碳钢低合金钢不锈钢的钎焊特点和原理

1.钎焊的优点：（1）加热温度低于母材的熔点，对母材没有明显的影响。

（2）钎焊温度低，可对焊件整体均与加热，引起的应力和变形小，容易保证焊件的尺寸精度（3）可用于结构复杂，可敞开差的焊件，并可一次完成多缝，多零件的焊接（4）容易实现异种金属，非金属与金属之间的焊接（5）工艺过程简单。

钎焊：借助于液态钎料填满固态母材之间的间隙并相互扩散形成结合的一类连接材料的方法。

，2.缺点：（1）钎焊接头强度一般较低，耐热能力差，（2）较多采用搭接形式，增加了母材消耗和结构的重量。

3.钎焊接头形成过程：钎焊时，钎剂在加热熔化后流入焊件间的间隙，同时熔化的钎剂与母材表面发生物化作用，从而清净母材表面，为钎料填缝创造条件。

随着加热温度的升高，钎料开始熔化并填缝，钎料在排除钎剂残渣并填入焊件间隙的同时熔化的钎料与固态，母材间发生物化作用。

当钎料填满间隙，经过一定时间后保温冷却，完成整个钎焊过程。

4.润湿性的评定：（1）将一定体积的钎料放在母材上，采用相应去膜措施，在规定温度下保持一定时间。

冷却后截取钎料的横截面，测出润湿角θ，以其大小评定润湿性的好坏。

（2）测出钎料铺展面积的大小作为评定的尺度（3）利用T型试件测量钎料流动的距离L，按其长短来评定润湿性。

（4）对表面涂覆钎料的双层板的T型接头，可用流动系数K来表示：K=Vf/V=Asn/Lδ=（1-1/4π）Rn/Lδ=（1-1/4π）n/LδR。

R越大，K越大，润湿性越好。

5.液态钎料与母材的相互作用。

母材——钎料，母材向钎料的适量溶解。

可使钎料成分合金化，有利于提高接头强度，过溶，导致不能填满钎缝间隙，也可能出现溶蚀缺陷，严重时甚至出现溶穿。

溶解量的影响因素：A本质因素：（1）极限溶解度越大，溶解量越大（2）固溶度升高，达饱和时间增大，溶解量下降（3）金属间化合物的形成阻碍了母材向钎料扩散，使溶解速度降低。

B工艺因素：（1）温度影响，温度越高，溶解度越大（2）加热保温时间的影响。

非合金钢，碳钢，合金钢，铸铁，焊接工艺解析Fe-Fe3C相图第一章：非合金钢（碳钢）铁碳合金：是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称一、非合金钢:含碳量小于2.11%，并含有少量的锰、硅、磷、硫、等杂志元素的铁碳合金。

碳钢的分类：1、按含碳量分类：2、1）、低碳钢（W c<0.25%）2）、中碳钢（W c =0.25~0.60%）3）、高碳钢（W c >0.60%）2、按质量分类1）普通质量碳钢（W s≥0.045%、W p≥0.045%）2）优质碳钢3）特殊质量碳钢（W s≤0.020%、W p≤0.020%）3、按用途分类1）碳素结构钢2）优质碳素结构钢3）碳素工具钢4）碳素碳钢按脱氧方式不同：●沸腾钢（F）脱氧不完全的钢●镇静钢（Z）完全脱氧的钢●半镇静钢（b）●特殊镇静钢（TZ）通常Z和TZ可省略，如：Q235-A·F表示≥235MPa，质量等级为A级。

脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。

3普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能(摘自GB/T700-1988)●如45钢，表示其平均含碳量（万分数）为0.45%。

●优质碳素结构钢分为普通含锰量（W Mn≤0.7%）和较高含锰=0.7%~1.2%）两类。

含锰量较高的优质碳素结构钢量（WMn在两数字后面加Mn字，脱氧方法表示法同碳素结构钢。

碳素工具钢碳素工具钢含碳量比较高（W C =0.65%~1.35%）,硫、磷杂志含量较少，一般经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。

主要用于要求不很高的刃具，量具和模具。

碳素工具钢的牌号用<碳>的汉语拼音首字母<T>后加数字组成。

数字表示钢中的平均含碳量的千分数，如T9钢，表示钢种平均含碳量为0.9%的优质碳素工具钢，查表可知，随着钢号的增大，含碳量的增大，钢的硬度和耐磨性也增加，但韧性却降低。

碳素铸钢铸钢的含碳量一般在0.15%~0.6%范围。

钎焊：钎料温度低于母材温度，焊接时钎料熔化母材不熔化，二者之间是物理结合。

习惯以450度做为划分硬钎焊和软钎焊的界线。

（软、硬）烙铁，感应，炉中（真空）火焰，电阻浸渍，电弧，超声，激光，红外线2.硬钎焊特点：（历史最长、母材不熔化，温度低，变形小，实现异种材料结合，可拆开。

）钎焊属于固相连接，他与熔化焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。

当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。

同熔化焊和压力焊方法相比，钎焊具有以下优点：2.1 钎焊加热温度较低，对母材组织和性励影响较小；2.2 钎焊接头平整光滑，外形美观；2.3 焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度；2.4 某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高：2.5 可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。

但是，钎焊也有他本身的缺点，钎焊接头强度比较低，耐热能力比较差，由于母材与钎料成分相差较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀力较差及装配要求比较高等。

3.被焊材料：金属：Cu，Fe，Al，Ti，Mg等合金金属陶瓷非金属（金刚石，碳纤维）4.钎料与钎剂:4.1 钎料Cu-Zn，CuP，Ag，Al，Cd，Sn，Ni.钎料应用范围硬钎料Cu-Zn基钎料应用最广泛的是H62，可用来钎焊受力大、需要接头塑性铜、镍、钢制零件。

为防止Zn 的挥发，可在H62中加入少量Si；加入少量的锡可提高钎料的铺展性。

CuP钎料是一种应用广泛的空气自钎剂钎料。

常用于铜及铜合金的钎焊。

当Wp=8.38%时,Cut P形成7140C的共晶。

Cu3P脆，故CuP钎料加工性不好。

Ag基钎料银基钎料能润湿很多金属，并具有良好的强度、塑性等综合性能。

钎焊基本知识1.焊接分类熔化焊：焊接过程中母材和填充金属都熔化，二者是化学结合。

如：手工电弧焊，CO2，TIG，MIG，埋弧，MAG，等离子，激光，电子束。

压力焊：焊接时不用焊料，被连接金属间是化学或物理结合。

焊缝窄，影响区域小。

电阻（点、缝）闪光，摩擦，冷压。

钎焊：钎料温度低于母材温度，焊接时钎料熔化母材不熔化，二者之间是物理结合。

习惯以焊接温度450度划分为硬钎焊和软钎焊。

硬钎焊主要有：火焰钎焊、感应钎焊，炉中钎焊，电阻钎焊等。

2.钎焊特点钎焊属于固相连接，它与熔化焊方法不同之处在于：钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线（50-100°C）的一种连接方法。

当钎料加热到熔化温度，利用液态钎料在母材表面或者间隙中的润湿作用，毛细流动，与母材相互作用（溶解、扩散或者产生金属间化合物）而实现零部件间的连接。

同熔化焊和压力焊方法相比，钎焊具有以下优点：2.1 钎焊加热温度较低，对母材组织和性能影响较小；2.2 钎焊接头平整光滑，外形美观；2.3 焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度；2.4 某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高；2.5 可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接；但是，钎焊也有他本身的缺点，由于母材与钎料成分得不同，难免会引起接头的电化学腐蚀。

在钎焊大多数材料时，钎焊接头强度与母材不能达到同等强度。

3.被焊材料金属：铜及铜合金，铝合金，钛合金，铁与钢，高温合金，硬质合金等。

非金属（陶瓷，金刚石，石墨）4.钎料与钎剂4.1 钎料主要有以下几种：Cu基，CuP，Ag基，Al基，Ni基，Sn基，Ti基4.2 钎剂钎剂的作用：去除氧化膜、增加钎料的流动性、防止钎料在加热时氧化。

主要由硼砂、硼酸氟化物，氯化物等组成。

5.钎焊方法6.焊前焊后处理6.1 焊前处理：零件表面脱脂：有机溶剂清洗、碱液清洗、超声波清洗。

一、什么是钎焊？钎焊是如何分类的？钎焊的接头形式有何特点？钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。

根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。

（1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450°C，接头强度较低(小于70 MPa)。

（2）硬钎焊：硬钎焊的钎料熔点高于450°C，接头强度较高(大于200 MPa)。

钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。

因此，钎焊一般采用搭接接头和套件镶接，以弥补钎焊强度的不足。

二、电弧焊的分类有哪些，有什么优点？利用电弧作为热源的熔焊方法，称为电弧焊。

可分为手工电弧焊、埋弧自动焊和气体保护焊等三种。

手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝。

尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝的焊接；埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；气体保护焊具有保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。

三、焊条电弧焊时，低碳钢焊接接头的组成、各区域金属的组织与性能有何特点？（1）焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。

1）焊缝金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织。

在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。

由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。

2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。

（2）低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

1）熔合区位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半熔化区。

加热温度约为1 490～1 530°C，此区成分及组织极不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。

关于不锈钢的钎焊知识不锈钢定义是主要加铬元素使钢处钝化状态，就是具有不锈特性的钢。

不锈钢是主要为Cr-Fe系和Cr-Fe-Ni系三元合金。

铁是基体，铬是主要的合金元素。

为了使钢具有不锈的特性，ω（Cr）必须高于12%。

此时，钢的表面能迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，使钢的电极电位和氧化介质中的耐腐蚀性发生突变性提高。

在非氧化介质（HCl、H2SO4）中，其实铬的作用并不明显，除铬外，不锈钢中还须加入能使钢钝化的Ni、Mo等元素，加入合金元素基本上分为两类：一类是形成或者稳定奥氏体的元素：如碳。

镍、锰、氮等，其中碳和氮使用程度最大；另一类是缩小或者封闭γ相即形成铁素体的元素：如铬、硅、钼、钛、铌、铝等。

由于合金元素的不同，不锈钢在温室下呈现不同的组织。

根据其组织不同，不锈钢可分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

在各种类型的不锈钢中奥氏体不锈钢的应用最为广泛，品种也最多。

由于奥氏体不锈钢的Cr、Ni含量较高，因此在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有良好的耐腐蚀性。

奥氏体不锈钢的塑韧性优良，冷热加工性能俱佳，因而广泛应用于建筑装饰、食品工业、医疗器械、纺织印染设备、石油、化工、原子能、航空和航天等工业领域。

为突出对比性，特列出钢碳的相应的物理性能。

碳钢密度与不锈钢差别不大。

电阻率则按碳钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢顺序递增。

奥氏体不锈钢的电阻率可达碳钢的5倍左右。

奥氏体不锈钢的线胀系数比碳钢的约大50%，而马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的线胀系数大体上和碳钢的相等。

奥氏体不锈钢的热导率比碳钢的低，仅为其1/3左右。

另二类不锈钢的热导率为碳钢的1/2左右。

不锈钢的钎焊性1.表明氧化膜。

如上所述，不锈钢除含主要合金元素铬外，往往还含镍、锰、钛、钼、铌、铝等元素。

在表面上形成的主要氧化物有Me2O3（Me=Fe、Ni、Cr、Mn、Ti）和MeO·Me”O3（Me’=Fe、Ni、Mn；Me”=Cr、Fe、Ni、Mn、Ti）两大类。

附件三：不锈钢-碳钢复合板焊接标准不锈钢复合板焊接标准Bl50 1998《钢制压力容器》规定，凡是新材料、新焊接工艺均应进行焊接工艺评定。

焊接工艺评定应以可靠的钢材焊接性能试验为依据，并在产品焊接之前完成。

不锈钢复合板能否通过焊接工艺评定，是不锈钢复合板焊接的关键所在。

目前，不锈钢复合板的焊接工艺评定应按照JB 4708～2000《钢制压力容器焊接工艺评定》附录A(标准的附录)“不锈钢复合钢焊接工艺评定”进行，并遵守该标准正文的有关规定。

不锈钢复合板焊接技术不锈钢复合板是由复层(不锈钢)和基层(碳钢、低合金钢等)复合轧制而成的双金属，由复层保证耐蚀性能，强度主要靠基层获得，这样可以节约大量不锈钢，具有良好的经济价值。

不锈钢复合板由于具有良好的综合性能和价格优势，在石油化工、食品工业等领域得到日益广泛的应用。

不锈钢复合板焊接既不同于不锈钢，也不同于碳钢或低合金钢，而有其特点和难点。

不锈钢复合板的特点不锈钢复合板特点一先进的复合工艺钎焊法复合工艺使不同材质材料之间形成原子结合。

不锈钢复合板特点二屈服强度高纯不锈钢板的屈服强度为;190MPa,铝合金为 90MPa,而复合板的屈服强度为 280MPa以上. 不锈钢复合板特点三耐腐性能好因复合板的表面为不锈钢材质，所以它具有很强的耐腐性能。

不锈钢复合板的焊接工艺评定焊接方法的选择根据复合钢板的材质和厚度，并考虑现场施工，基层选用熔化极CO2气体保护焊，复层焊接选用焊条电弧焊。

CO2气体保护焊具有熔合比较小、生产率高、成本低、焊接变形和应力小、焊缝质量高等优点；焊条电弧焊熔合比较小，灵活性较大，适用范围广。

不锈钢复合板过渡层焊接时主要存在的问题焊缝金属的稀释由于基层碳钢不含合金元素Cr、Ni，所以熔化时对焊缝金属中合金元素Cr、Ni有稀释作用，使焊缝中奥氏体形成元素Cr、Ni含量减少，焊缝金属中会产生马氏体淬硬组织，易产生裂纹，从而恶化接头质量。

因此，焊接过渡层时，应使用含铬、镍量较多的焊接材料，使之即使受到基层的稀释，也不会产生马氏体淬硬组织。

钎焊一、钎焊的定义钎焊是通过将零件和钎料加热，使液相线温度比母材固相线温度低的钎料熔化，利用液态针料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互溶解和扩散而实现连接零件的方法。

同熔焊方法相比，钎焊具有以下优点：(1)钎焊接头平整光滑，外形美观。

(2)钎焊加热温度较低，对母材组织和性能的影响较小。

(3)焊件变形较小，尤其是采用均匀加热(如炉中钎焊)的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度。

(4)某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高。

(5)可以实现异种金属或合金间以及金属与非金属间的连接。

钎焊的缺点：钎焊接头强度比较低、耐热能力比较差、装配要求比较高等。

二、钎焊原理钎焊接头的形成过程是熔态钎料填充接头间隙并同母材发生相互作用，随后钎缝冷却凝固。

为了更好地了解钎焊过程必须弄清熔态钎料的填隙过程及钎料与母材的相互作用。

熔态钎料的填隙原理:由实践得知，为了保证液体钎料填满钎焊接头间隙，钎焊时必须具备两个基本条件：润湿作用和毛细作用。

钎料的润湿作用:润湿是液态物质与固态物质接触后相互黏附的现象。

当液体处于自由状态下，为使其本身处于稳定状态，会力图保持球形表面。

当液体与固体相接触时，内聚力大于附着力，则液体不能黏附在固体表面上；当内聚力小于附着力时，液体就能黏附在固体表面，即发生润湿作用。

熔化的钎料要润湿固体金属表面必须具备两个条件：(1)液态钎料与母材之间应能相互溶解，即两种原子具有良好的亲和力。

通常两种不同金属互溶的程度取决于原子半径及它们在元素周期表中的位置和晶体类型。

一般地，周期表中位置相近，晶格类型相同，它们互溶的比例就大。

此外，还与两者原子之间的半径有关。

(2)钎料与母材表面必须“清洁”，这里的“清洁”是指钎料与母材两者表面没有氧化层。

更不应有污染。

液态钎料与母材间如有一定的互溶度，通常能很好润湿；反之则较难润湿，因此，对合金钎料，各成分与母材的相关系决定了合金钎料与母材润湿的综合效果。

电弧钎焊电弧钎焊随着近年来带镀层的板材（如镀锌板）在工业中应用增多，镀锌板和铝、镁一同作为最具前景的材料而越来越被人们所重视。

可是镀锌板材如何有效的焊接一直困扰着工程技术人员，因为锌的熔点约为420 ℃ , 挥发温度 908 ℃ , 普通熔焊的高温电弧 ( 约 3000 ～ 4000 ℃ ) 必然促使大量的锌蒸发 , 从而导致各种焊接缺陷 , 并破坏了锌层的抗腐蚀功能。

现在，这些问题已成为过去，这得感谢德国cloos 公司研制的创新技术—— MIG 电弧钎焊,并开发了具有MIG 电弧钎焊焊接专家系统的专用焊机。

MIG 电弧钎焊从某种意义上说也属于熔化极气体保护焊 (MAG )。

它采用低熔点的铜基焊丝代替碳钢焊丝，焊接时热输入量低，母材不会熔化，同时锌的蒸发降致最低，提高了焊缝的抗腐蚀性能（铜基焊缝也耐腐蚀）。

从而确保了镀锌板更好更有效的焊接。

MIG 电弧钎焊在工业实际应用中已取得巨大的成功，许多汽车制造业都越来越多的应用铜基焊丝生产重要部件。

近来， MIG 钎焊还用来焊接非镀层板（如合金钢、非合金钢、不锈钢、铜），同样获得良好的效果。

大量镀锌薄板材用于汽车制造、冷藏箱、建筑业、通风和供热设施以及家具制造等领域。

镀锌成为重要的钢铁防腐方法，不仅仅是因为锌可在钢铁表面形成致密的保护层，还因为锌具有阴极保护效果，当镀锌层破损，它仍能通过阴极保护作用来防止铁质母材腐蚀，这种保护效果可延伸到 1 ～ 2mm 无保护层的区域，因此镀锌可以有效地保护到板材的切口和冷加工造成的微裂纹以及近焊缝的锌烧损区，防止从这里开始生锈。

锌的熔点约为 420 ℃，挥发温度为 908 ℃ , 这不利于焊接，当电弧刚一引燃就挥发了。

锌的挥发和氧化会导致气孔、未熔合及裂纹甚至影响电弧稳定性，因此焊接镀锌板材最好的方法是减少热输入量。

一种可行的方法是用钎焊材料来焊接镀锌板，最常用的这类焊丝是铜硅合金（如 CuSi3 ）和铜铝合金。

由于这些焊丝中铜的含量高，熔点相对降低（大约 1000 ℃～ 1080 ℃，由合金成份决定），这时母材还未熔化，这样的接头实际上是钎焊接头。

碳素结构钢焊接概述一、低碳钢的焊接1．低碳钢的焊接特点（ 1）低碳钢的含碳量，含其它合金元素较少，因而焊接性好。

几乎适于用各种焊接方法进行焊接，一般不需采用特殊工艺措施即可得到优质的焊接接头。

（ 2）选用填充金属时应考虑母材金属的稀释，应保证接头与母材等强度。

（ 3）当母材含碳量偏高，或母材、焊接材料成分（如S、P）不合格时，焊接时有可能产生热裂纹，应调整焊缝成型系数或采用碱性低氢焊条加以防止。

（ 4）一般不需要预热，但如板厚及构件刚度较大或焊接环境温度较低，仍需考虑预热。

例如焊接母材板厚大于30mm，焊接温度低于－10℃，需要预热100－150℃，如试验时发现焊道下裂纹，还应采用后热处理去除接头中的氢。

（ 5）有的低碳钢，以回火或调质状态供货，应采用碱性低氢焊接材料或低氢焊接工艺焊接这类钢，以使焊缝和热影响区的韧性大致与母材相同，焊接线能量不要太大，预热与层间温度不应过高，以免晶粒过于粗大影响韧性。

有时还用后热处理来恢复塑性、超导韧性。

二、中碳钢的焊接1. 中碳钢的焊接特点中碳钢由于含碳量较高，有较大的淬硬倾向，焊接性比低低碳钢差。

其主要焊接特点是：（1）热影响区易产生低塑性、高硬度的淬硬组织含碳量越高，板厚越大，淬硬倾向越大。

当焊接工件的刚性大，或所选择的焊接材料与工艺规范不当，则易在淬硬区产生冷裂纹。

（2）易产生热裂纹由于母材含碳量较高，焊接时有一部分母材会溶化到焊缝中去，使焊缝增碳，加之硫等杂质的影响，易在焊缝中引起热裂纹，在弧坑处更为敏感。

（3）气孔由于含碳量高，会增加对气孔的敏感性，因此对焊接材料要求脱氧性好，烘干和坡口清理要求严格。

此外，接头的塑性韧性及疲劳强度不高。

2．中碳钢的焊接工艺（1）焊条选用抗冷裂纹和热裂纹能力较强的碱性低氢焊条，如E5 015（结507），E6015－D1（结607）等。

如不要求焊缝与母材等强，则可选强度较低的碱性低氢焊条。

如E4316（结426），E 4315－D1（结427）等。