4.3 常用金属材料的焊接
4.3.1 材料的焊接性
焊接性 是材料在限定的施工条件下焊成
按规定设计要求的构件，并满足预定服役要
求的能力。
1.材料焊接性的影响因素,
（ 1）材料的化学成分,
1） 在 Fe－ C合金中, 随含 C量的增加,
焊接性下降；
2） 非铁合金的焊接性一般均较差 。
（ 2）焊接方法,
同种材料采用不同的焊接方法，材料的焊
接性差别很大。采用 埋弧焊、等离子弧焊、激
光焊等方法时，焊接性较好。
例如：焊接难熔金属, 异种材料时, 若
采用手工电弧焊, 气体保护焊等较困难, 但采
用等离子弧焊, 激光焊等可获得良好的接头 。
（ 3） 焊接材料,
指焊条, 焊丝, 焊剂和气体等 。
例如：选用碱性焊条,
焊缝力学性能比选用酸性焊条要高 。
（ 4）焊接结构类型,
焊件结构越复杂或板厚越大，焊接性就越差。
（ 5）服役要求（使用要求）,
焊接使用要求不高时, 焊接性好些 。
2.焊接性的评价,
（ 1）估算法,
1）碳当量法,即把钢中合金元素（包括碳）
的含量按其作用换算成碳的相当含量，作为评
价钢材焊接性的一种参考指标。
国际焊接学会推荐的公式,
? ?
? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ?
%100
15
56
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
CuNi
VMoCrMn
C
CE
ωω
ωωωω
ω
式中 ＣＥ ＿＿ 碳当量（％）；
ω（Ｃ）,ω（Ｍｎ） ＿＿ 碳、锰等相应
成分的质量分数（％）。
A U T S
CE值愈大，焊接性愈差。
① CE＜ 0.4% 时，焊接性能 良好 。
淬硬、冷裂倾向不大，不需特殊的工艺措施。
② CE=0.4%～ 0.6% 时，焊接性能 较差 。
淬硬、冷裂倾向明显，需一定的工艺措施。
（焊前预热、焊后缓冷）
③ CE＞ 0.6% 时，焊接性能 很差 。
淬硬、冷裂倾向严重，需严格的工艺措施。
（焊前较高温度的预热，焊后缓冷并进行去应力退火）
2）冷裂纹敏感系数法 PW
? ?
? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ?
? ?
? ?
%1 0 0
6 0 060
5
101560
2030
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
?
??
??
?
hH
B
VMoNi
CrCuMnSi
C
Pw
?
???
????
?
考虑了板厚、焊缝氢量的影响。
式中 Pw_____冷裂纹敏感系数；
ω(C),ω(Mn)等 _____碳、锰等相应成分的
质量分数 (%)；
［ H］ _____100克焊缝金属中扩散氢的含量 (Ml)；
h _____材料板厚 (mm)。
防止裂纹要求的最低预热温度 Tp,
Tp=1440Pw-392（ ℃ ）
Pw值越大 （ 反映材料焊接性差 ）,
预热温度 Tp越高 。
（ 2） 焊接性试验,
即评定母材焊接性的试验 。
如焊接裂纹试验接头, 力学性能试验,
接头耐腐蚀性能试验等 。
常用金属材料的焊接性能
材料种类 焊接性 主要焊法 工艺措施
低碳钢 良好 所有方法 一般不需，只有
焊厚大构件或在 0℃
以下低温环境中焊
接时，应适当预热 低合金
结构钢
低强度 良好 手弧、埋弧,电渣,CO2
高强度 较差 手弧、埋弧,电渣,Ar+CO2 焊前需预热，重要件焊后去应力退火
中碳钢 较差 手弧、埋弧,气焊等 焊前预热,焊后缓冷
高碳钢 很差 手弧、埋弧,气焊等 焊前预热,焊后缓冷并热处理
材料种类 焊接性 主要焊法 工艺措施
不
锈
钢
奥氏体 良好
氩弧焊,
手弧、埋弧
不需
马氏体
铁素体 较差
焊前预热，焊后缓
冷，有时需热处理
铜、铝、钛
等有色金属 较差
氩弧焊、气焊、
电阻焊、钎焊 厚板需焊前预热
铸铁 极差 （只焊补 ） 手弧焊,气焊（薄壁） 重要件、复杂件 焊前预热，焊后缓冷
（续表）
4.3.2 常用金属材料的焊接
1.碳钢的焊接
⑴低碳钢的焊接
低碳钢的ＣＥ＜０,４％，焊接性良好,
应用,
一般的工程结构和强度要求不高的机器零件
⑵中碳钢的焊接,
中碳钢的ＣＥ一般为０,４％～０,６％,
焊接性较差，焊接接头易产生淬硬组织和裂
纹,
改善焊接性的措施,
① 预热和后热；
②选用低氢型焊条或碱度较多的焊剂；
③使用小电流、低速焊和多层焊；
④焊后应当立即进行热处理。
⑶高碳钢的焊接,
高碳钢的ＣＥ＞０,６％，焊接性更差。
措施,采用更高的预热温度和更严格的工艺措施。
应用,工具、模具的修补。
２．低合金钢结构
⑴ 强度级别低的低合金钢的焊接
当 бS=295~390Mpa,CE＜ 0.4%时,
焊接性较好。
⑵强度级别较高的低合金钢的焊接,
当 бS=440~540Mpa,CE,0.4~0.6%时，
焊接性较差。
采取措施,
①预热和后热
②采用碱性焊条碱度较高的焊剂
③焊后需进行去应力退火或高温回火,
３．耐热钢的焊接,
焊接性一般均较差,
措施,
①焊前清理；
②预热和后热；
③选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；
④焊后热处理。
４,不锈钢的焊接,
焊接性一般均较差。
措施,
①采用高纯焊接材料；
②选用高碱度焊剂或低氢型焊条；
③焊接时须采用热量集中的焊法、小的热输入、
低的层间温度，以减少热影响区的受热程度；
④焊后热处理。
５．铸铁的焊接,
焊接时易产生裂纹、白口及淬硬组织，
故焊接性较差。需采取一定的工艺措施。
常用的焊接方法有,
⑴异质焊缝冷焊,
即选用焊缝为非铸铁型组织的焊条；以防止出
现白口组织和裂纹。
常用焊条电弧焊，通常不预热。
应用,纯镍铸铁焊条仅用于机床导轨面；
碳钢铸铁焊条只能用于焊补铸铁件的非加工面。
⑵ 同质焊缝热焊,
即选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前
将铸件整体或局部预热至 550－ 650℃,且焊
时温度不低于 400℃ 。
常用 焊条电弧焊和气焊,焊后需去应力退火。
优点,有效地防止白口、淬硬组织及裂纹，接
头切削加工性好。
缺点,成本高，生产效率低，劳动条件差。
应用,用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加
工的重要铸件。
６．非铁金属的焊接
⑴ 铝及铝合金
工业纯铝和非热处理强化的变形铝合金,
焊接性较好。
可热处理强化变形铝合金和铸造铝合金,
焊接性较差。
焊接的主要困难,
①极易生成熔点高、密度大的氧化物使焊缝产
生未熔合或夹渣缺陷；
②易产生内应力、变形和裂纹；
③ 易使焊缝产生气孔；
④所含的低沸点合金元素焊接时极易蒸发、烧
损；
⑤铝的热导率和热容量大，焊接时热损失大等。
焊接时注意事项,
①尽量选用能量集中的强热源；
②焊丝成分一般应与母材相同或相近；
③焊前清理焊丝和焊件；
④板厚较大或气温较低时需预热。
⑵ 铜及铜合金,
焊接性较差。
主要困难,
① 易引起热裂纹；
②易生成气孔；
③易引起内应力、变形和裂纹；
④易产生未熔合、未焊透等缺陷。
注意事项,
① 熔焊时焊丝成分一般应于母材成分相近；
②焊接热输入宜大，必要时进行去应力退火。
4.3.1 材料的焊接性
焊接性 是材料在限定的施工条件下焊成
按规定设计要求的构件，并满足预定服役要
求的能力。
1.材料焊接性的影响因素,
（ 1）材料的化学成分,
1） 在 Fe－ C合金中, 随含 C量的增加,
焊接性下降；
2） 非铁合金的焊接性一般均较差 。
（ 2）焊接方法,
同种材料采用不同的焊接方法，材料的焊
接性差别很大。采用 埋弧焊、等离子弧焊、激
光焊等方法时，焊接性较好。
例如：焊接难熔金属, 异种材料时, 若
采用手工电弧焊, 气体保护焊等较困难, 但采
用等离子弧焊, 激光焊等可获得良好的接头 。
（ 3） 焊接材料,
指焊条, 焊丝, 焊剂和气体等 。
例如：选用碱性焊条,
焊缝力学性能比选用酸性焊条要高 。
（ 4）焊接结构类型,
焊件结构越复杂或板厚越大，焊接性就越差。
（ 5）服役要求（使用要求）,
焊接使用要求不高时, 焊接性好些 。
2.焊接性的评价,
（ 1）估算法,
1）碳当量法,即把钢中合金元素（包括碳）
的含量按其作用换算成碳的相当含量，作为评
价钢材焊接性的一种参考指标。
国际焊接学会推荐的公式,
? ?
? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ?
%100
15
56
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
CuNi
VMoCrMn
C
CE
ωω
ωωωω
ω
式中 ＣＥ ＿＿ 碳当量（％）；
ω（Ｃ）,ω（Ｍｎ） ＿＿ 碳、锰等相应
成分的质量分数（％）。
A U T S
CE值愈大，焊接性愈差。
① CE＜ 0.4% 时，焊接性能 良好 。
淬硬、冷裂倾向不大，不需特殊的工艺措施。
② CE=0.4%～ 0.6% 时，焊接性能 较差 。
淬硬、冷裂倾向明显，需一定的工艺措施。
（焊前预热、焊后缓冷）
③ CE＞ 0.6% 时，焊接性能 很差 。
淬硬、冷裂倾向严重，需严格的工艺措施。
（焊前较高温度的预热，焊后缓冷并进行去应力退火）
2）冷裂纹敏感系数法 PW
? ?
? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ?
? ?
? ?
%1 0 0
6 0 060
5
101560
2030
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
?
??
??
?
hH
B
VMoNi
CrCuMnSi
C
Pw
?
???
????
?
考虑了板厚、焊缝氢量的影响。
式中 Pw_____冷裂纹敏感系数；
ω(C),ω(Mn)等 _____碳、锰等相应成分的
质量分数 (%)；
［ H］ _____100克焊缝金属中扩散氢的含量 (Ml)；
h _____材料板厚 (mm)。
防止裂纹要求的最低预热温度 Tp,
Tp=1440Pw-392（ ℃ ）
Pw值越大 （ 反映材料焊接性差 ）,
预热温度 Tp越高 。
（ 2） 焊接性试验,
即评定母材焊接性的试验 。
如焊接裂纹试验接头, 力学性能试验,
接头耐腐蚀性能试验等 。
常用金属材料的焊接性能
材料种类 焊接性 主要焊法 工艺措施
低碳钢 良好 所有方法 一般不需，只有
焊厚大构件或在 0℃
以下低温环境中焊
接时，应适当预热 低合金
结构钢
低强度 良好 手弧、埋弧,电渣,CO2
高强度 较差 手弧、埋弧,电渣,Ar+CO2 焊前需预热，重要件焊后去应力退火
中碳钢 较差 手弧、埋弧,气焊等 焊前预热,焊后缓冷
高碳钢 很差 手弧、埋弧,气焊等 焊前预热,焊后缓冷并热处理
材料种类 焊接性 主要焊法 工艺措施
不
锈
钢
奥氏体 良好
氩弧焊,
手弧、埋弧
不需
马氏体
铁素体 较差
焊前预热，焊后缓
冷，有时需热处理
铜、铝、钛
等有色金属 较差
氩弧焊、气焊、
电阻焊、钎焊 厚板需焊前预热
铸铁 极差 （只焊补 ） 手弧焊,气焊（薄壁） 重要件、复杂件 焊前预热，焊后缓冷
（续表）
4.3.2 常用金属材料的焊接
1.碳钢的焊接
⑴低碳钢的焊接
低碳钢的ＣＥ＜０,４％，焊接性良好,
应用,
一般的工程结构和强度要求不高的机器零件
⑵中碳钢的焊接,
中碳钢的ＣＥ一般为０,４％～０,６％,
焊接性较差，焊接接头易产生淬硬组织和裂
纹,
改善焊接性的措施,
① 预热和后热；
②选用低氢型焊条或碱度较多的焊剂；
③使用小电流、低速焊和多层焊；
④焊后应当立即进行热处理。
⑶高碳钢的焊接,
高碳钢的ＣＥ＞０,６％，焊接性更差。
措施,采用更高的预热温度和更严格的工艺措施。
应用,工具、模具的修补。
２．低合金钢结构
⑴ 强度级别低的低合金钢的焊接
当 бS=295~390Mpa,CE＜ 0.4%时,
焊接性较好。
⑵强度级别较高的低合金钢的焊接,
当 бS=440~540Mpa,CE,0.4~0.6%时，
焊接性较差。
采取措施,
①预热和后热
②采用碱性焊条碱度较高的焊剂
③焊后需进行去应力退火或高温回火,
３．耐热钢的焊接,
焊接性一般均较差,
措施,
①焊前清理；
②预热和后热；
③选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；
④焊后热处理。
４,不锈钢的焊接,
焊接性一般均较差。
措施,
①采用高纯焊接材料；
②选用高碱度焊剂或低氢型焊条；
③焊接时须采用热量集中的焊法、小的热输入、
低的层间温度，以减少热影响区的受热程度；
④焊后热处理。
５．铸铁的焊接,
焊接时易产生裂纹、白口及淬硬组织，
故焊接性较差。需采取一定的工艺措施。
常用的焊接方法有,
⑴异质焊缝冷焊,
即选用焊缝为非铸铁型组织的焊条；以防止出
现白口组织和裂纹。
常用焊条电弧焊，通常不预热。
应用,纯镍铸铁焊条仅用于机床导轨面；
碳钢铸铁焊条只能用于焊补铸铁件的非加工面。
⑵ 同质焊缝热焊,
即选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前
将铸件整体或局部预热至 550－ 650℃,且焊
时温度不低于 400℃ 。
常用 焊条电弧焊和气焊,焊后需去应力退火。
优点,有效地防止白口、淬硬组织及裂纹，接
头切削加工性好。
缺点,成本高，生产效率低，劳动条件差。
应用,用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加
工的重要铸件。
６．非铁金属的焊接
⑴ 铝及铝合金
工业纯铝和非热处理强化的变形铝合金,
焊接性较好。
可热处理强化变形铝合金和铸造铝合金,
焊接性较差。
焊接的主要困难,
①极易生成熔点高、密度大的氧化物使焊缝产
生未熔合或夹渣缺陷；
②易产生内应力、变形和裂纹；
③ 易使焊缝产生气孔；
④所含的低沸点合金元素焊接时极易蒸发、烧
损；
⑤铝的热导率和热容量大，焊接时热损失大等。
焊接时注意事项,
①尽量选用能量集中的强热源；
②焊丝成分一般应与母材相同或相近；
③焊前清理焊丝和焊件；
④板厚较大或气温较低时需预热。
⑵ 铜及铜合金,
焊接性较差。
主要困难,
① 易引起热裂纹；
②易生成气孔；
③易引起内应力、变形和裂纹；
④易产生未熔合、未焊透等缺陷。
注意事项,
① 熔焊时焊丝成分一般应于母材成分相近；
②焊接热输入宜大，必要时进行去应力退火。
