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金属材料的焊接性能（2014.2.27）摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。
关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头1 前言随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。
2 金属材料的焊接性能2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素2.1.1 金属材料焊接性的定义金属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。
一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。
工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。
它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。
所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。
使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。
使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。
通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。
例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
从理论上，凡是在熔化状态下相互能形成固熔体或共晶的两种金属或合金，原则上都可以实现焊接，即具有所谓原则焊接性，又叫物理焊接性，然而，这种原则焊接性仅仅为材料实现焊接提供依据，并不等于该材料用任何焊接方法，都能获得满足使用性能要求的优质焊接接头。
常用金属材料的焊接性焊接是指将两个或多个金属材料通过加热或施加压力等方式连接在一起的工艺。
常用的金属材料包括钢铁、铝、铜、镍、钛等。
这些金属材料在焊接时拥有不同的特性和焊接性能。
下面将针对常见金属材料的焊接性进行详细介绍。
1.钢铁焊接性钢铁是最常见的金属材料之一，其焊接性能较好。
在钢铁焊接中常用的方法包括电弧焊、气焊、激光焊等。
其中，电弧焊是最常见的焊接方法，在焊接钢铁时通常使用熔化电极和熔化极性相同的焊条。
钢铁的焊接性能取决于其成分、组织结构以及焊接方法等因素。
2.铝焊接性铝是一种常见的轻金属，其焊接性能较差。
由于铝的氧化膜容易形成，这会降低焊接接头的强度和质量。
为了提高铝的焊接性能，可以采用预处理、焊接保护气体等方法。
常见的铝焊接方法有气焊、TIG焊等。
在气焊中需要使用钡剂等预处理剂来清除氧化膜，而TIG焊则可以通过惰性气体的保护来减少氧化膜的生成。
3.铜焊接性铜是一种良好的导电材料，其焊接性能较好。
常见的铜焊接方法有气焊、TIG焊、电弧焊等。
在铜焊接中，氧化膜的清除很重要，可以使用钝化剂等预处理剂来清除氧化膜。
TIG焊和电弧焊是常用的铜焊接方法，可以通过选择合适的焊接材料和控制焊接参数来获得理想的焊接接头。
4.镍焊接性镍是一种耐腐蚀性较好的金属材料，其焊接性能较好。
常见的镍焊接方法有电弧焊、TIG焊等。
镍焊接时，需要注意选择合适的焊接材料和适当的焊接参数来获得理想的焊接接头。
在镍焊接中，尤其需要注意焊接电缆和接地端之间的电气连接，以避免电弧腐蚀。
5.钛焊接性钛是一种重要的结构材料，其焊接性能较好。
常用的钛焊接方法有电弧焊、激光焊等。
在钛焊接中，需要注意选择合适的焊接材料和适当的焊接参数，以避免产生气泡和裂纹等缺陷。
此外，钛焊接还需要进行保护气体的控制，以避免氧化等不良影响。
综上所述，常用金属材料的焊接性能因成分、组织结构以及焊接方法等因素的不同而有所差异。
了解和掌握这些材料的焊接性能对于实际应用和工程设计具有重要意义，能够确保焊接接头的质量和可靠性。
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]60060]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。
金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指金属材料在加工过程中所具有的性能特点，包括可塑性、可锻性、可切削性、可焊性、可锻性、可热处理性等。
这些性能特点对金属材料的加工、成形、焊接等工艺过程起到重要的影响，决定了材料在各种工艺中的适用性和实际应用价值。
首先，可塑性是金属材料工艺性能中最重要的特点之一。
金属材料的可塑性是指在外力作用下，金属能够发生塑性变形而不导致断裂的能力。
金属材料的可塑性反映了材料内部晶体结构的强度和变形能力。
具有良好可塑性的金属材料，可以通过压延、拉伸、挤压等加工工艺来实现各种复杂的形状和尺寸。
适当的变形条件下，可塑性可以得到提高，但过大的变形会导致晶粒的破坏和拉伸。
其次，可锻性也是金属材料工艺性能的一个重要指标。
金属材料的可锻性是指在一定加热条件下，材料能够经过冷、热锻造等锻造工艺而获得所需形状和性能的能力。
可锻性和可塑性有一定的关联性，但可锻性更关注材料在高温条件下的变形能力。
一般情况下，高熔点金属具有较好的可锻性，而低熔点金属则可塑性更好。
可切削性也是金属材料工艺性能的重要指标之一。
可切削性是指金属材料在切削过程中能够保持良好的切削性能。
切削性能是衡量金属材料切削性能好坏的关键因素，直接影响着金属材料的加工效率和加工质量。
较好的可切削性可以使金属材料在切削过程中实现高速切削，提高加工效率，减少刀具磨损和工件表面质量。
可焊性是金属材料工艺性能中的另一个重要指标。
可焊性是指金属材料在焊接过程中能够保持良好的焊接性能。
具有良好可焊性的金属材料在焊接过程中能够良好地与其他金属进行结合，形成可靠的焊接接头。
可焊性好的金属材料有利于实现先进的焊接技术，如激光焊接、电子束焊接等，提高焊接质量和自动化程度。
此外，可热处理性也是金属材料工艺性能中的一个重要特点。
金属材料的热处理是指通过加热和冷却过程来改变材料的组织结构和性能的过程。
可热处理性决定了金属材料在加工过程中是否能够经历热处理来改善材料的性能。
可焊性的影响因素可焊性是指金属材料在焊接过程中的焊接性能，主要包括焊缝的质量、连接的强度以及焊接过程中材料的变形等。
可焊性的影响因素主要有以下几个方面：1.材料的化学成分：材料的化学成分对可焊性有很大的影响。
例如，含有大量氧化物的材料容易在焊接过程中产生氧化层，阻碍了焊缝的形成；含硫和含磷杂质的材料容易产生气孔，降低焊接接头的强度。
2.材料的热导率和热容量：材料的热导率和热容量决定了焊接过程中的热传导速度和热影响区的大小。
热导率高的材料，热传导速度快，容易产生温度梯度过大的问题；热容量大的材料，吸收的热量多，容易引起材料的热膨胀和变形。
3.材料的热稳定性：材料的热稳定性指的是材料在高温下的性能稳定性。
热稳定性差的材料容易在焊接过程中发生相变、晶界溶解和晶粒长大等现象，使焊接接头易产生裂纹和变形。
4.材料的晶粒度和晶界特征：材料的晶粒度和晶界特征对可焊性也有较大的影响。
晶粒度小且均匀的材料，晶界的强度高，抗拉强度和焊接接头的强度会相对较高；晶粒度大和非均匀的材料，晶界的强度低，容易在焊接过程中发生晶界断裂和晶粒生长，导致焊接接头的强度降低。
5.材料的冷热变形性能：材料的冷热变形性能对焊接过程中的变形量和残余应力有很大的影响。
冷热变形性能好的材料，在焊接过程中的变形量较小，残余应力较低，能够保持较好的工件形状和尺寸稳定性。
6.焊接工艺参数：焊接工艺参数对可焊性也有很大的影响。
包括焊接电流、电压、焊接速度、焊接角度等。
不同的焊接工艺参数会产生不同的热输入和冷却速率，从而影响焊缝的形成和焊接接头的质量。
7.表面预处理：材料的表面预处理对可焊性也有重要影响。
例如，在焊接过程中，如果材料表面存在油污、氧化物或其他杂质，会阻碍焊缝的形成和焊接接头的强度。
综上所述，可焊性的影响因素是多方面的，包括材料的化学成分、热导率和热容量、热稳定性、晶粒度和晶界特征、冷热变形性能、焊接工艺参数和表面预处理等。
只有综合考虑这些因素并采取相应的措施，才能够保证焊接接头的质量和强度。
40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。
调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。
钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。
这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。
切削性能较好，当硬度HB174～229时，相对切削加工性为60%。
该钢适于制作中型塑料模具。
本次课程设计的主要容包括：中碳调质钢的概述、40Cr化学成分及力学性能、40Cr碳当量的计算、40Cr焊接性的具体分析等。
编写设计的说明书讲述了所研究的、参数及热处理；本次课程设计我所设计40Cr焊接性分析。
根据40Cr 材料的化学成分及力学性能分析，计算出碳当量值为0.64%，并通过碳当量值分析出焊接性是否良好。
经过中碳调质钢40Cr的化学成分、力学性能和碳当量值分析了结晶裂纹、冷裂纹和热影响区的性能、焊接工艺特点等并作出了相应的解决措施。
解决了40Cr焊接时，出现的常见问题。
第1章绪论11.1 中碳调质钢简介11.2材料介绍21.2.1材料的成分21.2.2材料的性能3第2章碳当量42.1碳当量的介绍42.2 碳当量的计算4第3章金属材料40Cr焊接性分析73.1 金属材料焊接性简介73.2 40Cr焊接性分析73.2.1 焊接中产生的问题及解决方案73.2.2中碳调质钢40Cr的焊接工艺特点9 参考文献13第1章绪论1.1中碳调质钢简介中碳调质钢中的碳和其他合金元素含量较高，通过调质处理（淬火+回火）可获得较高的强度性能。
中碳调质钢合金元素的加人主要是起保证淬透性和提高抗回火性能的作用，而其强度性能主要还是取决于含碳量。
但随着碳含童的提高，钢的焊接性明显变差，焊接难度增大。
中碳调质钢的屈服强度达880-1176MPa以上。
钢中的含碳量较高，并加人合金元素〔如MN、Si、Cr、V、B及Mo、W、V、Ti等），以保证钢的淬透性，消除回火脆性，再通过调质处理获得综合性能较好的高强钢。
金属的可焊性.txt遇事潇洒一点，看世糊涂一点。
相亲是经销，恋爱叫直销，抛绣球招亲则为围标。
没有准备请不要开始，没有能力请不要承诺。
爱情这东西，没得到可能是缺憾，不表白就会有遗憾，可是如果自不量力，就只能抱憾了。
一般来说是含碳量影响金属的可焊性：普通名字碳含量应用可焊性
工业纯铁最大0.03% 镀锌和深度引长非常好
低碳钢最大0.15% 焊条，各种形状的板，非常好
低碳钢 0.15%-0.30% 各种结构形状的板和条好
中碳钢 0.30%-0.50% 机器零部件中等（预热且经常要求后热）
高碳钢 0.50%-1.00% 弹簧，模具，铁轨低（没有适当的预和后热很难焊接）
低合金结构钢的焊接性分析
16Mn和15MnV均属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变现为两方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。
一．裂纹问题
（1）热裂纹：热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。
正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。
锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。
（2）冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。
热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。
（3）再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。
二．脆化问题
（1）过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100℃以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。
防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。
（2）热应变脆化：热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化。
16Mn和15MnV这两类钢具有一定得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。
低合金结构钢的焊接工艺
1.焊前准备：
（1）焊接坡口形式的设计应避免采用焊不透或局部焊透的坡口，还要尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。
（2）坡口加工采用热切割时应注意防止母材边缘会形成一定深度的淬硬层，这种低塑性的淬硬层往往成为冷加工的开裂源。
（3）焊前必须消除焊接区钢板表面的水分，坡口表面的氧化皮、锈斑、油脂以及其他污物。
（4）焊接材料在使用前应按生产厂推荐的规范进行烘干。
（5）装配定位焊缝必须采用与正式焊缝同一类型的焊条。
2.焊接线能量的选择：线能量的参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。
低合金结构钢焊接时，线能量参数除要保证接头的熔透性和焊缝成型外，还要考虑其对接头性能的影响。
焊接含碳量低的热轧钢以及含碳量偏下限的16Mn钢时，对焊接线能量没有严格的限制，但从提高过热区塑性和韧性考虑还是采用偏小线能量更为有利；当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生，焊接时线能量应偏大些。
3.预热、后热及热处理
（1）预热：焊接低合金结构钢时，焊前预热时防止接头冷裂，改善接头组织性能，减小焊接应力的重要工艺措施。
焊前预热的有利作用还在于：①改变了焊接过程的热循环，降低焊接接头各区高温转变和低温转变温度区间的冷却速度，避免或减少了淬硬组织的形成；②减少焊接区的温度梯度，降低了焊接接头的内应力，并使之较均匀地分布；③扩大了焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；④延长了焊接区在100℃以上温度的停留时间，有利于氢从焊缝金属中逸出。
预热温度的确定，随钢材碳当量、板厚、结构的拘束度的增加而增加，环境温度的升高而降低。
（2）后热及热处理：后热是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150~250℃温度范围内，并保持一段时间，这种工艺简称后热。
其作用在于首先是降低了接头低温转变区的冷却速度，其效果比预热更显著，其次是延长了接头在100℃以上温度区间的停留时间，使焊缝金属中的氢有充分时间向外扩散。
在寒风金属氢扩散阶段，从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。
后热的温度和时间，取决于被焊钢的冷裂敏感性，焊接材料的含氢量和接头的拘束度。
后热温度愈高，保温时间愈长，去氢效果愈明显。
去氢处理是将焊件在焊后立即加热到300~400℃温度并保温一段时间，可加速焊接接头氢的扩散逸出。
氢的排除程度取决于加热温度和时间，温度高保温时间可短一些，温度低去氢时间就要加长。
生产中消氢处理的温度为300~400℃，消氢时间为1~2小时。
消除应力处理是将焊件均匀地以一定的速度加热到AC1点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀地冷却到300~400℃，最后将工件移到炉外空冷。
低合金结构钢焊后消除应力处理的目的有以下几点：①消除焊缝金属中的氢，提高焊接接头的抗裂性和韧性；②降低焊接接头中的参与应力；③改善焊缝及热影响区组织，使淬硬组织经受回火处理而提高接头各区的韧性；④稳定了低合金耐热钢焊缝及热影响区的碳化物，提高了接头的高温持久强度；⑤降低了焊缝及热影响区的硬度，易于切削加工。
金属材料的焊接性可以通过计算碳当量、斜Y型坡口焊接裂纹试验、热影响区最高硬度试验、热模拟试验、高温蠕变试验以及时效试验等进行验证。
