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NC跟据程式X5下料,紫铜T=2.5

保证尺寸67.9（±

a5

NC跟据程式X6下料,紫铜T=2.5

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a6

NC跟据程式X7下料,紫铜T=0.8

冲凸包

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保证尺寸23（±

与FEED_BUS点焊,注意料件的保护

各种钢材焊接知识要点

（一）

2010-5-1[收藏评论没有找到想要的知识]

1 

什么是焊接性？

试述碳钢的焊接性。

焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。

焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。

碳钢是以铁元素为基础的，铁碳合金，碳为合金元素，其碳的质量分数不超过1%，此外，锰的质量分数不超过1.2%，硅的质量分数不超过0.5%，后两者皆不作为合金元素。

其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内，更不作为合金元素。

杂质元素如S、P、O、N等，根据钢材品种和等级的不同，均有严格限制。

因此，碳钢的焊接性主要取决于含碳量，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差，其中以低碳钢的焊接性最好，见表1。

表1 

碳钢焊接性与含碳量的关系

名 

称

碳的质量分数（%）

典型硬度

典型用途

焊接性

低碳钢

≤0.15

60HRB

特殊板材和型材薄板、带材、焊丝

优

0.15～0.25

90HRB

结构用型材、板材、棒材

良

中碳钢

0.25～0.60

25HRC

机器部件和工具

中（需预热、后热，推荐使用低氢焊接方法）

高碳钢

≥0.60

40HRC

弹簧，模具，钢轨

劣（需预热、后热，必需使用低氢焊接方法）

2 

什么是碳当量？

碳钢的碳当量如何计算？

把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换自成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量，可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。

碳钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，它们的含量增加，焊接性变差，但其作用不及碳强烈。

国际焊接学会推荐的碳当量公式为

Mn 

Cu+Ni 

Cr+Mo+V

CE（IIW）=C+── 

+　────　+　──────（质量分数）（%）

6 

15 

5

随着碳当量值的增加，钢材的焊接性会变差。

当CE值大于0.4%～0.6%时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。

3 

利用碳当量值评价钢材焊接性有何局限性？

碳当量值只能在一定范围内，对钢材概括地、相对地评价其焊接性，这是因为：

1）如果两种钢材的碳当量值相等，但是含碳量不等，含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬组织，其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大，焊接性较差。

因此，当钢材的碳当量值相等时，不能看成焊接性就完全相同。

2）碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响，没有考虑到冷却速度不同，可以得到不同的组织，冷却速度快时，容易产生淬硬组织，焊接性就会变差。

3）影响焊缝金属组织从而影响焊接性的因素，除了化学成分和冷却速度外，还有焊接循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数，在碳当量值计算公式中均没有表示出来。

因此，碳当量值的计算公式只能在一定的钢种范围内，概括地、相对地评价钢材的焊接性，不能作为准确的评定指标。

4 

试述低碳钢的焊接性。

由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。

低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。

但在少数情况下，焊接时也会出现困难：

1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。

2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。

3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。

如某厂采用酸性焊条焊接Q235－A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。

4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。

如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。

总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。

5 

低碳钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？

⑴手弧焊焊条的选用 

常用低碳钢Q235的抗拉强度平均值为417.5MPa，根据等强度原则，与之匹配的焊条应为E43系列。

几种不同钢号的低碳钢手弧焊时焊条的选用，见表2。

表2 

低碳钢手弧焊时焊条的选用

钢 

号

一般结构选用的

焊条型号

动载荷、复杂、厚板结构，锅炉受压容器，低温焊接

选用的焊条型号

施 

焊 

条 

件

Q235

E4313，E4303，E4301，E4320，E4311

E4316，E4315

（E5016，E5015）

一般不预热

Q255

Q275

E5016，E5015

厚板结构预热150℃以上

08、10、15、20

E4303，E4301，E4320，E4311

25

20g，22g

E4303，E4301

厚板结构预热100～150℃

20R

注：

表中括弧内的焊条型号表示可以代用。

⑵埋弧焊焊丝和焊剂的匹配选用 

低碳钢埋弧焊时焊丝和焊剂的匹配选用，见表3。

表3 

低碳钢埋弧焊焊丝与焊剂的匹配选用

焊 

丝

剂

Q234

H08A

HJ430

HJ431

H08MnA

15、20

H08A，H08MnA

HJ330

H08MnA，H10Mn2

H08MnA，H08MnSi，h10Mn2

⑶CO2焊丝的选用 

实芯焊丝选用牌号为H08Mn2Si和H08Mn2SiA两种，焊后熔敷金属强度偏高。

药芯焊丝选用牌号为YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。

⑷电渣焊焊丝和焊剂的匹配选用 

电渣焊熔池温度比埋弧焊低，所以焊剂中的硅、锰还原作用弱，应选用含锰、含硅量较高的焊丝。

常选用H10Mn2、H10MnSi焊丝配合焊剂HJ360或H10MnSi焊丝配合焊剂HJ431。

低碳钢在低温下如何施焊？

严冬条件下焊接低碳钢结构时，由于焊接接头的冷却速度快，使裂纹倾向增大，特别是厚大结构的第一道焊缝容易开裂，为此必需采取如下工艺措施：

1）焊前预热，焊接过程中严格保持层间温度不应低于预热温度。

2）采用低氢或超低氢焊接材料。

3）定位焊时加大焊接电流，减慢焊接速度，适当增加定位焊缝的截面积和长度，必要时进行预热。

4）整条焊缝应尽量连续焊完，避免中断。

5）不应坡口面以外的母材上进行引弧，熄弧时需填满弧坑。

6）尽可能不在低温条件下进行弯板、矫正和装配焊件。

各种金属结构低温焊接时的预热温度见表4。

管道、压力容器低温焊接时的预热温度见表5。

表4 

低碳钢金属结构低温焊接的预热温度

焊件厚度（mm）

在各种气温下的预热温度

＜30

31～50

51～70

不低于－30℃时不预热；

低于－30℃时预热100～150℃

不低于－10℃时不预热；

低于－10℃时预热100～150℃

不低于0℃时不预热；

低于0℃时预热100～150℃

表5 

低碳钢管道、压力容器低温焊接的预热温度

＜16

17～30

31～40

41～50

不低于－20℃时不预热；

低于－20℃时预热100～150℃

7 

试述中碳钢的焊接性。

中碳钢的碳的质量分数为0.25%～0.60%。

当碳的质量分数接近0.25%而含锰量不高时，焊接性良好。

随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。

如果碳的质量分数为0.45%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。

焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。

这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直，见图1。

8 

中碳钢焊接时，如何正确地选用焊条？

中碳钢的焊接目前大都采用手弧焊。

为提高焊接接头的抗裂性，应选用低氢型焊条。

个别情况下，也可采用钛钙型和钛铁矿型酸性焊条，但此时应采取严格的工艺措施，如焊前预热、减少熔合比（降低焊缝含碳量）等。

中碳钢手弧焊时焊条的选用，见表6。

表6 

中碳钢手弧焊时焊条的选用

焊件含碳量（%）

焊接件

焊件力学性能（≥）

选用焊条型号

σs

（MPa）

σb

δ

（%）

ф

αK

（J）

不要求等强度

要求等强度

35

ZG270～500

0.32～

0.40

0.31～0.40

一般

315

270

530

500

20

18

45

55

22

E5016，

E5015

ZG310～570

0.42～0.50

0.41～0.50

较差

355

310

600

570

16

15

40

21

39

ZG340～340

0.52～0.60

0.51～0.60

很差

380

340

645

640

13

10

—

特殊情况下，中碳钢焊接时可采用铬镍不锈钢焊条，如E0-19-10-16（A102）、E0-19-10-5（A107）、E1-23-13-16（A302）、E1-23-13-15（A307）、E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）等，因奥氏体焊缝金属的塑性良好，可以减小焊接接头应力，即使焊件焊前不预热，也可避免热影响区产生冷裂纹。

9 

试述中碳钢的焊接工艺要点。

⑴预热 

预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。

通常，35和45钢的预热温度为150～250℃含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250～400℃。

若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150～200mm。

⑵焊条 

条件许可时优先选用碱性焊条。

⑶坡口形式 

将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。

如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。

⑷焊接工艺参数 

由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。

⑸焊后热处理 

焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。

消除应力的回火温度为600～650℃。

若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。

10 

试述高碳钢的焊接工艺要点。

⑴焊接性 

当高碳钢的碳的质量分数大于0.60%时，焊后的硬化、裂纹敏感倾向更大，因此焊接性极差，不能用于制造焊接结构。

常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊补修复。

⑵焊条选用 

由于高碳钢的抗拉强度大都在675MPa以上，所以常用的焊条型号为E7015、E6015，对构件结构要求不高时可选用E5016、E5015焊条。

此外，亦可采用铬镍奥氏体钢焊条进行焊接。

⑶焊接工艺

1）由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性，材料本身都需经过热处理，所以焊前应先进行退火，才能进行焊接。

2）焊件焊前应进行预热，预热温度一般为250～350℃以上，焊接过程中必需保持层间温度不低于预热温度。

3）焊后焊件必需保温缓冷，并立即送入炉中在650℃进行消除应力热处理。

11 

低合金高强钢的碳当量如何计算？

低合金高强钢碳当量的计算公式目前以国际焊接学会（IIW）所推荐的CE和日本JIS标准所规定的Ceq应用最为广泛，其计算公式为

Mn 

Cr+Mo+v 

Cu+Ni

CE（IIW）=C+──　+　─────+───（质量分数）（%）

15

Si 

Ni 

Cr 

Mo 

V

Ceq（JIS）=C+───+───+───+───+───+───（质量分数）（%）

6 

24 

40 

5 

4 

14

式中，化学元素都表示该元素在钢中的质量分数，计算时，元素含量均取其成分范围的上限。

CE主要适用于文艺报非调质量低合金高强钢（σb=500～900MPa）焊接性的估算；

Ceq主要适用于低碳钢调质钢和低合金高强钢（σb=500～1000MPa），但均适用于含碳量偏高的钢种（C的质量分数≥0.18%），这类钢化学成分的范围如下

C的质量分数为≤0.2%、Si≤0.55%、Mn≤1.5%、Cu≤0.5%、Ni≤2.5%、Cr≤1.25%、Mo≤0.7%、V≤0.1%和B≤0.006%。

12 

试述低合金高强钢的焊接性。

强度级别较低的低合金高强钢，如300～400MPa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。

随着钢中合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题是：

⑴热影响区的淬硬倾向 

含碳时较少、强度级别较低的钢种，如09Mn2、09Mn2Si、09MnV钢等，淬硬倾向很小。

随着强度级别的提高，淬硬倾向也开始加大，如16Mn、15MnV钢焊接时，快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织。

⑵冷裂纹 

低合金高强钢焊接时，热影响区的冷裂纹倾向加大，并且这种冷裂纹往往具有延迟的性质，危害性很大。

例如，材料为18MnMoNb钢壁厚115mm的一大型容器，由于预热温度不够，焊后在热影响区形成大量冷裂纹。

低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂，其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快，这种开裂属于冷裂纹性质。

⑶热裂纹 

一般情况下，强度等级为294～392MPa的热轧、正火钢，热裂倾向较小，但在厚壁压力容器的高稀释率焊道（如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道）中也会出现热裂纹。

电渣焊时，若母材的含碳量偏高并含镍时，电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。

强度等级为800～1176MPa的中碳调质钢（如30CrMnSiA钢），焊接时热裂的敏感性较大。

⑷粗晶区脆化 

热影响区中被加热至1100℃以上的粗晶区，当焊接线能量过大时，粗晶区的晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降，出现脆化段。

13 

试述低合金高强钢焊接时的主要工艺措施。

预热是防止裂纹的有效措施，并且还有助于改善接头性能。

但预热会恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性。

因此，焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分（碳当量）、板厚、结构形状、刚度大小以及环境温度等决定。

⑵焊接线能量的选择 

含碳低的热轧钢（09Mn2、09MnNb钢等）以及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时，因为这些钢的冷裂淬硬、脆化等倾向小，所以对焊接线能量没有严格的限制。

焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，焊接线能量应偏大一点。

对于含V、Nb、Ti的钢种，为降低热影响区粗晶脆化所造成的不利影响，应选择较小的焊接线能量。

如15MnVN钢的焊接线能量应控制在40～45kJ/cm以下。

对于碳及合金元素含量较高而屈服点为490MPa的正火钢（如18MnMoNb钢等），因淬硬倾向大，应选择较大的焊接线能量，但当采用焊前预热时，为了避免过热倾向，可以适当地减少线能量。

⑶后热及焊后热处理 

后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件立即加热至150～250℃范围内，并保温一段时间，使接头中的氢扩散逸出，防止延迟裂纹产生。

对于厚壁容器、高刚性的焊接结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件，焊后应及时进行消除应力的高温回火，其目的是消除焊接残余应力，改善组织。

焊后立即进行高温回火的焊件，无需再进行后热处理。

14 

低合金高强钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？

总的原则是根据等强度的要求，即熔敷金属的强度等级应与母材在同一档次来选用焊接材料，具体选用，见表7。

表7 

低合金高强钢焊接材料的选用

强度级别

手弧焊

埋 

弧 

焊

电 

渣 

CO2焊焊丝

焊条

焊剂

焊丝

09Mn2

09Mn2Si

09MnV

294

E43

SJ301

H10MnSi

H08Mn2Si

H08Mn2SiA

16Mn

16MnCu

14MnNb

343

E50

SJ501

薄板：

H08MnA

HJ360

H08MnMoA

YJ502-1

YJ502-3

YJ506-4

中板开坡口对接

开I形坡口对接

H10Mn2

HJ350

厚板深坡口

15MnV

15MnVCu

16MnNb

392

E55

H10MnMo

H08Mn2MoVA

HJ250

SJ101

15MnVN

15MnVNCu

15MnVTiRe

441

E60

SJ431

H08Mn2MoA

18MnMoNb

14MnMoV

14MnMoVCu

490

E70

H08Mn2NiMo

HJ4