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1、材料焊接性的基本知识,材料焊接性的基本知识,一、材料的简单分类 二、金属材料的定义及特性 三、材料焊接性 四、什么样的金属适合气割,一、材料的简单分类,二、金属材料的定义及特性,金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 （注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）,疲劳强度 许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。 金属材料疲劳断裂的特点是： （1）载荷应力是交变的；
2、（2）载荷的作用时间较长； （3）断裂是瞬时发生的； （4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。 所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。,金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种： （1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。 （2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。 （3）热疲劳：指
3、由于温度变化所产生的热应力的反复作用，所造成的疲劳破坏。 （4）腐蚀疲劳：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的共同作用下，所产生的疲劳破坏。 （5）接触疲劳：这是指机器零件的接触表面，在接触应力的反复作用下，出现麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。,化学性能金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。
4、,工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面： （1）切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。 （2）可锻性：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限、热变形时金属的流动性、导热性能等。 （3）可铸性：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。 （4）可焊性：
5、反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。,三、焊接性,焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。,焊接性能包括两方面的内容：接合性能：金属材料在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。决定接合性能的因素有：工件材料的物理性能，如熔点、导热率和膨胀率，工件和焊接材料在焊接时的化学性能和冶金作用等。当某种材料在焊接过
6、程中经历物理、化学和冶金作用而形成没有焊接缺陷的焊接接头时，这种材料就被认为具有良好的接合性能。使用性能：某金属材料在一定的焊接工艺条件下其焊接接头对使用要求的适应性，也就是焊接接头承受载荷的能力，如承受静载荷、冲击载荷和疲劳载荷等，以及焊接接头的抗低温性能、高温性能和抗氧化、抗腐蚀性能等。,钢材焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成。而其中影响最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可焊性。钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。通常，把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化
7、作为评价材料可焊性的主要指标。所以含碳量越高，可焊性越差。所以，常把钢中含碳量的多少作为判别钢材焊接性的主要标志。含碳量小于0.25%的低碳钢和低合金钢，塑性和冲击韧性优良，焊后的焊接接头塑性和冲击韧性也很好。焊接时不需要预热和焊后热处理，焊接过程普通简便，因此具有良好的焊接性。随着含碳量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，所以，含碳量大于0.25%的钢材不应用于制造锅炉、压力容器的承压元件。,焊接过程中，焊接器件经历焊接热过程、冶金反应，以及焊接应力和变形的作用，因而带来化学成分、金相组织、尺寸和形状的变化，使焊接接头的性能往往不同于母材，有时甚至不能满足使用要求。例如，在铸铁焊接时容易开裂，需要
8、预先将焊件加热，或采用特种焊条焊接。铝的焊接用普通手工电弧焊法就难于获得优质焊缝，须采用惰性气体保护电弧焊方法。含碳量和合金元素量较高的钢材,由于硬度和强度较高,焊接时容易产生裂纹，需要采取适当的工艺措施。对于许多活性金属或难熔合金，宜采用特殊焊接方法，如电子束焊或激光焊，以便获得优质接头。工件材料、焊接方法和产品的使用条件，都会影响工件焊接性。材料制成优良焊接接头所需的设备条件越少、难度越小，则此材料的焊接性越好；反之，需要复杂而昂贵的焊接方法、特殊的焊接材料和工艺措施，则说明这种材料的焊接性不佳。,制造焊接产品或构件时，必须首先评定所用材料的焊接性，以判断所选用的结构材料、焊接材料和焊接方
9、法等是否适当。评定材料焊接性的方法很多，每种方法只能说明焊接性的某一方面，因此需要进行一系列试验后才能全面确定焊接性。试验方法可分为模拟型和实验型。前者模拟焊接加热和冷却特点或负荷情况；后者则按实际施焊条件进行试验。试验内容主要是检测母材和焊缝金属的化学成分、金相组织、机械性能、有无焊接缺陷，测定焊接接头的低温性能、高温性能、抗腐蚀性能和抗裂纹能力等。,钢材焊接性的估算方法由于碳的影响最为明显，其他元素的影响可折合成碳的影响。 碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式： w=w(C)+1/6w(Mn)+ 1/5w(Cr)+w(Mo)+w(V)+1/15w(Ni)+w(Cu) 根据经验： 当w0.4%
10、0.6%时，焊接性很不好，必须预热到较高温度。,所谓热处理，就是通过加热、保温、冷却的操作方法，来改变钢的内部组织，以获得预期的性能（如提高钢的强度、硬度等）的一种工艺。钢的热处理大致可以分为普通热处理和表面热处理两种基本类型。普通热处理的处理方法有：退火、正火、淬火和回火。淬火后又进行回火的热处理工艺，称为调质处理。,四、什么样的金属材质适用于气割,金属材料气割的基本条件是其燃点低于熔点（因为气割过程是燃烧过程而不是熔化过程）。低碳钢的燃点是1350而熔点是1500，所以低碳钢气割性能很好。而高碳钢和铸铁不能满足上述条件，故不能气割。,切割时燃烧形成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，且流动性好，否则难熔的固态氧化物会阻碍下层金属与氧流接触，使气割过程难以进行。如铝及铝合金、铬镍不锈钢不能气割，就是由于这个原因。,金属燃烧所生成的热量应大于金属所传导出去的热量，这样才能确保切口及下层金属得到充分的预热。这也是导热性高的铜、铝及其合金不能气割的重要原因。,
