常用金属材料的焊接
1 什么是焊接性?试述碳钢的焊接性。
焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力。焊
接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。
碳钢是以铁元素为基础的,铁碳合金,碳为合金元素,其碳的质量分数不超过
1%,此外,锰的质量
分数不超过
1.2%,硅的质量分数不超过 0.5%,后两者皆不作为合金元素。其它元素如 Ni、Cr、Cu 等均控制
在残余量的限度以内,更不作为合金元素。杂质元素如
S、P、O、N 等,根据钢材品种和等级的不同,均有严
格限制。因此,碳钢的焊接性主要取决于含碳量,随着含碳量的增加,焊接性逐渐变差,其中以低碳钢的
焊接性最好,见表
1。
表
1 碳钢焊接性与含碳量的关系
名
称
碳的质量分数(%)
典型硬度
典型用途
焊接性
低碳钢
≤0.15
60HRB
特殊板材和型材薄板、带
材、焊丝
优
0.15~0.25
90HRB
结构用型材、板材、棒材
良
中碳钢
0.25~0.60
25HRC
机器部件和工具
中(需预热、后热,推荐使
用低氢焊接方法)
高碳钢
≥0.60
40HRC
弹簧,模具,钢轨
劣(需预热、后热,必需使
用低氢焊接方法)
2 什么是碳当量?碳钢的碳当量如何计算?
把钢中合金元素(包括碳)的含量按其作用换自成碳的相当含量,称为该种钢材的碳当量,可作为评
定钢材焊接性的一种参考指标。
碳钢中的元素除
C 外,主要是 Mn 和 Si,它们的含量增加,焊接性变差,但其作用不及碳强烈。国际
焊接学会推荐的碳当量公式为
Mn Cu+Ni Cr+Mo+V
CE(IIW)= C +
── + ──── + ────── (质量分数)(%)
6 15 5
随着碳当量值的增加,钢材的焊接性会变差。当
CE 值大于 0.4%~0.6%时,冷裂纹的敏感性将增大,
焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。
3 利用碳当量值评价钢材焊接性有何局限性?
碳当量值只能在一定范围内,对钢材概括地、相对地评价其焊接性,这是因为:
1)如果两种钢材的碳当量值相等,但是含碳量不等,含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬
组织,其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大,焊接性较差。因此,当钢材的碳当量值相等时,不能
看成焊接性就完全相同。
2)碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响,没有考虑到冷却速度不同,可以得到不同的组
织,冷却速度快时,容易产生淬硬组织,焊接性就会变差。