常用金属材料的焊接性
金属材料的焊接性能汇总
金属材料的焊接性能（2014.2.27）摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。
关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头1 前言随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。
2 金属材料的焊接性能2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素2.1.1 金属材料焊接性的定义金属材料的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能力。
一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。
工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。
它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。
所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。
使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。
使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。
通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。
例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
从理论上，凡是在熔化状态下相互能形成固熔体或共晶的两种金属或合金，原则上都可以实现焊接，即具有所谓原则焊接性，又叫物理焊接性，然而，这种原则焊接性仅仅为材料实现焊接提供依据，并不等于该材料用任何焊接方法，都能获得满足使用性能要求的优质焊接接头。
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
11-1金属的焊接性
工艺措施对防止焊接接头的缺陷也起到重要作用 焊前预热、焊后缓冷和消氢处理对防止热影响区的 淬硬变脆降低焊接应力防止裂纹是比较有效的措施。 构件类型方面： 焊接构件的结构设计会影响应力状态，从而影响焊接性。 接头处于刚度较小的状态，能自由收缩。可防止裂纹 注意避免缺口、截面突变、焊缝余高过大、交叉焊缝 不必增大焊件厚度和焊缝体积，否则产生多向应力。 使用条件方面： 高温工作时，易产生蠕变。 低温工作或冲击载荷时，容易发生脆性破坏。 在腐蚀介质下工作时，接头要求具有耐腐蚀性。
常用金属材料的焊接
目的与要求： ①掌握金属焊接性的含义、内容、影响因素。 ②掌握碳当量的含义、计算公式及评定方法。 重点： ①碳当量焊接性的含义、焊接性的评定方法及工艺的拟订。 ②掌握碳当量的含义、计算公式及评定方法。 难点： 焊接性能的影响因素及碳当量的计算公式和评定方法。
一、焊接性概念 金属的焊接性：指金属材料对焊接加工的适应性。也就是 说在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊 接接头的难易程度。 内容：包括接合性能和使用性能。 接合性能：在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成 焊接缺陷的敏感性。 使用性能：在一定的焊接工艺条件下，一定的金属的焊 接接头对使用要求的适应性。
同时具有预期的使用性能。
焊接性细分 工艺焊接性——金属材料对各种焊接方法的适应能力。 金属材料本身、焊接热源、工艺措施。 使用焊接性——焊接接头满足技术条件中所规定的使用 性能的能力。
焊接性还可以分为：冶金焊接性和热焊接性。
二、焊接性影响因素 主要有四个方面：材料方面、焊接方法及工艺方面、 构件类型方面、使用条件方面。 材料方面： 母材和焊接材料（如：焊条、焊丝、焊剂、保护气体等）。 母材的性质起决定性影响 焊接材料起关键性作用 如母材与焊接材料匹配不当时，就会造成焊缝金属的化 学成分不合格，力学性能和其他使用性能降低。 焊接方法及工艺方面： 焊接方法对焊接性的影响主要在两个方面 焊接热源的特点 影响热循环 对熔池和接头的保护 影响焊接冶金过程
详解典型焊接材料的焊接性
详解典型焊接材料的焊接性典型焊接材料的焊接性是指在焊接过程中所表现出的特性和性能。
焊接性是影响焊接工艺和焊缝质量的重要因素之一、下面将详细介绍常见焊接材料（包括金属和非金属材料）的焊接性。
1.钢材焊接性：钢材是最常见的金属材料之一，具有广泛的应用领域。
钢材的焊接性取决于其成分、钢种和热处理状态。
一般来说，碳含量低的低碳钢和碳含量高的高碳钢都具有良好的焊接性。
焊接低碳钢时，焊接热影响区域（HAZ）容易发生退火，引起冷脆性的问题，需要采取适当的措施进行预热和后热处理。
高碳钢焊接时容易出现冷裂纹和热裂纹，需要选择适合的焊接材料和控制焊接参数。
2.铝合金焊接性：铝合金是一种轻质、高强度的金属材料，广泛用于航空、汽车和建筑等领域。
铝合金的焊接性取决于合金化元素、成分和热处理状态。
一般来说，一些铝合金易于焊接，如铝镁合金和铝锂合金，而一些铝合金焊接性较差，如硬化铝合金。
焊接铝合金时，容易发生氧化和热裂纹等问题，需要采取保护气体和合适的焊接工艺参数。
3.不锈钢焊接性：不锈钢是一种抗腐蚀性能良好的金属材料，被广泛用于食品加工、化工和医疗器械等领域。
不锈钢的焊接性受到合金元素、成分和热处理状态的影响。
普通奥氏体不锈钢（如304和316等）焊接性较好，而马氏体不锈钢焊接性较差。
焊接不锈钢时，易发生气孔和焊接晶间腐蚀等问题，需要控制焊接参数和采用适当的焊接试剂。
4.铜及铜合金焊接性：铜和铜合金是常见的导电材料，被广泛应用于电气、电子和管道等行业。
铜及铜合金的焊接性好，容易焊接。
焊接铜合金时，一般采用气焊、电弧焊或电阻焊等方法。
需要注意的是，铜及铜合金焊接时易发生氧化和高温脆性等问题，需要采取保护措施。
5.非金属材料的焊接性：非金属材料如塑料、陶瓷和橡胶等也可以进行焊接。
其中，塑料焊接性好，常用的焊接方法有热板焊接、高频焊接和超声波焊接等。
陶瓷和橡胶等材料的焊接性较差，难以进行常规焊接，常采用粘接、烧结和激光焊接等特殊方法。
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。
4-3常用金属材料的焊接
4-3 常用金属材料的焊接
热焊法和冷焊法
热焊法
用热焊法， 使焊件受热均匀， 冷却缓慢， 用热焊法 ， 使焊件受热均匀 ， 冷却缓慢 ， 有利 于防止白口组织和裂纹； 但热焊法成本高， 工艺复杂， 生产周期长， 但热焊法成本高 ， 工艺复杂 ， 生产周期长 ，劳 动条件差； 热焊法多采用铸铁芯铸铁焊条进行手工电弧焊。 热焊法多采用铸铁芯铸铁焊条进行手工电弧焊 。
强度级别高的低合金钢（同中、高碳钢相近） 强度级别高的低合金钢（同中、高碳钢相近）
这类钢含碳量和合金元素量较多， 这类钢含碳量和合金元素量较多，碳当量一般大于 0.4%，故其可焊性较差。如强度级别大于450Mpa的 故其可焊性较差。如强度级别大于450Mpa的 15MnVN。 15MnVN。
焊接中应采取的措施（同前） 焊接中应采取的措施（同前）
焊接接头产生工艺缺陷的倾向 焊接接头在使用中的可靠性。 焊接接头在使用中的可靠性。
20122012-2-17 4-3 常用金属材料的焊接
4-3-1-2 估算钢材可焊性的方法
材料中化学成分不同，对材料的淬硬程度和冷裂 倾向均有一定的影响； 在各种化学成分中，C 在各种化学成分中，C元素的影响最为显著； C当量法——把其他元素折算成C当量，这样我们 当量法——把其他元素折算成C 就可以用C 就可以用C当量来粗略的估计金属材料的可焊性。 C当量的计算公式： C当量＝[ C+Mn/6+(Cr+Mo+v)/5+(Ni+Cu)/15 ] （100％） 100％）
20
铸铁的焊接特点
焊接接头易产生白口组织； 易产生裂纹； 易产生气孔。 易产生气孔。
20122012-2-17
4-3 常用金属材料的焊接
常用金属材料的焊接最新版本
常⽤⾦属材料的焊接最新版本焊接⼯艺问答之常⽤⾦属材料的焊接六、常⽤⾦属材料的焊接1 什么是焊接性？试述碳钢的焊接性。
焊接性是指材料在限定的施⼯条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满⾜预定服役要求的能⼒。
焊接性受材料、焊接⽅法、构件类型及使⽤要求四个因素的影响。
碳钢是以铁元素为基础的，铁碳合⾦，碳为合⾦元素，其碳的质量分数不超过1%，此外，锰的质量分数不超过1.2%，硅的质量分数不超过0.5%，后两者皆不作为合⾦元素。
其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内，更不作为合⾦元素。
杂质元素如S、P、O、N等，根据钢材品种和等级的不同，均有严格限制。
因此，碳钢的焊接性主要取决于含碳量，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差，其中以低碳钢的焊接性最好，见表1。
2 什么是碳当量？碳钢的碳当量如何计算？把钢中合⾦元素（包括碳）的含量按其作⽤换⾃成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量，可作为评定钢材焊接性的⼀种参考指标。
碳钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，它们的含量增加，焊接性变差，但其作⽤不及碳强烈。
国际焊接学会推荐的碳当量公式为Mn Cu+Ni Cr+Mo+VCE（IIW）= C + ── + ────+ ──────（质量分数）（%）6 15 5随着碳当量值的增加，钢材的焊接性会变差。
当CE值⼤于0.4%～0.6%时，冷裂纹的敏感性将增⼤，焊接时需要采取预热、后热及⽤低氢型焊接材料施焊等⼀系列⼯艺措施。
3 利⽤碳当量值评价钢材焊接性有何局限性？碳当量值只能在⼀定范围内，对钢材概括地、相对地评价其焊接性，这是因为：1）如果两种钢材的碳当量值相等，但是含碳量不等，含碳量较⾼的钢材在施焊过程中容易产⽣淬硬组织，其裂纹倾向显然⽐含碳量较低的钢材来得⼤，焊接性较差。
因此，当钢材的碳当量值相等时，不能看成焊接性就完全相同。
2）碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响，没有考虑到冷却速度不同，可以得到不同的组织，冷却速度快时，容易产⽣淬硬组织，焊接性就会变差。
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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。
在实际操作中，应根据具体情况选择合适的焊接方法和焊接材料，并合理控制焊接参数，以获得理想的焊接接头。