db金属焊接性基础金属焊接性基础
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。
金属材料的焊接性
金属材料的焊接性一、焊接性的概念焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。
主要指在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
它包括两个方面的内容，其一是接合性能：即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；其二是指使用性能：即在一定焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。
金属的焊接是一个复杂的物理和化学变化、反应的过程。
在焊接过程中焊接接头几乎出现所有的冶金现象，如熔化、结晶、蒸发、金属反应、熔渣与金属的反应、固态相变等；此外焊缝和热影响区各不同位置，由于加热、冷却、相变都是不均匀的。
这样就会造成很大的内应力和集中应力，甚至可以导致各种类型的裂纹或形成焊接接头的其它缺陷。
一般低碳钢焊接，不需要复杂的工艺措施就能获得良好的焊接质量，因而说低碳钢的焊接性良好。
但如果用同样的工艺焊接铸铁，则会出现裂纹、断裂等严重缺陷，得不到完好的焊接接头。
从这个意义上讲，铸铁的焊接性能差。
但是，在焊接铸铁时，如果使用适当的气焊丝和气焊熔剂(焊接材料)并采取相适应的焊接工艺，如高温预热、缓冷、锤击等工艺措施，就能获得满意的焊接接头。
由此可见，金属材料的焊接性不仅与母材本身的化学成分及性能有关，而且还与焊接材料、焊接工艺措施有关。
金属材料的焊接性包括接合、使用两方面的性能。
有时，完整的无缺陷的焊接接头并不一定具备满足要求的使用性能。
例如，镍钼不锈钢的焊接，比较容易获得接合性能良好的焊接接头，但如果焊接方法和工艺措旋不合适，则焊缝金属和焊接热影响区的抗腐蚀性就有可能达不到使用性能的要求，造成使用上的不合格。
总之，影响焊接性的因素包括：(一)母材、焊接材料母材和焊接材料(如气焊丝、气焊熔剂等)，它们直接影响焊接性，所以正确选用母材是保证焊接性良好的重要基础。
(二)焊接工艺对同一母材采用不同的工艺方法和措施，所表现的焊接性就不同。
例如，钛合金对氧、氮、氢极为敏感，用气焊和手工电弧焊很难实现焊接，而用氩弧焊或等离子孤焊则可以取得满意的效果。
金属焊接性及其试验方法
CE = C + Mn Ni + Cu Cr + Mo + V (% ) + + 6 15 5
•
上式适用于中、高强度的非调质低合金高强钢。
• 日本JIS和WES采用：
金属焊接性：就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用 性能的焊接接头的特性。 金属焊接性的概念有两方面内容： ① 金属在焊接加工中是否容易形成缺陷—结合性能（好不好焊） ② 焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力—使用性能（好 不好用） 衡量金属焊接性的好坏的标准： 焊接性好：焊接工艺过程简单而接头质量高、性能好时，就称作焊接性 好。 焊接性差：焊接工艺过程复杂而接头质量低、性能差时，就称作焊接性 差。 金属焊接性的影响因素： 金属焊接性主要是金属本身所固有的性能，但母材和焊接材料的成分以及 焊接工艺条件都对焊接性有重要的影响，因此，分析焊接性不能 完全脱离工艺条件。
• (一)直接模拟试验类
这类焊接性评定方法一般是仿照实际焊接的条件，通过焊 接过程观察是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，直 观地评价焊接性的优劣，有时还可以从中确定必要的焊接 条件。 • (1)焊接冷裂纹试验 常用的有插销试验、斜Y坡口对接裂 纹试验、拉伸拘束裂纹试验(TRC)、刚性拘束裂纹试验 (RRC) (RRC)等。 • (2)焊接热裂纹试验 常用的有可调拘束裂纹试险、压板对 接（FISCO）焊接裂纹试验、窗形拘束对接裂纹试验、刚 性固定对接裂纹试验等 • (3)再热裂纹试验 有H型拘束试验、缺口试棒应力松弛试 验、U形弯曲试验等。还可以利用插销试验进行再热裂纹 试验。 •
金属焊接性
试验焊缝在各种温度下施焊，焊后静置24小时再检测 和解剖，计算表面裂纹率，根部裂纹率和断面裂纹率。
表面裂纹率
C f
l f 100 % L
根部裂纹率
Cr
lr 100 % L
断面裂纹率（在试样焊缝上切下4-6试片，检查5个断面上裂纹
横向拘束主要用于测试焊缝中央结晶裂纹和高温失塑裂 纹；纵向拘束主要用于测试结晶裂纹和液化裂纹。
Cr 5
Mo 4
V 14
(%)
适用于低合金调质钢，其成分范围：
C≤0.20 Si≤0.55 Mn≤1.50 Cu≤0.50
Cr≤1.25 Mo≤0.70 V≤0.10 B≤0.006
Ni≤2.50
δ<25mm，手弧焊E=17kJ/cm，预热范围
σb=500MPa σb=600MPa σb=700MPa σb=800MPa
当于若干碳量折合并叠加起来评估其综合影响的方法。
CE( W )
C
Mn 6
Cu Ni 15
Cr
MoV 5
(%)
适用于非调质低合金高强钢，CE 0.45% 25mm
可不预热；CE 0.41% C 0207 % 37mm 可
不预热。
日本JIS和WES采用
Ceq
C
Mn 6
Si 24
Ni 40
H
Pc C 30
20
5B %
60 15 10
600 60
适用条件
C=0.07～0.22 Si≤0.60 Mn=0.4～1.40 Mo≤0.70
Cu≤0.50 V≤0.12
Ni≤1.20 Cr≤1.20 Nb≤0.04 Ti≤0.05
金属的焊接性及其评定
含量。可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。由于钢材的化学成分 是决定焊接热影响区是否淬硬的基本条件，碳又是引起钢材淬硬的主 要元素，其他合金元素对淬硬也有一定的影响。
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4. 2金属材料焊接性的分析与试验
• 工艺措施对防止焊接接头缺陷的产生，提高使用性能也有重要的作用。 最常见的工艺措施是焊前预热、焊后缓冷和消氢处理，它们对防止热 影响区淬硬变脆，降低焊接应力，避免氢致冷裂纹是比较有效的措施。
• 3.构件类型 • 焊接接头和结构设计会影响应力状态，从而对焊接性也有影响。
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4. 1金属焊接性基础知识
衡量材料焊接性的重要标准之一。 • (3)其他裂纹试验 • 焊接再热裂纹和层状撕裂试验。 • (4)焊接接头的使用性能 • 包括常温、高温力学性能、低温韧性、耐蚀性及产品技术条件中所规
定的其他性能要求。
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4. 2金属材料焊接性的分析与试验
• 4.2.3焊接性试验方法分类
• 按照不同目的，主要的焊接性试验可分为以下几类，实际应用时可根 据需要选用其中几类。
• 4.1.2影响焊接性的因素
• 1.材料因素 • 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料等等。如:焊条电弧焊时的
焊条;埋弧焊时的焊丝和焊剂;气体保护焊时焊丝和保护气体等等。它 们在焊接时都直接参与熔池或熔合区的冶金过程，影响焊接质量。
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4. 1金属焊接性基础知识
• 母材或焊接材料选用不当时，会造成焊缝金属化学成分不合格，力学 性能和其他使用性能降低，还会出现气孔、裂纹等缺陷，从而使接合 性能变差。由此可见，正确选用母材和焊接材料是保证焊接性良好的 重要基础，必须十分重视。
金属的焊接性
第一章金属的焊接性一、金属焊接性1.概念：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。
含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。
评价标准：如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。
2.影响焊接性的因素1）材料因素材料是指用于制造结构的金属材料及焊接所消耗的材料。
前者称为母材或基本金属，即被焊金属。
后者称为焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。
材料因素包括化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等。
其中化学成分（包括杂质的分布与含量）是主要的影响因素。
碳对钢的焊接性影响最大。
含碳量越高，焊接热影响区的淬硬倾向越大，焊接裂纹的敏感性越大。
也就是说，含碳量越高焊接性越差。
除碳外钢中的一些杂质如氧、硫、磷、氢、氮以及合金钢中常用的合金元素锰、铬、钴、铜、硅、钼、钛、铌、钒、硼等都不同程度地增加了钢的淬硬倾向使焊接性变差。
若焊接材料选择不当或成分不合格，焊接时也会出现裂纹、气孔等缺陷，甚至会使接头的强度、塑性、耐蚀性等使用性能变差。
2）设计因素设计因素是指焊接结构在使用中的安全性不但受到材料的影响而且在很大程度上还受到结构形式的影响。
例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。
3）工艺因素工艺因素包括施焊方法（如手工焊、埋弧焊、气体保护焊等）、焊接工艺（包括焊接规范参数、焊接材料、预热、后热、装配焊接顺序）和焊后热处理等。
在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况下工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。
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。
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钢材
=500MPa，
b
Ceq
=0.46%时，可不预热；
钢材
=600MPa，
b
Ceq
=0.52%时，预热75℃；
钢材
=700MPa， Ceq =0.52%时，预热100℃；
b
钢材
=800MPa，
b
Ceq
=0.62%时，预热100℃。
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
＜25mm的板可以不预热；CE≤0.41%且含C＜0.207%时，焊接厚度＜
37mm的板可以不预热。
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Chapter1 金属焊接性基础
《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
日本的JIS（Japan Industry Standards ）和WES（Welding Engineering Standard）推 荐：
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
◆结构因素 结构因素主要是指焊接结构形状、尺寸、厚度以及接头坡口 形式和焊缝布置等。焊接结构的形状、板厚和焊缝的布置决定接头的刚 度和拘束度，对接头的应力状态产生影响。在设计焊接结构过程中，尽 量避免接头缺口、截面突变、堆高过大、交叉焊缝等。 ◆服役条件 服役条件指工件的工作温度、负载条件和工作介质等。一定 的工作环境和运行条件要求焊接结构具有相应的使用性能。例如，在低 温工作的焊接结构必须具备抗脆性断裂性能，在高温工作的焊接结构要 具备抗蠕变性能，在交变载荷下工作的焊接结构具有良好的抗疲劳性能， 在一定腐蚀介质中工作的焊接容器应具备抗腐蚀性能等
◆ 材料因素 材料因素不仅包括被焊母材本身而且包括所使用的焊接材 料，如焊条电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的 保护气体等。他们在焊接过程中直接参与熔池或熔合区的冶金反应，对 焊接性和焊接质量有重要影响。 ◆ 工艺因素 ①焊接热源：能量密度、温度以及热量输入等，它们可以 直接改变焊接热循环的各项参数。②对熔池和接头附近区域的保护：如 熔渣保护、气体保护、渣-气联合保护或真空保护等，这些都将影响焊接 冶金过程。③可通过焊前预热、缓冷、焊后热处理等防止热影响区淬硬 变脆、减小焊接应力、避免裂纹以提高接头使用性能。
美国焊接学会(AWS)推荐：
C eq C M 6 2 S n 4 i1 N 5 C i5 M r4 (C o 1 3 u P 2 )(%)
此式适用化学成分范围为：C≤0.6%；Mn≤1.6%；Ni≤3.3%；Cr≤1.0%； Mo≤0.6%；Cu0.5%～1.0%；P0.05%～0.15%。当Cu＜0.5%或P＜ 0.05%时，不可计入。
叠加起来求得所谓的碳当量(CE或Ceq)，并以此来评估冷裂倾向的大小。低 合金钢的淬硬及冷裂纹敏感性常用碳当量法来估计。
➢国际焊接学会(IIW)推荐：
C E C M C n M r V o N C i (u %)
6
5
15
此式适用于中、高强度的非调质低合金高强钢。CE≤0.45%时，焊接厚度
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
目录
❖ 第一章 金属焊接性基础 ❖ 第二章 碳钢及低合金钢的焊接 ❖ 第三章 耐热钢及不锈钢的焊接 ❖ 第四章 铜、镍及其合金的焊接
❖ 第五章 钛及其合金的焊接 ❖ 第六章 铝、镁及其合金的焊接 ❖ 第七章 铸铁的焊接 ❖ 第八章 堆焊及金属表面改性
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
1.1.1.3 金属焊接性分析 1.1.1.3.1 从金属的特性分析焊接性 ➢（1）利用金属的化学成分分析
碳当量法(Carbon Equivalent) 所有元素中，碳对淬硬和冷裂纹的影响 最为显著。因而，人们就将各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并
C eq C M 62 S n 4 i4 N 0 C i5 r M 4 1 V o(4%)
此式适用于低合金调质钢，其化学成分范围：C≤0.2%或0.18%；Si≤0.55%；
Mn≤1.5%；Cu≤0.5%；Ni≤2.5%；Cr≤1.25%；Mo≤0.7%；V≤0.1%；B≤0.006%。当
板厚＜25mm，手弧焊线能量17kJ/cm时，预热范围大致如下：
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Chapter1 金属焊接性基础
《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
第1章 金属焊接性基础
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
§1.1 金属焊接性及其测试方法
§ 1.1.1金属焊接性
➢1.1.1.1金属焊接性概念
金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具 备一定使用性能的焊接接头的特性。金属焊接性的概念有两 方面内容：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是 焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。简而言之， 焊接性就是指金属材料“好焊不好焊”以及焊成的接头“好 用不好用”。
Chapter1 金属焊接性基础
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《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
焊接性又可分成工艺焊接性和使用焊接性。 ➢工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷 的焊接接头的能力。如果一种金属材料可以在很简单的工艺条 件下焊接而获得完好的接头且能够满足使用要求，就可以说其 焊接性良好；反之，则焊接性较差。 ➢使用焊接性是指焊接接头满足某种使用性能的能力，通常包 括常规的力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳 性能、持久强度以及抗腐蚀性和耐磨性等指标。
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金属焊接性基础
《金属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
绪言
《金属焊接性基础是》 是《焊接冶金（基本 原理）》课程的后续课程 ，重点介绍基础知识和 基本概念，并 注重引入了有关新金属材料的焊接 性及其连接新技术、新标准的相关内容，其中部 分内容是作者在近年的科学研究工作中所取得的 研究成果。
蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性 变形不同，蠕变性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用 时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现
属焊接性基础》-孟庆森主编-北京化学工业出版社
1.1.1.2 影响焊接性的因素