金属材料焊接知识第一节金属材料焊接性的基本概念一、焊接性的定义金属的焊接性是指材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，它包括两个方面的内容。

（1）接合性能：既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。

（2）使用性能：既在一定的焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。

金属焊接性的内容是多方面的，对于不同材料、不同工作条件下的焊件，焊接性的内容不同。

因此焊接性只是相对的概念。

二、影响焊接性的因素金属材料焊接性的好坏主要决定于材料化学成分，而且与结构的复杂程度、钢度、焊接方法、采用的焊接材料、焊接工艺条件及结构的使用条件有密切关系。

1．结构因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响，焊接时应尽量使焊接接头处于钢度较小的状态，使之能够自由收缩，这样有利于防止焊接裂纹。

2．材料因素材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。

它们在焊接时都参与熔池或半熔化区内的冶金过程，直接影响焊接质量。

母材或焊接材料选用不当时，会造成焊接金属化学成分不合格，力学性能和其他使用性能降低：这会出现气孔、裂纹等缺陷。

也就是使结合性能变差。

3．工艺因素对于同一母材，当采用不同的焊接工艺方法和工艺措施时，所表现的焊接性也不同。

焊接方法对焊接的影响，首先表现在焊接热源能量密度大小、温度高低以及热输入的多少。

工艺措施对防止焊接接头缺陷，提高使用性能也有重要的作用。

如焊前预热、焊后缓冷和去氢处理等，他们对防止热影响区淬硬变脆、降低焊接应力、避免氢致冷裂纹是比较有效的措施，另外，如合理安排焊接顺序，则能减小应力变形。

4．使用条件焊接结构的使用条件是多种多样的，有在高温、低温下工作，在腐蚀介质中工作及在静载或动载工作下工作等。

在高温工作，可能产生蠕变，在低温工作或有冲击载荷工作时，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。

总之，使用条件越不利，焊接性就越不能保证。

第二节低碳钢的焊接目前我国锅炉和压力容器生产中最常用的低碳钢是Q235B、Q235C和20g 等，由于它的含碳量（含碳量在0.25%以下），及其他合金元素少，这类钢材焊接性能良好。

一、低碳钢焊接特点1 •可装配成各种不同接头，适应各种不同位置施焊，且焊接工艺和技术比较简单，容易掌握。

2•焊接一般不需要预热。

若在寒冷地区焊接，也可以将焊件预热至150C 左右。

3 •塑性较好，焊缝产生裂纹和气孔的倾向小，可制造各类大型构架和压力容器。

4•不需要使用特殊的设备，对焊接电源没有特殊要求。

交直流弧焊机都可以焊接，但在焊接低碳钢时，如焊条或工艺规范选择不当，可能出现热影响区晶粒长大，温度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严重。

二、低碳钢焊接低碳钢几乎可采用所有的焊接方法来进行焊接，并都能保证焊接接头的良好质量。

用得最多的焊接方法如手工电弧焊，埋弧自动焊、电渣焊、氩弧焊和二氧化碳焊等。

1. 手工电弧焊焊接低碳钢的手工焊焊条见表12-1、表12-3、表12-4,焊条的选择主要是根据被焊接低碳钢的强度等级以及焊接结构的工作条件。

焊接规范的确定，主要考虑焊接过程的稳定、焊缝成型的良好及焊缝中不产生缺陷。

当基本金属厚度较大或周围温度较低时，由于焊缝金属及热影响区的冷却速度很快，也有可能出现裂缝，这时需要对焊件进行适当预热，预热温度一般为100-150C。

2 •埋弧自动焊低碳钢的自动焊接头的等级强度，主要靠选择相应焊丝和焊剂来获得。

焊丝和焊接见表12-2 0比起手工焊，埋弧自动焊可以采用较大的焊接规范参数，生产效率高，熔深也较大。

在生产实践当中，采用埋弧自动焊焊接较厚工件时，可以用一道或多道焊来完成，厚壁容器一般均采用多道埋弧自动焊。

在多层自动焊时，焊第一层是值得注意的。

因为焊第一层时，基本金属的熔入比例较大，若遇到基本的含碳量处于规范范围的上限，在焊缝中含碳量就可能略有升高；同时，第一层埋弧自动焊容易形成不利的焊缝横截面形状（如所谓0形截面），容易产生热裂缝。

因此在多层自动焊焊接厚板时，要求焊坡口根部第一层时采用的焊接规范比焊上面几层的小些。

如采用手工焊打底埋弧自动焊，上述情况就不太突出。

在进行环缝自动焊时，为防止熔池中金属外流及保证自动焊焊剂的良好保护作用。

焊丝的位置应从最高处朝旋转的相反方向作偏移，以使熔池中液态金属保持在焊件的上表面。

第三节低合金钢焊接一、概述在碳素钢中加入一定量的合金元素，可以大大提高钢的强度，并能获得各种特殊的性能，这种钢称为合金钢。

合金元素总质量分数小于5%的合金钢称为低合金刚。

低合金刚加入合金元素有Mn、Si、Mo、V、Ti、Cu、B、Cr、Ni等。

这些合金元素的加入使钢材具有强度高、韧性好、耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐低温等一系列优良性能。

二、低合金结构钢的分类低合金结构钢是以该钢材的屈服点进行分类的，其牌号和化学成分见表12-5，新旧低合金结构钢的标准牌号对照见表12-6。

三、低合金结构钢的焊接性低合金结构钢焊接时的共同特点是焊缝和热影响区具有不同程度的淬硬倾向，对氢的敏感性强，焊接应力较大时，焊接接头易产生裂纹。

1. 焊缝和热影响区的淬硬倾向低合金结构钢中强度等级和含碳量较低的一些钢种，如Q295 (09MnV、09Mn2)等，焊缝和热影响区的淬硬倾向并不大，随着强度等级的提高，钢中碳和合金元素的含量增加，热影响区的淬硬倾向就增大，热影响区组织中马氏体组织所占的比例也就增大。

影响热影响区淬硬程度的因素很多，其中只要有：(1)材料和结构方面的因素。

如钢材的品种、化学成分、厚度、接头形式及焊缝尺寸等。

(2)焊接工艺方面的因素。

如焊接工艺方法、焊接参数、焊缝附近的起焊温度等。

焊接热输入较大时，可以防止淬硬组织，但却容易产生魏氏组织；焊接热输入较小时，贝U相反。

因此对于不同的钢种，应该分别选择不同的焊接参数。

2. 焊接裂纹低合金结构钢焊接时，在焊接接头中可能产生的焊接裂纹有冷裂纹、热裂纹和再热裂纹。

(1)冷裂纹。

冷裂纹是低合金结构钢焊接时常见的一种裂纹，并且往往有延迟的性质。

焊接强度强度等级较低的低合金结构钢时，由于淬硬倾向很小，焊缝和热影响区金属的塑性较好，故产生冷裂纹的可能性不大。

冷裂纹主要发生在强度级别较高钢材的厚板结构中。

(2)热裂纹。

低合金结构钢产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多，只有在原材料化学成分不符合规格(如含S、C量偏高，严重偏析)时才有可能产生。

(3)再热裂纹。

含有V、Cr、Mo、B等合金元素的低合金结构钢有产生再热裂纹的倾向。

四、低合金钢的焊接工艺特点1.焊接材料的选用低合金结构钢是强度钢，所以应该按照等强度的原则选择对应的焊接材料。

焊缝金属的强度不宜超过母材过多，否则会使焊缝塑性降低，甚至会产生裂纹。

另外，选择焊接材料时，还要考虑到焊件的厚度、坡口形式、焊后的冷却速度和对焊缝金属使用性能的特殊要求等。

焊接低合金结构钢用焊条、焊丝及焊剂见表12-72. 焊接参数的确定焊接参数对低合金结构钢焊接接头的性能有着直接的影响。

焊接参数影响到焊缝的冷却速度，当选择较大的焊接参数时，即热输入大，则焊缝冷却速度小；反之，选择较小的焊接参数时冷却速度则大。

所以，为减小过热区的淬硬倾向，焊接参数应选择大些。

对于过热敏感、且有一定淬硬性的钢材，焊接时要用小的焊接参数，以减少焊件在高温停留的时间；同时，采用预热措施，以减少过热区的淬硬程度。

预热的防止裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。

预热温度的选择与钢材的化学成分、板厚、焊件的刚度、接头的形式和环境温度有关。

预热温度的选择见表12-8。

对于厚板或强度等级较高，且有延迟裂纹倾向的低合金结构钢，要求焊后及时进行回火处理，以消除焊接残余应力，改善热影响区的显微组织，使残留在焊缝中的氢能够逸出。

几种常用低合金钢焊前预热及焊后处理参数见表12-8。

表12-8低合金结构钢焊前预热及焊后热处理的参数五、常用低合金钢的焊接工艺(一)Q345( 16Mn)钢是利用我国富有资源Mn、Si为合金兀素，其屈服点大于345MPa,是我国产量最大、应用最广的低合金结构钢。

16Mn钢的化学成分和力学性能见表12-9.(1)焊接性。

16Mn钢具有良好的焊接性，淬硬倾向比Q235钢稍大些。

在大厚度、大刚度结构上进行小焊接参数，焊接时可能出现裂纹，特别是在低温条件下进行焊接。

因此，在低温条件下焊接时应进行适当的预热，焊件厚度超过一定范围时应按有关规定进行焊后热处理。

(2)焊接方法。

常见的焊接方法都可用于16Mn钢的焊接。

①16Mn钢的焊条电弧焊：焊条电弧焊时应采用强度等级为E50的焊条，应用最多的是E5015焊条。

对于要求不高的焊件，可采用E5001焊条和E5003焊条。

②16Mn钢的埋弧焊：埋弧焊时选用HJ431焊剂和HJ350焊剂，配合H08MnA焊丝、H10Mn2 焊丝或H10MnSi焊丝，可以得到很好的效果。

当焊件开I形坡口时，一般可选用H08MnA 焊丝；对于开其他形状坡口焊件的焊接，选用合金元素含量较高的焊丝H10Mn2和H10MnSi;对于大厚度深坡口的焊件，可选用H10Mn2焊丝，这样都可以保证得到力学性能较高的焊接接头。

③ 16Mn钢的CO2气体保护焊：采用的焊丝有细焊丝和粗焊丝两种，前者主要用于薄板结构及厚板窄间隙焊接；后者用于中厚板结构或铸钢件补焊中，焊丝牌号常用H08Mn2Si和H10MnSi。

(二) Q390 (15MnV 和 15MnTi )钢的焊接15MnV 钢和15MnTi 钢属于390MPa 级的低合金结构钢。

它们分别是在16Mn 钢的基础上加入3( V )为0.02 %〜0.20 %和3( Ti )为0.02 %〜0.20 %炼制而 成的。

V 或Ti 的加入，能使钢材强度提高，同时又能细小晶粒、减少钢材的过 热倾向。

15MnV 钢和15MnTi 钢的化学成分和力学性能见表 12-10。

(1) 焊接性。

这类钢焊接性较好。

当板厚小于 32mm 、在0C 以上焊接时， 原则上可不预热；当板厚大于32mm 或在0C 以下施焊时，应预热到100〜150C, 焊后采用550〜560E 回火处理。

(2) 焊接方法。

常用的焊接方法都可以用于这类钢的焊接。

①埋弧焊，对 于厚度较小，焊后不回火的焊件，可采用 H08MnA 焊丝配合HJ431进行焊接；对 于厚度较大或坡口较深的焊缝，则采用 H10Mn2旱丝或H08Mn2S 焊丝配合HJ431 或HJ350进行焊接；对于特大厚度深坡口的焊缝可采用 H08MnMo 焊丝配合HJ431 或HJ350 HJ250进行焊接。

②焊条埋弧焊，对于厚度不大、坡口不深的结构， 可采用E5015焊条、E5016焊条；厚度较大的结构应采用 E5503 - G 焊条；对于 不重要的结构，也可采用E5501焊条、E5503焊条。