标牌(标识)设计、制作、安装新工艺新技术与新材料手册(十九)

第六篇 标牌(标识)安装新工艺新技术

对于焊接受压件,当壁厚大于或等于 时,应考虑采取焊后热处理或相应
的消除应力措施;壁厚大于" 时,必须进行焊后热处理,温度为"" "(;壁
厚大于" 时,待焊至工件厚度的) 时,应进行一次中间热处理后,再继续焊
接。中间热处理温度为" ""(,焊后热处理温度为"" "(。
()埋弧焊低碳钢的埋弧焊选用的焊丝和焊剂见表 。与焊条电弧焊相
比,埋弧焊可以采用较大的热输入,生产效率较高,熔池也较大。在生产中,采用埋
弧焊焊接较厚工件时,可以用一道或多道焊完成。多层埋弧焊焊第一道焊缝时,母
材的熔入比例大,若母材的碳含量较高时,焊缝金属的碳含量就会升高,同时,第一
道的埋弧焊容易形成不利的焊缝断面(如所谓的, 形截面),易产生热裂纹。因此
在多层埋弧焊焊接厚板时,要求在坡口根部焊第一道焊缝时采用的热输入要小些。
如采用焊条电弧焊打底的埋弧焊,上述情况基本可以避免。
()电渣焊大厚度工件的焊接可采用电渣焊。低碳钢的电渣焊的焊丝和焊
剂的选用见表 。
电渣焊时,电于电渣焊本身的特点决定了焊接熔池体积大,焊缝金属冷却速度
慢,焊缝金属的组织比较粗大,热影响区组织有过热现象,这些显著地降低了焊缝
及热影响区的强度和韧性。为了使焊接接头的性能满足产品的使用要求,一般焊
后需进行正火- 回火的热处理。
(.)/,
气体保护焊低碳钢采用/,
气体保护焊,为使焊缝金属具有足够的
力学性能和良好的抗裂纹及气孔的能力,采用含01 和含23 焊丝,如4"50123、
4"501236 等。除选择适当的焊丝外,起保护作用的/,
气体质量也很重要。若
在/,
气体中7 和4 的含量过高,焊接即使焊缝被保护得很好,01 和23 的数量也
足够,还是有可能在焊缝中出现气孔。/,
气体保护焊时,为使电弧燃烧稳定,要
求采用较高的电流密度,但电弧电压不能过高,否则焊缝金属的力学性能会降低,
焊接时会出现飞溅及电弧燃烧不稳定等情况。
二、中碳钢的焊接
)8 中碳钢的焊接特点
中碳钢的碳含量为"89 "89,与低碳钢相比,碳含量较高。随着钢中碳
: : 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

的质量分数的增加,钢材的强度和硬度增加,塑性和韧性下降,焊接性变差。主要
焊接缺陷是热裂纹、冷裂纹、气孔和接头脆性,有时热影响区的强度还会下降。当
钢中的杂质较多,焊件刚性较大时,焊接问题会更加突出。
中碳钢的焊接工艺
中碳钢焊接时,为了保证焊后不产生缺陷和得到满意的力学性能,采用如下焊
接工艺。
()焊接方法中碳钢焊接时,焊条电弧焊是最恰当的焊接方法,采用相应强
度等级的碱性焊条。在焊前不能预热的条件下,可以采用不锈钢焊条。焊条的选
择见表 。
表 中碳钢焊接用焊条的选择
钢号
焊条
要求等强的构件不要求等强的构件特殊情况

()坡口制备中碳钢焊接时,为了限制焊缝中的碳含量,减少熔合比,一般采
用/ 形或0 形坡口,并将坡口两侧的油污和铁锈等清除干净。
()预热大多数情况下,中碳钢焊接需要预热和控制层间温度,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(、( 钢预热温度
可为(, 1 (,2。刚性很大时,可将预热温度提高到(, 1 ,,2。
()焊接电源一般选用直流弧焊电源的反极性,这样可以使熔深减少,起到
降低裂纹倾向和气孔的敏感性的作用。
(()焊后热处理焊后尽量立即进行消除应力热处理,特别是厚度大或刚性大
的工件。消除应力热处理的温度一般为,, 1 3,,2。如果焊后不能进行消除应力
热处理,也要采取保温、缓冷措施,以减少裂纹的产生。
, 4 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

第三节合金结构钢的焊接
一、合金结构钢概述
用于制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢。合金结构钢是在碳钢的基
础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的。在研究焊接结构用合金结构钢的焊接
性和焊接工艺时,在综合考虑化学成分、力学性能及用途等因素的基础上,将合金
结构钢分为高强度钢(强度用钢)( (—)) 规定,屈服点),-./、抗
拉强度0 1 )-./ 的钢均称为高强度钢)和专业用钢两大类。
2 高强度钢
高强度钢的种类很多,强度差别也很大,在讨论焊接性时,按照钢材供货的热
处理状态将其分为热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢三类。采用这样的分
类方法,是因为钢的供货热处理状态是由其合金系统、强化方式、显微组织所决定
的,而这些因素又直接影响钢的焊接性与力学性能,所以同一类的钢其焊接性是比
较接近的。
()热轧及正火钢以热轧或正火供货和使用的钢称为热轧及正火钢。这类
钢的屈服点 3 ), 4 ()-./,主要包括 ,)—))(《低合金结构钢》中的
5), 4 5(6 钢。这类钢通过合金元素的固溶强化和沉淀强化而提高强度,属非热
处理强化钢。它的冶炼工艺比较简单,价格低廉,综合力学性能良好,具有优良的
焊接性,同时也是品种和质量发展最快的一类钢。
()低碳调质钢这类钢在调质状态下供货和使用,属于热处理强化钢。它的
屈服点 3 (( 4 )7-./,具有较高的强度、优良的塑性和韧性,可直接在调质状
态下焊接,焊后不需再进行调质处理。在焊接结构中,低碳调质钢越来越受到重
视,是具有广阔发展前途的一类钢。
()中碳调质钢这类钢属于热处理强化钢,其碳含量较高,屈服点 3 77 4
6 ) 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

,与低碳钢相比,合金系统比较简单。碳含量高可有效地提高调质处理后
的强度,但塑性、韧性相应下降,而且焊接性变差。一般需要在退火状态下进行焊
接,焊后要进行调质处理。这类钢主要用于制造大型机器上的零件和要求强度高
而自重小的构件。
( 专业用钢
把满足某些特殊工作条件的钢种总称为专业用钢。按用途的不同,其分类品
种很多,常用于焊接结构制造的有如下几种。
()珠光体耐热钢这类钢主要用于制造工作温度在) ,范围内的设
备,具有一定高温强度和抗氧化能力。
()低温用钢用于制造在- - .,低温下工作的设备。主要特点是韧
脆性转变温度低,具有良好的低温韧性。目前应用最多的是低碳的含镍钢。
(/)低合金耐蚀钢主要用于制造在大气、海水、石油、化工产品等腐蚀介质中
工作的各种设备,除要求钢材具有合格的力学性能外,还应对相应的介质有耐蚀能
力。耐蚀钢的合金系统随工作介质不同而不同。
二、合金结构钢的焊接
( 热轧及正火钢的焊接
热轧及正火钢属于非热处理强化钢,其冶炼工艺简单,价格较低,综合力学性
能良好,具有优良的焊接性,应用广泛。但是受其强化方式的限制,这类钢只有通
过热处理强化,才能在保证综合力学性能的基础上进一步提高强度。
热轧及正火钢包括热轧钢和正火钢。正火钢中的含银铜需在正火0 回火条件
下才能保证良好的塑性和韧性。因此,正火钢又可分为在正火状态下使用和正火
0 回火状态下使用两类。
()热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢属于非热处理强化钢,碳及合金元
素的含量都比较低,总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高,
焊接性也会变差,使热影响区母材性能下降,产生焊接缺陷。
粗晶区脆化热影响区中被加热到,以上的粗晶区是焊接接头的薄
弱区。热轧及正火钢焊接时,如热输入过大或过小都可能使粗晶区脆化。
. 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

冷裂纹热轧钢虽然含少量的合金元素,但其碳当量比较低,一般情况下其
冷裂倾向不大。
"热裂纹一般情况下,热轧及正火钢的热裂倾向小,但有时也会在焊缝中出
现热裂纹。
层状撕裂大型厚板焊接结构如在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力,可
能沿钢材轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。
()热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接性较好,表现在对焊接方
法的适应性强,工艺措施简单,焊接缺陷敏感性低且较易防止,产品质量稳定。
焊接方法的选择热轧及正火钢可以用各种焊接方法焊接,不同的焊接方
法对产品质量无显著影响。通常根据产品的结构特点、批量、生产条件及经济效益
等综合效果选择焊接方法。生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、"

体保护焊和电渣焊等。
热轧及正火钢可以用各种切割方法下料,如气割、电弧气刨、等离子弧切割等。
强度级别较高的钢,虽然在热切割边缘会形成淬硬层,但在后续的焊接时可熔入焊
缝而不会影响焊接质量。因此,切割前一般不需预热,割后可直接焊接而不必加
工。
热轧及正火钢焊接时,对焊接质量影响最大的是焊接材料和焊接参数。
焊接材料的选用热轧及正火钢主要用于制造受力构件,要求焊接接头具
有足够的强度、适当的屈强比、足够的韧性和低的时效敏感性,即具有与产品技术
条件相适应的力学性能。因此,选择焊接材料时,必须保证焊接金属的强度、塑性、
韧性等力学性能指标不低于母材,同时还要满足产品的一些特殊要求,如中温强
度、耐大气腐蚀等,并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材相同。常用的
热轧及正火钢常用焊接材料见表 。
表 热轧及正火钢焊接材料选用举例
钢号焊条型号
埋弧焊电渣焊
焊丝焊剂焊丝焊剂
"

预热温度的确定焊前预热可以控制焊接冷却速度,减少或避免热影响区
淬硬马氏体的产生,降低热影响区硬度,降低焊接应力,并有助于氢从焊接接头中
逸出。但预热常常恶化劳动条件,使生产工艺复杂化,尤其是不合理的、过高的预
热还会损害焊接接头的性能。预热温度受母材成分、焊件厚度与结构、焊条类型、
拘束度以及环境温度等因素的影响。因此,焊前是否需要预热以及合理的预热温
度,都需要认真考虑或通过实验确定。
"焊后热处理热轧及正火钢常用的热处理制度有消除应力退火、正火或正
火 回火等。通常要求热轧及正火钢进行焊后热处理的情况较多,如母材屈服点
4 6 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

,为了防止延迟裂纹,焊后要立即进行消除应力退火或消氢处理。
厚壁压力容器为了防止由于焊接时在厚度方向存在温差,而形成三向应力场
所导致的脆性破坏,焊后要进行消除应力退火;电渣焊接头为了细化晶粒,提高接
头韧性,焊后一般要求进行正火或正火 回火处理;对可能发生应力腐蚀开裂或要
求尺寸稳定的产品,焊后要进行消除应力退火。同时焊后要进行机械加工的构件,
在加工前还应进行消除应力退火。
在确定退火温度时,应注意退火温度不应超过焊前的回火温度,以保证母材的
性能不发生变化。对有回火脆性的钢,应避开回火脆性的温度区间。
() 低碳调质钢的焊接
低碳调质钢属于热处理强化钢。这类钢强度高,具有优良的塑性和韧性,可直
接在调质状态下焊接,焊后不需再进行调质处理。但低碳调质钢生产工艺复杂,成
本高,进行热加工(成形、焊接等)时对焊接参数限制比较严格。然而,随着焊接技
术的发展,在焊接结构制造中,低碳调质钢越来越受到重视,具有广阔的发展前景。
()低碳调质钢的焊接性由于冷却速度较高引起的冷裂纹;由于成分(如
,、-、. 等元素)引起的消除应力裂纹;在焊接热影响区,还会产生脆化和软化现
象。一般低碳调质钢的热裂纹的倾向较小。
(()低碳调质钢的焊接工艺低碳调质钢多用于制造重要焊接结构,对焊接质
量要求高。同时,这类钢的焊接性对成分变化与[/]都很敏感,如同一牌号钢而炉
号不同时,合金成分不同,所需的预热温度不同;当[/]上升时,预热温度亦需相应
提高。为了保证焊接质量,防止焊接裂纹或热影响区性能下降,从焊前准备到焊后
热处理的各个环节都需进行严格控制。
接头与坡口形式设计对于01 的低碳调质钢,焊缝布置与接头的
应力集中程度都对接头质量有明显影响。合理的接头设计应使应力集中系数尽可
能小,且具有好的可焊性,便于焊后检验。一般来说,对接焊缝比角焊缝更为合理,
同时更便于进行射线或超声波探伤。坡口形式以2 形或. 形为佳,单边. 形也可
采用,但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。为了降低焊接应
力,可采用双. 形或双2 形坡口。对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接
头或坡口,都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。
低碳调质钢的坡口可用气割切制,但切割边缘的硬化层,要通过加热或机械加
3 1 " 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

工消除。板厚 时,切割前不需预热;板厚,应进行" "预
热。强度等级较高的钢,最好用机械切割或等离子弧切割。
焊接方法选用为了使调质状态的钢焊后的软化降到最低程度,应采用比
较集中的焊接热源。对于(), 的钢,可用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极或熔化
极气体保护焊等方法焊接,其中()-), 的钢最好用熔化极气体保护焊;(
.-, 的钢,则必须采用钨极氩弧焊或电子束焊等方法。如果由于结构形式的原
因必须采用大焊接热输入的焊接方法(如多丝埋弧焊或电渣焊),焊后必须进行调
质处理。
"焊接材料的选用低碳调质钢焊接材料的选用,一般按等强原则。低碳调
质钢在调质状态下进行焊接时,选用的焊接材料应保证焊缝金属与调质状态的母
材具有相同的力学性能。在接头拘束度很大时,为了防止冷裂纹,可选用强度略低
的填充金属。具体焊接材料选用举例见表) / )。
表) / ) 低碳调质钢焊接材料选用举例
焊法
牌号
焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊电渣焊

)
牌号
焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊电渣焊


焊接低碳调质钢时,氢的危害更加突出,必须严格控制。随着母材强度的提
高,焊条药皮中允许的含水量降低。如焊接7)89 的钢所用的焊条,药皮中
允许的含水量":-6,而焊接7;89 的钢,规定含水量":(6。因此,一般
低氢型焊条在焊前必须按规定烘干,烘干后放置在保温筒内。耐吸潮低氢型焊条
在烘干后,可在相对湿度6的环境中放置-<= 以内,药皮含水量不会超过规定标
准。
预热温度对低碳调质钢预热的目的主要是防止冷裂,对改善组织没有明
显作用。为了防止高温时冷却速度过低而产生脆性组织,预热温度不宜过高,一般
不超过->。预热温度过高,将使韧性下降。
: 中碳调质钢的焊接
中碳调质钢也是热处理强化钢,虽然其较高的碳含量可以有效提高调质处理
后的强度,但塑性、韧性相应下降,焊接性能变差,所以这类钢需要在退火状态下焊
接,焊后还要进行调质处理。为保证钢的淬透性和防止回火脆性,这类钢含有较多
的合金元素。
中碳调质钢在调质状态下具有良好的综合性能,常用于制造大型齿轮、重型工
程机械的零部件、飞机起落架及火箭发动机外壳等。
(()中碳调质钢的焊接性
@ ; 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

焊接热影响区的脆化和软化中碳调质钢由于碳含量高、合金元素多,钢的
淬硬倾向大,在淬火区产生大量脆硬的马氏体,导致严重脆化。
"冷裂纹中碳钢的淬硬倾向大,近缝区易出现的马氏体组织,增大了焊接接
头的冷裂倾向,在焊接中常见的低合金钢中,中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感
性。
热裂纹中碳调质钢的碳及合金元素含量高,偏析倾向也较大,因而焊接时
具有较大的热裂纹敏感性。
()中碳调质钢的焊接工艺由于中碳调质钢的焊接性较差,对冷裂纹很敏
感,热影响区的性能也难以保证。因此,只有在退火(正火)状态下进行焊接,焊后
整体结构进行淬火和回火处理,才能比较全面的保证焊接接头的性能与母材相匹
配。中碳调质钢主要用于要求高强度而对塑性要求不太高的场合,在焊接结构制
造中应用范围远不如热轧及正火钢或低碳调质钢那样广泛。
中碳调质钢在退火状态下的焊接工艺要点
" 焊接材料的选用。为了保证焊缝与母材在相同的热处理条件下获得相同
的性能,焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同。同时,为了防止焊缝产
生裂纹,还应对杂质和促进金属脆化元素(如、、、 等)更加严格限制。对淬硬
倾向特别大的材料,为了防止裂纹或脆断,必要时采用低强度填充金属,常用焊接
材料见表( ) 。
表( ) 中碳调质钢焊接材料举例
牌号焊条电弧焊
气体保护焊埋弧焊

焊焊丝氩弧焊焊丝焊丝焊剂
备注
,-./012
34 ) ,(356./72 焊芯)
34 ) 8(39385 焊芯)
34 ) 8(393,- 焊芯)
356./72 356./72
3:,;- ) 5
3:(-
3:,;- ) 5 为
6-< = 6< 的
3:,;- 与56<
= -< 黏结焊
剂5 号的混合

6 ( > 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

续表
牌号焊条电弧焊
气体保护焊埋弧焊

焊焊丝氩弧焊焊丝焊丝焊剂

<= 焊接工艺要点。在焊接方法选用上,由于不强调焊接热输入对接头性能的
影响,因而基本上不受限制。采用较大的焊接热输入并适当提高预热温度,可以有
效地防止冷裂。一般预热温度及层间温度可控制在. > 之间。
为了防止延迟裂纹,焊后要及时进行热处理。若及时进行调质处理有困难时,
可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间,以排除扩散氢并软化热影
响区组织。中间退火还有消除应力的作用。对结构复杂、焊缝较多的产品,为了防
止由于焊接时间过长而在中间发生裂纹,可在焊完一定数量的焊缝后,进行一次中
间退火。
0 ( 0 ) 钢具有回火脆性,这类钢焊后回火温度应避开回火脆性的温度范
@ 7 @ 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

围( ),一般采用淬火 高温回火,并在回火时注意快冷,以避免第二类
回火脆性。在强度要求较高时,可进行淬火 低温回火处理。
中碳调质钢在调质状态下的焊接工艺要点在调质状态下焊接,要全面保
证焊接质量比较困难,而同时解决冷裂纹、热影响区脆化及软化三方面的问题,所
采用的工艺措施相互间有较大矛盾。因此,只有在保证不产生裂纹的前提下尽量
保证接头的性能。
一般采用热量集中、能量密度高的焊接热源,在保证焊透的条件下尽量用小焊
接热输入,以减小热影响区的软化,如选用氩弧焊、等离子弧焊或电子束焊效果较
好。预热温度、层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回火温度"以上。同时
为了防止冷裂纹,可以用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条。
( 珠光体耐热钢的焊接
高温下具有足够强度和抗氧化性的钢称为耐热钢。珠光体耐热钢是以铬、钼
为主要合金元素的低合金钢,由于它的基体组织是珠光体(或珠光体 铁素体),故
称珠光体耐热钢。
())珠光体耐热钢的性能
"高温强度普通碳素钢长时间在温度超过情况下工作时,在不太大
的应力作用下就会破坏,因此不能用来制造工作温度大于的容器等设备。
铬和钼是组成珠光体耐热钢的主要合金元素,其中银本身的熔点很高,因而能显著
提高金属的高温强度,就是在" 时仍保持有较高的强度。衡量高温强度
的指标有蠕变强度和持久强度。
高温抗氧化性在钢中加入铬,则由于铬和氧的亲和力比铁和氧的亲和力
大,高温时,在金属表面首先生成氧化铬,由于氧化铬非常致密,这就相当于在金属
表面形成了一层保护膜,从而可以防止内部金属受到氧化,所以耐热钢中一般都含
有铬。
耐热钢中还可加入钨、铌、铝、硼等合金元素以提高高温强度。
()珠光体耐热钢的焊接性
"淬硬性主要合金元素铬和钼等都显著地提高了钢的淬硬性,在焊接热循
环决定的冷却条件下,焊缝及热处理区易产生冷裂纹。
再热裂纹由于含有铬、钼、钒等合金元素,焊后热处理过程中易产生再热
裂纹,再热裂纹常产生于热影响区的粗晶区。
, 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

回火脆性铬钼钢及其焊接接头在 "温度区间长期运行过程中发
生剧烈脆变的现象称为回火脆性。
()珠光体耐热钢的焊接工艺
"焊接方法一般的焊接方法均可焊接珠光体耐热钢,其中焊条电弧焊和埋
弧自动焊的应用较多,(
气体保护焊也日益增多,电渣焊在大断面焊接中得到应
用。在焊接重要的高压管道时,常用钨极氩弧焊封底,然后用熔化极气体保护焊或
焊条电弧焊盖面。
焊接材料选配低合金耐热钢焊接材料的原则是焊缝金属的合金成分与强
度性能应基本上与母材相应指标一致或应达到产品技术条件提出的最低性能指
标。焊条的选择见表) 。使用焊条时应严格遵守碱性焊条的各项规则。主要
是:焊条的烘干、焊件的仔细清理、使用直流反接电源、用短弧焊接等。另外焊件焊
后不能进行热处理,而铬含量又高时,可以选用奥氏体不锈钢焊条焊接。
铬钼耐热钢埋弧焊时,可选用与焊件成分相同的焊丝配焊剂,- 进行焊接。
预热焊接珠光体耐热钢一般都需要预热。预热是焊接珠光体耐热钢的重
要工艺措施。为了确保焊接质量。不论是在点固焊或焊接过程中,都应预热并保
持在." 温度范围内,见表) 。
表) 常见珠光体耐热钢的焊条的选用及预热、焊后热处理
材料牌号
焊接工艺
预热温度/ 电焊条
"
. 6 5 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

续表
材料牌号
焊接工艺
预热温度 电焊条
焊后热处理"

焊后缓冷这是焊接珠光体耐热钢必须严格遵循的原则,即使在炎热的夏
季也必须做到这一点。一般是焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区,小的焊件可
以直接放在石棉灰中。覆盖必须严实,以确保焊后缓冷。
"焊后热处理焊后应立即进行焊后热处理,其目的是为了防止冷裂纹、消除
应力和改善组织。对于厚壁容器及管道,焊后常进行高温回火,即将焊件加热至
6// 0 61/"。保温一定时间,然后在静止空气中冷却,见表8 3 <。
另外,在整个焊接过程中,应使焊件(焊缝附近/ 0 // 范围)保持足够的
温度。实行连续焊和短道焊,并尽量在自由状态下焊接。
1@ 低温用钢的焊接
()低温用钢的成分和性能低温用钢主要用于低温下,即在3 9/ 0 3 96"
之间工作的容器、管道和结构,因此要求这种钢:低温下有足够的强度,特别是它的
屈服点;低温下具有足够的韧性;对所容纳物质有耐蚀性;低温用钢的绝大部分是
板材,都要经过焊接加工,所以焊接性十分重要。此外,为保证冷加工成形,还要求
钢材有良好的塑性,一般碳钢中低温用钢的伸长率不低于A,合金钢不低于
7A。
低温用钢大部分是接近铁素体型的低合金钢,因此从化学成分来看,其明显特
点是低碳或超低钢( B /@/8A),主要通过加入铝、钡、铌、钛、稀土等元素固溶强化,
并经过正火、回火处理获得细化晶粒均匀的组织,从而得到良好的低温韧性。为保
证低温韧性,还应严格限制磷、硫等杂质含量。
9 6 C 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

低温用钢可按韧性可达到的最低使用温度分类;低温韧性与合金化及显微组
织密切相关,因此也常按显微组织来分类。低温用钢按显微组织又可分为铁素体
型、低碳马氏体型和奥氏体型等多种。
()低温用钢的焊接性低温用钢的碳含量低,硫磷含量也限制在较低范围
内,其淬硬倾向和冷裂倾向小,具有良好的焊接性。焊接主要问题是防止焊缝和过
热区出现粗晶过热组织,保证焊缝和过热区(粗晶区)的低温韧性;其次由于镍能促
成热裂,所以焊接含镍钢,特别是" 钢要注意液化裂纹问题。
()低温用钢的焊接工艺
焊接材料低温用钢对焊接材料的选择必须保证焊缝含有害杂质硫、磷、
氧、氮最少,尤其含镍钢更应严格控制杂质含量,以保证焊缝金属良好的韧性。由
于对低温条件要求不同,应针对不同类型低温钢选择不同的焊接材料。焊接低温
用钢的焊条见表 ( ",焊接( )级,-. 低温用钢可采用/0,0 ( 1 或/0, ( 1
高韧性焊条。
表 ( " 低温用钢焊条
焊条牌号焊条型号焊缝金属合金系统主要用途
233 低碳-. ( 4 ( 56 系焊接( 3工作的"-.7 及"-.8569/ 钢
233
/00,0
( 5,
低碳-. ( 4 ( 系焊接( 3工作的低温钢及:0 钢
2"3
/00,0
( 5
低碳-. ( 4 ( 系焊接( "工作的0 钢
2,3
低碳-. ( 4 (
( -; ( 56 系
焊接( ,工作的-.<、=><56 及:0 钢
注:,: 焊条牌号前加“2”,表示低温用钢焊条。
: 焊条牌号第一、第二位数字,表示低温用钢焊条的工作温度等级,如233 的低温温度等级为( 3。
: 表中焊条为低氢钠型药皮,采用直流电源。
埋弧焊时,可用中性熔炼焊剂配合-. ( -; 焊丝或碱性熔炼焊剂配合含 焊
丝;也可采用5 ( -. 钢焊丝配合碱性非熔炼焊剂,由焊剂向焊缝渗入微量8、 合
金元素,以保证焊缝金属获得良好的低温韧性。
3 " 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

低温用钢焊接工艺要点
焊前预热。板厚和刚性较大时,焊前要预热," 钢要求(),
钢()) , (),其余低温用钢均不需预热。
-" 严格控制热输入。焊接热输入如过大,会使焊缝金属韧性下降,为最大限
度减少过热应采用尽量小的热输入。
." 适当增加坡口角度和焊缝焊道数目。采用无摆动快速多层、多道焊,控制
层间温度,减轻焊道过热,通过多层焊的重热作用细化晶粒。
/" 在焊接结构制造过程中减少应力集中。采取种种措施,尽量防止在接头的
过热区和工件上应力集中,例如填满弧坑、避免咬边、焊缝表面圆滑过渡、产品各种
角焊缝必须焊透等;工件表面装配用的定位块和楔子去除后所留的焊疤均应打磨。
0" 焊后消除应力处理。镍钢及其他铁索体型低温用钢,当板厚或其他因素造
成残余应力较大时,需进行消除应力热处理,有利于改善焊接接头的低温韧性,其
余不考虑。
1" 低合耐腐蚀钢的焊接
低合耐腐蚀钢包括的范围很广,根据用途可分为耐大气腐蚀钢、耐海水腐蚀钢
和石油化工中用的耐硫和硫化物腐蚀钢。这里只对前两种耐腐蚀钢的焊接作简单
介绍。
(()耐大气腐蚀钢、耐海水腐蚀钢的成分和性能许多建筑、桥梁、铁路、车辆、
矿山机械等结构长期暴露在室外,受自然大气和工业大气作用,特别是受潮湿空气
侵蚀,因此要求它们应有良好耐大气腐蚀性能,也称为耐候钢;又如船舶、码头建
筑、海上勘探设备、海上石油平台、海底电缆设施等,则要求耐海水浸蚀和耐海洋性
气氛腐蚀。这两种耐蚀钢既要有足够的强度,又要求良好耐大气、海水腐蚀的性
能,这就需要在低合金高强钢的基础上添加上些能提高抗腐蚀能力的元素。铜和
磷是提高钢材耐大气、海水腐蚀最有效的合金元素,加入铬也能有效提高钢耐海水
腐蚀的能力。为了降低含磷钢的冷脆敏感性和改善焊接性,要限制钢中的碳含量
(2)"(1)。
(3)耐大气腐蚀钢、耐海水腐蚀钢的焊接特点铜、磷耐蚀钢对焊接热循环不
敏感,焊接性良好,其焊接工艺与强度较低(4 5 6 , 378)的热轧钢相同。
焊接耐候腐蚀钢和耐海水腐蚀钢的焊条见表1 9 (),埋弧焊时,采用:);7<=、
6 > 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

焊丝配合()" 焊剂。
表 " 焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条
牌号型号药皮类型焊接电流主要用途
(,-,. /()) 钛钙型交直流焊接",-0,. 等
1,.2 钛钙型交直流
焊接,. 2 系耐候耐海水腐蚀钢
"2345/、62、7,.289 等
139,. /1) : 钛钙型交直流
焊接耐候铁道车辆7,.289
及日本;2< 钢
1=,- /1) : 钛钙型交直流焊接耐候铁道车辆7,.289
1,-39,. /1) : 钛钙型交直流焊接耐候及近海工程结构
1=,. /1" : 低氢钾型交直流焊接耐候钢7,.289
139,. /1" : 低氢钾型交直流焊接耐候钢
1>39,. /1"1 : 低氢钾型直流反接焊接耐候钢
1>,-39 /1"1 : 低氢钾型直流反接焊接耐海水腐蚀钢的海洋重要结构
第四节不锈钢、耐热钢的焊接
一、不锈钢、耐热钢的类型及性能特点
这里只涉及高合金钢,并且只简要归纳一下与焊接性有关的某些要点。详见
1 > 7 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

金属学与热处理教材或有关手册。
不锈钢及耐热钢类型
()按用途分类
不锈钢包括高铬钢( 之类)、铬镍钢(()(,(,-( 等)、铬
锰氮钢(.,/,-)。主要用于有侵蚀性的化学介质(主要是各类酸),要求能
耐腐蚀,对强度要求不高。
"热稳定钢主要用于高温下要求抗氧化或耐气体介质腐蚀的一类钢,也称
为抗氧化不起皮钢。对于高温强度并无特别要求。常用的有铭镍钢(0(1、
0(12( 之类)、高铭钢(.、0( 等)。
热强钢在高温下既要能抗氧化或耐气体介质腐蚀,又必须具有一定的高
温强度。主要是高铬镍钢(()(、30(1、33(34,-)。多元合金化的
以 为基的马氏体钢(如,-45)也用作热强钢。
习惯上将热稳定钢和热强钢称为耐热钢。
()按组织分类各种不锈钢都具有良好的化学稳定性,将不锈钢加热到)11
6 117淬火后,按空冷后室温所得到的组织不同,可分为五大类。
奥氏体钢是应用最广的一种。高铬镍钢及高铬锰钢均属此类,其中,铬镍
奥氏体钢是最通用的钢种。以( 为代表的系列(简称 8 ),主要用于耐蚀
条件下;以0(1 为代表的系列(简称0 8 1),则主要用作热稳定钢,提高碳含
量则可用作热强钢。
" 双相钢主要是指奥氏体8 铁素体双相钢,如(0(、
11(0,-2(,具有很优异的耐蚀性能,尤其是耐应力腐蚀开裂性能。
铁素体钢含 为.9 6 9的高铬钢属此类,主要用作热稳定钢,也可
用作耐蚀钢。
马氏体钢 系列及以 为基的多元合金化的钢均属马氏体钢。
沉淀硬化型不锈钢将 8 钢的( 量适当降低并稍加调整成分,可获得
一种能够经沉淀强化处理的不锈钢,不仅具有很好的耐蚀性,而且具有很高的强
度。有代表性的钢号有11.(.:; (. 8 .<=)及11.(3>3(. 8 .<=)。
" 不锈钢的耐腐蚀性
不锈钢的耐腐蚀性是基于其主加元素铬在钢表面形成致密氧化膜对钢的钝化
@ . ) 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

作用。金属受介质的化学及电化学作用而破坏的现象称为腐蚀,不锈钢的腐蚀形
式主要有以下几种。
()均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属整个表面产生腐蚀的现象,称为均匀
腐蚀,也称整体腐蚀。它是一种表面腐蚀。如图" ()所示。不锈钢具有良好
的耐腐蚀性能,它的均匀腐蚀量并不大。
()晶间腐蚀奥氏体不锈钢在() ()加热时,会由于沿晶界沉淀出铅的
碳化物,致使晶粒周边形成贫铬区,在腐蚀介质作用下即可沿晶粒边界深入金属内
部,产生在晶粒之间的一种腐蚀称为晶间腐蚀。如图" (,)所示。此类腐蚀在
金属外观未有任何变化时就造成破坏,因此是不锈钢最危险的一种破坏形式。
图" 腐蚀的破坏形式
(-)点状腐蚀腐蚀集中于金属表面的局部范围,并迅速向内部发展,最后穿
透。如图" (.)所示。不锈钢表面与氯离子接触时,因氯离子容易吸附在钢的
表面个别点上,破坏了该处的氧化膜,就很容易发生点状腐蚀。不锈钢的表面缺
陷,也是引起点状腐蚀的重要原因之一。
()应力腐蚀开裂是一种全属在腐蚀介质和表面拉伸应力联合作用下产牛
的脆性开裂现象。它的一个最重要的特点是腐蚀介质与金属材料的组合会选择
性,即一定的金属只有在一定的介质当中才会发生此种腐蚀。奥氏体钢焊接接头
最易于出现这一问题。
-/ 耐热钢的高温性能
()抗氧化性耐热钢中一般均含有(01、23 或45,可形成致密完整的氧化膜,
因而均可具有很好的抗氧化性能。
()热强性所谓热强性,指在高温下长时工作时对断裂时的抗力(即持久强
度),或在高温下长期工作时抗塑性变形的能力(即蠕变抗力)。
(-)高温脆性耐热钢在热加工或长期高温工作中,可能产生脆化现象。除了
6 6 7 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

如 钢在附近的回火脆性、高铬铁素体钢的晶粒长大脆化以及奥氏体钢
沿晶界析出碳化物所造成的脆化之外,值得注意的还有所谓()脆性及相脆
化。
二、不锈钢的焊接
焊接不锈钢时,如果焊接工艺不当或焊接材料选用不正确,会产生一系列的缺
陷。这些缺陷主要有耐蚀性的下降和焊接裂纹的形成,这将直接影响焊接接头的
力学性能和焊接接头的质量。
奥氏体不锈钢的焊接
()奥氏体不锈钢的焊接性不锈钢中以奥氏体不锈钢最为常见,奥氏体不锈
钢的塑性和韧性很好,具有良好的焊接性,焊接时一般不需要采取特殊的工艺措
施。如果焊接材料选用不当或焊接工艺不合理时,会使焊接接头产生如下问题。
晶间腐蚀受到晶间腐蚀的不锈钢,从表面上看来没有痕迹,但在受到应力
时即会沿晶界断裂,几乎完全丧失强度。奥氏体不锈钢在焊接不当对,会在焊缝和
热影响区造成晶间腐蚀,有时在焊缝和基本金属的熔合线附近发生如刀刃状的晶
间腐蚀,称为刃状腐蚀。
"应力腐蚀不锈钢在静应力(内应力或外应力)作用下,在腐蚀性介质中发
生的破坏。
热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷,特别是含镍量
较高的奥氏体不锈钢更易产生。因此,奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳
钢大得多。
焊接接头的脆化奥氏体不锈钢的焊缝在高温() ,))加热一段时间
后,常会出现冲击韧性下降的现象,称为脆化。常见的脆化有:()脆化,相脆
化。
对奥氏体不锈钢结构,多数情况下都有耐蚀性的要求。因此,为保证焊接接头
的质量,需要解决的问题比焊接低碳钢或低合金钢时要复杂得多,在编制工艺规程
时,必须考虑备料、装配、焊接各个环节对接头质量可能带来的影响。此外,奥氏体
钢导电、导热性差,线膨胀系数大等特殊物理性能,也是编制焊接工艺时必须考虑
的重要因素。
, ) - 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

奥氏体不锈钢焊接工艺的内容,包括焊接方法与焊接材料的选择、焊前准备、
焊接参数的确定及焊后处理等。由于奥氏体不锈钢的塑性、韧性好,一般不需焊前
预热。
()焊接方法的选择奥氏体不锈钢具有较好的焊接性,可以采用焊条电弧
焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和等离子弧焊等熔焊方法,并且焊接接头具有相当好
的塑性和韧性。因为电渣焊的热过程特点,会使奥氏体不锈钢接头的抗晶间腐蚀
能力降低,并且在熔合线附近易产生严重的刀蚀,所以一般不应用电渣焊。
(")焊接材料的选择奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则,应使焊缝金属的合
金成分与母材成分基本相同,并尽量降低焊缝金属中的碳含量和、 等杂质的含
量。奥氏体不锈钢焊接材料的选用见表 。
表 奥氏体不锈钢焊接材料的选用
钢的牌号焊条型号(牌号) 氩弧焊焊丝埋弧焊焊丝埋弧焊焊剂

(:)焊前准备
下料方法的选择奥氏体不锈钢中有较多的铬,用一般的氧 乙炔切割有
困难,可用机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工,机械
切割最常用的有剪切、刨削等。
- 2 - 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

坡口的制备在设计奥氏体不锈钢焊件坡口形状和尺寸时,应充分考虑奥
氏体不锈钢的线膨胀系数会加剧接头的变形,应适当减小 形坡口角度。当板厚
大于" 时,应尽量选用焊缝截面较小的 形坡口。
"焊前清理为了保证焊接质量,焊前应将坡口两侧 ( 范围内的焊
件表面清理干净,如有油污,可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特
别高的焊件,应在适当范围内涂上用白垩调制的糊浆,以防飞溅金属损伤表面。
表面防护在搬运、坡口制备、装配及定位焊过程中,应注意避免损伤钢材
表面,以免使产品的耐蚀性降低。如不允许用利器划伤钢板表面,不允许随意到处
引弧等。
())焊接工艺参数的选择焊接奥氏体不锈钢时,应控制焊接热输入和层间温
度,以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出。下面对几种常用焊接方法的工艺参
数加以说明。
焊条电弧焊由于奥氏作不锈钢的电阻较大,焊接时产生的电阻热较大,同
样直径的焊条,焊接电流值应比低碳钢焊条降低左右。焊接工艺参数见表
, "。焊条长度亦应比碳素钢焊条短,以免在焊接时由于药皮的迅速发红而失去
保护作用。奥氏体不锈钢焊条即使选用酸性焊条,最好也采用直流反接施焊,因为
此时焊件是负极,温度低,受热少,而且直流电源稳定,也有利于保证焊缝质量。此
外,在焊接过程中,应注意提高焊接速度,同时焊条不进行横向摆动,这样可有效地
防止晶间腐蚀、热裂纹及变形的产生。
表 , " 不锈钢焊条电弧焊工艺参数
焊件厚度- 焊条直径-
焊接电流- .
平焊立焊仰焊

3 " )2 " "
3 4 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

钨极氩弧焊对于钨极氩弧焊一般采用直流正接,这样可以防止因电极过
热而造成焊缝中渗钨的现象。钨极氩弧焊工艺参数见表 。
表 不锈钢钨极氩弧焊工艺参数
板厚 钨极直径 焊接电流 焊丝直径( 氩气流量 () )

"熔化极氩弧焊一般采用直流反接法。为了获得稳定的喷射过渡形式,要
求电流大于临界电流值。焊接工艺参数见表 2。
表 2 奥氏体不锈钢熔化极氩弧焊工艺参数
板厚( 焊丝直径( 焊接电流( 电弧电压(6
焊接速度
( 7)
氩气流量 () )

. 4 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

续表
板厚" 焊丝直径" 焊接电流 电弧电压
焊接速度
(" )
氩气流量 ( "())

埋弧焊由于埋弧焊时热输入大,金属容易过热,对不锈钢的耐蚀性有一定
的影响。因此,在奥氏体不锈钢焊接中,埋弧焊的应用不如在低合金钢焊接中那样
普遍。
"等离子弧焊对于等离子弧焊焊接参数调节范围很宽,可用大电流(/,,
以上),利用小孔效应,一次焊接厚度可达-/"",并实现单面焊双面成形。用很小
的电流,也可焊很薄的材料,如在微束等离子弧焊时,用-,, 0 -2," 的电流可焊厚
度为,,- 0 ,,/"" 的薄板。
(.)奥氏体不锈钢的焊后处理为增加奥氏体不锈钢的耐蚀性,焊后应对其进
行表面处理,处理的方法有表面抛光、酸洗和钝化处理。
表面抛光不锈钢的表面如有刻痕、凹痕、粗糙点和污点等,会加快腐蚀。
将不锈钢表面抛光,就能提高其抗腐蚀能力。表面粗糙度值越小,抗腐蚀性能就越
好。因为粗糙度值小的表面能产生一层致密而均匀的氧化膜,这层氧化膜能保护
内部金属不再受到氧化和腐蚀。
酸洗经热加工的不锈钢和不锈钢热影响区都会产生一层氧化皮,这层氧
化皮会影响耐蚀性,所以焊后必须将其除去。
酸洗时,常用酸液酸洗和酸膏酸洗两种方法。酸液酸洗又有浸洗和刷洗两种。
酸液和酸膏的配方见相关资料。
钝化处理钝化处理是在不锈钢的表面用人工方法形成一层氧化膜,以增
加其耐蚀性。钝化是在酸洗后进行的,经钝化处理后的不锈钢,外表全部呈银白
/ 5 4 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

色,具有较高的耐蚀性。钝化液的配方见相关资料。
()焊后检验奥氏体不锈钢一般都具有耐蚀性的要求,所以焊后除了要进行
一般焊接缺陷的检验外,还要进行耐蚀性试验。
耐蚀性试验应根据产品对耐蚀性能的要求而定。常用的方法有不锈钢晶间腐
蚀试验、应力腐蚀试验、大气腐蚀试验、高温腐蚀试验、腐蚀疲劳试验等。不锈耐酸
钢晶间腐蚀倾向试验方法已纳入国家标准,可用于检验不锈钢的晶间腐蚀倾向。
" 铁素体、马氏体钢的焊接
()铁素体不锈钢的焊接工艺铁素体不锈钢焊接时热影响区晶粒急剧长大
而形成粗大的铁素体。由于铁素体钢加热时没有相转变发生,这种晶粒粗大现象
会造成明显脆化,而且也使冷裂纹倾向加大。此外,焊接时,在温度高于的
熔合线附近快速冷却时会产生晶间腐蚀,但经( ) (加热并随后缓冷就可以
加以消除。
铁素体不锈钢的焊接工艺要点如下。
铁素体不锈钢只采用焊条电弧焊进行焊接,为了减小(脆化,避免焊接
时产生裂纹,焊前可以预热,预热温度为 ) (。
"焊接时,尽量缩短在, ) 之间的加热或冷却时间。
为防止过热,尽量减少热输入,例如焊接时采用小电流、快速焊,焊条最好不
要摆动,尽量减少焊缝截面,不要连续焊,即待前道焊缝冷却到预热温度时再焊下
一道焊缝,多层焊时要控制层间温度。
对于厚度大的焊件,为减少焊接应力,每道焊缝焊完后,可用小锤轻轻敲击。
焊后常在 ) (之间退火处理,这种焊后热处理可以改善接头韧性及
塑性。
焊接铁素体不锈钢用焊条见表 - (。
表 - ( 焊接铁素体不锈钢用焊条
钢的牌号对接头性能的要求选用焊条型号(牌号) 预热及热处理
./" 耐硝酸及耐热0, - (1,") 预热" ) ",焊后( ) 回火
./(
./23
提高焊缝塑性0, - ((4)
0, - ((4")
不预热,不热处理
, 5 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

续表
钢的牌号对接头性能的要求选用焊条型号(牌号) 预热及热处理
" 抗氧化性() "(,() 不预热,焊后-( . /(0回火
1"" 提高焊缝塑性
"( "-(,2(3)
"( "(,2()
"(45 "-(,2"3)
不预热,不热处理
(3)马氏体不锈钢的焊接工艺马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾
向,特别是多数马氏体钢其成分特点使其组织往往处在马氏体 铁素体的边界上。
在冷却速度较小时近缝区会出现粗大的铁素体和碳化物组织,使其塑性和韧性显
著下降;冷却速度过大时,由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向,会产生粗大的
马氏体组织,使塑性和韧性下降。所以,焊接时冷却速度的控制很重要。并且因其
导热性差,马氏体不锈钢焊接时的残余应力也大,容易产生冷裂纹。有氢存在时,
马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳含量越高,冷裂纹倾向也
越大。此外,马氏体不锈钢也有20脆化,但马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很
小。
预热和控制层间温度是防止裂纹的主要手段,焊后热处理可改善接头性能。
马氏体不锈钢的焊接工艺要点如下。
为保证马氏体不锈钢焊接接头不产生裂纹,并具有良好的力学性能,在焊接
时,应进行焊前预热,一般预热温度在"(( . 2((0之间。
"焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重要措施,通常在(( .
-(0之间加热空冷。
常用的焊接方法是焊条电弧焊,焊条的选用见表- "-。
表- "- 焊接马氏体不锈钢用焊条
钢种对接头性能的要求选用焊条型号(牌号) 预热及热处理
"" 抗大气腐蚀及汽蚀2"( "-(63(3)
2"( "(63()
焊前预热"( . (0,焊后(( . (0回火
2 / ) 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

续表
钢种对接头性能的要求选用焊条型号(牌号) 预热及热处理

耐有机酸腐蚀、耐热() (,-)-) 焊前预热.) / .)0,焊后1)) / 1)0回火
要求焊缝有良好的塑性
)2 .,)2
.,
) ,) .
焊前不预热(对厚大件可预热至-))0)
马氏体不锈钢的焊接,还可以采用埋弧焊、氩弧焊和"3-
气体保护焊等方法。
采用这些焊接方法时,可采用与母材成分相近的焊丝,如焊接 钢用4
焊丝(埋弧焊时配合45( 焊剂)。
第五节异种钢的接焊
在化工、电站、航空、矿山机械等行业制造中,有时为了满足不同工作条件下对
材料的要求,常需要将不同种类的金属焊接起来。工程上常见的异钢焊接可归纳
为:不同珠光体钢间的焊接(低碳钢6-. 与中碳调质钢()" 焊接);不同奥氏体钢
焊接(如奥氏体不锈钢))"278) 与奥氏体耐热钢)"-782 焊接);珠光体钢与
奥氏体钢焊接(如珠光体耐热钢." 和奥氏体不锈钢)"2789 焊接)。其中以
珠光体钢与奥氏体钢的焊接最为常见。常温受力构件由珠光体钢制造,高温或与
腐蚀介质接触的部件采用奥氏体钢制造,然后再将二者焊接起来。这样不仅可以
节约大量的高合金钢,而且能够最大限度地发挥材料的潜力,全面满足产品的使用
要求,做到物尽其用。
一、珠光体钢与奥氏体钢的焊接
: 珠光体钢与奥氏体钢的焊接性
珠光体钢与奥氏体钢由于成分差异大,所以它们之间的焊接实际上是异种材
. 2 9 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

料的焊接。异种材料的焊接,除了金属本身物理、化学性能对焊接带来影响外,两
种材料在成分与性能上的差异,更大程度上会影响其焊接性,所以异种材料的焊接
时存在以下几个主要问题。
()稀释和合金化稀释是异种金属焊接的普遍问题。在异种钢中,由于珠光
体钢与奥氏体钢化学成分差异大,因此低合金的珠光体钢母材对焊缝的冲淡(即稀
释作用)是最为突出的。
(")在熔合区会生成马氏体脆化层即使采用奥氏体化能力强的高铬 镍型
焊接材料,使焊缝可获得韧性很好的全部奥氏体组织,但在熔合区还是不可避免会
生成马氏体组织。由于马氏体硬度高,在焊接时或使用中可能形成裂纹。
焊接时采用镍含量较高的填充金属,提高焊缝金属的镍含量,可以使脆化层的
宽度明显降低。此外,在其他条件不变时,熔合比越小脆化层越窄。
()熔合区碳的扩散除了熔合区会产生低塑性的马氏体组织外,在焊接时还
会由于焊缝与母材成分差异较大而导致元素扩散的现象,尤其是碳的扩散。碳从
珠光体母村通过熔合区向焊缝扩散,从而在靠近熔合区的珠光体母材上形成了一
个软化的脱碳层,而在奥氏体焊缝中形成了硬度较高的增碳层。
焊缝中碳化物形成元素(如铬、钛、铌等)的含量越多,碳的扩散越严重;相反,
适当增加珠光体母材中的碳化物形成元素,可有效地抑制珠光体钢中碳的扩散。
此外,镍是石墨化元素,能降低碳化物的稳定性,因此,适当增加焊缝中镍的含量,
有助于抑制碳的扩散。
()接头复杂的应力状态在珠光体钢与奥氏体钢焊接时,接头在焊后除了产
生由于局部加热而引起的热应力外,还有因两种材料线膨胀系数不同而产生的附
加残余应力,这种由于线膨胀系数不同所产生的残余应力,经过热处理是无法消除
的。由于接头应力的增加,降低了高温持久强度和塑性,易导致沿熔合线断裂。
" 珠光体钢与奥氏体钢的焊接工艺
()焊接方法的选择焊接方法对珠光体钢与奥氏体钢焊接接头最主要的影
响是熔合比,亦即稀释率。通常,珠光体钢与奥氏体钢焊接时,希望稀释率越低越
好,应注意选用熔合比小的焊接方法,如焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护
焊都比较合适。目前,焊条电弧焊以其操作方便、成本低和可获得较小的稀释率而
广泛应用于异种钢的焊接。
(")焊接材料的选用由前面的焊接性分析可知,为了减少熔合区马氏体脆性
( ) 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

组织的形成,抑制碳的扩散,应选用含镍较高的填充金属。但随着焊缝中镍含量的
增加,使焊缝热裂倾向加大。为了防止热裂纹的形成,最好使焊缝中含有体积分数
为 "的铁素体组织或形成奥氏体 碳化物的双相组织。焊条电弧焊时通
常选用( 焊条。
()焊接工艺要点为了减小熔合比,珠光体钢与奥氏体钢焊接时坡口角度应
大一些,焊接时采用小直径的焊条或焊丝,小电流、长弧、快速焊的方法。如果为了
防止珠光体钢产生冷裂纹而需要预热,则其预热温度应比珠光体钢同种材料焊接
时略低一些。
珠光体钢与奥氏体钢焊接接头,焊后一般不进行热处理。因为焊后热处理不
但不会消除由于两种材料线膨胀系数不同而引起的附加应力,而且焊后的加热还
会使扩散层加宽,因此,异种材料焊后一般不宜进行热处理。
二、不锈钢复合钢板的焊接
) 不锈钢复合钢板简介
不锈钢复合钢板由复层(不锈钢)和基层(碳钢、低合钢)组成。由复层不锈钢
保证耐腐蚀性,基层保证结构钢获得强度。复层只占总厚度的)" (",比单
体不锈钢可节省" "的不锈钢,具有很大的经济意义。不锈钢复合钢板热
导率比单体不锈钢高), ( 倍,因此特别适用于既要求耐腐蚀又要求传热效率高
的设备。可用来制造化工、石油等工业部门的容器和管道。由于焊接时存在珠光
体钢与奥氏体钢(也可是铁素体钢或马氏体钢)两种母材,因此,不锈钢复合钢板的
焊接属于不同组织异种钢的焊接。
( 不锈钢复合钢板的焊接性
为保证复合钢板原有的性能,对复层和基层应分别进行焊接。
当用结构钢焊条焊接基层时,可能熔化到不锈钢复层,由于合金元素渗入焊
缝,焊缝硬度增加,塑性降低,易导致裂纹产生;当用不锈钢焊条焊接复层时,可能
熔化到结构钢基层,使焊缝合金成分稀释而降低焊缝的塑性和耐蚀性。
为防止上述两种不良后果,在基层和复层的焊接之间必须采用施焊过渡层的
方法。
- . 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

焊接工艺
()坡口形式和尺寸不锈钢复合钢板焊接接头的坡口形式如图 所示。
较薄的复合钢板(总厚度小于(()可以采用) 形坡口,如图 ()和()所示。
较厚的复合钢板则可采用, 形、- 形、. 形或组合坡口,如图 (/)0(1)所示。
为防止第一道基层焊缝中熔入奥氏体钢,可以预先将接头附近的复层金属加工掉
一部分,如图 ()、(2)、(3)、(4)和(1)所示。
图 不锈钢复合钢板焊接接头的坡口形式和尺寸
(5)焊接材料的选用基层和复层各自的焊接属于同种金属焊接,而只有过渡
层的焊接属于不同组织异种钢的焊接。因此,过渡层焊接材料的选择,就成为不锈
钢复合钢板焊接的关键。为了防止基层对过渡层焊缝金属的稀释作用造成脆化,
过渡层应采用合金含量(尤其是镍含量)比较高的奥氏体钢填充金属。不锈钢复合
第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

钢板焊条电弧焊焊接材料选用见表 。
表 不锈钢复合钢板焊接材料选用
复合钢板的组合基层交界处复层

(()焊接顺序复合钢板对接接头的焊接顺序如图 0 所示,即先焊基层焊
缝,再焊交界处的过渡层焊缝,最后焊复层焊缝。应尽量减少复层一侧的焊接量,
1 8 1 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

并避免复层焊缝的多次重复加热,从而提高焊缝质量。
图 复合钢板焊接顺序
()应注意的问题
当点固焊焊点靠近复层时,需适当控制电流小些为好,以防止复层增碳现
象。
"严格防止碳钢焊条或过渡层焊条用于复层焊接。
碳钢焊条的飞溅落到复层的坡口面上时,要仔细清除干净。
焊接电流应严格按照工艺参数中的规定,不能随意变更。
复层不锈钢焊接时,宜采用小电流,直流反接,多道焊,焊接时焊条不宜进行横
向摆动。焊接后仍要进行酸洗和钝化处理,或复层焊缝区进行局部酸洗,进行去掉
氧化膜的化学处理。
第六节铝及铝合金的焊接
铝具有密度小,耐腐蚀性好,导电性及导热性良好等性能。铝的资源丰富,特
别是在纯铝中加入各种合金元素而成的铝合金,强度显著提高,使用非常广泛。常
用的铝及铝合金主要如下。
()工业纯铝工业纯铝的铝含量高,其纯度为 ( ), - )).,,工业纯
铝中还含有少量的/0 和12 等其他杂质。工业纯铝有很好的耐腐蚀性,其塑性好,
但强度不高。
(3)铝合金纯铝的强度比较低,不能用来制造承受载荷很大的结构,所以使
用受到限制。纯铝中加入少量的合金元素,能大大改善铝的各项性能,如45、67
和68 能提高强度,92 能细化晶粒,67 能防止海水的腐蚀,:2 能提高耐热性,所以
) ) 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

在工业上大量使用铝合金。铝合金的分类如下:
铝合金
变形铝合金
非热处理强化铝合金:防锈铝合金
铝镁合金{铝锰合金{热处理强化铝合金:硬铝合金、锻造铝合金、超硬铝合金
ì
í
.
..
..
铸造铝合金
非热处理强化变形铝合金(铝镁合金、铝锰合金),通过加工硬化和固溶强化来
提高力学性能。其特点是强度中等、塑性及抗蚀性好、焊接性良好,是目前铝合金
焊接结构中应用最广的两种铝合金。
热处理强化变形铝合金可通过淬火 时效等热处理工艺提高力学性能,其特
点是强度高、焊接性差。熔焊时焊接裂纹倾向较大,焊接接头耐蚀性和力学性能下
降严重。
铸造铝合金中,铝硅合金应用较广。其特点是有足够的强度,耐腐蚀和耐热性
良好,焊接性尚好,主要进行铸造铝合金零件的补焊修复。
铝合金种类繁多,其中"()、"((()、""(")、")())、(
()等铝合金,由于强度中等,塑性和耐腐蚀性好,特别是焊接性好,而广泛用来
作为焊接结构的材料。其他铝合金因其焊接较差,在焊接结构中应用较少。
一、铝及铝合金的焊接特点
铝及铝合金有易氧化、导热性高、热容量和线膨胀系数大、熔点低以及高温强
度小等特点,因而给焊接工艺带来了一定困难。铝及铝合金的焊接存在的主要问
题如下。
氧化
铝和氧的化学结合力很强,常温下表面就能被氧化而在表面生成一层致密的
氧化膜(,-(
),氧化膜的熔点可达".(而铝只有).)。在焊接过程中,这层
难熔的氧化膜容易在焊缝中造成夹渣;氧化膜不导电,影响焊接电弧的稳定性;同
时氧化膜还吸附一定量的结晶水,使焊缝产生气孔。因此,焊前必须清除氧化膜,
但在焊接过程中铝会在高温下继续氧化,因而必须采取措施破坏和清除氧化膜,如
气焊时加气焊粉、/01 焊时采用交流焊等。
2 2 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

气孔
液态铝及铝合金溶解氢的能力强,在焊接高温下熔池会熔入大量的氢,加上铝
的导热性好,熔池很快凝固,气体来不及析出而形成氢气孔。因此,焊接时应加强
保护。
" 热裂纹
铝的热膨胀系数比钢大一倍,而凝固收缩率比钢大两倍,焊接时会产生较大的
焊接应力,当成分中的杂质超过规定范围时,在熔池凝固过程中将形成较多的低熔
共晶体,两者共同作用的结果,使焊缝容易产生热裂纹。为了防止热裂纹,焊前有
时应进行预热。
" 塌陷
铝及铝合金的熔点低,高温强度低,而且熔化时没有显著的颜色变化,因此焊
接时常因温度过高无法察觉而导致塌陷。为了防止塌陷,可在焊件坡口下面放置
垫板,并控制好焊接工艺参数。
" 接头不等强
铝及铝合金焊接时,由于热影响区受热而发生软化,强度降低而使焊接接头和
母材不能达到等强。为了减小不等强,焊接时可采用小的热输入,或焊后进行热处
理。
二、铝及铝合金的焊接工艺
" 焊接方法的选择
由于铝及铝合金多用于化工设备上,要求焊接接头不但有一定强度而且具有
耐腐蚀性,因而目前常用的焊接方法主要有钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、脉冲焊等。
氩气是惰性气体,保护效果好,接头质量高。虽然气焊从各方面都不如氩弧焊,但
由于使用设备简单方便,因此在工地或修理行业还有一些应用。此外还有等离子
弧焊、真空电子束焊、电阻焊、钎焊、激光焊等。焊条电弧焊由于铝焊条容易吸潮,
已逐渐被淘汰。
铝及铝合金的焊接方法的选择见表 ( )。
第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

表 铝及铝合金常用焊接方法的特点及适用范围
焊接方法焊接特点适用范围
气焊
氧乙炔火焰功率低,热量分散,热影响区及
工件变形大,生产率低
用于厚度 ( )) 的不重要结构,铸铝件
焊补
焊条电
弧焊
电弧稳定性较大,飞溅大,接头质量较差用于铸铝件焊补和一般焊件修复
钨极氩
弧焊
电弧热量集中,燃烧稳定,焊缝成形美观,接
头质量较好
广泛用于厚度 ( )) 的重要结构焊接
熔化极
氩弧焊
电弧功率大,热源集中,焊件变形及热影响
区小,生产效率高
用于)) 中厚板焊接
电子束焊
功率密度大,焊缝深宽比大,热影响区及焊
件变形极小,生产效率高,接头质量好
用于厚度 ( ,) 的板材焊接
电阻焊
利用工件内部电阻产生热量,焊缝在外压下
凝固结晶,不需要焊接材料,生产率高
用于焊接-)) 以下的铝薄板
钎焊
靠液态钎料与固态焊件之间相互扩散而形
成金属间牢固连接,应力变形小,接头强度

用于厚度)) 薄板的搭接、套接
焊接材料的选择
铝及铝合金的焊接材料包括铝焊丝、铝气焊熔剂以及铝焊条等。
()铝焊丝铝焊丝通常分为以下几种。
专用焊丝是专用于焊接与其成分相同或相近的母材,可根据母材成分选
. . 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

用。若无现成焊丝,也可从母材上切下窄条作为填充金属。
通用焊丝其中(铝硅焊丝)是一种通用焊丝,主要成分为
"()。用这种焊丝焊接时,焊缝金属流动性好,抗裂性能好,并能保证一定的接头
性能。但用它焊接铝镁合金时,焊缝中会出现脆性相,降低接头的塑性和耐腐蚀
性,因此用来焊接除铝镁合金以外的其他各种铝合金。
"特种焊丝是为焊接各种硬铝、超硬铝而专门冶炼的焊丝,这类焊丝的成分
与母材相近。与专用焊丝相比,焊缝金属既有良好的抗裂性,又有较高强度和塑
性。常用铝及铝合金焊丝见表 , -。
表 , - 铝及铝合金焊丝
名称型号
主要化学成分
(质量分数).
牌号用途及特性
纯铝焊丝
" , --/0,12"0/3),"("0/3)
" , 3 --/4,12"0/0,"("0/0 0
" , --/),12"0/0,"("0/)
焊接纯铝及对接头性能要求
不高的铝合金,塑性,好耐蚀,
强度较低
铝镁合金焊丝


焊接铝镁合金和铝锌镁合金,
焊补铝镁合金铸件,耐蚀,抗
裂,强度高
铝硅合金焊丝""( , "(7/) 8 /0, 余量
焊接除铝镁合金以外的铝合
金,特别对易产生热裂纹的热
处理强化铝合金更适合,抗裂
7 - - 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

续表
名称型号
主要化学成分
(质量分数)
牌号用途及特性
铝锰合金焊丝 () (),, 余量-./(
焊接铝锰及其他铝合金,耐
蚀,强度较高
铝铜合金焊丝01 012)3 ,)3, 余量焊接铝铜合金
(/)气焊熔剂气焊熔剂的主要作用是去除焊接时的氧化膜及其他杂质,改善
熔池金属的流动性。铝及铝合金气焊熔剂的牌号、成分和使用要求见表, 4 /。
表, 4 / 铝及铝合金气焊熔剂的牌号、成分(质量分数)和使用要求5 "
牌号60 780 789 :;0 <80 78.9,
使用要求
0=>( 2 /3 3 (> — —
0=>/ . >2 (2 ( — —
0=>. > / / — / —
0=>> > — — — > /
(()焊前将焊接部位擦刷干净
(/)用水将熔剂调成糊状,涂于焊
丝旋焊
(.)焊后将残存工件表面熔剂用热
水洗掉
.) 焊前准备及焊后清理
(()焊前准备铝及铝合金焊前准备包括焊前清理、设置垫板和预热。
焊前清理去除坡口表面的油污和氧化膜等污物。氧化膜的清理有机械清
理和化学清理两种方法。在清除氧化膜之前,应先用有机溶剂(丙酮或酒精)将坡
口及其两侧(各约. 内)的油污、脏物清洗干净。
机械清理是采用机械切削、喷砂处理、细钢丝刷或锉刀等将坡口两侧.
> 范围内的氧化膜去除,直到露出金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一
般不宜用砂轮打磨,因为砂粒留在金属表面,焊接时会产生缺陷。
化学清理是用酸或碱溶液来溶解金属表面的氧化膜,最常用的方法是,用2"
("体积的78@- 溶液(约AB)浸泡坡口两侧各( 范围,. ,C 后先用清
水冲洗,然后在约(2"的-7@.
水溶液(常温)中浸泡/;,用温水冲洗后再用清水
洗干净,最后进行干燥处理。
2 D D 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

氧化膜清除后,通常应在 之内焊接,否则会有新的氧化膜生成。氩弧焊时
可在 之内焊接,因为新生成的氧化膜极薄,可利用氩弧焊的“阴极清理”作用将
其清除。
设置垫板垫板由铜或不锈钢板制成,用以控制焊缝根部形状和余高量。
垫板表面开有圆弧形或方形槽,垫板及槽口尺寸如图 所示。
图 垫板及槽口尺寸
"预热由于铝的导热性好,为了防止焊缝区热量的大量流失,焊前应对焊件
进行预热。薄、小铝件可不预热;厚度超过 ( ) 的铝件焊前应预热至 (
,-;多层焊时,注意控制层间温度不低于预热温度。
()焊后清理焊后残留在焊缝及邻近区域的熔剂和焊渣,在空气、水分的参
与下会腐蚀焊件,因此必须及时清理干净。一般的清理方法可将焊件放在.的
硝酸溶液中浸洗。处理温度为 ( -,时间为 ( /0;或处理温度为 (
-,时间为 ( /0。浸洗后用冷水冲洗一次然后用热空气吹于或在-的干
燥箱内烘干。
1 焊接工艺要点
()电源极性熔化极氩弧焊一律采用直流反接。钨极氩弧焊一般采用交流
焊。因为铝及铝合金易氧化,表面总会有氧化膜,焊接过程中也应注意清除。当采
用直流反接时,工件为阴极,质量较大的正离子向工件运动,撞击工件表面将氧化
膜撞碎,具有阴极破碎作用,但直流反接时,钨极为正极,发热量大,钨极易熔化,影
响电弧稳定,并容易使焊缝夹渣,所以铝及铝合金钨极氩弧焊时一般采用交流焊。
在电流方向变化时,有一个半周相当于直流反接(工件为阴极),具有阴极破碎作
用。而另一个半周相当于直流正接(钨极为阴极),钨极发热量小,防止钨极熔化,
2 2 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

造成夹钨。
()焊接工艺参数交流手工钨极氩弧焊焊接铝及铝合金的工艺参数见表"

()焊接操作钨极氩弧焊焊前应检查阴极破碎作用,即引弧燃电弧后,电弧
在工件上面垂直不动,熔化点周围呈乳白色,即有阴极破碎作用。焊接操作时采用
左向焊法。焊接时钨不要触及熔池以免钨极熔化造成夹钨。焊接结束时,注意填
满弧坑,防止弧坑裂纹。填充焊丝与工件间应保持一定的角度,如图" 所示,
焊丝倾角越小越好,一般约为 ( ),倾角太大容易扰乱电弧及气流的稳定性。
室外焊接时,应注意在焊接区周围采取防风措施。
图" 焊枪及填充焊丝位置
表" 铝及铝合金交流手工钨极氩弧焊工艺参数
板厚
坡口尺寸
形式间隙
钝边
,
焊丝直径

钨板直径
,
喷嘴直径
,
焊接电流
, -
氩气流量
, (., /0)
焊接层数

3 6 6 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

续表
板厚"
坡口尺寸
形式间隙"
钝边
""

第七节铜及铜合金的焊接
铜及铜合金具有优良的导电性能、导热性能及在某些介质中优良的抗腐蚀性
能,某些钢合金还具有较高的强度,因而应用十分广泛,仅次于钢铁和铝。
(1)工业纯铜工业纯铜呈紫色,故又称紫铜。纯铜中氧含量高时还会使接头
的裂纹和气孔倾向增大,焊接性变差,故用焊接结构的纯铜应严格控制水含量和氧
含量,无氧铜和脱氧铜中氧含量少,多用于制造焊接结构。
5 4 4 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术纯铜根据其氧含量不同可分为普通工业纯铜( ()、磷脱氧
纯铜( ()和无氧纯铜( )),各种牌号的化学成分可见相关国
家标准。
()黄铜黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。黄铜的耐蚀性高,冷热加工
性能好,但导电、导热性能比纯铜差,其力学性能和铸造性能比纯铜好,价格也便
宜,因此应用广泛。
为了进一步提高黄铜的力学性能、耐蚀性能和工艺性能,在普通黄铜中加入少
量的锡、锰、铅、硅、铝、镍、铁等元素,就成为特殊黄铜,如锡黄铜、锰黄铜、铅黄铜、
硅黄铜等。
())青铜不以锌或镍为主要合金元素的铜合金统称为青铜,如锡青铜、铝青
铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
青铜具有较高的力学性能、耐磨性能、铸造性能和耐蚀性能,常用来铸造各种
耐磨、耐蚀的零件,如轴、轴套、阀体、泵壳、蜗轮等。
一、铜及铜合金的焊接性
( 焊缝成形能力差
熔化焊焊接铜及大多数钢合金时容易出现基材难于熔合、坡口焊不透和表面
成形差的外观缺陷。原因与铜的热物理性能有关。铜和大多数铜合金的热导率比
普通碳钢大 (( 倍,焊接时大量的热量从基材散失,加热范围扩大,焊接区难于
达到熔化温度。
铜在熔化温度时表面张力比铁小( ),流动性比钢大( (, 倍,表面成形能力
较差。
焊缝及热影响区热裂倾向大
产生裂纹的主要原因:首先是铜在高温液态下很容易与空气中的氧发生反应,
生成-.
,它在固态铜中是不溶解的,但可溶于液态的铜,且溶解度随温度的升高
而增大,生成熔点略低于铜的低熔共晶;其次是铜和很多的铜合金在加热过程无同
素异构转变,粗晶倾向严重;再次是铜及铜合金的线膨胀系数和收缩率较大,增加
了焊接接头的应力,更增大了接头的热裂倾向。
/ / / 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

气孔倾向严重
铜及铜合金产生气孔的倾向远比钢严重。其中一个原因是铜导热性好,焊接
熔池凝固速度快,液态熔池中气体上浮的时间短来不及逸出,形成气孔。但根本原
因是:气体溶解度随温度下降而急剧下降及化学反应产生气体所致。铜合金的气
孔分两种类型,即氢造成的扩散气孔和水蒸气造成的反应气孔。
" 接头性能下降
铜及铜合金在熔焊过程中,由于晶粒严重长大,杂质和合金元素的掺入,使合
金元素氧化、蒸发,接头性能发生了很大变化,如塑性严重变坏,导电性下降,耐蚀
性能下降。
二、铜及铜合金的焊接工艺
" 焊前准备和焊后清理
铜及铜合金焊接的焊前准备和焊后清理与铝及其合金焊接时相似,如对工件
焊丝在焊前的清理,焊接过程中需要加强对熔池的保护及预热等,在此不再赘述。
" 焊接方法的选择
铜及铜合金焊接时可选用的焊接方法很多,铜及铜合金导热性好,一般需要大
功率、高能量的焊接方法,必须根据被焊材料的成分、厚度和结构特点综合考虑。
不同厚度的材料对不同的焊接方法有其适应性,如薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电
弧焊和气焊为宜;中板采用埋弧焊、熔化极氩弧焊和电子束焊较为理想;厚板则建
议使用熔化极氩弧焊和电渣焊。
焊接工艺要点
由于纯铜的密度很大,熔化后铜液流动很快,极易烧穿及形成焊瘤。为了防止
铜液从焊缝背面流失,保证反面成形良好,在焊接时需加(铜、石墨、石棉等)垫板。
由于铜的导热性很强,焊接时通常预热温度也较高,一般在以上。铜焊接时
尽量少用搭接、角接及( 形等增加散热速度的接头,一般应采用对接接头。
()气焊在纯铜结构件修理、制造中,气焊用得比较多,常用于焊接厚度比较
小、形状复杂和对焊接质量要求不高的焊件。气焊焊接黄铜,可以防止锌的蒸发、
第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

烧损,这是其他焊接方法无法相比的优点,因此应用较广。
纯铜的气焊气焊纯铜时可选用纯铜丝、 或母材切条作为填充
焊丝,熔剂选用“(”。火焰采用中性焰,为了保证熔透,宜选用比较大的火焰能
率,一般比焊碳钢时大 ) 倍。焊接时需要预热,对中、小件,预热温度取, )
-;厚大件预热温度取. ) /-。为防止接头晶粒粗大,焊后对焊件应进行
局部或整体退火处理。局部退火处理一般是在焊件接头附近00 处,用氧1 乙
炔加热到 ) .-,然后放在水中急冷。00 厚的纯铜气焊接头,经上述退火
处理后其性能与基本金属相近。
"黄铜的气焊黄铜气焊时填充金属可选用 号黄铜丝、 号黄铜丝
或, 号黄铜丝,。气焊熔剂可采用硼砂2 3 硼酸42,或硼酸甲酯
/2 3 甲醇2,配方自制。气焊火焰适宜采用轻微的氧化焰,以使熔池表面形
成一层氧化锌薄膜,由这层薄膜防止锌进一步蒸发和氧化。焊接薄板时一般不预
热;板厚大于00 时,预热温度为, ) -;板厚大于00 时,预热温度为
-。为防止应力腐蚀,焊后需进行/ ) .-的退火处理,以消除焊接应力。
()氩弧焊
手工钨极氩弧焊手工钨极氩弧焊操作灵活方便,焊接质量高,特别适用于
钢及铜合金中薄板的焊接。
手工钨极氩弧焊的焊接材料主要有氩气、钨极和焊丝。纯铜可采用纯铜焊丝
(),接头不要求导电性能时也可选用青铜焊丝(5)。黄铜常用焊丝牌号
为, 号黄铜丝(,),但考虑氩弧焊电弧温度高,黄铜焊丝在焊接过程中锌的蒸
发量大,烟雾多,且锌蒸气有毒,故也可用无锌的青铜焊丝,如 焊丝。纯铜、
黄铜钨极氩弧焊的工艺参数见表. 1 。
表. 1 纯铜、黄铜钨极氩弧焊的工艺参数
母材板厚6 00
坡口
形式
焊丝钨极焊接电流气体
材料直径6 00材料直径700种类电流78 种类流量7 (970:;)
预热温度7-
纯铜
5
) ( 5 纯(
, ) < 铜( ) ,
. ) < , )



直, ) 4
) ( 流. ) 4
, 反 ) (
接( ) ,
8=
. ) 4 —
. ) —
4 ) )
) , )
第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

续表
母材板厚"
坡口
形式
焊丝钨极焊接电流气体
材料直径"材料直径""种类电流 种类流量 (")
预热温度(
黄铜)

2
不预热
熔化极氩弧焊由于熔化极氩弧焊的电弧功率大,焊接热影响区小,预热温
度较低,且接头质量及焊接生产率高,因此,国内已应用于纯铜的厚板件焊接中。
熔化极氩弧焊焊接纯铜时,为了更有效地防止气孔,最好选用含有脱气剂的焊
丝,一般选用340) 焊丝。
(-)埋弧焊采用埋弧焊焊接纯铜时,由于熔化金属与外界隔离,并且焊接电
流较大,可获得较大的熔深,焊件变形小,接头质量好,焊接生产率高,还可在一定
程度上降低预热温度。因此,埋弧焊用于纯铜焊接有一定的优越性,特别适用于中
厚度工件规则的长焊缝的焊接。铜及铜合金埋弧焊工艺参数见表5 6 -。
表5 6 - 铜及铜合金埋弧焊工艺参数

可明显改善
0 0 ) 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术()焊条电弧焊焊条电弧焊焊接铜及铜合金是一种简便的焊接方法,它的生
产率比气焊高,但焊接时金属的飞溅和烧损严重,并且焊接烟雾大,劳动条件差,因
此一般只用于对力学性能要求不高的焊件。
焊纯铜时采用的焊条有"、" 两种。一般交直流焊机都可用来焊接纯
铜,但采用直流焊机时必须采用反极性接法。焊接电流应根据焊件的厚度、焊件外
形尺寸、焊条直径和预热温度选择,随预热温度的提高,焊接电流相应减小。为了
改善焊接接头的性能,同时减小焊接应力,焊后可对焊缝和接头进行热态和冷态锤
击。
第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

第七章焊接缺陷的产生及防止
在焊接生产中,由于焊接缺陷的存在,可能会造成焊件在生过程中的返修或报
废,大部分类型的焊接缺陷都会造成焊接产品力学性能和抗腐蚀性能降低,缩短焊
接产品的使用寿命,严重的焊接缺陷会引发事故。因此,要提高焊接质量,就要最
大限度减少或杜绝焊接缺陷。
第一节焊接缺陷的种类及特征
一、焊接缺陷的类型
焊接缺陷的种类很多,广义的焊接缺陷是指焊接接头中的不连续性、不均匀性
以及其他不健全等的缺陷,特指那些不符合设计或工艺要求,或具体焊接产品使用
性能要求的焊接缺陷。焊接缺陷的分类方法较多且不统一,通常可按以下几种方
法划分。
(一)按缺陷在焊缝中的位置
常见的缺陷按其在焊缝中位置的不同可分为两类,即外部缺陷和内部缺陷。
外部缺陷:位于焊缝表面,用肉眼或低倍放大镜就可以观察到,如焊缝外形尺
寸不符合要求、咬边、焊瘤、下陷、弧坑、表面气孔、表面裂纹及表面夹渣等。
" 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图 缺陷的分类(按主要成因分)
内部缺陷:位于焊缝内部,必须通过无损探伤才能检测到,如焊缝内部的夹渣、
未焊透、未熔合、气孔、裂纹等。
(二)按焊接缺陷产生的成因
按焊接缺陷的成因,焊接缺陷可分为图 所示的几种类型。
(三)按焊接缺陷的分布或影响断裂的机制等
在 —(《金属熔化焊缝缺陷分类及说明》中根据缺陷的分布或影响断
裂机制等,将焊接缺陷分为了六大类,其中:
第一类为裂纹,包括微观裂纹、纵向裂纹、横向裂纹、放射状裂纹、弧坑裂纹等;
第二类为孔穴,主要指各种类型的气孔,如球形气孔、均布气孔、条形气孔、虫
形气孔空、表面气孔等;
第三类为固体夹杂,包括夹渣、焊剂或熔剂夹渣、氧化物夹杂、金属夹杂等;
第四类为未熔合和未焊透,包括未熔合与未焊透两类缺陷;
第五类为形状缺陷,包括焊缝超高、下塌、焊瘤、错边、烧穿、未焊满等;
) 第七章焊接缺陷的产生及防止

第六类为其他焊接缺陷,不能包括在第一类到第五类缺陷中的所有缺陷,如电
弧擦伤、飞溅、打磨过量等。
二、常见焊接缺陷的特征及危害
常见的焊接缺陷类型有气孔、裂纹和一些工艺缺陷(如咬边、烧穿、焊缝尺寸不
足、未焊透等)。
(一)气孔
焊接时,熔池中的气体在金属凝固以前未能来得及逸出,而在焊缝金属中残留
下来所形成的孔穴,称为气孔。气孔是焊缝中常见的缺陷之一。
气孔按形状可分为球形气孔、虫状气孔、条形气孔、针状气孔等;按其分布分为
单个气孔、均布气孔、局部密集、链状气孔;按形成气孔的气体分为氢气孔、 气
孔、氮气孔等。气孔的大小也有很大不同,小的气孔要在显微镜下才能看见,大的
气孔直径可达几毫米。气孔的分布特征往往与生成的原因和条件有密切的关系,
从气孔的生成部位看,有的在表面(表面气孔),有的在焊缝内部或根部,也有的贯
穿整个焊缝。内部气孔不易发现,因而有更大的危害。
气孔的存在首先影响焊缝的紧密性(气密性与水密性),其次将减小焊缝的有
效面积。此外,气孔还将造成应力集中,显著降低焊缝的强度和韧性。实践证明,
少量小气孔对焊缝的力学性能无明显影响,但随其尺寸及数量的增加,焊缝的强
度、塑性和韧性都将明显下降,对结构的动载强度有显著影响。因此;在焊接中防
止气孔是保证焊缝质量的重要内容。
(二)裂纹
裂纹是指在焊接应力及其他致脆因素共同作用下,材料的原子结合遭到破坏,
形成新界面而产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征。焊接裂纹是焊
接生产中比较常见而且危害十分严重的一种焊接缺陷。
由于母材和焊接结构不同,焊接生产中可能会出现各种各样的裂纹。有的裂
纹出现在焊缝表面,肉眼就能看到,有的隐藏在焊缝内部,有的则产生在热影响区
中,不通过探伤检查就不能发现。不论是在焊缝或热影响区上的裂纹,平行于焊缝
第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

的称为纵向裂纹,垂直于焊缝的称为横向裂纹,而产生在收尾弧坑处的裂纹,称为
火口裂纹或弧坑裂纹。根据裂纹产生的情况,焊接裂纹可以归纳为热裂纹、冷裂
纹、再热裂纹和层状撕裂。焊接裂纹分布形态如图 所示。
图 焊缝裂纹分布形态示意
—弧坑纵向裂纹;"—弧坑横向裂纹;—弧坑星形裂纹
—焊缝中的纵向裂纹与弧形裂纹(多为结晶裂纹);
—焊缝中的横向裂纹(多为延迟裂纹);
—熔合区附近的横向裂纹(多为延迟裂纹);
—焊缝根部裂纹(延迟裂纹、热应力裂纹);
—近缝区根部裂纹(延迟裂纹);
(—焊趾处纵向裂纹(延迟裂纹);
—焊趾处纵向裂纹(液化裂纹);
)—焊道下裂纹(延迟裂纹、液化裂纹、高温低塑性裂纹);
—层状撕裂
热裂纹
焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近高温区产生的裂纹称为
热裂纹。热裂纹可分为结晶裂纹(凝固裂纹)和液化裂纹等。
热裂纹的主要特征如下。
()产生的温度和时间热裂纹一般产生在焊缝的结晶过程中,在焊缝金属凝
固后的冷却过程中,还可能继续发展。所以,它的发生和发展都处在高温下,从时
间上来说,是处于焊接过程中。
, , 第七章焊接缺陷的产生及防止

()产生的部位热裂纹绝大多数产生在焊缝金属中,有的是纵向,有的是横
向,发生在弧坑中的热裂纹往往呈星状。有时热裂纹也会发展到母材中去。
(")外观特征热裂纹或者处在焊缝中,或者处在焊缝两侧的热影响区,其方
向与焊缝的波纹线相垂直,露在焊缝表面的有明显的锯齿形状,也常有不明显的锯
齿形状。凡是露出焊缝表面的热裂纹,由于氧在高温下进入裂纹内部,所以裂纹断
面上都可以发现明显的氧化色彩。
()金相结构上的特征从焊接裂纹处的金相断面看,热裂纹都发生在晶界
上,由于晶界就是交错生长的晶粒的轮廓线,因此,热裂纹的外形一般呈锯齿形状。
冷裂纹
冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度下(对钢来说
温度以下)时产生的裂
纹。
冷裂纹的主要特征如下。
()产生的温度和时间产生冷裂纹的温度通常在马氏体转变温度范围,约为
( ")以下。它的产生时间,可以在焊后立即出现,也可以在延迟几小时、几
周,甚至更长的时间以后产生,所以冷裂纹又称为延迟裂纹。由于这种延时产生的
裂纹在生产中难以检测,其危害更为严重。
()产生的部位冷裂纹大多产生在母材或母材与焊缝交界的熔合线上。最
常见的部位即如图 中所示的焊道下裂纹、焊趾裂纹和焊根裂纹。
(")外观特征冷裂纹多数是纵向裂纹,在少数情况下,也可能有横向裂纹。
显露在接头金属表面的冷裂纹断面上,没有明显的氧化色彩,所以裂口发亮。
()金相结构上的特征冷裂纹一般为穿晶裂纹,在少数情况下也可能沿晶界
发展。
" 液化裂纹
在热影响区熔合线附近产生的热裂纹称为液化裂纹或热撕裂。多层焊时,前
一焊层的一部分即为后一焊层的热影响区,所以液化裂纹也可能在焊缝层间的熔
合线附近产生。液化裂纹的产生原因基本与凝固裂纹相似,即在焊接热循环作用
下,不完全熔化区晶界处的易熔杂质有一部分发生熔化,形成液态薄膜。在拉应力
的作用下,沿液态薄膜形成细小的裂纹。液化裂纹一般长约,--,很少超过
--,这种裂纹可成为冷裂纹的裂源,所以危害性也很大。
. 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

再热裂纹
焊件焊后在一定温度范围再次加热时,由于高温、残余应力及共同作用而产生
的晶间裂纹,称为再热裂纹,也称为消除应力裂纹。
" 层状撕裂
层状撕裂是指焊接时,在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹。
裂纹是最重要的焊接缺陷,是焊接结构发生破坏事故的主要原因。据统计,焊
接结构所发生的各种事故中,除少数是由设计不当和产品运行不规范而造成的之
外,绝大多数是由焊接裂纹而引起的断裂。究其原因,不仅是因为裂纹会造成接头
强度降低,还因为裂纹两端的缺口效应造成了严重的应力集中,很容易使裂纹扩展
而形成宏观开裂或整体断裂。因此,在焊接生产中,裂纹一般是不允许存在的。
下面就焊接生产中一些常见的缺陷作较为详细的讨论。
第二节焊缝中的气孔与夹杂物
一、焊缝中的气孔
(一)形成气孔的气体
在焊接过程中遇到气孔的问题是相当普遍的,几乎稍不留意就有产生气孔的
可能。例如,焊条、焊剂的质量不好(有较多的水分和杂质),烘干不足,被焊金属的
表面有锈蚀、油、其他杂质,焊接工艺不够稳定(电弧电压偏高、焊速过大和电流过
小等),以及焊接区域保护不良等,都会不同程度地出现气孔。此外焊接过程中冶
金反应时产生的气体,由于熔池冷却速度过快未能及时逸出也会产生气孔。
由此可见焊接过程中能够形成气孔的气体主要来自以下两个方面。
()周围介质在高温时能大量溶于液体金属,而在凝固过程中,由于温度降
低溶解度突然下降的气体,如


( ) ) 第七章焊接缺陷的产生及防止

()化学冶金反应的产物在熔池进行化学冶金反应中形成的,而又不溶解于
液体金属中的气体,如"、。
例如,焊接低碳钢和低合金钢时,形成气孔的气体主要是
和",即通常所
说的氢气孔和一氧化碳气孔。前者来源于周围介质(空气),后者是由冶金反应生
成的,两者的来源与化学性质都均不同,形成气泡的条件与气孔的分布特征也不一
样。
(二)气孔形成过程
虽然不同的气体所形成的气孔不仅在外观与分布上各有特点,而且产生的冶
金与工艺因素也不尽相同。但任何气体在熔池中形成气泡都是在液相中形成气相
的过程,即服从于新相形成的一般规律,由形核与长大两个基本过程所组成。气孔
形成的全过程分为四个阶段,即:熔池中吸收了较多的气体而达到过饱和状态气
体在一定条件下聚集形核气泡核心长大为具有一定尺寸的气泡气泡上浮受阻
残留在凝固后的焊缝中而形成气孔。
可见,气孔的形成是由气体被液态金属吸收、气泡的生核、气泡的长大和气泡
的浮出四个环节共同作用的结果。
气体被液态金属吸收
在焊接过程中,熔池周围充满着成分复杂的各种气体,这些气体主要来自于空
气;药皮和焊剂的分解及它们燃烧的产物;焊件上的铁锈、油漆、油脂受热后产生的
气体等。这些气体的分子在电弧高温的作用下,很快被分解成原子状态,并被金属
熔滴所吸附,不断地向液体熔池内部扩散和溶解,气体基本上以原子状态溶解到熔
池金属中去。而且温度越高,金属中溶解气体的量越多。氢和氮在不同温度在铁
中的溶解度曲线可参见图 (。
在焊接钢材时,由于熔池温度可达到)左右,熔滴的温度会更高,因此在
电弧空间如有氢和氮存在,便会溶入铁中。这种气体溶入金属中或冶金反应生成
不溶于液态金属的气体,是形成气孔的前提条件。
气泡的生核
气泡的生核至少要具备的两个条件是:
液态金属中要有过饱和的气体;
第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

要有生核所需要的能量。
焊接时,在电弧高温的作用下,熔池与熔滴吸收的气体大大超过了其在熔点的
溶解度。随着焊接过程中熔池温度的降低,气体在熔池中的溶解度也相应减小,使
气体在金属中的溶解度达到过饱和状态。以铁为例,在采用直流正接时,熔池中氢
的含量可以达到它在铁的熔点时溶解度的 倍,而 在液态中是不溶解的。因
此,焊接时,熔池中获得了形成气泡所必需的物质条件。同时,熔池中过饱和程度
越大,气体从溶解状态析出所需要的能量越小。
在极纯的液体金属中形成气泡核心是很困难的,所需形核功很大。而在焊接
熔池中,由于半熔化晶粒及悬浮质点等现成表面的存在,使气泡形核所需能量大大
降低。因此,焊接熔池中气泡的形核率较高。
" 气泡的长大
气泡核形成后要继续长大需要两个条件:
"气泡的内压大于其所受的外压;
气泡长大要有足够的速度,以保证在熔池凝固前达到一定的宏观尺寸。
作用于气泡的外压,包括大气压力、液体金属与熔渣的静压力及表面张力所形
成的附加压力等,其中影响较大的是附加压力。附加压力的作用使气泡表面积缩
小,阻碍气泡长大,它的大小与气泡半径 成反比,即气泡半径 越小,附加压力就
越大。例如,当 () 时,附加压力可达大气压力的,( 倍左右。在这样大的
外压作用下,气泡长大很困难。但当气泡依附于某些现成表面形核时,呈椭圆形,
半径比较大,因而,附加压力大大减小。同时,形核的现成表面对气体有吸附作用,
使局部的气体浓度大大提高,缩短了气泡长大所需的时间,为气泡长大提供了条
件。
" 气泡的上浮
熔池中的气泡长大到一定尺寸后,开始脱离吸附表面上浮。此时,焊缝中是否
会形成气孔,取决于气泡能否从熔池中浮出,它由气泡上浮速度与熔池在液态停留
的时间两个因素而定。
气泡的上浮由两个过程组成,首先气泡必须脱离所依附的现成表面,其难易程
度与气泡和表面的接触情况有关。图- ) 所示为气泡与表面两种不同的接触情
况,显然图- ) (.)中的气泡更容易脱离所依附的表面。决定接触情况的因素是
( 第七章焊接缺陷的产生及防止

气体的性质。形成气体的主要元素(如氧、氢、碳)都是可以改善接触情况的物质、
对气泡脱离表面有利。
图 气泡脱离现成表面示意
气泡脱离现成表面后,上浮速度是决定能否形成气孔的最终条件。气泡浮出
速度可按下式估算,即
泡 (

"
" ( )
式中泡———气泡上浮速度,() 。


———熔池液体金属与气体密度,,;();
"———重力加速度,()-;
———气泡半径,();
"———液体金属黏度,./·。
由式( )可以看出,气泡上浮速度与下列因素有关。
气泡半径( )。气泡浮出速度与 成正比,因此,当 增加时,气泡浮出速
度迅速提高。
"熔池金属的密度(
)。一般情况下,气体密度
远小于熔池金属的密度

,因此,(
)的大小主要取决于

越大,气泡上浮的速度越高。所以在
焊接轻金属(如01、2, 及其合金)时,产生气孔的倾向比焊接钢时大得多。
液体金属的黏度(")。当温度下降时,特别是熔池开始凝固后,"值急剧上
升,这时气泡浮出的速度明显降低。因此,在凝固过程中形成的气泡浮出较困难。
3 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

气泡能否浮出还与熔池在液态停留的时间有关。液态停留时间越长,气泡越
容易浮出,就越不易形成气孔,反之,则越容易形成气孔。熔池在液态停留时间的
长短主要取决于焊接方法与焊接参数等因素。
通过以上得分析可知,焊缝中形成气孔的主要原因可以归纳为以下几个方面:
熔池中溶入或冶金反应产生大量的气体是形成气孔的先决条件之一。
"当熔池底部出现气泡核并逐渐长大到一定程度时,如阻碍气泡长大的外界
压力大于或等于气泡内压力时,气泡便不再长大,而其尺寸大小不足以使气泡脱离
结晶表面的吸附,无法上浮,此时便可能形成气孔。
当气泡长大到一定尺寸并开始上浮时,如果上浮的速度小于金属熔池的结
晶速度,那么气泡就可能残留在凝固的焊缝金属中成为气孔。
如果在熔池金属中出现气体过饱和状态的温度过低,或在焊缝结晶后期才
产生气泡,则容易形成气孔。
(三)常见气孔产生的原因
焊缝中常见的气孔有氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔等。
氢气孔
这类气孔主要是由氢引起的,故称氢气孔。氢是还原性气体且扩散能力很强,
在低碳钢焊缝中,气孔大都分布于焊缝表面,断面为螺钉状,内壁光滑,上大下小呈
喇叭口形。在焊条药皮组成物中含有结晶水,或焊接密度较小的轻金属时,氢气孔
也会残留在焊缝内部。
由于氢在液态金属(如、)中溶解度很高,在高温时熔池和熔滴就有可能
吸收大量的氢。而当温度下降时,溶解度随之下降,熔池开始凝固后,氢的溶解度
要发生突变。随着固相增多,液相中氢的浓度必然增大,并聚集在结晶前沿的液体
中。这样,树枝晶前沿,特别是在相邻晶粒间的低谷处的液体金属中,氢的浓度不
仅超过了熔池中的平均浓度,而且超过了饱和浓度。氢在枝晶间浓度分布情况如
图 ( ) 所示,最大浓度可达到平均浓度的" 倍。随着凝固的继续,氢在液相中
的浓度将不断上升。当谷底处氢的浓度高到难以维持过饱和溶解状态时,就会形
成气泡。如在谷底部形成的气泡,由于各种阻力的作用未能在熔池完全凝固前浮
出,则形成气孔。
综上所述,氢气孔是在结晶过程中形成的,首先在枝晶间谷底部形成气泡。气
, 第七章焊接缺陷的产生及防止

泡形成后,一方面氢本身的扩散能力促使其浮出,另一方面又受到晶粒的阻碍与液
态金属黏度的阻力,二者综合作用的结果,气孔就形成了上大下小的喇叭口形,并
往往呈现于焊缝表面。
氮气孔
一般认为,氮气孔形成的过程与氢气孔相似,气孔的类型也多在焊缝表面,但
多数情况下是成堆出现的,类似蜂窝状。在正常的焊接生产条件下,由于进入焊接
区的氮气很少,不足以形成气孔。氮气孔一般产生于保护不良的情况下。
图 熔池凝固中某瞬时氢的分布
" 一氧化碳气孔
这类气孔主要是钢(特别是碳钢)在焊接过程中进行冶金反应产生了大量的
( 时,在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形成的气孔。
在焊接过程中,( 主要由下列冶金反应生成:
[])[( ] ( ( )
[(])[ ] ( )[] ( )
[,-(])[ ] ( )[,-] ( )
[./(
]) [ ] ( )[./(] ( 0)
1 2 1 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

上述反应是在高温下进行的,可以发生在熔滴过渡过程中,也可以发生在熔池
里熔渣与金属相互作用的过程中。由于 不溶解于液态铁中,在高温形成后很
容易形成气泡并快速逸出。这样不仅不会形成 气孔,而且由于气泡析出时使
熔池沸腾,还有助于其他气体和杂质排出。
但是,随着焊接热源的离开,熔池温度下降,在熔池开始结晶时,液体金属中的
碳和" 的浓度随固相增多而加大,造成二者在液体金属某一局部富集,碳和"
浓度的增加促进了式( )反应的进行,从而生成一定数量的。这时形成的
,由于熔池温度下降、液体金属黏度增加及冷却速度快等原因,难于从熔池中逸
出,而被围困在晶粒之间,特别是处在树枝状晶粒间的 更不易逸出。此外,由
于该反应是一吸热过程,促使结晶速度加快,对气体的逸出更加不利。上述原因造
成了冶金反应后期产生的 气体来不及逸出,从而产生 气孔。由于 气泡
浮出的速度小于结晶速度,所以 气孔多在焊缝内部,沿结晶方向分布,呈条虫
状,内壁有氧化颜色。
以上分析是在比较正常的情况下形成的气孔特征。各种气孔的分布特点不是
固定不变的,在某些情况下也会有例外情况(例如,二氧化碳气体保护焊时,随着焊
丝脱氧能力的降低, 气孔会由内气孔转为外气孔)。但上述规律可作为判断气
孔成因的参考。
另外,气泡中的气体并不一定是单一的,往往是几种气体并存。可以认为,在
一定条件下,某一种气体对气孔的形成起主要作用,而在各种气体共同作用下气泡
得以迅速长大。
(四)影响气孔形成因素及防止措施
焊缝中产生气孔的因素是多方面的,有时是几种因素共同作用的结果。在生
产中一般将影响气孔形成的因素归纳为冶金与工艺两方面,而工艺因素往往是通
过冶金反应来起作用,所以解决气孔的问题,冶金因素的作用更为重要。
() 冶金因素对气孔的影响
冶金因素主要指与焊接冶金过程有关的因素,如被焊金属与填充金属的成分、
熔渣的组成与性质、电弧气氩的种类,以及铁锈、吸附水的有无等。对一定的产品
来说,则主要是焊接材料的成分、保护方式、保护介质的性质、铁锈及水分等。
(()熔渣氧化性的影响熔渣氧化性的大小对焊缝产生气孔有着重要的影响。
( ( 第七章焊接缺陷的产生及防止

大量的实验表明,当熔渣的氧化性增大时,产生 气孔的倾向增加;同时,产生氢
气孔的倾向减小;相反,当熔渣的还原性增大时,则产生氢气孔的倾向增加,而使产
生 气孔的倾向减小。因此,适当调整熔渣的氧化性,可以有效地消除焊缝中任
何类型的气孔。不同类型焊条试验的结果见表 。
表 不同类型焊条的氧化性对气孔倾向的影响
焊条类型
焊缝中含量

密集大量气孔
()
从表 可以看出,无论是酸性焊条焊缝中,还是碱性焊条焊缝中,产生气孔
的倾向都是随氧化性的增加而出现一氧化碳气孔,并随氧化性的减小(或还原性的
增加)达到一定程时,又出现由氢引起的氢气孔。
综合氧化性对产生气孔的影响,可以看出其中的辩证关系。因此,只要对不同
类型焊条药皮所形成熔渣的氧化性作合理调整,就可以有效降低产生气孔的倾向。
从表 中还可以看出,酸、碱性熔渣对气孔的敏感性不同。与酸性焊条相
比碱性焊条对 气孔与氢气孔都更为敏感。因此,在用碱性焊条焊接时,应更严
) 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术格控制气体的来源。
()焊条药皮与焊剂组成物的影响焊条药皮与焊剂的组成都比较复杂,依被
焊材料不同而异。现仅对焊接低碳钢、低合金钢的焊条药皮与焊剂为例,对形成气
孔影响较大的组成物加以分析。
" (
氟石)是碱性焊条与焊剂中常用的原材料之一。碱性焊条药皮中加入一
定的"
。在焊接时可与氢、水蒸气反应,产生稳定的化合物气体氟化氢(),将
游离氢转化为化合氢,氟化氢不溶于液体金属而直接从电弧空间扩散到空气中。
从而,减少了氢气的来源,有效地防止了氢气孔。
高锰高硅焊剂(如())中加入一定的"
,焊接时"
与,
作用后,生
成,
。亦可起到脱氢作用。
"
对防止氢气孔是很有效的,但"
的含量增加时会影响电弧稳定性,同
时还会产生不利于焊接人员健康的可溶性氟(-、. 等)。
对不含"
的酸性焊条,一般在药皮中加入一定的强氧化性组成物,如,

/0、1、/2 等。氧化物分解后与氢化合,生成稳定性仅次于 的自由氢氧基
(),也可起到防止氢气孔的作用。
在含有"
的焊条药皮或焊剂中,为了稳定电弧而需加入.、- 等低电离电
位物质,如-(
、.(
、."(
、水玻璃等。但这也会使产生氢气孔的倾向加
大,应引起注意。
(()铁锈及水分等的影响焊接生产中有时会遇到因母材或焊接材料表面不
清洁而产生气孔的现象。焊件或焊接材料表面的氧化铁皮、铁锈、水分、油渍以及
焊接材料中的水分是导致气孔产生的重要原因,其中以母材表面的铁锈的影响最
大。
铁锈是金属腐蚀以后的产物,一般钢铁材料很难避免。铁锈与一般氧化皮不
同,氧化皮的主要成分是1(
,有时也含有一定的1(
。而铁锈由于形成条件不
同,其成分一般表达为1(
·",其中1(
含量约为3(4(5,并含有一定的
结晶水。加热时氧化皮和铁锈中的高价氧化物及结晶水都要分解,即
(1 ( 1( 6 (7 8 9)
1( 6 (1( 6
(7 8 7)
1 6 1 6
(7 8 3)
7 ) : ) 第七章焊接缺陷的产生及防止

高价氧化铁与铁作用还可生成,即
( ( ))
( ( ,)
结晶水分解后可产生-
、-、 及- 等。上述反应的结果,既增强了氧化作
用,又分解出了氢,因而使. 气孔与氢气孔的倾向都有可能增大。焊接材料中残
存的水分和金属表面的油渍在高温时分解后,也要增加气孔倾向。
由此可见,铁锈是一个极其有害的杂质,对于两种气孔均具有敏感性。
对酸性焊条来说,少量的铁锈或氧化皮影响不大,这是因为酸性熔渣中 容
易形成复化物,活度较低,不易向熔池中过渡。此外,酸性熔渣的氧化性比较强,所
以对氢气孔也不很敏感。为此,酸性焊条焊前烘干温度比较低,一般规定为/, 0
,,1。
碱性焊条对铁锈及氧化皮等比较敏感,这主要是因为碱性熔渣中 活度较
大,熔渣中 稍有增加,焊缝中的 就明显增多。因此,用碱性焊条焊接时,为
了防止气孔,要求对工件表面进行较严格的清理。此外,碱性焊条对水分也很敏
感,因为这类焊条熔池脱氧比较完全,不具有. 气泡沸腾而排除氢气的能力,熔
池中一旦溶解了氢就很难排出。
一般称碱性焊条为低氢型焊条,这是因为焊条药皮中含有较多的碳酸盐,而且
不含有机物,焊接时弧柱气氛中氢的含量很低,从而保证了焊缝中扩散氢含量也很
低;但这并不表示碱性焊条具有较强的脱氢能力。如果由于某种原因使弧柱区氢
含量增加,还是要产生氢气孔。为了防止由水分而引起的气孔,碱性焊条要求在
/, 0 ,,1下烘于,这样不仅可清除吸附水,还可除去某些药皮组成物中的结晶
水。
2 工艺因素对气孔的影响
工艺因素主要是指焊接工艺规范、电流种类、操作技术等。工艺因素内容很
多,对气孔影响较大的因素有以下几个。
()焊接工艺规范的影响焊接工艺规范主要影响熔池存在时间,熔池存在时
间越短,气体越不容易逸出,形成气孔的倾向越大。熔池存在时间与主要焊接工艺
参数之间的关系为
3 4 "

( ( )
5 ,


    
工厂地址:江苏吴江黎里杨秀港   电话:0512-63622952 63620315

传真:0512-63620315  手机:13913085057 15895539158

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