焊接金属及材料Word文档格式.docx

1、导热性差的金属，其加热速度应，慢些，这样才能保证内外温度的均匀一致。4导电性金属能够传导电流的性能称为导电性。金属是良好的导电体，但各种金属的导电性也各不相同。金属的导电性好坏，取决于它的电阻率。电阻率越小，导电性就越好。金属的导电能力以银最好，铜、铝次之。工业上常用导电性好的铜、铝或者它们的合金做导电材料，而用导电性差的镍铬合金和铬铁铝合金做热元件或电热零件。5热膨胀性金属和合金在加热时，它的体积会胀大，冷却时则收缩，这种现象称为热膨胀性。在实际工作中应该考虑热膨胀的影响。例如在铺设铁轨时，在两根铁轨衔接处应留有一定的空隙，以便使铁轨在长度方向上有膨胀的余地。6磁性 金属能够导磁的性能称为磁

2、性。具有导磁能力的金属都能被磁铁吸引。根据金属材料在磁场中磁化程度的不同，它们可以分为铁磁材料、顺磁材料、抗磁材料。四、化学性能金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现出来的性能，如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。1耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。2抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。3化学稳定性：是指金属材料的耐腐蚀性能和抗氧化性的总和。金属材料的在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。五、金属的工艺性能 工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。工艺性能直接影响到零件制造工艺和质量，是选材和制定零件工艺路线时必

3、须考虑的因素之一。 1、铸造性能 金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。衡量铸造性能的主要指标有流动性、收缩性和偏析倾向等。 A流动性熔融金属的流动能力称为流动性，它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。B收缩性铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸精度，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故用铸造的金属其收缩率越小越好。C偏析倾向 金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析严重时能使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低了铸件的质量。这

4、对大型铸件的危害更大。 2、锻造性能 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。例如黄铜和铝合金在室温状态下就有良好的锻造性能；碳钢在加热状态下锻造性能较好；铸铁则不能锻压。 3、焊接性能 焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对碳钢和低合金钢，焊接性主要同金属材料的化学成分有关（其中碳的影响最大）。如低碳钢具有良好的焊接性，高碳钢、铸铁的焊接性较差。 4、切削加工性能 切削加工金属材料的难易程度称为切削加工性能。切削加工性能一般由工件切

5、削后的表面粗糙度及刀具寿命等方面来衡量。影响切削加工性能的因素主要有工件的化学成分、组织状态、硬度、塑性、导热性和形变强化等。一般认为金属材料具有适当硬度（170230HBS）和足够的脆性时较易切削。所以铸铁比钢切削加工性能好，一般碳钢比高合金钢切削加工性能好。改变钢的化学成分和进行适当的热处理，是改善钢切削加工性能的重要途径。六、我国钢号表示方法概述 钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。我国的钢号表示方法，根据国家标准钢铁产品牌号表示方法（ GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即： 钢号中化学元素采用

6、国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr等。混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示，见表。钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。1碳素结构钢 由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是 MPa例如Q235表示屈服点（s）为235 MPa的碳素结构钢。必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢： Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例

7、如Q235-AF表示A级沸腾钢。专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。2优质碳素结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺 序号，所以不能读成45号钢。锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。3碳素工具钢 钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳

8、含量为0.8%。锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。4易切削钢 钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。5合金结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%时，钢号中一般只标出元素

9、符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含1.5%、2.5%、3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为 2、3、4等。例如18Cr2Ni4WA。钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中钒为 0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）

10、代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。6低合金高强度钢 钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL” 压力容器的专用钢种为“16MnR”。7弹簧钢 弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结钢相同。8滚动轴承钢 钢号冠以字母“G”，表示滚动轴承钢类。高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出，铬含量以千分之几表示例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和

11、合金结构钢相同。9合金工具钢和高速工具钢 合金工具钢钢号的平均碳含量1.0%时，不标出碳含量；当平均碳含量1.0%时，以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加“0”，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。10不锈钢和耐热钢 钢号中碳含

12、量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%；若钢中含碳量0.03%或0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18 Ni9等。对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。11焊条钢 它的钢号前冠以字母 “H”，以区别于其他钢类。例如不锈钢焊丝为“H2Cr13”，可以区别于不锈钢“2Cr13”。12电工用硅钢 钢号由字母和数字组成。钢号头部字母DR表示电工用热轧硅钢，DW表示电工用冷轧无取向硅钢，DQ表示电工用冷轧取向硅钢。字母之后的数字表示铁损值（W/kg）的100倍。钢号尾

13、部加字母“G”者，表示在高频率下检验的；未加“G”者，表示在频率为50周波下检验的。例如钢号 DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg。13电工用纯铁 它的牌号由字母“DT”和数字组成，“DT”表示电工用纯铁，数字表示不同牌号的顺序号，例如DT3。在数字后面所加的字母表示电磁性能：A高级、E特级、C超级，例如DT8A屈服点（yield point）屈服点：钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积

14、，则屈服点s =Ps/Fo（MPa），MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，1MPa=100Pa，Pa：帕斯卡=N/m2屈服强度（0.2）：有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度0.2 。七、焊接特点及焊后热处理1、常用金属材料的焊接A、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，获得优质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

15、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。B、钢的焊接性评定方法钢是焊接结构中最常用的金属材料，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。通常将影响最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

16、，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:当碳含量小于或等于0.12%时，碳当量应采用CE（Pcm）公式计算：CE（Pcm）=C+Si/30+Mn/20+Cn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B（%）当碳含量大于0.12%时，碳当量应采用CE（IIW）公式计算：CE（IIW）=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%）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，wCE0.6%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

17、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。2、碳素钢和低合金结构钢的焊接A、碳素钢的焊接低碳钢的焊接 Q235、10、15、20等低碳钢是应用最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，所以焊接性最好。焊接时，任何焊接方法和最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

18、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，应用最多的是手工电弧焊、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。表3-8 低碳钢焊接材料的选择焊接方法焊接材料应用情况手工电弧焊J421、J422、J423等一般结构J426、J427、J506、J507等承受动载荷、结构复杂或厚板重要结构埋弧焊H08 配HJ430、H08A 配HJ431H08MnA 配HJ431重要结构CO2气体保护焊H08Mn2SiAB、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

19、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。C、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

20、时，应注意焊前预热和焊后缓冷。D、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，wCE0.4%，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；

21、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。E、不锈钢的焊接不锈钢中都含有不少于12%的铬，还含有镍、锰、钼等合金元素，以保证其耐热性和耐腐蚀性。按组织状态，不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等，其中以奥氏体不锈钢的焊接性最好，广泛用于石油、化工、动力、航空、医药、仪表等部门的焊接结构中，常见牌号有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9等。（1）奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，其原因是焊接时，在45

22、0850温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，应严格控制焊缝金属的含碳量，采用超低碳的焊接材料和母材。采用含有能优先与碳形成稳定化合物的元素如Ti、Nb等，也可防止贫铬现象的产生。奥氏体不锈钢焊接的另一个问题是热裂纹。产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。另外，此类钢的导热系数小（约为低碳钢的1/3），线胀系

23、数大（比低碳钢大50%），所以焊接应力也大。防止的办法是选用含碳量很低的母材和焊接材料，采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料，使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织，减少偏析。（2）奥氏体不锈钢的焊接工艺一般熔焊方法均能用于奥氏体不锈钢的焊接，目前生产上常用的方法是手工电弧焊、氩弧焊和埋弧焊。在焊接工艺上，主要应注意以下问题：a、采用小电流、快速焊，可有效地防止晶间腐蚀和热裂纹等缺陷的产生。一般焊接电流应比焊接低碳钢时低20%；b、焊接电弧要短，且不作横向摆动，以减少加热范围。避免随处引弧，焊缝尽量一次焊完，以保证耐腐蚀性。c、多层焊时，应等前面一层冷至60以下，再焊后一层。双面焊时先焊

24、非工作面，后焊与腐蚀介质接触的工作面。d、对于晶间腐蚀，在条件许可时，可采用强制冷却。必要时可进行稳定化处理，消除产生晶间腐蚀的可能性。F、铸铁的补焊铸铁在制造和使用中容易出现各种缺陷和损坏。铸铁补焊是对有缺陷铸铁件进行修复的重要手段，在实际生产中具有很大的经济意义。（1）铸铁的焊接性铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷

25、使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。裂纹通常发生在焊缝和热影响区，产生的原因是铸铁的抗拉强度低，塑性很差（400以下基本无塑性），而焊接应力较大，且接头存在白口组织时，由于白口组织的收缩率更大，裂纹倾向更加严重，甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有：采用纯镍或铜镍焊条、焊丝，以增加焊缝金属的塑性；加热减应区以减小焊缝上的拉应力；采取预热、缓冷、小电流、分散焊等措施减小焊件的温度差。（2）铸铁补焊方法及工艺铸铁补焊采用的焊接方法参见表3-9。补焊 方法主要根据对焊后的要求（如焊缝的强度、颜色、致密性，焊后是否进行机加工等）、铸件的结构情况（大小、壁厚、复杂

26、程度、刚度等）及缺陷情况来选择。手工电弧焊和气焊是最常用的铸铁补焊方法。表3-9 铸铁的补焊方法补焊方法焊接材料的选用焊缝特点热焊及半热焊Z208、Z248强度、硬度、颜色与母材相同或相近，可加工冷 焊Z100、Z116、Z308、Z408、Z607、J507、J427、J422强度、硬度、颜色与母材不同，加工性较差气焊热 焊铸铁焊丝强度、硬度、颜色与母材相同，可加工加热减应区法钎焊黄铜焊丝强度、硬度、颜色与母材不同，可加工H08Mn2Si强度、硬度、颜色与母材不同，不易加工电 渣 焊铸铁屑强度、硬度、颜色与母材相同，可加工，适用于大尺寸缺陷的补焊手工电弧焊补焊采用的铸铁焊条牌号见表3-10。

27、补焊要求不高时，也可采用J422等普通低碳钢焊条。表3-10常用铸铁焊条类 别牌号焊芯组成药皮类型焊缝金属用 途钢芯铸铁焊条Z100碳钢氧化型一般灰铸铁件的非加工面Z116碳钢（高钒药皮）低氢型高钒钢强度较高的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁Z208石墨型铸铁一般灰铸铁件（刚度较大时，预热至400）铸铁芯铸铁焊条Z248灰铸铁件镍基铸铁焊条Z308Z408Z508纯镍镍铁合金镍铜合金镍重要灰铸铁件的加工面球墨铸铁、重要灰铸铁件的加工面强度要求不高的灰铸铁件的加工面铜基铸铁焊条Z607Z612紫铜钢芯铜皮/铜包钢芯钛钙型铜铁混合手工电弧焊补焊的方法有：a、热焊及半热焊 焊前将焊件预热到一定温度（400以上），采用同质焊条，选择大电流连续补焊，焊后缓冷。其特点是焊接质量好，生产率低，成本高，劳动条件差。b冷焊 采用非铸铁型焊条，焊前不预热，焊接时采用小电流、分散焊，减小焊件应力。焊缝的强度、颜色与母材不同，加工性能