）推荐的CE、日本工业标准（JIS）规定 和美国焊接学会推荐的 Ceq。
美国焊接学会（AWS）推荐 Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15 +Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%) （ 取成分的上限）
中高强度的非调质低合金高强度钢 wc≥0.18% σb=500～900Mpa
调质低合金高强度钢 σb =500～ 1000MPa 化学成分wc≤0.20%、wsi≤0.55%、 wMn≤1.5%、wCu≤0.5%、wNi≤2.5%、 wCr≤1.25%、wMo≤0.7%、wV≤0.1% 、wB≤0.006% 碳钢和低合金高强钢 化学成分wc＜ 0.6%、wMn＜1.6%、wNi＜3.3%、 wCr＜1.0%、wMo＜0.6%、 wCu=0.5%～1%、wP=0.05%～0.15%
不允许存在超过质量标准规定的缺陷；二是要 具有预期的使用性能。 金属材料焊接性是指金属材料对焊接加工的适
应性，它包括工艺焊接性和使用焊接性。
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1．工艺焊接性
工艺焊接性是指金属材料对各种焊接方法的适
应能力，也就是在一定的焊接工艺条件下能否 获得符合要求的优质焊接接头的能力。
它不是金属材料本身所固有的性能，但取决于 金属的成分和性能，并且随着焊接方法、焊接 材料和工艺措施的发展而变化。
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三、分析金属焊接性的方法
工艺焊接性
使用焊接性
焊接热裂纹试验 直 焊接冷裂纹试验 接 消除应力裂纹试验 法 层状撕裂试验
焊接气孔敏感性试验
实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验
用碳当量推测焊接性 焊缝及接头常规力学性能试验
裂纹敏感指数及临界应 焊缝及接头的低温脆性试验
间 力为判据
焊缝及接头的断裂韧性试验
B
A
A
B
A
B
A
A
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A
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电渣 焊
电子 束焊
气焊
电阻焊
A
AA
A
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AA
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D
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DB
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AB
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C
AB
C
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A
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AB
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注：A--通常采用，B--有时采用，C--很少采用，D--不采用
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表1-1 常用金属材料焊接难易程度（续）
金属及合金
焊条 电弧
焊
埋弧 焊
CO2气 体保 护焊
氩弧 电渣 焊焊
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按用途分类：结构材料（如机械零件、工程构件）、 工具材料（如量具、刃具、模具）、功能材料（如 磁性材料、超导材料等）
按领域分类：机械工程材料、建筑工程材料、能源 工程材料、信息工程材料、生物工程材料
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第一单元 金属材料焊接基础知识
第一模块 金属材料的焊接性 第二模块 金属材料焊接工艺的编制 【综合训练】
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表1-4 碳当量计算公式和应用范围
碳当量计算公式
适用范围
国际焊接学会（IIW）推荐 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu +Ni)/15 (%) （取成分的上限 ） 日本工业标准（JIS）规定
Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+ Cr/5+Mo/4+V/14 (%) （取成分 的上限）
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第一模块 金属材料的焊接性
一、 金属材料焊接性的概念
金属材料焊接性根据GB/T3375-1994《焊接术
语》的定义：“金属材料在限定的施工条件下 焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役 要求的能力”。
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第一模块 金属材料的焊接性
一、 金属材料焊接性的概念
优质焊接接头应具备的两个条件：一是接头中
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金属材料：工业中应用广泛的材料，其中钢铁的用量最大。 一般金属具的优良的工艺性能和力学性能；
非金属材料：合成高分子材料、特别是塑料的使用广泛； 而陶瓷具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘的特点，主要 用于化工设备、电器绝缘件、机械加工刀具、发动机耐热 元件等；
复合材料：指由两种或两种以上物理和化学性能不同的物 质，复合材料一般综合了各组分材料的优良性能，在生活 用品、机器制造等各个领域已得到广泛应用。
绪 论 第一单元 金属材料焊接基础知识 第二单元 碳钢的焊接工艺制定 第三单元 合金钢结构钢的焊接工艺制定 第四单元 不锈钢的焊接工艺制定 第五单元 铸铁的焊接工艺制定 第六单元 常用有色金属的焊接工艺制定
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工程材料的分类
工程材料是指具有一定性能，在特定条件下能够承担某种功 能、被用来制造零件和工具的材料。工程材料种类繁多，有如 下常见分类方法。 • 按成分分类：金属材料、非金属材料、复合材料。
电 子 束 焊
气 焊
电阻 焊
纯铝
B
D
D
A DAB A
非 铁
非热处理 强化铝合金
B
D
金 热处理强 属 化铝合金
B
D
材 镁合金 D
D
料 钛合金 D
D
D
A DAB A
D
A DAB A
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A DBC A
D
A DAD A
铜合金 B
D
C
A DBB C
注：A--通常采用，B--有时采用，C--很少采用，D--不采用
接 连续冷却组织转变图 焊缝及接头高温性能试验
法 断口分析及相组织分析 焊缝及接头耐蚀性、耐磨性及
焊接热影响区最高硬度 应力腐蚀开裂试验
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一、 金属材料焊接性间接分析与评定方法
1．碳当量法 2．焊接冷裂纹敏感指数法 3．利用金属材料的物理性能分析 4．利用金属材料的化学性能分析 5．利用合金相图或SHCCT（CCT）图分析
常用金属材料焊接难易程度见表1-1
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表1-1 常用金属材料焊接难易程度
金属及合金
非合 金钢
铸铁
低合 金钢
不 锈 钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢 灰铸铁
锰钢 铬钒钢 马氏体型 铁素体型 奥氏体型
焊条 电弧 焊
A A A A A A A A A
埋弧焊
CO2气体 保护焊
氩弧 焊
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A
B
A
A
B
B
B
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D
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2．使用焊接性
使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术 条件中所规定的使用性能的能力。它取决于焊 接结构所满足的技术条件规定的各种性能。
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二、 金属材料焊接性的影响因素 材料因素：母材和焊接材料 ； 工艺因素：焊接方法、焊接参数、预热等 结构因素：结构形状、厚度、接头形式 等 使用条件：工作温度、受载类别和工作环境