第三节 金属材料的焊接性
1. 焊接性的概念
—定焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。

2．焊接性的评价
1) 碳当量法
碳当量是把钢中的合金元素(包括碳)的含量，按其作用换算成碳的相对含量。

国际焊接学会推荐的碳当量(CE)公式为：
％）＋＋＋＋＋＋＝10015
)Cu ()Ni (5)V ()Mo ()Cr (6)Mn ()C ([CE ⨯ωωωωωωω 式中，ω(C)、ω(Mn)等－碳、锰等相应成分的质量分数(%)。

当CE<0.4％时，钢材的塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。

在一般的焊接技术条件下，焊接接头不会产生裂纹，但对厚大件或在低温下焊接，应考虑预热；当CE 在0.4～0.6％时，钢材的塑性下降，淬硬倾向逐渐增加，焊接性较差。

焊前工件需适当预热，焊后注意缓冷，才能防止裂纹；当CE>0.6％时，钢材的塑性变差。

淬硬倾向和冷裂倾向大，焊接性更差。

工件必须预热到较高的温度，要采取减少焊接应力和防止开裂的技术措施，焊后还要进行适当的热处理。

2)冷裂纹敏感系数法 冷裂纹敏感系数的其计算式为：
％＋＋＋＋＋＋＝100]600
60]H [)B (510)
V (15)
Mo (60)
Ni (20)
Cu ()Mn ()Cr (30)
Si ()C ([⨯++++h P W ωωωωωωωωω
式中P W －冷裂纹敏感系数；h －板厚；[H]－100g 焊缝金属扩散氢的含量(mL)。

冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。

3．低碳钢的焊接
低碳钢的CE 小于0.4％，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。

4．中、高碳钢的焊接
中碳钢的CE 一般为0.4％～0.6％，随着CE 的增加，焊接性能逐渐变差。

高碳钢的CE 一般大于0.6％，焊接性能更差，这类钢的焊接—般只用于修补工作。

为了保证中、高碳钢焊件焊后不产生裂纹，并具有良好的力学性能，通常采取以下技术措施：
1)焊前预热、焊后缓冷 焊前预热和焊后缓冷的主要目的是减小焊接前后的温差，降低冷却速度，减少焊接应力，从而防止焊接裂纹的产生。

预热温度取决于焊件的含碳量、焊件的厚度、焊条类型和焊接规范。

2)尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也可选用比母材强度等级低一些的焊条，以提高焊缝的塑性。

当不能预热时，也可采用塑性好、抗裂性好的不锈钢焊条。

3)选择合适的焊接方法和规范，降低焊件冷却速度。

5. 普通低合金钢的焊接
屈服强度294～392MPa的普通低合金钢，其CE大多小于0.4%，焊接性能接近低碳钢。

焊缝及热影响区的淬硬倾向比低碳钢稍大。

常温下焊接，不用复杂的技术措施，便可获得优质的焊接接头。

当施焊环境温度较低或焊件厚度、刚度较大时，则应采取预热措施，预热温度应根据工件厚度和环境湿度进行考虑。

焊接16Mn钢的预热条件如表6- 1所示。

强度等级较高的低合金钢，其CE=0.4~0.6%，有一定的淬硬倾向，焊接性较差。

应采取的技术措施是：
尽可能选用低氢型焊条或使用碱度高的焊剂配合适当的焊丝；按规范对焊条进行烘干，仔细清理焊件坡口附近的油、锈、污物、防止氢进入焊接区；焊前预热，一般预热温度超过150℃；焊后应及时进行热处理以消除内应力。

表6- 1焊接16Mn钢的预热条件
6. 奥氏体不锈钢的焊接
奥氏体不锈钢是实际应用最广泛的不锈钢，其焊接性能良好，几乎所有的熔化焊方法都可采用。

焊接时，一般不需要采取特殊措施，主要应防止晶界腐蚀和热裂纹。

奥氏体不锈钢由于本身导热系数小，线膨胀系数大，焊接条件下会形成较大拉应力，同时晶界处可能形成低熔点共晶，导致焊接时容易出现热裂纹。

因此，为了防止焊接接头热裂纹，一般应采用小电流、快速焊，不横向摆动，以减少母材向熔池的过渡。

7. 铸铁的焊补
铸铁焊补的主要困难是：焊接接头易产生白口组织，硬度很高，焊后很难进行机械加工；焊接接头易产生裂纹，铸铁焊补时，其危害性比形成白口组织大；铸铁含碳量高，焊接过程中熔池中碳和氧发生反应，生成大量CO气体，若来不及从熔池中逸出而存留在焊缝中，焊缝中易出现气孔。

铸铁的焊补，一般采用气焊、焊条电弧焊，对焊接接头强度要求不高时，也可采用钎焊。

铸铁的焊补过程根据焊前是否预热，可分为热焊和冷焊两类。

8. 铝及铝合金的焊接
铝及铝合金焊接的困难主要是铝容易氧化成Al2O3。

此外，铝及铝合金液态时能吸收大量的氢气，但在固态几乎不溶解氢，熔入液态铝中的氢大量析出，使焊缝易产生气孔；铝的热导率为钢的4倍，焊接时，热量散失快，需要能量大或密集的热源，同时铝的线膨胀系数为钢的2倍，凝固时收缩率达6.5％，易产生焊接应力与变形，并可能产生裂纹；铝及铝合金从固态转变为液态时，无塑性过程及颜色的变化，因此，焊接操作时，很容易造成温度过高、焊缝塌陷、烧穿等缺陷。

铝和铝合金的焊接常用氩弧焊、气焊、电阻焊和钎焊等方法。

铝及铝合金的焊接无论采用哪种焊接方法，焊前都必须进行氧化膜和油污的清理。

7. 铜及铜合金的焊接
铜及铜合金焊接性较差，焊接接头的各种性能一般均低于母材。

铜及铜合金焊接的主要困难是：铜及铜合金的导热性很强，焊接时热量很快从加热区传导出去，导致焊件温度难以升高，金属难以熔化，以致填充金属与母材不能很好的熔合；铜及铜合金的线膨胀系数及收缩率都较大，并且由于导热性好，而使焊接热影响区变宽，导致焊件易产生变形；另外，铜及铜合金在高温液态下极易氧化，生成的氧化铜与铜形成易熔共晶体沿晶界分布，使焊缝的塑性和韧度显著下降，易引起热裂纹；铜在液态时能溶解大量氢，而凝固时，溶解度急剧下降，焊接熔池中的氢气来不及析出，在焊缝中形成气孔。

同时，以溶解状态残留在固态金属中的氢与氧化亚铜发生反应，析出水蒸汽，而水蒸汽不溶于铜，但以很高的压力状态分布在显微空隙中导致裂缝产生所谓氢脆现象。

目前焊接铜及其合金较理想的方法是氩弧焊。

对质量要求不高时，也常采用气焊，焊条电弧焊和钎焊等。