焊接专用课件讲义01

时能量输入要小，焊后回火注意避开“回火脆性区”。

耐蚀钢中除P含量较高的钢以外，其他耐蚀钢焊接性较好，不需预热或焊后热处理等。但要选择与母材相匹配的耐蚀焊条。

表4.4.1 五种常用强度用钢焊接工艺特点

钢号 碳当量值 屈服点ós (Mpa) 抗拉强度ób (Mpa) 预热温度(℃) 不预热 (板厚h ≤16mm) 焊条型号 E4303 E4315 埋弧焊焊丝 埋弧焊焊剂 CO2焊焊丝 焊后热处理规范 电弧焊、电渣焊：不热处理 H08Mn2Si、H08Mn2SiA 电弧焊：600～650℃回火 电渣焊：900～930℃正火 600～650℃回火 电弧焊：550℃或600℃回火 电渣焊：950～980℃正火 550℃或600℃回火 电弧焊：550℃ 或600℃回火 电渣焊：950℃ 正火 650℃回火 H08A H08MnA HJ431 E5003 E5015 E5016 H08A(不开坡口) H08MnA（不开坡口） H10Mn2(开坡口) HJ431 E5003 E5015 E5016 E5515 H08MnA（不开坡口） H08Mn2SiA H10Mn2 (中板开坡口) HJ431 H08MnMoA （厚板开深坡口） HJ350 HJ250 E5515 E6015 H08MnMoA H04MnVTiA HJ431 HJ350 H08Mn2MoA HJ350 H06Mn2SiMoA 电弧焊：550℃ 或600℃回火 电渣焊：950～ 980℃正火 550℃或600℃ 回火 E6015 100～150 (h≥30mm) 100～150 (h≥28mm) 100～150 (h≥25mm) ≥200 ≈420 ≈490 ≈540 ≈590 ≈690 09Mn2 0.36 294 16Mn 0.39 343 15MnV 0.40 392 15MnVN 0.43 441 14MnMoV 0.50 491 表4.4.2 不同环境温度下焊接16Mn钢的预热温度

板厚（mm） 16以下 16～24 25～40 40以上

表4.4.3 低碳调质钢的预热温度

钢号 14MnMoVN 14MnMoNbB <13 不预热 不预热 13～16 温度（℃） 50～100 100～150 100～150 150～200 150～200 200～250 板厚(mm) 16～22 22～35 不同气温下的预热温度 不低于－10℃不预热，－10℃以下预热100℃～150℃ 不低于－5℃不预热，－5℃以下预热100℃～150℃ 不低于0℃不预热，0℃以下预热100℃～150℃ 均预热100℃～150℃

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4.4.3 不锈钢焊接

奥氏体型不锈钢如0Cr18Ni9等，虽然Cr，Ni元素含量较高，但C含量低，焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施，因此它在不锈钢焊接中应用最广。焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊时，焊条、焊丝和焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同。焊接时采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速，接触腐蚀介质的表面应最后施焊。

铁素体型不锈钢如1Cr17等，焊接时热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化，使焊接接头的塑、韧性急剧下降甚至开裂。因此，焊前预热温度应在150℃以下，并采用小电流、快速焊等工艺，以降低晶粒粗大倾向。

马氏体型不锈钢焊接时，因空冷条件下焊缝就可转变为马氏体组织，所以焊后淬倾向大，易出现冷裂纹。如果碳含量较高，淬硬倾向和冷裂纹现象更严重。因此，焊前预热温度200℃～400℃，焊后要进行热处理。如果不能实施预热或热处理，应选用奥氏体不锈钢焊条。

铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢焊接的常用方法是焊条电弧焊和氩弧焊。

4.4.4 铸铁的焊补

铸铁中C、Si、Mn、S、P的含量比碳钢高，焊接性能差，不能作为焊接结构件，但对铸铁件的局部缺陷进行焊补很有经济价值。

铸铁焊补的主要问题有两个：一是焊接接头易生成白口组织和淬硬组织，难以机加工；二是焊接接头易出现裂纹。

根据焊前预热温度，将铸铁焊补分为不预热焊法和热焊法两种。 1.不预热焊法

焊前工件不预热（或局部预热至300℃～400℃，称半热焊），焊后缓冷。常用的焊补方法是焊条电弧焊。焊条的选择根据如何保证焊缝中碳、硅含量合适而不致生成白口组织或使焊缝组织为塑性好的非铸铁型组织，并保证焊后工件的加工性能和使用性能来选定。

铸铁件裂纹的不预热焊法：先将裂纹处清理干净，并在裂纹两端钻止裂孔，防止裂纹扩展。焊接时采用与焊条种类相适应的工艺，焊后采用缓冷和锤击焊缝等方法，防止白口组织生成，减少焊接应力。

铸铁焊补的焊条有多种，如镍基铸铁焊条、纯铁芯和低碳钢芯铸铁焊条和铁基铸铁焊条等。镍基铸铁焊条的焊缝金属有良好的抗裂性和加工性，但价格较贵，主要用于重要铸铁件，如机床导轨面的不预热焊法。纯铁芯和低碳钢芯铸铁焊条与铁基铸铁焊条的熔合区和焊缝区易出现白口组织和裂纹，适于非加工面或刚度小的小型薄壁件的焊补。

不预热焊法生产率高，劳动条件好，工件焊补成本低，应尽量多用。 2.热焊法

焊前把工件预热至600℃～700℃，并在此温度下施焊，焊后缓冷或在600℃～700℃保温消除应力。常用的焊补方法是焊条电弧焊和气焊。焊条电弧焊适于中等厚度以上

（＞10mm）的铸铁件，选用铁基铸铁焊条或低碳钢芯铸铁焊条。10mm以下薄件为防止烧穿，采用气焊，用气焊火焰预热和缓冷焊件，选用铁基铸铁焊丝并配合焊剂使用。

热焊法劳动条件差，一般用于焊补后还需机械加工的复杂、重要铸铁件，如汽车的缸体、缸盖和机床导轨等。

4.4.5 非铁金属的焊接

常用的非铁金属有铝、铜、钛及其合金等。由于非铁金属具有许多特殊性能，在工业中应用越来越广，其焊接技术也越来越重要。

1.铝及铝合金的焊接

铝及铝合金焊接的主要问题是：

⑴ 极易氧化 铝极易生成难熔的Al2O3薄膜（熔点为2050℃），覆盖在金属表面，阻

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碍母材熔合。薄膜比重大，易进入焊缝造成夹杂而脆化。

⑵ 易生成气孔 氢在液态铝合金中的溶解度比固态高20多倍，所以熔池凝固时氢气来不及完全逸出，造成焊缝气孔。另外Al2O3薄膜易吸附水分，使焊缝出现气孔的倾向增大。

⑶ 熔融状态难控制 铝及铝合金从固态转化为液态时无颜色的明显变化，令操作者难以识别，不易控制熔融时间和温度，有可能出现烧穿等缺陷。

采用氩弧焊焊接铝及铝合金，由于有“阴极破碎”作用可解决氧化问题，隋性气体保护等措施可以解决气孔问题，所以在氩弧焊条件下，纯铝、防锈铝合金、少部分铸造铝硅合金焊接性较好。

目前，氩弧焊是焊接铝及铝合金最理想的熔焊方法。为保证焊接质量，焊前要严格清洗焊件、焊丝，并一定要干燥后再焊，否则焊缝中易出现气孔。焊接时尽量选用与母材化学成分相近的专用焊丝。若没有专用焊丝也可从母材上切下窄条替代焊丝（钨极氩弧焊和气焊时）。还可使用电阻焊、钎焊方法焊接铝材，但焊前必须清除焊件表面的氧化膜，电阻焊时要采用气焊，气焊时需使用焊剂去除氧化物，但焊剂同时也使工件焊后的耐腐蚀性下降，且气焊生产率低，工件变形大。

2.铜及铜合金的焊接

铜及铜合金分为紫铜、黄铜和青铜等。焊接结构件常用的是紫铜和黄铜，铜及铜合金焊接的主要问题是：

⑴ 难熔合及易变形 由于铜的导热性很强，约为钢的6倍，焊接时热量极易散失，不易达到焊接所需的温度，出现填充金属与母材金属难熔合、工件未焊透、焊缝成形差等缺陷。铜的线膨胀系数和凝固时的收缩率都大，导热性强还使热影响区范围宽，结果焊接应力大，易变形。

⑵ 热裂纹倾向大 铜和铜合金中一般含有S，P，Bi等杂质，铜在液态时氧化形成Cu2O,硫化形成Cu2S。Cu2O，Cu2S，P，Bi都能与铜形成低熔点共晶体存在于晶界上，易引起热裂纹。

⑶ 易产生气孔 氢在液态铜中的溶解度比固态铜中高数倍，焊缝凝固时氢来不及完全析出；另外氢还与熔池中的Cu2O反应生成水蒸汽，造成焊缝中易出现氢气和水蒸汽气孔。

由于上述原因，铜及铜合金焊接接头的塑性和韧性下降明显，为此采用焊接强热源设备和焊前预热（150℃～550℃）来防止难熔合、未焊透现象并减少焊接应力与变形；严格限制杂质含量，加入脱氧剂，控制氢来源，降低溶池冷速等防止裂纹、气孔缺陷；焊后采用退火处理以消除应力等措施。

焊接铜和铜合金常用的焊接方法有氩弧焊、气焊、埋弧焊和钎焊。氩弧焊是焊接铜和铜合金应用最广的熔焊方法。厚度小于3mm的工件采用TIG焊，可不开坡口不加焊丝；厚度3～12 mm的工件采用填丝TIG焊或MIG焊；厚度大于12mm的工件一般采用MIG焊。选用焊丝除满足一般工艺、冶金要求外，应注意控制其杂质含量和提高脱氧能力。气焊黄铜采用弱氧化焰，其他均采用中性焰，由于温度较低，除薄件外，焊前应将工件预热至400℃以上，焊后应进行退火或锤击处理。埋弧焊适用于中、厚板长焊缝的焊接，厚度20mm以上的工件焊前应预热，单面焊时背面应加成形垫板。铜及铜合金的钎焊性优良，硬钎焊时采用铜基钎料、银基钎料，配合硼砂、硼酸混合物等作为钎剂；软钎焊时可用锡铅钎料，配合松香、焊锡膏作为钎剂。

3.钛及钛合金的焊接

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钛（熔点1725℃，密度为4.5g/cm）及钛合金具有高强度、低密度、强抗腐蚀性和好的低温韧性，是航天工业的理想材料，因此焊接该种材料成为在尖端技术领域中必然要遇到的问题。

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由于钛及钛合金化学性质非常活泼，极易出现多种焊接缺陷，焊接性差，所以主要采用氩弧焊，此外还可采用等离子弧焊、真空电子束焊和钎焊等。

钛及钛合金极易吸收各种气体，使焊缝出现气孔。过热区晶粒粗化或钛马氏体生成以及氢、氧、氮与母材金属的激烈反应，都使焊接接头脆化，产生裂纹。氢是使钛及钛合金焊接出现延迟裂纹的主要原因。

3mm以下薄板钛合金的钨极氩弧焊焊接工艺比较成熟，但焊前的清理工作，焊接中工艺参数的选定和焊后热处理工艺都要严格控制。

4.5 焊接结构工艺设计

4.5.1 焊接结构生产工艺过程概述

各种焊接结构，其主要的生产工艺过程为：备料→装配→焊接→焊接变形矫正→质量检验→表面处理（油漆、喷塑或热喷涂等）。

备料 包括型材选择，型材外形矫正，按比例放样、划线，下料切割，边缘加工，成形加工（折边、弯曲、冲压、钻孔等）。

装配 利用专用卡具或其他紧固件装置将加工好的零件或部件组装成一体，进行定位焊，准备焊接。

焊接 根据焊件材质、尺寸、使用性能要求、生产批量及现场设备情况选择焊接方法，确定焊接工艺参数，按合理顺序施焊。

4.5.2焊接结构工艺设计

焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。

1.焊缝布置

焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则：

⑴ 焊缝应尽量处于平焊位置 各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。

⑵焊缝要布置在便于施焊的位置 焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置，如图4.5.1所示。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置，如图4.5.2所示。埋弧焊时，要考

虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。

图4.5.2 点焊、缝焊焊缝位置 图4.5.1 焊条电弧焊焊缝位置 （a）电极难以伸入：（b）.方便操作的设计

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