金属材料对焊接加工的适应性称为金属焊接性,是指金属在一定的焊接工艺条件下获得优良焊接接头的难易程度。它包括两个方面内容:一是接合性能,即在一定焊接工艺条件下,金属形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能,即焊接接头对使用要求的适应性。
碳钢的焊接性主要取决于其含碳量。
低碳钢含碳量和合金元素低,强度不高,塑性好,所以具有良好的焊接性,几乎可以用各种工艺方法进行焊接。对于沸腾钢,硫、磷杂质含量较高且分布不均匀,焊接时裂纹倾向大,不宜作为焊接结构件,应改用镇静钢。
中碳钢与低碳钢相比,其强度较高,有一定的淬硬倾向。必须仔细确定焊接规范并减缓焊后冷却速度,必要时,需进行焊前预热。
高碳钢淬硬倾向大,易出现各种裂纹和气孔,焊接性差,一般不用来制作焊接结构,只用于破损工件的焊补。焊补时通常采用焊条电弧焊或气焊。
低合金结构钢的焊接性主要取决于其化学成分及强度等级。一般来说,含碳量及含合金元素量少的低合金钢的焊接性较好。强度等级越高,合金元素越多,则焊接性越差。常用的低强度等级的低合金结构钢,其焊接性好,接近于普通低碳刚,其焊接规范也与低碳刚相当。
焊接低合金结构钢的常用方法有焊条电弧焊、埋弧焊和CO2保护焊等。
奥氏体型不锈钢如0Cr18Ni9等,虽然Cr,Ni元素含量较高,但C含量低,焊接性良好,焊接时一般不需要采取工艺措施,因此它在不锈钢焊接中应用最广。当采用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊时,焊条、焊丝和焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同。焊接时采用小电流、快速不摆动焊,焊后加大冷却速度,接触腐蚀介质的表面应最后施焊。
铁素体不锈钢如1Cr17等,焊接时热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化,使焊接接头的塑性、韧性急剧下降甚至开裂。因此,焊前应预热,并采用小电流、快速焊等工艺。
马氏体不锈钢焊接时,在空冷条件下焊缝就可转变为马氏体组织,所以焊后淬硬倾向大,易出现冷裂纹。如果碳含量较高,淬硬倾向和冷裂纹现象更严重。因此,焊前预热温度200~400℃,焊后要进行热处理。如果不能实施预热或热处理,应选用奥氏体不锈钢焊条。
铁素体不锈钢和马氏体不锈钢焊接的常用方法是焊条电弧焊和氩弧焊。
铸铁的焊补主要应用在三个方面:一是铸造生产过程中铸铁件产生的缺陷的焊补;二是使用过程中铸铁件产生裂纹和断裂损坏时的焊补修复;三是铸铁与钢件或其他金属的焊接。
铸铁焊接性能差,不能作为焊接结构件。铸铁焊补的主要问题有两个:一是焊接接头易生成白口组织和淬硬组织,难以切削加工;二是焊接接头易出现裂纹。
根据铸铁的特点,铸铁焊补可采用以下两种方法。
(1)不预热焊法
焊前工件不预热(或局部预热至300~400℃,称半热焊),焊后缓慢冷却,它依靠调整焊缝化学成分来防止或减少白口组织及裂缝。常用的焊补方法是采用镍基铸铁焊条、纯铁芯和低碳钢芯铸铁焊条和铁基铸铁焊条进行焊条电弧焊。
采用不预热焊法时,应用小电流、短电弧、窄焊缝以减少熔深,每次焊接长度一般不超过50mm,并在焊后及时轻轻锤击焊缝。其作用是尽量减少焊接应力以免开裂。
不预热焊法生产率高,劳动条件好,工件焊补成本低,应尽量多采用。
(2)热焊法
焊前将工件整体或局部加热至600~700℃高温,并在此温度下施焊,焊后缓慢冷却。这种方法可使焊件受热均匀,冷却速度慢,防止产生白口组织及裂纹。常用的焊补方法是焊条电弧焊和气焊。焊条电弧焊适用于中等厚度以上(>10mm)的铸铁件,选用铁基铸铁焊条或低碳钢芯铸铁焊条。10mm以下薄件为防止烧穿,采用气焊,用气焊火焰预热和缓慢冷却焊件,选用铁基铸铁焊丝并配合焊剂使用。
热焊法劳动条件差,一般用于焊补后还需机械加工的复杂、重要铸铁件,如汽车的缸体、缸盖和机床导轨等。(www.xing528.com)
常用的非铁金属有铝、铜、钛及其合金等。由于非铁金属具有许多特殊性能,在工业中应用越来越广,其焊接技术也越来越重要。
(1)铝及铝合金的焊接
铝及铝合金焊接较困难,其主要特点是:
1)极易氧化成难熔的Al2O3薄膜,覆盖在金属表面,阻碍金属母材熔合。
2)氢在液态铝合金中的溶解度比固态高20多倍,所以熔池凝固时氢气来不及完全逸出,造成焊缝气孔。另外Al2O3薄膜易吸附水分,使焊缝出现气孔的倾向增大。
3)铝及铝合金从固态转化为液态时无颜色的明显变化,令操作者难以识别,不易控制熔融时间和温度,有可能出现烧穿等缺陷。
4)铝的热导率大,易于出现较大的焊接应力和变形。
铝合金可以用电阻焊、气焊、钎焊等方法进行焊接,但交流氩弧焊是焊接铝及铝合金的一种较好的熔焊方法。为保证焊接质量,焊前要严格清洗焊件、焊丝,并一定要干燥后再焊,否则焊缝中易出现气孔。焊接时尽量选用与母材化学成分相近的专用焊丝。
(2)铜及铜合金的焊接
铜及铜合金分为紫铜、黄铜和青铜等。焊接结构件常用的是紫铜和黄铜,铜及铜合金焊接的主要困难是:
1)由于铜的导热性好,焊接时热量极易散失,不易达到焊接所需的温度,出现填充金属与母材金属难熔合、工件未焊透、焊缝成形差等缺陷。
2)铜在凝固时收缩率大,热影响区范围宽,导致焊接应力大,易变形。
3)铜在液态时易于氧化,其氧化物分布在晶界上,易引起热裂纹。
4)铜在液态时吸气性强,易生成气孔。
因此,铜及铜合金的焊接采用强热源设备和焊前预热(150~550℃)来防止难熔合、未焊透现象并减少焊接应力与变形;严格限制杂质含量,加入脱氧剂,控制氢来源,降低溶池冷却速度等来防止裂纹、气孔缺陷的产生;焊后采用退火处理以消除应力。
常用的铜及铜合金的焊接方法有氩弧焊、气焊、埋弧焊和钎焊。应用最广的是氩弧焊。
(3)钛及钛合金的焊接
钛及钛合金具有高强度、低密度、强抗腐蚀性和好的低温韧性,是航天工业的理想材料。
由于钛及钛合金化学性质非常活泼,极易出现气孔、裂纹等多种焊接缺陷,焊接性差,所以主要采用氩弧焊,此外还可采用等离子弧焊、真空电子束焊和钎焊等。
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