金属机械结构件焊接对焊接工艺有哪些要求？

金属机械结构件焊接工艺要求与规范

一、焊接工艺基础要求

焊接方法选择原则

碳钢 / 低合金钢：优先选用 CO₂气体保护焊（效率高、成本低）、埋弧焊（适合厚板）；

不锈钢 / 铝合金：采用 TIG 氩弧焊（保护效果好、热影响区小）、MIG 焊（适合中厚板）；

精密件 / 薄板：激光焊、电子束焊（变形量≤0.1mm）；

异种金属：钎焊（如铜 - 钢焊接）或摩擦焊（如铝 - 钢连接）。

焊接材料匹配标准

母材类型 推荐焊丝 / 焊条 性能要求

碳钢（Q235） E4303（J422）、ER50-6 抗拉强度≥420MPa，熔敷金属冲击功≥27J

低合金钢（Q345） E5015（J507）、H08Mn2SiA 屈服强度≥345MPa，-20℃冲击功≥34J

不锈钢（304） E308-16（A102）、ER308L 含碳量≤0.03%，耐晶间腐蚀

铝合金（6061） ER5356（铝镁焊丝） 抗拉强度≥210MPa，耐蚀性匹配母材

二、焊前准备工艺要求

母材预处理

表面清理：

碳钢 / 低合金钢：喷砂或砂纸去除铁锈、油污，露出金属光泽（表面粗糙度 Ra≤25μm）；

不锈钢：用丙酮擦拭，禁止使用碳钢工具接触（避免铁离子污染）；

铝合金：机械打磨氧化膜（用不锈钢丝刷），或化学腐蚀（NaOH 溶液脱脂 + HF 酸活化）。

坡口加工：

板厚≤6mm：I 型坡口（无间隙）；

6-12mm：V 型坡口（角度 60°±5°，钝边 1-2mm）；

＞12mm：X 型或 U 型坡口（减少填充量，降低变形）。

工装与反变形设计

刚性固定：使用夹具、定位销固定工件（夹紧力均匀，避免局部压痕）；

反变形法：根据经验或模拟计算，预设变形量（如角焊缝预反变形 5°-10°）；

对称布置：多焊缝结构按对称顺序焊接（如 H 型钢先焊腹板两侧，再焊翼缘）。

三、焊接过程控制要求

关键参数设定

碳钢（10mm 板，CO₂焊）：

电流 220-250A，电压 26-28V，气体流量 15-20L/min，焊接速度 350-400mm/min；

层间温度≤250℃（避免晶粒粗大）。

不锈钢（5mm 板，TIG 焊）：

电流 110-140A，氩气流量 8-12L/min，焊接速度 200-250mm/min，背面通氩气保护（流量 5L/min）。

铝合金（8mm 板，MIG 焊）：

电流 180-220A，电压 22-24V，氦气 + 氩气混合气体（70% He+30% Ar），流量 25-30L/min。

焊接顺序规范

长焊缝：分段退焊（每段 100-300mm），减少累积变形；

交叉焊缝：先焊短焊缝，后焊长焊缝，避免应力叠加；

厚板多层焊：每层焊缝厚度≤4mm，层间清理熔渣（用钢丝刷）。

四、焊后处理工艺要求

应力消除处理

热处理：

碳钢 / 低合金钢：去应力退火（600-650℃，保温 2 小时，随炉冷却）；

铝合金：退火处理（300-350℃，保温 1 小时，空冷），避免过时效。

机械法：锤击焊缝（碳钢用圆头锤，铝合金用橡胶锤），释放残余应力（锤击密度≥20 点 /cm²）。

表面处理与检验

焊缝清理：

碳钢：敲除焊渣，打磨焊缝至平整（余高≤1.5mm）；

不锈钢：酸洗钝化（硝酸 + 氢氟酸溶液，钝化膜厚度≥5μm），消除氧化色。

无损检测：

目视检测（VT）：焊缝表面无裂纹、气孔、咬边（咬边深度≤0.5mm）；

射线检测（RT）：重要结构（如压力容器）需达到 JB/T 4730.2-2005 II 级标准；

超声检测（UT）：厚板焊缝（≥8mm）检测内部缺陷（缺陷当量≤Φ3mm）。

五、特殊结构件焊接要点

薄壁件（δ≤3mm）

采用小电流、快速焊（如激光焊功率 1-2kW），避免烧穿；

工装密贴工件（间隙≤0.1mm），减少热变形。

厚板件（δ≥50mm）

预热温度≥150℃（碳钢）/200℃（低合金钢），层间温度≥预热温度；

采用多层多道焊（每层厚度 3-5mm），后热缓冷（覆盖石棉布）。

复杂铸焊件

铸件焊前预热（根据材质确定温度，如铸铁 HT300 预热 400-500℃）；

选用铸铁焊条（如 EZNi-Fe），采用短段、断续焊（每段≤50mm），焊后锤击。

六、质量控制与验收标准

力学性能测试

拉伸试验：焊缝抗拉强度≥母材标准值的 90%；

弯曲试验：180° 弯曲无裂纹（侧弯试样厚度≥4mm）；

冲击试验：焊缝金属冲击功≥母材规定值的 80%。

尺寸公差要求

直线度：≤1mm/m（重要结构），≤2mm/m（一般结构）；

平面度：≤0.5mm/100mm（导轨安装面），≤1mm/100mm（非工作面）；

角度偏差：≤±1°（关键焊缝），≤±2°（普通焊缝）。

七、常见焊接缺陷及预防措施

缺陷类型 产生原因 预防措施

裂纹 应力集中、母材淬硬倾向 预热 + 后热，选用低氢焊条，控制焊接速度

气孔 气体保护不良、母材潮湿 清理母材，烘干焊材（焊条 350℃×1h），增加气体流量

未焊透 坡口角度不足、电流过小 增大坡口角度，提高电流，调整焊枪角度

咬边 电流过大、焊速过快 降低电流，控制焊枪摆动幅度

通过严格执行上述工艺要求，可确保金属机械结构件的焊接质量，满足强度、精度及可靠性需求。实际生产中需结合工件材质、结构复杂度及使用工况，优化工艺参数，并通过试焊验证工艺可行性。