科普焊接—焊接性

工业灵魂

发布时间：08-2322:36生产工艺工程师
1概述

电弧焊时，焊缝金属的机械性能应与母材相匹配，焊工必须避免焊缝中的缺陷。造成缺陷主要因为：

焊工技术差；

不恰当的材料或工艺；

工件中的高应力.

通过操作技术可以避免的缺陷包括未熔合和夹渣，众所周知，这些缺陷的产生是由于操作技术差造成的。然而，焊工也应该知道材料本身也可能由于焊接工艺的原因，造成焊接缺陷。

2材料力学

以下是常用材料类型，其可焊性也不同:

钢

不锈钢

铝及其合金

镍及其合金

铜及其合金

钛及其合金

铸铁

熔化焊工艺能用于焊接大部分各种厚度的金属材料。焊接缺陷可能位于焊缝中或母材靠近焊缝的区域，即焊接热影响区（HAZ）。焊缝中的化学成分会影响缺陷产生的倾向性大小，焊接填充材料的选择是关键性的，即影响最终焊缝机械性能和耐蚀性能，也影响是否能形成无缺陷的焊缝。然而，热影响区的缺陷是由于焊接过程中不合理的焊接热循环造成的，应通过严格执行焊接工艺避免。

对于本部分焊接知识，焊工应考虑碳锰钢（C-Mn）和低合金钢的焊接性钢和低合金钢。

3焊缝中的缺陷

通常考虑使用何种钢材，需要考虑其是否容易焊接。应避免以下类型的缺陷的产生：

气孔;

热裂纹;

氢致冷裂纹;

再热裂纹.

其它缺陷还有层状撕裂和液化裂纹等，但在现在的钢材和填充材料的条件西安，这些缺陷较少发生。

在讨论缺陷产生的主要原因，同时本部分将提供电弧焊时，如何通过调整工艺和焊工的操作以避免焊接缺陷。

—气孔

气孔是由于单质气体存在于凝固的焊缝中所形成的的空洞。气体通常由于气体保护不良，或表面有污物，比如锈或油脂，或母材（自熔焊缝）、焊条、焊丝中脱氧元素不足。特别严重的一种气孔是条虫状气孔，其原因是因为表面的严重污染或潮湿的焊条。

母材、焊条和焊丝中金属锰和硅的存在，是有益于他们作为脱氧剂结合滞留在熔池的中空气，以形成渣。沸腾钢具有高的氧含量，只能使用附加铝含量的焊接填充材料才能获得满意的焊接效果。

为获得致密的、无气孔焊缝，，焊接前接头区应清洗和脱脂。应预先清湖底漆，除非使用特殊的焊接工艺方法和焊接工艺。当使用气体保护焊时，材料表面的要求更严格的清理，如清除油脂、打磨或机加工，然后经最后脱脂、必须保护电弧以免受气流的影响。

—热裂纹

凝固裂纹是由于焊缝在凝固过程的强度不足，在焊缝金属内承受收缩应力，导致在焊缝纵向开裂。母材中的硫、磷和碳进入到焊缝金属中会使裂纹倾向增加，尤其是在厚截面和高拘束的焊接接头中。当焊接高碳和硫含量钢时，薄焊缝会更容易凝固裂纹。然而，深宽比过小也会使裂纹倾向增加。在这种情况下，最后一部在分焊缝的中心凝固，将可能有严重的偏析，这会使开裂危险性增加。.

防止热裂纹最好的方法是注意选择合适的焊接填充材料，合理焊接参数和正确的焊接操作。为了避免裂纹产生，应选择低碳含量、低杂质含量和相对高锰和硅含量的填充材料。高电流密度的工艺方法，比如埋弧焊和二氧化碳气体保护焊，更容易造成开裂。焊接工艺参数应使对接焊缝或角焊缝的深宽比合理。高焊接速度的焊接工艺，会使偏析的倾向增加及增加焊接内应力。焊工应确保装配尺寸，以避免间隙过大。表面的污染物，比如切割过程的沾染的油，都应在焊接之前清除。

—氢致裂纹

高碳钢和低合金钢的特点是，焊接过程中紧邻焊缝HAZ区硬化可能造成的冷裂纹（氢致裂纹）。虽然裂纹产生的倾向性大小是由跟焊接过程中产生的氢含量的多少有关但其是否出现也取决于几个其它因素：

材料的化学成分（碳当量）;

厚度;

热输入;

拘束度.

氢含量的多少跟焊条类型和焊接工艺方法有关。焊条电弧焊时，碱性焊条比金红石焊条的氢含量低T，气体保护焊（MIG和TIG）熔池中的氢含量少。钢的成分和冷却速度回影响HAZ区硬度。化学成分决定材料的淬硬倾向，高碳含量和高合金含量会使材料的HAZ区硬度更高。截面厚度和电弧能量（热输入）影响冷却速度和HAZ区的硬化程度。

对于给定的条件，即材料的成分、厚度、接头类型、焊条类型和电弧能量（热输入），有关于加热材料的条件影响HAZ裂纹的产生。预热能降低冷却速度，去除氢和降低HAZ区的硬度，能够避免裂纹的形成。对于不同应用条件，预热温度的选择可以参考相关标准，例如BSEN1011-2:2001。由于裂纹只发生在温度略高于环境温度时，所以在制造过程中保持温度是最重要的。如果材料被允许冷却速度过快，裂纹可能出现在焊后几小时之后，通常称作“氢致延迟裂纹”。

因此，焊接后保温（维持一定的温度）是有益的，这要基于钢的厚度，以确保氢从焊缝中溢出。

当焊接C-Mn结构钢和承压用钢时，以上措施可以避免HAZ裂纹，也能避免焊缝中氢致裂纹。然而，随着焊缝中合金化含量的增加，例如当焊接合金钢或调质钢，将会采取更严格的预防措施。低氢的焊接工艺、低氢的焊条和高电弧能量和降低焊接应力的措施，可以降低HAZ裂纹产生的倾向。实践中，避免氢致裂纹的方法包括，烘干焊条和清理接头表面。当使用气体保护焊时，由于部件和焊丝表面的污染物，在焊接过程中将产生大量的氢，应采用预热和高的电弧能量，甚至在点固焊时。

—再热裂纹

再热裂纹或应力释放裂纹出现在厚壁构件的HAZ区，通常壁厚超过50mm。更可能的原因是高温工作条件下或消除应力热处理过程中的热影响区的脆化。

HAZ区具有粗晶的特点，裂纹倾向更严重，低线能量的焊接工艺可以降低裂纹倾向。尽管再热裂纹发生源于材料的裂纹敏感性，但消除应力集中，避免高应力，例如通过修整焊缝的焊趾初，可以降低裂纹倾向。

4不同钢材组别的焊接性

基于相似的冶金和焊接特性，ISO/TR15608:2005将材料分成不同的组别.这些钢种主要的问题是：

1组，低碳钢，不限制制造工艺，最低屈服强度ReH≤460N/mm2.

对于薄截面，非合金材料，其可焊性好。然而，当使用带有药皮或焊剂的焊接工艺焊接厚截面时，有HAZ区氢致裂纹的倾向，所以需要控制填充材料的氢含量或预热。

2组，最低屈服强度ReH>360N/mm2的热机械轧制细晶粒钢和铸钢

对于给定的强度等级，热机械轧制工艺（TMCP）具有比正火钢更低的合金含量，因此其有更好的可焊性，能避免HAZ区氢致裂纹和获得理想的硬度。然而，TMCP钢在焊后还是有一定程度的软化，限制热输入量能够使接头区的性能不下降(例如，对于15mm的板材，线能量限制≤2.5kJ/mm)。

3组.调质钢和沉淀强化行（除了不锈钢），ReH>360N/mm2

这类钢具有可焊性，但必须遵循焊接工艺，这类钢通常由较高的碳当量，因此有高淬硬倾向，从而导致HAZ区硬化，易于产生裂纹。做为TMCP钢，可能需要限制热输入或预热，以避免钢材性能的下降。

4,5和6组.Cr-Mo合Cr-Mo-V热强钢

这类钢材有氢致裂纹的敏感性，但采取适当的预热措施和选择低氢填充材料，使用回火焊道以降低裂纹倾向，此类钢具有可焊性。焊后热处理通常用于改善它们的HAZ区的韧性

7组.铁素体、马氏体或沉淀强化不锈钢

如果选择的填充材料是匹配强度，则必须预热以避免HAZ区的裂纹。为了改善HAZ区的韧性，焊后热处理也是必要的。

8组，奥氏体不锈钢

这类钢不需要预热，但为了避免热裂纹和液化裂纹，应选择第杂质含量的填充材料，或如果可能，降低焊缝中的铁素体含量。

9组，镍合金，Ni≤10%.

其与4、5&6组钢焊接性相似。

10组，奥氏体不锈钢（双相）

焊接此类刚时，应准确选择填充材料以保证焊缝区和HAZ区相的平衡，不预热和控制最高道间温度以及降低焊接热输入，同时缓慢冷却，以上措施可以促进HAZ区奥氏体的形成

11组，高碳钢

与1组钢相比，其随着碳含量的增加，其可焊性变差。其填充材料的选择要更仔细，需要更高的预热温度重要的忠告是，在实际焊接钢材之前，没有任何经验可以遵循。