材料焊接性第5章___有色金属的
《金属材料焊接》课程标准
《金属材料焊接》课程标准一、课程定位《金属材料焊接》是焊接技术及自动化专业的核心专业课程。
该课程是焊接技术及自动化专业的必修科目，前期知识包括金属材料与热处理等专业基础课，后期是金属材料的焊接操作方法等专业课程。
本课程主要是对各种金属材料的分类与性能进行介绍，然后分析其焊接性，通过分析焊接性再制定各种焊接方法与焊接工艺。
最后要达到能够对各种金属材料选择焊接方法，制定焊接工艺，特别是不同的金属材料在选择焊接工艺过程中的差异。
二、课程目标通过《金属材料焊接》课程的学习，使学生具备对各种不同的金属材料焊接工艺进行合理的选择与制定的基本知识，为学习掌握和提高专业知识和职业技能打下基础。
1.知识目标（1）理解金属焊接性的基本概念与内容，以及理解影响金属焊接性的四大因素，特别是各个因素的主要内容，掌握金属焊接性的各个实验方法。
（2）掌握非合金钢（碳钢）焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（3）掌握低合金高强度钢焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（4）掌握低合金特殊用钢焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（5）掌握不锈钢焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（6）掌握铸铁焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（7）掌握有色金属焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（8）掌握异种金属焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（9）掌握堆焊焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
（10）掌握新型金属材料焊接性的分析方法，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊等焊接方法的焊接工艺的制定。
铝、铜、钛及其合金的焊接
图5-5 板厚及接头形式对焊缝气体含量的 影响（MIG） 1—对接接头 2—T型接头
Ar+O2、CO2
弧柱中水汽
吸收率
纯氩溶解度小 Mg%↑溶解度 溶解度↑ 溶解度
湿度 Ar中的水分 中的水分 TIG 母 材 MIG 焊 丝 化学、 化学、机械清理
细 丝
细 熔 滴 表面积 q/v大 大 焊 速
熔池存在时间短 根部未焊透 反面铲根 厚 板 用大I、 用大 、熔透 预热 T 接 头 熔池存在时间长
第5章 有色金属的焊接P150 有色金属的焊接P150
5.1 5.2 5.3 铝及铝合金的焊接 铜及铜合金的焊接 钛及钛合金的焊接
推荐参考： 周万盛.姚君山.铝及铝合金的焊接.机械工业出版社，2006
5.1.1 铝及铝合金的分类、成分及性能 铝及铝合金的分类、
1. 铝及铝合金的分类 根据合金化系列 ： 工业纯铝、铝铜合金、铝锰合金、铝硅合金、 工业纯铝、铝铜合金、铝锰合金、铝硅合金、铝 镁合金、铝镁硅合金、 镁合金、铝镁硅合金、铝锌镁铜合金等七大类 按强化方式 ： 非热处理强化铝合金和热处理强化铝合金 按铝制产品形式不同 ： 变形铝合金和铸造铝合金
2、铝及其合金特性 密度小、电阻率小，导热系数大、线膨胀系 密度小、电阻率小，导热系数大、 数大、低温韧性好。 数大、低温韧性好。
5.1.2铝及铝合金的焊接性 5.1.2铝及铝合金的焊接性P154 铝及铝合金的焊接性P154
铝及其合金焊接时主要问题是： 铝及其合金焊接时主要问题是： ① 气孔问题 ②热裂纹问题 ③高强度铝合金接头失强、弱化问题 高强度铝合金接头失强、
氩弧焊焊接规范的选择： 氩弧焊焊接规范的选择：
1.TIG焊时，钨极直径一定，电流增大， 1.TIG焊时，钨极直径一定，电流增大，焊接速 焊时 度应迅速提高。变动焊接速度时， 度应迅速提高。变动焊接速度时，气流量要 与之相匹配， 与之相匹配，送丝速度也要相应调整 2.MIG焊时 关键是确定临界电流， 2.MIG焊时，关键是确定临界电流，Is=75ds+20 焊时， 3 .焊接时，应控制层间温度 .焊接时 焊接时， 4 .电流一定时，送丝速度等于熔化速度。 .电流一定时 送丝速度等于熔化速度。 电流一定时，
第5章金属材料及热处理概论
第5章金属材料及热处理概论 （3）热膨胀性。金属在温度升高时体积膨胀的现象称 为热膨胀性，用线膨胀系数α表示，其单位是1／℃或1／K， 即温度每升高1℃，其单位长度的膨胀量。α值越大，金属的 尺寸或体积随温度变化而变化的程度就越大。
第5章金属材料及热处理概论
2.金属材料的化学性能
金属材料的化学性能是指金属材料在室温或高温条件下
全性，因此必须同时考虑金属材料的冲击韧度。 目前，工程上一般用金属夏比冲击试验来测定金属材料 的冲击韧度值αk。 金属夏比冲击试验是先将被测的金属材料制成一定形状
和尺寸的试样(图5－1(a)为u形缺口冲击试样)，将其安放在冲
击试验机上，把具有一定重量G的摆锤提到h1高度后，使摆锤 自由下落(见图5－1(b))。
第5章金属材料及热处理概论 3）塑性 塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致
破裂的能力。
许多零件或毛坯是通过塑性变形而成形的，要求材料有
较高的塑性，并且为防止零件工作时脆断，也要求材料有一
定的塑性。塑性也是金属材料的主要力学性能指标之一，常 用的塑性指标有断后伸长率δ 和断面收缩率ψ 。关于塑性
第5章金属材料及热处理概论 （2）收缩性。收缩性是指铸件在冷却凝固时，体积和线 性尺寸收缩的程度。收缩不利于金属铸造，它将使铸件产生
缩孔、缩松、变形等缺陷。
焊接手册
焊接手册(第2版) 焊接方法及设备(第一卷)本卷共分6篇、41章，特点是焊接工艺与设备兼顾，原理与工艺（或设备）密切联系。
目的是引导读者正确选择和使用焊接方法及设备，并提供解决焊接工艺问题的基本途径。
具体内容包括各种电弧焊、电阻焊、高能束焊、钎焊、焊接过程自动化技术以及其他焊接方法等。
增加了药芯汉斯电弧焊及SMT中的焊接技术两章。
【目录】第1章焊接方法概述第1篇电弧焊第2章弧焊电源第3章焊条电弧焊第4章埋弧焊第5章钨极气体保护焊第6章等离子弧焊及切割第7章熔化极气体保护焊第8章药芯焊丝电弧焊第9章水下电弧焊于切割第10章螺柱焊第11章碳弧气刨第2篇电阻焊第12章点焊第13章缝焊第14章凸焊第15章对焊第16章电阻焊设备第17章电阻焊质量检验及监控第3篇高能束焊第18章电子束焊第19章激光焊于切割第4篇钎焊第20章钎焊方法及工艺第21章钎焊材料第22章各种材料的钎焊第5篇其他焊接方法第23章电渣焊及电渣压力焊第24章高频焊第25章气焊气割及高压水射流切割第26章气压焊第27章热剂焊(铝热焊)第28章爆炸焊第29章摩擦焊第30章变性焊第31章超声波焊接第32章扩散焊第33章堆焊第34章热喷涂第35章SMT中的焊接技术第36章胶接第6篇焊接过程自动化技术第37章焊接电弧控制技术第38章焊接传感器及伺服装置第39章计算机在焊接中的应用第40章焊接机器人第41章专用焊接设备设计概要-------------------焊接手册(第2版) 材料的焊接(第二卷)本卷分5篇、23章。
内容包括：材料焊接性基础、铁与钢、有色金属、异种材料、新型材料的焊接。
按生产的需要提供母材性能及焊接特点、焊接材料、焊接工艺、缺欠及防止，特别强调给出并分析生产实例、使手册更为实用。
【目录】第1篇材料的焊接性基础第1章焊接热过程第2章焊接冶金第3章焊接热影响区组织转变及其性能变化第4章焊接缺欠第5章金属焊接性及其试验方法第2篇铁与钢的焊接第6章碳钢的焊接第7章低合金钢的焊接第8章耐热钢的焊接第9章不锈钢的焊接第10章其它高合金钢的焊接第11章铸铁的焊接第3篇有色金属的焊接第12章铝、镁及其合金的焊接第13章钛及其合金的焊接第14章铜及铜合金的焊接第15章高温合金的焊接第16章镍基耐蚀合金的焊接第17章难熔金属的焊接第18章稀贵及其它有色金属的焊接第4篇异种材料的焊接第19章异种金属的焊接第20章金属材料堆焊第5篇新型材料的焊接第21章塑料的焊接第22章陶瓷与陶瓷陶瓷与金属的连接第23章复合材料的焊接--------------------焊接手册(第2版) 焊接结构(第三卷)本卷分为3篇、27章，介绍了焊接结构选材、设计、制造诸方面的问题，力求通过对典型结构的分析等介绍合理的焊接。
金属材料与热处理(最全)
典型铁碳合金的平衡结晶过程 及组织
A F+A F
L L+A
A+Fe3C
F+Fe3C
L+Fe3C
1.纯铁(﹤0.0218%C） 2.钢（0.0218%～2.11%C）
亚共析钢（ 0.0218%～0.77%C） 共析钢（0.77%C） 过共析钢（0.77%C ～2.11%C ）
3.5 铁碳相图在工业中的应用
1、在选材方面的应用 ： 根据零件的不同性能要求 来合理地选择材料。 2、在铸造生产上的应用： 参照铁碳相图可以确定钢 铁的浇注温度，通常浇注 温度在液相线以上 50－ 60℃。纯铁和共晶白口铸 铁的铸造性能最好。 3、在锻压生产上的应用： 锻扎温度控制在单相奥氏 体区。 4、在热处理生产上的应用 ：热处理工艺的加热温度 依据铁碳相图确定。
金属材料与热处理(最全)
工程材料的分类
工程材料
黑色金属材料：钢和铸铁
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在 机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为 它具优良的使用性能和加工工艺性能。
F（％）＝(6.69-0.77)÷6.69 ×100％＝88％
Fe3C（％）＝1－88％＝12％
主要转变线
GS线－不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素 体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时 ）的转变线，常用A3表示
ES线－碳在奥氏体中的固溶体。常用A cm表示，含 碳量大于0.77％的铁碳合金，自1148°冷至727° 从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体
焊接技术作业及部分答案
第二章1、简述焊接电弧的引燃方法。
（一）接触引弧应用场合：焊条电弧焊熔化极气体保护焊（二）非接触引弧应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。
2、说明焊接电弧的结构，说明焊接电弧的静特性及影响电弧静特性的因素并举例说明焊接电弧静特性的应用。
结构:三个区域：阳极区阴极区弧柱区焊接电弧静特性: 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系，又称伏安特性。
影响电弧静特性的因素：主要有：电弧长度、周围气体种类焊接电弧静特性的应用对于不同的焊接方法，应用的电弧静特性曲线段、有所不同。
静特性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流很大时才工作在上升段。
熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段。
3、简述交流电弧连续燃烧的条件。
二、交流电弧连续燃烧的条件纯电阻电路电感性电路4、简述影响交流电弧稳定燃烧的因素和提高电弧稳定性的措施。
（一）影响交流电弧稳定燃烧的因素1．空载电压愈高，电弧就愈稳定。
2．引燃电压所需的愈高，电弧愈不稳定，引燃愈困难。
3．电路参数增大电感L或减小电阻R可使电弧趋向稳定地连续燃烧。
4．电弧电流电弧电流愈大，电离程度愈高，电弧的稳定性愈高。
5．电源频率f提高有利于提高电弧的稳定性。
6．电极的热物理性能和尺寸发射电子的能力，尖端形状等；如钨极。
（二）提高交流电弧稳定性的措施1．提高弧焊电源频率2．提高电源的空载电压3．改善电弧电流的波形4．叠加高压电5、简述空载电压的选用原则，常用的弧焊电源空载电压规定。
空载电压含义：当弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，弧焊电源输出端电压选择原则：为保证引弧容易，则需要较高的空载电压。
为保证焊工人身安全，空载电压低些为好。
降低制造成本，空载电压不宜高。
空载电压要适当，一般不大于100V.6、焊接时，对弧焊电源的基本要求是什么？对弧焊电源的具体要求是：①引弧容易。
过程装备成套技术05章
传质设备（塔设备） 5.1.2.2 传质设备（塔设备）的类型及设计
塔设备按内件结构可分为板式塔和填料塔。 塔设备按内件结构可分为板式塔和填料塔。 板式塔和填料塔
(1)板式塔与填料塔的比较 板式塔与填料塔的比较
(2) 塔设备的工艺计算
11
(1) 板式塔与填料塔的比较
12
对于具有腐蚀性的物料，宜选择填料塔， 对于具有腐蚀性的物料，宜选择填料塔，因为填料可 选用陶瓷或其它耐蚀材料； 选用陶瓷或其它耐蚀材料； 易起泡的物料宜选填料塔，因为填料不易形成泡沫； 易起泡的物料宜选填料塔，因为填料不易形成泡沫； 具有热敏性的物料宜减压操作，以防过热， 具有热敏性的物料宜减压操作，以防过热，故应选用 压降小的填料塔； 压降小的填料塔； 有悬浮物或易结垢的物料以板式塔为宜，因为填料塔 有悬浮物或易结垢的物料以板式塔为宜， 多数容易堵塞； 多数容易堵塞； 若物系在传质过程中伴有热效应，需引出热量， 若物系在传质过程中伴有热效应，需引出热量，以板 式塔为宜。 式塔为宜。
流 体 流 动 方 向 流 体 流 动 方 向
排列
排列
9
(2) 管壳式换热器的工艺计算步骤 换热器的工艺计算采用试差法,其步骤为： 换热器的工艺计算采用试差法,其步骤为：
计算传热量及平均温差， ① 计算传热量及平均温差，并根据经验或文献资料初选总传 热系数，据此估算传热面积； 热系数，据此估算传热面积； 遵照我国有关部门的换热器标准，初步决定管径、管长、 ② 遵照我国有关部门的换热器标准，初步决定管径、管长、 管数、管距、壳体直径、管程数、折流板型式及数目等； 管数、管距、壳体直径、管程数、折流板型式及数目等； 然后根据初步确定的换热器主要尺寸， ③ 然后根据初步确定的换热器主要尺寸，并选择管程流体和 壳程流体； 壳程流体； 再分别计算管、壳程传热膜系数，确定污垢热阻， ④ 再分别计算管、壳程传热膜系数，确定污垢热阻，求出总 传热系数，重新计算传热面积； 传热系数，重新计算传热面积；若重新计算的传热面积与前 述估算的传热面积大致相等，则可认为试算过程前后相符， 述估算的传热面积大致相等， 则可认为试算过程前后相符， 否则应重新估算。 否则应重新估算。 同时要计算管程、壳程的压力降， ⑤ 同时要计算管程、壳程的压力降，使压力损失限制在允许 范围内。 范围内。
焊接冶金学-材料焊接性
焊接冶金学-材料焊接性名词解释：;;1、焊接性：焊接;性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。
2、碳当量：把;钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材料冷裂纹倾向的参数指标。
;;3、焊接性的间;接评定：①碳当量法；②焊接冷裂纹敏感性指数法；③消除应力裂纹敏感性指数法；④热裂纹敏感性指数;法；⑤层;状撕裂敏感性指数法；⑥焊接热影响区最高硬度法。
第三;章合金结构钢的焊接1、热;轧钢HA;Z过热区脆化原因：;采用过;大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性；采用过小的焊接热输入，粗晶区中的马;氏体组;织所占的比例增大而降低韧性。
2、正火;钢HA;Z过热区脆化原因：1;、晶粒;长大2、沉淀相Ti和Vc发生高温溶解，溶入奥氏体基体，在冷却过程中来不及析出，保留在铁集体内，使其;变脆;。
过热区脆化与魏氏组织无关；采用过大的焊接输入，导致晶粒粗大，主要是1200高温下其沉淀强化作用的碳;化物;和氮化物质点分解并溶于奥氏体，在随后的冷却过程中来不及析出而固溶在基体中，Nb等推迟铁素体的产生，;上贝;氏体的产生，上贝氏体增多，导致韧性下降；采用过小的焊接热输入，冷却速度加快，淬硬组织马氏体增多，导致;韧性下降。
3、分析热;轧;钢和正火钢的强化方式及主要强化元素有何不同，二者焊接性有何差异，在制定工艺时应注意什么？答：⑴强化;;方式：热轧钢用Mn、Si等合金元素固溶强化，加入V、Nb以细化晶粒和沉淀强化；正火钢在固溶强化的基础上加;;入一些碳、氮化合物形成元素C、V、Nb、Ti、Mo进行沉淀强化和晶粒细化。
⑵裂纹-热轧钢对冷、热裂纹都不敏;;感，不出现再热裂纹，出现层状撕裂；正火钢冷裂纹倾向大于热轧钢，对热裂纹不敏感出现再热裂纹和层状撕裂。
;;⑶热影响区性能变化：热轧钢脆化、晶粒粗大和粗晶脆化；正火钢粗晶脆化和组织脆化。
⑷制定工艺时应注意：热;;轧钢线能量需要适中，正火钢应选较小线能量。
中国船级社(CCS)《材料与焊接规范》2012年修改通
第 8 节 信息提供与保密
第 8 节标题改为“信息提供与保密”。
2.8.2.1(3)修改如下：
“2.8.2.1(3) 第三方独立审核机构代表，如认可的认证机构(ACB)代表、国际船级社协 会(IACS)观察员等，以及欧盟委员会(EU)代表或船旗国政府代表对 CCS 进行审核或评估时， 在不违反船旗国法律的前提下，在审核或评估期间可以查阅 CCS 入级船舶的有关证书、文 件和信息。”
6
1
7
* 正式批准函
1
7
* 重要设备证书
2
7
B. 营运船
第1页
信息类别
* 船级服务 --所有船级检验的日期(年月) --船级证书到期日期 --证书/报告 --过期检验 --船级条件/遗留项目的内容 --过期的船级条件/遗留项目的内容 --船舶的状况评估报告 * 法定服务 --法定检验到期日期 --法定证书到期日期
中国船级社
材料与焊接规范
2012 年修订内容
2012 年 7 月 1 日生效
北京 Beijing
目录
第0篇 第2章 第7节 第8节
入级规则 入级范围与条件 审核 信息提供与保密
第3章 第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
产品检验 一般规定 单件/单批检验 设计认可 型式认可 工厂认可
第 1 篇 金属材料 第 1 章 通则 第 2 节 试验与检验
第 4 节 曲轴锻钢件
5.4.3.1 修改如下： “5.4.3.1 曲轴锻钢件的熔炼化学成分应符合本章表 5.3.2.1 的规定。”
第 5 节 齿轮用锻钢件
图 5.5.5.1(1)修改如下：
图 5.6.4.1(1)修改如下：
第9页
第 10 页
工程材料(金属材料)课后习题答案
工程材料参考答案第1章机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？p4工程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。
有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。
在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现断裂；在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。
1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的。
在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它力学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算，以确定产品的结构和零件的尺寸。
1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类？各自的主要特征是什么？p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
1.7、常用哪几种硬度试验？如何选用P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验有以下优点：●试验设备简单，操作迅速方便；●试验时一般不破坏成品零件，因而无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；●硬度作为一种综合的性能参量，与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验（强韧性要求高时则例外）；●材料的硬度还与工艺性能之间有联系，如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等，因而可作为评定材料工艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量。