第四节 常用金属材料的焊接
由于各种金属材料的物理化学性能和机械性能不同，它们的可焊性就有明显的差别，因此在各种金属材料的焊接过程中，具有不同的特点。
一、金属材料的焊接性
焊接性就是金属材料在一定工艺条件下获得优质焊接接头的能力，或指获得优质接头所采取工艺措施的复杂程度。
在焊接过程中，有些金属材料容易产生某些焊接缺陷，如气孔、夹渣、开裂等，并使焊缝和近缝区性能变坏，所以往往需要采用特殊的工艺措施，应用特定的焊接方法，才能保证焊接质量。有些金属材料，例如，低碳钢则在一般工艺条件下，应用各种焊接方法都能获得满意的焊接接头。通常，把金属材料在焊接过程中产生裂缝的倾向，作为评价焊接性的主要指标。
在焊接生产中，常用的金属材料绝大多数是钢材。影响金属材料焊接性的主要因素是母材的化学成分，而各种化学元素中，碳的影响最为显著。因此，钢材的焊接性常用碳当量法来进行估算。碳素钢和低合金结构钢所常用的碳当量计算公式如下：
碳当量＝（C＋Mn／6＋（Cr＋Mo＋V）／5＋（Ni＋Cu）／15（%）
式中（C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢材中该元素含量的百分数。
实践证明，随着碳当量的增加，钢材的焊接性逐渐变差。结构钢的焊接性大致可分为下列三种情况。
1．碳当量低于0．4%
钢材的塑性良好，淬硬倾向不明显。在一般的焊接工艺条件下，工件不会产生裂缝。这种钢材的焊接性属于良好。
2．碳当量在0．4～0．6%之间
钢材的塑性下降，淬硬倾向逐渐增加。焊前工件需要适当预热，焊后注意缓冷，才能防止开裂。这种钢材的焊接性较差。
3．碳当量高于0．6%
钢材的塑性较低，淬硬倾向很强。焊前工件必须预热到较高的温度，焊接时要采用减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后焊件还要进行适当的热处理。这种钢材的焊接性低劣。
二、碳钢的焊接性
各种牌号的钢都能进行焊接。但高碳钢和高合金钢的可焊性十分低劣，焊接非常困难，因此很少用于焊件生产。中碳钢和合金结构钢的焊接性也较差，主要用于铸钢件、锻钢件等机件的焊接。广泛应用于焊接生产的材料，主要是低碳钢和普通低合金结构钢。
1．低碳钢的焊接
低碳钢的塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性良好。一般不需要采取特殊工艺措施，也不需要进行焊前、焊后热处理。但有两种情况例外。
（1）焊接厚度大于50mm的焊件焊后应进行去应力退火；
（2）在低温条件下焊接较大刚度结构时，需考虑焊前适当的预热。
常用焊接方法有：手工电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。
2．中碳钢的焊接
随着含碳量的增加，淬硬倾向增大，焊接性变差。
中碳钢的焊接特点：
（1）熔合区和热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹；
（2）焊缝金属热裂倾向较大。
防止措施：
（1）焊前预热，焊后缓冷；
（2）选用抗裂性好的碱性焊条；
（3）选用细焊条小电流、开坡口、多层焊工艺。
中碳钢焊接方法有：手工电弧焊、电渣焊等。
3．高碳钢的焊接
高碳钢焊接性差，一般只限于修补。
三、低合金结构钢的焊接
低合金结构钢的含碳量都很低，加入了少量合金元素后，强度显著提高，韧、塑性也好。其焊接性随强度等级的提高而变差。
1．σs＝300～400MPa的低合金结构钢焊接性良好
（1）常温下焊接时，按焊接低碳钢对待；
（2）在低温下焊接或对大厚度、大刚度的结构焊接时，应适当增大电流，减小焊速，选用碱性焊条，并进行预热；
（3）对受压容器的焊接，注意焊后退火，以消除应力。
2．σs≥450MPa的低合金结构钢的焊接性较差
（1）需焊前预热；
（2）焊时采用小电流、小焊速；
（3）需焊后回火；
（4）需烘干焊条或焊剂，认真清理焊件。
四、铸铁的补焊
铸铁的焊接性很差，一般只对某些铸造缺陷进行补焊。
在焊接应力作用下很容易开裂。由于铸铁缺乏塑性，在焊补区急剧升温膨胀时，就有可能使铸件产生巨大裂缝而报废。
铸铁中碳和硅的含量很高，容易烧损，不仅促进了白口组织的形成，而且使熔化部分容易造成气孔和夹渣等缺陷。此外，铸铁熔液的流动性高，补焊时应防止铁水流失，一般只适用于平焊。
铸铁件的补焊常用气焊和电弧焊，要求不高之处也可以用钎焊。按照焊前工件是否进行预热，可把补焊分为热焊和冷焊两类。
1．热焊补
焊前将焊件局部或整体预热至600℃～700℃并在焊接过程中保持，焊后缓慢冷却。热焊法可防止工件产生裂缝、白口组织和马氏体组织，补焊质量较好，而且补焊处可以进行机械加工。但成本高，生产率较低，劳动条件较差。一般用于补焊形状复杂的重要铸件，如内燃机的汽缸头和汽缸体。
2．冷焊补
焊前不预热或只预热至400℃以下。冷焊法生产率较高，劳动条件较好，但补焊的质量有时不易保证。因此，冷焊法多用于补焊要求不高的铸件，以及防止高温预热引起变形的工件。
五、铝、铜及其合金的焊接
1．铝及铝合金的焊接
（1）铝及铝合金的焊接性 铝及铝合金的焊接性也很差，其主要原因如下：
①铝极易氧化，生成的氧化铝膜组织致密，熔点很高，并覆盖在工件接头表面和熔液表面上，阻碍着相互熔合，易产生氧化夹渣。
②铝的导热性能很高，焊接时要求使用大功率或能量集中的热源。铝的焊接应力和变形，也有可能产生裂缝。
③铝的溶液特别容易溶解氢，而在凝固时则几乎全部析出，因此焊缝中极易形成气孔。
（2）焊接方法
铝及铝合金常用氩气焊、电阻焊、气焊、钎焊及摩擦焊等方法，可获得较好的焊接质量。氩气焊的保护作用最好，没有熔渣，而且氮离子对阴极的撞击能破碎氧化铝膜，使金属熔合。一般采用与母材相近的焊丝，焊接时可不用熔剂，但对氩气的纯度要求不低于99．9%，否则某些气体又可能进入焊缝，对要求不高的焊件，也可用气焊、碳弧焊等。
焊接之前，工件接头表面和焊丝表面必须清理干净。焊后还应清除残留在工件上的熔剂，以防腐蚀。
2．铜及铜合金的焊接
（1）铜及铜合金的焊接主要问题
易产生氢气孔；易产生裂纹；导热快，易产生未焊透缺陷；易形成过热组织。
（2）铜及铜合金的焊接方法
铜及铜合金常用氩弧焊、气焊和钎焊等方法进行焊接。采用氩弧焊能有效地保护熔液不受氧化和不熔入气体。由于热量集中能减少焊接变形并保证焊透，所以焊接紫铜和青铜时，能获得最好的焊接质量。焊丝可以用特制的紫铜丝和磷青铜丝。
复习思考题
1．什么是金属的焊接？焊接分哪几类？焊接有哪些特点？
2．焊接电弧是由哪几部分组成？热量如何分布？
3．使用直流电进行电弧焊时有哪两种接法？各有什么特点？应用在什么场合？
4．焊条由哪两部分组成？在焊接过程中各起什么作用？
5．比较J422（结422）和J507（结507）焊条药皮熔渣的性质、焊缝的抗热裂缝性质、对电源的要求及应用范围？
6．用16Mn（σs≈345MPa，σb＝（510～560）MPa）制造焊接件时，为什么不宜采用J422型焊条？
7．焊接电源有哪几种？各有什么特点？
8．焊接接头的型式有几种？
9．对接接头的坡口有几种型式？坡口的作用是什么？开坡口时为什么要留钝边和间隙？
10．引弧的方法有哪两种？电弧的长短与焊条的哪个运动有关？
11．手工电弧焊的工艺参数主要包括哪些内容？如何选择工艺参数？
12．常见焊缝缺陷有哪些？如何防止？
13．什么叫埋弧自动焊？它与手工电弧焊相比具有哪些优缺点？
14．什么是氩弧焊、二氧化碳气体保护焊？各有什么特点？
15．什么是等离子弧焊？它有什么特点？
16．什么是电渣焊？它有什么特点？
17．什么是电阻焊？通常分哪几种类型？
18．什么是钎焊？说明它的特点。
19．什么是焊接性？如何估计钢材的焊接性？相同工艺条件下，低碳钢和中碳钢哪个焊接性好？
20．铸铁焊补有哪些困难？通常采用哪些方法？
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
