金属材料的焊接性,指的是同种或不同金属在焊接工艺下,能否形成完整接头并满足使用要求的能力,主要分为工艺焊接性和使用焊接性两部分。工艺焊接性是指在一定焊接条件下,能否获得无缺陷、质量优良的焊接接头,使用焊接性则是指接头能否满足结构所需的力学性能和使用要求。
影响金属焊接性的因素主要有材料本身、结构设计、焊接工艺以及服役环境四个方面。评定焊接性主要看两个方面,一是评定接头产生缺陷的倾向,为制定焊接工艺提供依据,二是评定接头能否满足使用性能要求。焊接性试验要遵循可比性、针对性、再现性和经济性的原则,常用的试验方法有斜 Y 坡口焊接裂纹试验,也就是小铁研试验,主要用于评定碳钢和低合金高强钢热影响区的冷裂纹敏感性,此外还有插销试验、压板对接试验、可调拘束裂纹试验等。小铁研试验的目的就是判断碳钢和低合金高强钢热影响区产生冷裂纹的难易程度,影响试验结果的因素主要有拘束度、预热温度、角变形和未焊透等,一般低合金钢表面裂纹率小于 20% 时,用于普通结构是安全的。影响工艺焊接性的因素包括母材和焊接材料、接头设计、焊接工艺措施以及使用环境等。有时候材料工艺焊接性好,使用焊接性不一定好,因为能焊好不代表强度、韧性、耐蚀性等性能满足要求,比如低碳钢好焊接,但强度硬度不如高碳钢。热影响区最高硬度可以用来评价冷裂纹敏感性,因为冷裂纹大多出现在热影响区,硬度越高说明组织越脆,越容易开裂,焊接工艺会直接影响热影响区的硬度大小。合金结构钢中,低碳调质钢含碳量不超过 0.18%,焊接性明显优于中碳调质钢,热影响区形成低碳马氏体,具有自回火特性,冷裂纹倾向小,当组织为低碳马氏体加下贝氏体时韧性最好。低温钢中常加入镍元素,同时严格控制碳、硫、磷、氢、氧等含量,防止时效脆性和回火脆性,热处理方式一般有正火、正火加回火、淬火加回火等。中碳调质钢含碳和合金元素较高,淬硬倾向大,冷裂纹严重,容易出现热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、过热区脆化和热影响区软化等问题,通常在退火状态下焊接,焊后进行整体调质处理,如果在调质状态下焊接,接头性能较难保证。Q345 钢属于热轧钢,碳当量低,焊接性良好,有一定淬硬倾向,但抗热裂性能较好,热影响区可能出现粗晶脆化,经过 600℃左右回火后韧性明显提高,常用 E5 系列焊条、SJ501 焊剂配合 H08A 或 H08MnA 焊丝等。Q345 与 Q390 相比,Q390 锰含量更高,碳当量更大,冷裂纹和脆化倾向更明显,Q345 的焊接工艺不能直接用于 Q390,需要合理调整热输入和预热温度。低合金高强钢选择焊接材料时,要保证焊缝强韧性匹配,焊后热处理会影响焊缝组织与性能,需要结合材料特点选用焊材。低碳调质钢焊接时要控制热输入,防止热影响区脆化,必要时采取预热,预热温度过高过低都会影响接头韧性,需通过试验确定合理范围。同一牌号中碳调质钢在退火和调质状态下焊接,工艺差别很大,退火态焊接便于后续调质保证性能,调质态焊接易出现裂纹和软化,工艺控制更严格。低温钢在不同温度下使用时,焊材和工艺也要相应调整,以保证低温韧性并防止裂纹。热轧钢和正火钢强化方式不同,焊接时都要注意粗晶脆化问题,合理选择焊接方法和参数。低碳调质钢与中碳调质钢热影响区脆化机理不同,低碳调质钢可在调质状态下焊接,中碳调质钢一般需要焊后热处理才能保证性能。珠光体耐热钢焊接时要注意冷裂纹、再热裂纹,选用焊材时不仅考虑强度,还要满足高温使用要求。不锈钢主要用于大气及腐蚀环境,耐热钢包括抗氧化钢和热强钢,热强性指高温下的持久强度和蠕变抗力。铬当量和镍当量是判断不锈钢组织的重要指标,铁素体不锈钢存在 475℃脆化、σ 相脆化等问题。奥氏体不锈钢焊接时容易产生热裂纹,原因是导热系数小、线膨胀系数大、拉应力大,且易出现晶间偏析形成液膜。18-8 型不锈钢接头容易在焊缝、热影响区敏化区和熔合区出现晶间腐蚀,主要是贫铬机理导致,可通过降碳、加钛铌、控制敏化温度、焊后热处理等措施预防。双相不锈钢由奥氏体和铁素体组成,强度、耐蚀性好,焊接时要控制热输入和相比例,防止接头脆化。不锈钢焊接时控制含碳量,是为了减少晶间腐蚀和冷裂纹倾向。铝合金焊接最容易出现气孔和热裂纹,气孔主要由氢引起,Al-Mg 合金易出现集中大气孔,纯铝多为分散小气孔,焊前必须清理氧化膜。铜及铜合金导热导电快,焊接时难熔合、易变形、易产生热裂纹和气孔,常用氩弧焊和埋弧焊。铸铁焊接要考虑拘束度,复杂厚大件应从拘束度大的部位向小的部位焊接,减小应力开裂。不同材质焊接时,要根据材料特性、结构要求和使用环境,选择合适的焊接材料、工艺方法和预防措施,保证接头质量和使用性能。