1、1教教 案案焊接工艺授课教师：授课时间：2第一讲 9-1 金属焊接性的基本概念教学目的：金属焊接性的概念 焊接性影响因素教学重点：焊接性概念教学难点：焊接性影响因素教学过程：一、金属焊接性的基本概念1、 焊接性金属焊接性是指材料在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。金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性，又分为工艺焊接性和使用焊接性。(1) 工艺焊接性 是指在一定的焊接工艺条件下能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力。(2) 使用焊接性 是指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使用性能的程度。使用焊接性与产品的工作条件有密切关系。32、 影响焊接性的因素(1) 材
2、料因素 材料因素有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等。其中化学成分（包括杂质的分布）是主要的影响因素。对焊接性影响较大的因素有碳、硫、磷、氢、氧和氮。对钢中合金元素来说，还有锰、硅、铬、镍、钼、钛、钒、铌、铜和硼等。 (2) 工艺因素 包括施工时所采用的焊接方法、焊接工艺规程和焊后热处理等。对于同一母材，当采用不同的焊接方法和工艺措施时，会表现出不同的焊接性。（3）设计因素 是指焊接结构的安全性不但受材料的影响，而且在很大程度还受到结构型式的影响。焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性也发生影响。结构的刚度过大，接口的断面突然变化，焊接接头的缺口效应等，均会不
3、同程度地造成脆性破坏的条件。此外，在某些部位焊缝过度集中和多向应力状态也会对结构的安全性有不良影响。（4）服役环境因素 4是指焊接结构的工作温度、负荷条件和工作环境。如在高温下工作时有可能发生蠕变；在低温或冲击载荷下工作时，会发生脆性破坏；在腐蚀介质中工作时，接头会发生腐蚀等。3、评价焊接性准则：（1）评定焊接接头产生焊接缺陷的倾向（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求小结：1、金属焊接性概念2、金属焊接性的影响因素作业：P109 第 1 题课后记：5第二讲 9-2 常用焊接性试验方法教学目的：1、了解常用焊接性试验方法2、用间接估算法、斜丫形坡口试验法教学重点：碳当量估算法教学难点：热
4、影响区最高硬度法教学过程：复习提问：焊接性概念及影响因素是什么？一、 焊接试验的研究目的与方法焊接热裂纹试验焊接冷裂纹试验直接法 再热裂纹试验层状撕裂试验热应变时效脆化试验工艺焊接性 焊接气孔敏感性试验由碳当量推测焊接性裂纹敏感指数及临界应力为判据间接法 连续冷却组织转变图焊接性试验方法分类 断口分析及相组织分析焊接热影响区最高硬度焊接热、应力模拟试验直接法 实际产品结构运行的服役试验压力容器的爆破试验使用焊接性 焊缝及接头的常规力学性能试验焊缝及接头的低温脆性试验间接法 焊缝及接头的断裂韧性试验焊缝及接头的高温性能试验（蠕变、持久等）焊缝及接头疲劳、动载试验6焊缝及接头抗腐性、耐磨性及应力腐
5、蚀开裂试焊接性试验方法的分类1、 焊接性试验的研究目的研究目的：制定最佳焊接工艺和正确选材2、 金属焊接性的研究方法（1） 对母材进行的试验方法（2） 对焊接接头的试验方法二、 常用焊接性试验方法（一）间接估算法1、 碳当量估算法碳当量：把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。（1） 计算公式国际焊接学会（I I W）推荐 C ECE=C+Mn/6+(C r+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%) 适用于中高强度的非调质低合金高强钢。 一般可用碳当量预热某钢种的焊接性，以便确定是否需要采取预热和其他工艺措施。化学成分取上限。 板厚小于 20mm。7CE 0.6%, 属较难
6、焊材料，需采取较高预热温度2、焊接热影响区（HAZ）最高硬度法焊缝金属切点 熔合线 硬度测定线图 9-3 硬度测定位置在 O 点两侧各取 7 个以上的点（测点 15 个以上）各点的间距 0.5mm。小结：1、碳当量估算法、2、热影响区最高硬度法作业：某钢材的合金元素含量如下，试计算其碳当量（ 0.77%）并说明相应工艺措施。8C : 0.280.35 Mn: 0.81.1 Si: 0.91.2 Cr: 0.81.1 Ni: 0.3课后记： 第三讲 9-3 常用焊接性试验方法教学目的： 了解斜 Y 型坡口试验法教学重点： 斜 Y 型坡口试验法应用教学难点： 斜 Y 型坡口裂纹试验法过程 教学过程
7、： 提问：什么是碳当量？IIW 推荐碳当量公式如何？授新：斜 Y 型坡口试验法常用焊接裂纹繁感性试验方法有：焊接热裂纹、焊接冷裂纹、消除应力裂纹试验、层状撕裂。斜 Y 型坡口焊接裂纹试验法应用：焊接接头热影响区冷裂纹试验碳素钢和低合金高强钢打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向1、试件制备：9坡口加工：机械切割加工200试验焊缝 拘来焊缝150 80 602、试验方法（1）焊条：低氢型焊条、直径 45mm。（2）上下各层正面和背面交替焊。（3）焊实验焊缝前清理焊缝（4）试验参数焊条直径mm 。焊接电流：17010A。电弧电压：24V2V。焊接速度：150 mm/min。（5）焊完 48h 后，开始检测
8、解剖。3、计算方法（1）表面裂纹率：Cf =Lf/L100 CF表面裂纹率Lf表面裂纹长度之和10L试验焊缝长度（2）根部裂纹率 Cr=Lr/L100.Cs=Hc/H100 结论：裂纹率不超过 20不应有根部裂纹小结：1、斜 Y 型坡口试验法应用2、斜 Y 型坡口试验法试验方法作业：P109 第 3、4 题课后记：11第四讲 10-1 碳钢的焊接性教学目的：1、了解碳钢的分类；2、了解碳钢的焊接性。教学重点： 碳钢的焊接性教学难点： 碳钢的分类教学过程： 提问：斜 Y 型坡口试验适用于什么情况？一、 碳钢的分类：1、 按含碳量多少低碳钢 0.25中碳钢 0.250.6高碳钢 0.62、 按脱氧
9、方法不同沸腾钢：脱氧不完全12半镇静钢：脱氧不完全镇静钢：完全脱氧特殊镇静钢：完全脱氧3、按钢的质量普通碳素钢 S0.05 P0.05优质碳素钢 S0.035 P 0.035高级优质碳素钢 S0.030 P 0.035特殊优质碳素钢 S0.020 P 0.0254、按用途分碳素结构钢：基本对应低碳钢碳素机械零件用钢：基本对应中碳钢碳素工具钢：基本对应高碳钢二、 碳钢的焊接性1、 焊接性：取决于含碳量含碳量增加、钢的硬度和强度提高，焊接性变差2、 焊接性判定：经验公式：Ceq=C+Mn/6+si/24简化：Ceq=C+Mn/6（1） Ceq0.4 时淬硬倾向小，焊接性良好13不需预热、后热和控制
10、层温度。（2） Ceq=0.40.6淬硬倾向较大，焊接性差较一般需预热等相应工艺措施（3） 、Ceq0.6淬硬倾向严重，焊接性很差必须采取措施：较高预热温度、控制层间温度、后热及采用低氢焊接工艺。小结：1、碳钢的分类2、分析碳钢的焊接性作业：P121 第二题 .课后记：14第五讲 10-2 碳钢的焊接工艺(之一)-低碳钢焊接工艺教学目的：掌握低碳钢的焊接工艺 教学重点：低碳钢的焊接工艺教学难点：低氢焊接工艺教学过程： 复习提问：碳钢的分类有哪些？授新： 低碳钢的焊接工艺一、低碳钢的焊接性低碳钢的含碳量较低，且除 Mn、Si、S 、P 等常规元素外，很少有其他合金元素，因而焊接性良好。焊接时有以
11、下特点：1、可装配成各种不同的接头，适应各种不同位置的施焊，且焊接工艺和技术较简单，容易掌握。2、焊前一般不需预热。153、塑性较好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造各类大型结构件和受压容器。4、不需要使用特殊和复杂的设备，对焊接电源没有特殊要求，交直流弧焊机都可以焊接。对焊接材料也无特殊要求，酸性碱性都可。5、低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数选择不当，也可能出现热影响区晶粒长大或时效硬化倾向。焊接温度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严重。二、低碳钢的焊接工艺 1、低碳钢焊接材料选用焊条 E43系列 如：E4303、E4315、E4316焊丝焊剂焊丝：H08A、H08MnA焊
12、剂：HJ431、HJ430二氧化碳气体保护焊丝焊丝：ER49-1 ER50-2 至 E50-7氩弧焊焊丝要求用专用的氩弧焊焊丝162、低碳钢焊接工艺要点（1） 、焊前清理（2） 、深而窄坡口形式（3） 、刚性增大，宜选用低氢型焊条和严格工艺措施（4） 、严寒时，低氢型焊条和严格工艺措施 3、各种焊接方法在低碳钢中的应用常用的方法有：（1） 焊条电弧焊：适用于板厚在 250mm 的对接接头、T 字接头、十字接头、搭接接头和堆焊等。（2） 埋弧焊：适用于板厚在 3150 之间的对接接头、T 字接头、十字接头。（3） 电渣焊：特别适用于焊接 50-300mm 的厚板。（4） CO2 气体保护焊：比较
13、适用于薄板及大型结构件的角焊缝的焊接。4、常用缺陷及防止措施：见表 10-717小结：1、低碳钢的焊接性分析；2、低碳钢的焊接工艺。作业：P121 第 3、 5 题课后记：第六讲 10-2 碳钢的焊接工艺(之二)-中碳钢焊接工艺教学目的：1、中碳钢的焊接工艺教学重点：中碳钢的焊接方法及焊材的选用教学难点：中碳钢的焊接工艺要点教学过程： 复习提问：低碳钢常用的焊接方法有哪些？授新一、中碳钢的焊接性中碳钢的含碳量为 0.25%0.6%，与低碳钢相比，含碳量较高。随着钢中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
14、还会下降。18二、中碳钢的焊接工艺1、焊接方法 常用的方法是焊条电弧焊和 CO2 焊2、中碳钢焊接材料选用 要求等强的构件：采用 E5015、E5515 等强度级别较高的焊条。 不要求等强的构件：采用 E4303、E4315 等强度级别较低些的焊条。 特殊情况：即母材不能焊前预热时，可采用奥氏体不锈钢焊条。3、中碳钢焊接工艺要点（1）坡口制备 为减少熔合比，一般采用 U 形或V 形坡口，并将坡口两侧的油污和铁锈等清除干净。（2）预热 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 35、45 钢预热 150250。刚性很大时，提高到 250400。（3）焊接电源 19一般选
15、用直流弧焊电源的反极性，降低裂纹倾向和气孔。（4）焊后热处理 600800消除应力热处理。采取保温、缓冷措施，以减少裂纹的产生。（5）采用低氢焊接工艺应当尽量选用低氢型焊材；焊前严格清理；烘干焊条；采用窄焊道、短弧操作方法。（6）多层多道焊，前几层采用小电流、慢速焊，中间层采用较大线能量。小结：1、中碳钢的焊接性分析；2、中碳钢的焊接工艺。作业：课后记：20第七讲 10-2 碳钢的焊接工艺(之三)-高碳钢焊接工艺教学目的：掌握高碳钢的焊接工艺 教学重点： 高碳钢的焊接工艺教学难点：高碳钢的焊接工艺要点教学过程： 复习提问：碳钢的分类有哪些？一、 高碳钢的焊接性1、 化学成分及种类：高碳钢的含碳
16、量大于 0。6%，包括碳素结构钢、碳素钢铸件及碳素工具钢等。2、 焊接性：焊接性很差，焊后很易产生硬脆的高碳马氏体，淬硬21倾向和裂纹敏感倾向大。3、 焊接应用：用于高硬度或耐磨部件或零件，大多是焊补修理。4、 焊接操作：焊前退火：减少裂纹焊后再回火：达到高硬度和耐磨要求。二、高碳钢的焊接工艺 1、高碳钢焊接材料选用通常不用高碳钢焊材。根据钢材的含碳量、几何形状和使用条件等，同时考虑产品结构、所焊钢材的实际化学成分、热处理状态、力学性能及等选用合适的填充金属。2、热处理及预热：（1） 先退火再焊接（2） 预热 250-350以上，并保持层间温度。（3） 焊后 250-350/2h 去氢处理。（
17、4） 对于焊件较大，刚性较强，则焊后注意保温，并马上进行 650高温回火，消除焊接应力。3、高碳钢焊接工艺要点（1）焊前烘干焊条，及工件表面的清理22（2）尽量采用小电流、慢焊速，减少熔合比。同时，锤击焊缝，减少焊接应力。（3）采用预堆法，先在坡口上堆焊，然后再进行焊接。（5） 采用过渡层焊接法。用强度级别低、含苞欲放碳量很低的焊接材料堆焊过渡层。过渡层的焊接方法：焊条电弧焊、CO2 气体保护焊、MIG 焊、TIG 焊 。3、焊接方法常用的方法有：焊条电弧焊4、常用缺陷及防止措施：小结：1、高碳钢的焊接性分析；2、高碳钢的焊接工艺。作业：课后记：23第八讲 11-1 低合金钢的焊接概述教学目的
18、：低合金分类及性能教学重点： 低合金钢的分类教学难点： 低合金钢的性能教学过程：复习提问：高碳钢的焊接工艺要点？低合金钢是在碳素钢中加总的质量分数不超过 5的各种合金化学元素，以提高钢材的强度、塑性、韧性、耐蚀性、耐热性或其他特殊性能的钢材。用于制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢。合金结构钢分为高强度钢（强度用钢） （GB/T13304-1991 规24定，屈服点 s295MPa、抗拉强度 b390MPa 的钢均称为高强度钢）和专业用钢两大类。一、高强度钢按照钢材供货的热处理状态分为：热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢三类。钢材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，
19、同一类的钢其焊接性是比较接近。1、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。力学性能：s=295490Mpa，包括 Q295Q460 钢。强化方式：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。性能：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，应用广泛。2、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。性能：s=441980Mpa。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25调质处理。应用：在焊接结构中，越来越受到重视，是具有广阔发展前途的一类钢。3、中碳调质钢 这类钢属于热处理强化钢。性能：其碳
20、含量较高，s=8801170Mpa 。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。应用：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。二、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：1、珠光体耐热钢 这类钢主要用于制造工作温度在500600范围内的设备，具有一定高温强度和抗氧化能力。2、低温用钢 用于制造在20196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。
21、263、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异。小结：1、低合金钢的性能及分类2、强度用钢的性能特点3、专业用钢的性能特点。作业：P132 第 1、2 题课后记：第九讲 11-2 低合金钢的焊接工艺（一）热轧及正火钢的焊接工艺教学目的：1、热轧及正火钢的焊接性2、掌握热轧及正火钢焊接工艺教学重点： 热轧及正火钢的焊接工艺教学难点： 热轧及正火钢的焊接性教学过程：复习提问：低合金结构钢的分类及特性？授新：热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢包括热轧钢及正火钢。正
22、火钢中的含钼钢需在正火+回火条件下才能保证良好的塑性和韧性。27正火钢又可分为在正火状态下使用和正火+回火状态下使用的两类。一、热轧及正火钢的焊接性 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。1、粗晶区脆化 热影响区中被加热到 1100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。2、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。3、热裂纹 一般情况下，热轧正火钢的热裂倾向小，但有时也会在焊缝中出现热裂纹
23、。4、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。二、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28防止,产品质量稳定。1、焊接方法的选择 热轧及正火钢可以用各种焊接方法：常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、CO2 气体保护焊和电渣焊等。热轧及正火钢切割方法：气割、电弧气刨、等离子弧切割等。切割前一般不需预热，割后可直接焊接。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。2、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
24、，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。（1）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。（2）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 11-3。293、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。预热恶化劳动条件，使生产工艺复杂化。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。4、 焊后热处理 常用消除应力退火、正火
25、或正火+回火等。（1）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。（2）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。（3）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。（4）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30脆性的钢，应避开回火脆性的温度区间。小结：1、热轧及正火钢的焊接性2、热轧及正火钢的焊接工艺作业：P132 第 1、2 题课后记：第十讲 11-2 低合金钢的焊接工艺（二）调质钢的焊接工艺教学目的：1、低碳调质钢的焊接工艺2、中碳调质钢的焊接工艺教学重点： 调质钢的焊接工艺教学难点： 调质钢钢的焊接性教学过程： 复习提问：热轧及正火钢的焊接工艺？授新：调质钢的焊接工艺低碳调质钢属于热处理强化钢。这类钢强度高，具
