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机械设备人必懂知识:常用金属材料的焊接
来源:www.sysdhjg.com 发布时间:2020年06月15日
一、金属材料的焊接

(一)焊接性概念

焊接性:采用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的条件下,获得焊接接头的难易程度,即其对焊接加工的适应性。

焊接性一般包括两个方面:

接合性能:主要指在给定的焊接工艺条件下,形成完好焊接接头的能力,特别是接头对产生裂纹的敏感性;

使用性能:在给定的焊接工艺条件下,焊接接头在使用条件下安 全运行的能力,包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能(如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等)。

焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映,了解及评价金属材料的焊接性,是焊接结构设计、确定焊接方法、制定焊接工艺的重要依据。

(二)钢的焊接性评定方法

钢是焊接结构中常用的金属材料,因而评定钢的焊接性显得尤为重要。由于钢的裂纹倾向与其化学成分有密切关系,因此,可以根据钢的化学成分评定其焊接性的好坏。通常将影响大的碳作为基础元素,把其它合金元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数,碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称为碳当量,用符号wCE表示,它是评定钢的焊接性的一个参考指标。国际焊接学会推荐的碳钢和低合金结构钢的碳当量计算公式为:
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式中,各元素的质量分数都取其成分范围的上限。

碳当量越高,裂纹倾向越大,钢的焊接性越差。一般认为,wCE<0.4%时,钢的淬硬和冷裂倾向不大,焊接性良好;wCE=0.4%~0.6%时,钢的淬硬和冷裂倾向逐渐增加,焊接性较差,焊接时需要采取一定的预热、缓冷等工艺措施,以防止产生裂纹;wCE>0.6%时,钢的淬硬和冷裂倾向严重,焊接性很差,一般不用于生产焊接结构。

碳当量公式仅用于对材料焊接性的粗略估算,在实际生产中,应通过直接试验,模拟实际情况下的结构、应力状况和施焊条件,在试件上焊接,观察试件的开裂情况,并配合必要的接头使用性能试验进行评定。

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二、碳素钢和低合金结构钢的焊接

(一)碳素钢的焊接

1.低碳钢的焊接 Q235、10、15、20等低碳钢是应用广泛的焊接结构材料,由于其含碳量低于0.25%,塑性很好,淬硬倾向小,不易产生裂纹,所以焊接性好。焊接时,任何焊接方法和普通的焊接工艺即可获得优 质的焊接接头。但由于施焊条件、结构形式不同,焊接时还需注意以下问题:

(1)在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时,应该进行预热,否则容易产生裂纹。

(2)重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。

低碳钢对焊接方法几乎没有限制,应用多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊和电阻焊。采用电弧焊时,焊接材料的选择参见表3-8。

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2.中碳钢的焊接 含碳量在0.25%~0.60%之间的中碳钢,有一定的淬硬倾向,焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹,焊接性较差。中碳钢的焊接结构多为锻件和铸钢件,或进行补焊。

焊接方法:手工电弧焊。

焊条选用:抗裂性好的低氢型焊条(如J426、J427、J506、J507等),焊缝有等强度要求时,选择相当强度级别的焊条。对于补焊或不要求等强度的接头,可选择强度级别低、塑性好的焊条,以防止裂纹的产生。焊接时,应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向,减小焊接应力。接头处开坡口进行多层焊,采用细焊条小电流,可以减少母材金属的熔入量,降低裂纹倾向。

3.高碳钢的焊接 高碳钢的含碳量大于0.60%,其焊接特点与中碳钢基本相同,但淬硬和裂纹倾向更大,焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构,大多是用手工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件。焊接时,应注意焊前预热和焊后缓冷。
(二)低合金结构钢的焊接

低合金结构钢按其屈服强度可以分为九级:300、350、400、450、500、550、600、700、800MPa。强度级别≤400MPa的低合金结构钢,wCE<0.4%,焊接性良好,其焊接工艺和焊接材料的选择与低碳钢基本相同,一般不需采取特殊的工艺措施。只有焊件较厚、结构刚度较大和环境温度较低时,才进行焊前预热,以免产生裂纹。强度级别≥450MPa的低合金结构钢,wCE>0.4%,存在淬硬和冷裂问题,其焊接性与中碳钢相当,焊接时需要采取一些工艺措施,如焊前预热(预热温度150℃左右)可以降低冷却速度,避免出现淬硬组织;适当调节焊接工艺参数,可以控制热影响区的冷却速度,保证焊接接头获得优良性能;焊后热处理能消除残余应力,避免冷裂。

低合金结构钢含碳量较低,对硫、磷控制较严,手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊均可用于此类钢的焊接,以手工电弧焊和埋弧焊较常用;选择焊接材料时,通常从等强度原则出发,为了提高抗裂性,尽量选用碱性焊条和碱性焊剂,对于不要求焊缝和母材等强度的焊件,亦可选择强度级别略低的焊接材料,以提高塑性,避免冷裂。

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