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(中职)熔焊基础与金属材料焊接第五章电子教案.ppt

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(中职)熔焊基础与金属材料焊接第五章电子教案.ppt

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(中职)熔焊基础与金属材料焊接第五章电子教案
第5章非合金钢(碳钢)焊接


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碳钢是以铁为基体,以碳(ω(C)<%)为主要合金元素的铁碳合金,其中含有一定量的锰、硅等有益元素和少量的硫、磷等杂质元素。每种钢都对杂质作了严格限制。对于某些主要碳素钢还要限制铬、镍、铜、氮等元素含量。
碳素钢是工业中应用最广的金属材料。碳素钢之所以应用广泛,主要是它具有许多优良的性能,能基本上满足加工和使用的要求,同时还具有冶炼容易、资源丰富、价格便宜的优点。因此,在工程建筑、交通运输、机械制造和国防等部门得到广泛应用,被大量用于制造工程结构、机械零件和各种工具等。
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这类钢材常加工成角钢、槽钢、工字钢等各种型钢以及钢板、扁钢、棒材等供用户选用(如图5-1)。碳素钢的产量约占全部钢产量的70%以上。
碳钢的分类方法很多,可以根据其化学成分、性能、冶金方法、用途等进行分类。
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如,按碳的质量分数分为低碳钢(%)、中碳钢(%~%)、高碳钢(%);按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数分为普通质量钢(%~%,%~%)、优质钢(硫、%)、高级优质钢(%,%)、特殊优质碳素钢(%,%);按冶炼时的脱氧程度可分为沸腾钢(F,脱氧不完全)、镇静钢(Z,脱氧较完全)和半镇静钢(B,脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间);按用途可分为结构钢、工具钢等。结构钢主要用于制造工程结构件和机器零件,这类钢一般属于低、中碳钢;工具钢主要用于制造各种刃具、模具和量具,这类钢属于高碳钢。
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另外,根据行业特殊要求及用途,对普通碳素结构钢的成分和性能进行调整,从而派生出一系列专业用碳素结构钢,如压力容器用碳素结构钢、锅炉用碳素结构钢、桥梁用碳素结构钢、船用碳素结构钢等。

碳素钢的焊接性主要取决于它的含碳量,随着含碳量增加,钢的硬度和强度提高,焊接性变差,如表5-1所示。
碳素钢中的锰和硅对焊接性也有影响。它们的含量增加,焊接性变差,但不及碳的作用强烈。碳、锰和硅对焊接性的影响可用下面的经验公式计算,此时忽略了Ni、Cr、Mo等元素的影响。
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碳钢中,硅含量较少(<%),对值影响甚微。因此,计算碳钢的碳当量时,可将上式简化为:
值增加,产生冷裂纹的敏感性增加,焊接性变差。通常,>,冷裂纹的敏感性将增大。
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根据一般经验,碳当量<,淬硬倾向小,焊接性良好,焊接时一般不需要预热、控制层间温度或后热;=%~%时,淬硬倾向较大,焊接性较差,一般需要预热;>,淬硬倾向严重,焊接性很差,焊接前必须采用较高的预热温度,控制层间温度和后热,并采用低氢焊接工艺。
碳钢中杂质,如硫、磷、氧、氮对焊接接头力学性能和裂纹敏感性也有很大影响。碳钢中正常的硫、磷含量不致引起裂纹。如果碳钢中硫、磷过多,则可能在晶界上形成低熔点硫、磷的化合物,导致焊缝熔合区附近的液化裂纹和焊缝金属热裂纹。此外,硫还会引起气孔。
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氧在碳钢中危害很大,可降低力学性能,提高时效敏感性。当氧化物和其他化合物数量过多时,还可能引起层状裂纹。就母材而言,钢中氧、氮的含量与冶炼方法有关。沸腾钢是脱氧不完全钢,含氧量较高,在含碳量相同的条件下沸腾钢的焊接性比脱氧完全的镇静钢要差。
氮虽能提高碳钢的强度,但它能降低塑性和冲击韧度,并能大大提高钢的时效敏感性,因此,常用碳钢往往规定ω(N)<%。
碳素结构钢的残余元素,铬、镍、%;***%以下。
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这些元素因其含量低,应当说对钢的性能不构成重大影响但考虑到焊接时焊缝是在焊接应力状态下结晶,焊缝金属又是铸态组织,从而杂质元素(硫、磷、氮)和残余元素(铬、镍、铜、***等)的危害要比在母材中敏感,所以,对焊条、焊丝的熔敷金属中硫、磷等的限量都应较母材更严格。
另外,焊接性的好坏还取决于焊接接头的冷却速度,尤其是中、高碳钢。冷却速度大,碳钢可能在焊缝和热影响区中形成马氏体组织,马氏体量越多,硬度越高,焊接性越差,产生裂纹倾向越大。因此,焊接时控制冷却速度也就成为至关重要的问题。
焊件厚度增加,散热加快,冷却速度增大,冷裂纹倾向增大。
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