各种材料焊接工艺

各种材料焊接⼯艺

各种材料焊接⼯艺

各种材料焊接⼯艺8.1碳钢、合⾦钢焊接

8.1.1碳钢的焊接

碳钢是最容易焊接的⼀种⾦属，适⽤于碳钢的焊接⽅法很多，氧–⼄炔⽓⽓焊、药⽪焊条电弧焊、埋弧焊、⽓体保护电弧焊、等离⼦弧焊、电渣焊、电阻焊、磨擦焊、热剂焊、钎焊等，⼏乎所有焊接⽅法都能适⽤。

碳钢以铁为基础，以碳为合⾦元素，碳含量⼀般不超过 1.0%，此外，含锰量不超过1.2%，硅量不超过0.5%，皆不作为合⾦元素。⽽其他元素，如镍、铬和铜等，更控制在残余量的限度内，远⾮合⾦成分。杂质元素，例如硫、磷、氧、氮等，根据钢材品种和等级的不同，也都有严格限制。

碳钢的焊接性主要取决于碳含量，随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差。

碳钢中的锰和硅对焊接性也有影响。它们的含量增加，焊接性变差，但不及碳作⽤强烈。锰和硅的影响可以折算为相当于多少碳量的作⽤，这样适⽤于碳钢的碳当量（Ceq

）经验公式如下：C

eq

= C + Mn/6+Si/24 (%)

C

eq 值增加，则产⽣冷裂纹的可能性增加，焊接性变差。通常，C

eq

⼤于0.4时，冷裂纹

的敏感性将增⼤，另外，焊接冷却速度也会影响焊缝和热影响区组织，从⽽影响母材的焊接性。

（1）低碳钢的焊接1)焊接性

低碳钢含碳量低，锰、硅含量⼜少，所以通常情况下不会因焊接⽽引起严重硬化或淬⽕组织。这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击性也良好，焊接时，⼀般不需预热、层间温度和后热，焊后也不必采⽤热处理改善组织，可以说，整个焊接过程

中⽏需特殊的⼯艺措施，其焊接性优良。2)焊接材料的选⽤

a.焊接低碳钢时⼤多使⽤E43××系列的焊条，因为低碳钢结构通常使⽤GB700-88

的Q235牌号钢材制造，这类钢材的抗拉强度平均值为417.5N/mm2（42. kgf /mm2），⽽E43××系列焊条熔敷⾦属的抗拉强度不⼩于420N/mm2（43 kgf /mm2），在⼒学性能上正好与之匹配。b.埋弧焊焊丝和焊剂

低碳钢埋弧焊⼀般选⽤实芯焊丝H08A或H08E，它们与⾼锰⾼硅低氟熔炼焊剂HJ430、HJ431、HJ433或HJ434配合，应⽤甚⼴。c.⼆氧化碳⽓体保护焊丝

实芯焊丝主要有H08Mn2Si和 H08Mn2Si A两种。药芯焊丝主要有YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4等。3)低碳钢在低温下的焊接

在严寒冬天或类似的⽓温条件下焊接低碳钢结构，为避免出现裂纹可以采取以下措施：a.焊前预热，焊时保持层间温度。

b.采⽤低氢或超低氢焊接材料。

c.点固焊时加⼤电流，减慢焊速，适当增⼤点固焊缝截⾯和长度，必要时施加预热。

d.整条焊缝连续焊完，尽量避免中断。

e.不在坡⼝以外的母材上打弧，熄弧时弧坑要填满。

f.弯板、矫正和装配时，尽可能不在低温下进⾏。

g.尽可能改善严寒下劳动⽣产条件。

以上措施可单独采⽤或综合采⽤。

（2）中碳钢的焊接1)焊接性

中碳钢含碳量0.3～0.60%。当含碳量接近0.3%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。如果含碳量0.5%左右⽽仍按焊接低碳钢常⽤的⼯艺施焊时，则热影响区可能产⽣硬脆的马⽒体组织，易于开裂。当焊接材料和焊接过程控制不好时，甚⾄焊缝也易开裂。

焊接时，相当数量母材会熔化进⼊焊缝，使其含碳量增⾼，容易产⽣焊缝热裂纹。特别是杂质硫控制不严时，更易显⽰出来。这种热裂纹在弧坑处更为敏感。此外，由于含碳量增⾼，⽓孔敏感性也增⼤。2)焊接材料的选⽤

应当尽量选⽤低氢型焊接材料，例如低氢焊条，它们有⼀定脱硫能⼒，熔敷⾦属塑性和韧性良

好，扩散氢量⼜少，所以，⽆论对热裂纹或氢致冷裂纹来说，抗裂性都较⾼。

在个别情况下，也可采⽤钛铁矿型或钛钙型焊条，但⼀定要有严格的⼯艺措施配合；亦可采⽤铬镍不锈钢焊条焊接，这时不需预热，⽽焊缝奥⽒体⾦属塑性良好，可以减少焊接接头应⼒，避免热影响区冷裂纹产⽣。⽤于中碳钢焊接的铬镍不锈钢焊条牌号有奥102、奥107、奥302、奥402、奥407等。

如果选⽤碳钢焊条或低合⾦钢焊条，⽽焊缝与母材并不要求等强时，可以选⽤强度等级稍低的低氢焊条。通常，焊缝强度等级可以⽐母材强度等级低⼀档，例如，母材为490N/mm2(5kgf/mm2 )级，则焊条可⽤结426或结427，以代替结506和结507。中碳钢焊接⽤焊条主要有结422、423、427、506、507、556、557、606、607。3)中碳钢焊接⼯艺要点

a、⼤多数情况下，中碳钢焊接需要预热和控制层间温度，以降低焊缝和

热影响区冷却速度，从⽽防⽌产⽣马⽒体。预热温度取决于碳当量、母材厚度、

结构刚性、焊条类型和⼯艺⽅法。通常，35号和45号钢预热温度可为150～250℃，

含碳量再⾼，或厚度⼤，或刚性⼤，则预热温度可在250～400℃。b、焊后最好⽴即消除应⼒热处理，特别是⼤厚度⼯件，⼤刚性结构件和

严厉条件下（例如动载荷或冲击载荷）⼯作的⼯件更如此。消除应⼒回⽕温度⼀

般为600～650℃。c、如果不可能⽴即消除应⼒，也应当后热，以便扩散氢逸出。后热温度

不⼀定与预热温度相同，视具体情况⽽定。后热保温时间⼤约每10mm厚度为1h

左右。d、当焊接沸腾钢时，加⼊含有⾜够数量脱氧剂（例如铝、锰、硅）的填充⾦属，可以防⽌焊缝的⽓孔。埋弧焊的焊丝和焊剂配合适当，可以有⾜够的脱

氧剂，例如硅或锰，也可防⽌焊接沸腾钢引起焊缝⽓孔。

（3）⾼碳钢的焊接1)⾼碳钢的焊接性

⾼碳钢含碳量⼤于0.6%，除了⾼碳结构钢外，还包括⾼碳碳素钢铸件和碳素⼯具钢等。

它们含碳量⽐中碳钢更⾼，更容易产⽣硬脆的⾼碳马⽒体，所以淬硬倾向和裂纹敏感倾向更⼤，从⽽焊接性更差。因此，这类型不⽤于制造焊接结构，⽽⽤于⾼硬度或耐磨部件或零件，它们的焊接也⼤多数为焊补修理。为了获得⾼硬度或耐磨性，⾼碳钢焊件⼀般都经过热处理，因此，焊接前应经过退⽕，可以减少裂纹倾向，焊后再进⾏热处理，以达到⾼硬度和耐磨要求。2)焊接材料的选择

焊接材料通常不⽤⾼碳钢，具体根据钢的含碳量、⼯件设计和使⽤条件等，选⽤合适

的填充⾦属。焊缝要与母材性能完全相同⽐较困难，这些钢的抗拉强度⼤多在675 N/mm2(69kgf/mm2 )以上，选⽤的焊接材料视产品设计要求⽽定，要求强度⾼时，⼀般⽤结707或结607，要求不⾼时可⽤结506或结507等焊条，或者分别选⽤与以上强度等级相当的低合⾦钢焊条或填充⾦属。所有焊接材料应当是低氢型的。也可以⽤铬镍奥⽒体钢焊条焊接，其牌号与中碳钢⽤者相同，这时都不需要预热。3)⾼碳钢焊接⼯艺要点

⾼碳钢应先⾏退⽕，⽅能焊接。采⽤结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，⼀般为250～350℃以上，焊接过程中还需要保护与预热⼀样的层间温度。焊后⼯件保温，并⽴即送⼊炉中在650℃保温，进⾏消除应⼒热处理。8.1.2合⾦钢的焊接

（1）低合⾦钢的焊接特点1)热影响区的淬硬倾向

低合⾦结构钢在焊后冷却过程中，热影响区容易形成淬⽕组织——马⽒体，使近缝区的硬度提⾼，塑性下降。结果导致焊后产⽣裂纹，或者结构在较⼩载荷下，也可能产⽣脆性破坏。2)冷裂纹敏感性：低合⾦钢的焊接裂纹主要是冷裂纹

为防⽌冷裂纹的产⽣，主要从以下三个⽅⾯采取⼯艺措施。其⼀是选择合适的焊接材料。应使焊缝⾦属强度与母材⾦属相匹配，选⽤碱性低氢型焊条和碱性较⾼的焊剂。焊前要严格进⾏烘⼲，焊丝应仔细去除油污，以减少氢的来源。其⼆是提⾼预热温度，以减缓焊后冷却速度。其三焊后及时进⾏热处理，可改善焊接接头的组织，减⼩残余应⼒，加速氢向焊缝外扩散。同时还应注意拟定合理的焊接⼯艺参数和焊接顺序。3)热裂纹及再热裂纹倾向

采⽤⾼热输⼊焊接⽅法焊接⾼拘束度接头，例如厚板的电渣焊、埋弧焊和⼤功率熔化极⽓体保护焊时，焊接接头中也会出现各种形式的热裂纹。在⼀些含碳化物形成元素较多，并能产⽣沉淀硬化的低合⾦⾼强度钢和热强钢厚壁接头中，往往会在焊件作焊后消除应⼒处理时，沿焊接过热区形成再热裂纹。对于⼀些在⾼温⾼压下长期运作的焊件，在服役较长⼀段时期后，接头内亦有可能出现再热裂纹。这种裂纹具有明显的晶间分布的特征，其起源部位往往在接头的应⼒集中区，如焊缝根部的未焊透或⾓焊缝的焊趾处。

（2）焊接材料

各种焊接⽅法常⽤低合⾦钢焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂和保护⽓体，可按表9-1选⽤，对于不同强度等级合⾦钢之间的异种接头，可按两者之中强度级别较低的⼀种选⽤焊接材料。如由Q345（16Mn）钢与14MnMoV钢构成的异种钢接头可选⽤E5015焊条焊接。但焊接⼯艺参数，如预热、后热温度以及消除应⼒处理温度，则应按强度级别较⾼的钢种

考虑。

5

表9-1序号 钢材牌号 焊条型号

焊条电弧焊 埋弧焊 ⽓体保护焊 氩弧焊

国标 牌号 焊丝

焊剂 焊丝 保护⽓体 焊丝1 Q345（16Mn ）

E50 E5015 J507 HJ431 ER50-6 CO 2

Ar+ CO 2

ER50-4 2 19Mn6 E5016 J506 H10Mn2 HJ350 3 SM50BN E5018

J50Fe

H08MnMo

SJ301

4 Q390（15MnV ） E55

E5515-GJ557 J556

H08MnMo H08Mn2Mo

HJ350 SJ301

ER50-6 ER55-D2

CO 2 Ar+ CO 2

ER50-4 ER55-D2

5 Q420（15MnVN ）

6 25Mn

7 20MnMo

8 13MnNiMoNb E60

E6015-1D

J607

H08Mn2Mo

HJ350 HJ250 SJ101 ER55-D2

CO 2 Ar+ CO 2

ER55-D2

9 18MnMoNb 10 13MnNiMo54 11 20MnMoNb 12 14MnMoV E70

E7015-D2

J707

H08Mn2Mo H08Mn2NiMo HJ250 SJ101 ER55-D2Ti

CO 2 Ar+ CO 2 ER55-D2Ti

13 13MnMoVN （调质状态） 14 14MnMoVN （调质状态）

E80 E8015-D3 J807 H08Mn2NiMo

HJ250 SJ101 - -

ER55-D2Ti

15 15Mo3 E50-A1 E5015-A1 R107 H08MnMo HJ350 ER55-D2 CO 2 Ar+ CO 2 ER55-D2 16 12CrMo E55-B1

E5015-A1

R207

H10CrMo

HJ350 ER55-B2Mn

CO 2 Ar+ CO 2

ER55-B2Mn

17 12CrMo E55-132

E5515-132

R307