常用金属材料的焊接性分析

时间：2026-01-23 理论教育蝴蝶版权反馈

【摘要】：金属材料这两方面的焊接性均可通过估算和试验方法来确定。当C当量=0.4%～0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，焊接性较差，需要采用适当的预热和一定的工艺措施。

焊接性的确定主要包括两方面的内容：一是焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性；二是焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能。金属材料这两方面的焊接性均可通过估算和试验方法来确定。

1.估算钢材焊接性的方法

实际焊接结构所用的金属材料绝大多数是钢材。影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。各种化学元素加入钢中以后，对焊接热影响区的淬硬程度影响不同，产生裂纹的倾向也不同。各类化学元素对金属的焊接性主要有以下方面的影响：

1）碳。碳和铁是组成钢的主要元素，当碳含量在0.27%（质量分数）以下时，对焊接性无不利影响，但当含量增大时，就会导致裂纹和气孔，使焊接性变坏。

2）硅。硅是强烈的脱氧剂，能使焊缝致密均匀，但含量超过0.5%（质量分数）以上时，易使焊缝夹渣。

3）锰。当锰含量低于1%（质量分数）时，可增加焊缝的强度和韧性，并减少熔焊过程中的飞溅和氧化作用，当大于此量时，则易产生裂纹和夹渣。

4）硫和磷。硫和磷对钢的焊接性有极恶劣的影响，易使焊缝产生裂纹和夹渣，故其含量应尽量低，一般不超过0.05%（质量分数）。

5）铬。铬能使钢的淬透性增强，当它的含量在0.3%（质量分数）以下时，对焊接无不利影响，若大于此值，即易产生裂纹和夹渣。但是若铬与其他合金成分（如钼、钒、镍等）共存，其含量增加到1.7%（质量分数）时，对焊接仍无不利影响。

6）钼。钼可提高钢的热机械强度，在锅炉管材中的含量常不超过0.6%（质量分数）。钼钢在焊缝的热影响区易产生裂纹。

7）镍。当镍含量在0.3%（质量分数）以下时，对焊缝无不利影响，但镍容易与氧化合而形成氧化物夹渣。

8）钒。钒能使金属晶粒组织变细，并增强对过热的抵抗力。当钒含量在0.5%（质量分数）以下时，对焊接无不利影响，但含量增大时，则使钢淬透性增加，易产生裂纹。

9）铜。当铜含量在0.5%（质量分数）以下时，对焊接无不利影响。在铜、镍并存的情况下，铜含量即使达到1.7%（质量分数）亦无不利影响。

在上述各种元素中，碳的影响最为明显，因此常用碳当量法来估算被焊钢材的焊接性（硫、磷对钢材的焊接性影响也极大，但在各种合格钢材中，硫、磷一般都受到严格控制）。

碳钢及低合金结构钢常用的碳当量计算公式为

根据经验，当C_当量＜0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，焊接性优良，焊接时一般不需预热（但对厚大工件或在低温下焊接，也应考虑预热）。

当C_当量=0.4%～0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，焊接性较差，需要采用适当的预热和一定的工艺措施。

当C_当量>0.6%时，钢材的淬硬倾向强，焊接性不好，需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施。

但应注意的是：钢材的焊接性除与其化学成分有关外，还受金属组织的影响，如在焊接时，由于受热集中、冷却急骤以及化学成分不均匀等原因，使焊缝及热影响区（焊缝附近母材）的组织发生变化，因而引起内应力，同时促使力学性能降低。若产生淬火组织（如马氏体、托氏体），则金属塑性降低，脆性增大，因而焊接时易产生裂纹。一般低碳钢和低合金钢的正常组织是铁素体和珠光体的混合物，所以比较容易焊接，而淬火组织仅在很恶劣的条件下进行焊接或焊接特殊钢时才会产生。因此当焊接淬火倾向大的金属时，要制定严格的焊接制度，尽可能选用缩小热影响区的施焊方法，以保证焊接质量。

此外，钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度等因素的影响。例如，当钢板厚度增加时，结构刚度增大，焊后残留应力也较大，焊缝中心将出现三向拉应力，这时，钢材实际允许碳当量值将降低，并且焊接性较好的钢材若在低温下焊接，也有可能出现裂纹。

由此可见，利用碳当量法估算钢材焊接性是粗略的，在实际工作中确定材料焊接性时，除利用碳当量法进行初步估算外，还应根据情况进行抗裂试验，并配合进行焊接接头使用可靠性的试验，以作为制定合理工艺规程的依据。(https://www.xing528.com)

2.常用钢材的焊接性

表10-4～表10-6给出了常用钢材、非铁金属和铸铁的焊接性。

表10-4 常用钢材的焊接性