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1、焊接冶金学材料焊接性复习总结第2章焊接性及其试验评定2.1焊接性及其影响因素2.1.1焊接性概念概念：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。工艺焊接性：结合性能，就是一定的材料在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性。使用焊接性：使用性能，指一定的材料在规定的焊接工艺条件下所形成的焊接接头适应使用要求的能力。2.1.2影响焊接性的因素影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役因素2.2焊接性试验的内容2.2.1焊接性试验的内容（1）焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 （2）焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力 （3）焊接接头抗脆性断裂的能力 （4）焊
2、接接头的使用性能2.3焊接性的评定及试验方法2.3.1焊接性的间接评定（1）碳当量法 （2）焊接冷裂纹敏感指数法 （3）热裂纹敏感性指数法 （4）消除应力裂纹敏感性指数法 （5）层状撕裂敏感性指数法 （6）焊接热影响区最高硬度法2.3.2焊接性的直接试验方法（1）焊接冷裂纹试验方法 （2）焊接热裂纹试验方法 （3）焊接消除应力裂纹试验方法 （4）层状撕裂试验方法第3章合金结构钢的焊接3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性（1）冷裂纹及影响因素a.淬硬倾向与冷裂倾向的关系热轧钢含c量不高，但含有少量的合金元素，这类钢的淬硬倾向比低碳钢的淬硬倾向大，并且随着钢材强度级别的提高淬硬倾
3、向逐渐增大。正火钢的强度级别较高，合金元素含量较多，高温转变区较稳定，焊接冷却下来很易得到贝氏体和马氏体。因此，其冷裂纹倾向随着强度级别的提高而增大。b.碳当量与冷裂纹倾向的关系热轧钢碳当量都比较低，除环境温度很低或钢板厚度很大，一般情况下其裂纹倾向都不大。当正火钢碳当量不超过0.5时，淬硬倾向比热轧钢大，但不算严重，焊接性尚可。但对于厚板往往需要进行预热。当碳当量大于0.5时钢的淬硬倾向和冷裂倾向逐渐增加。防止措施：严格控制线能量、预热和焊后热处理等。c.热影响区的最高硬度值与冷裂倾向关系为了避免产生对冷裂敏感的淬硬组织，可将热影响区的最高硬度控制在某一刚好不出现冷裂纹的临界值；反过来也可根
4、据测得的热影响区的最高硬度值来判断材料的冷裂倾向和确定预热温度。（2）热裂纹和消除应力裂纹焊缝中出现热裂纹主要与热轧及正火钢中C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关。消除应力裂纹一般产生在热影响区的粗晶区。裂纹沿熔合区方向在粗晶区的奥氏体晶界断续发展，产生原因与杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”导致晶界脆化有关。（3）非调制钢焊缝的组织和韧性（4）热影响区脆化热轧钢：焊接线能量过大：导致冷速过慢，过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低；线能量过小：由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低，这在含碳量偏高时较明显。（5）层状撕裂层状撕裂主要发生在要求熔透的角接接头和T形接
5、头的厚板结构中。3.2.3热轧及正火钢的焊接工艺热轧和正火钢对焊接方法无特殊要求，常用的焊接方法如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊都可选用。焊接材料的选择选择相应强度级别的焊接材料考虑熔合比和冷却速度的影响必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响焊接工艺参数的确定焊接线能量的确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。因为各类钢的脆化倾向和冷裂倾向不同，所以对线能量的要求也不同。焊接时进行预热的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。热扎正火钢一般焊后不需要热处理3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析（1）焊缝强韧性匹配低的屈强比有利于加工成形，高的屈强比使钢材的潜力得以较大
6、的发挥。（2）冷裂纹限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止低碳调质钢焊接冷裂纹十分重要。低碳调质钢是通过加入提高 淬透性的合金元素，保证获得强度高、塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体。由于淬透性增加，使得CCT曲线大大右移，除非冷却速度很缓慢，高温转变一般不会发生。但是，这类钢马氏体含碳量很低，马氏体开始转变温度Ms较高，在该温度下以较慢的速度冷却，形成的马氏体还能来得及进行一次“自回火”处理，所以实际上冷裂倾向并不一定很大。若马氏体转变时冷却速度较快，得不到“自回火”效果，冷裂倾向就会增大。（3）热裂纹及消除应力裂纹低碳调质钢中S、P杂质控制严，含C量低、含Mn量较高因此热裂纹倾向较小。对一
7、些高Ni低Mn型低合金高强调质钢（HY80），焊缝中的含Mn量可通过焊接材料加以调整，焊接热裂纹是不会产生的。从合金系统来说，为加强其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多数都能引起再热裂纹其中V的影响最大，Mo的影响次之。（4）热影响区性能变化过热区的脆化焊接热影响区的软化（原因是奥氏体晶粒粗化，上贝氏体和M-A组元的形成）3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点（1）焊接方法和焊接材料的选择调质钢只要加热温度超过其回火温度，它的性能(综合机械性能)就会降低，问题随调质钢强度级别的提高而变得更加显著。通常解决办法是焊后重新调质处理，尽量限制焊接过程中的热量输入
8、。低碳调质钢焊后般不再进行热处理，要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等的机械性能。特殊情况(结构刚度很大)，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料。（2）焊接参数的选择焊接线能量在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下，线能量应该尽可能选择大些。预热温度当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的发生，必须采取预热措施。预热主要是为了防止冷裂，但从800500区间的冷却速度来看，由于预热减缓了该区域内的冷却速度，获得上贝氏体的可能性增加，热影响区的塑性和韧性会受到不利的影响，预热温度一般低于200。焊后热处理低碳马氏体+下贝氏体组织的低碳调质钢能保证其焊接热影响区在快速冷却时
9、获得高强度及塑性和韧性，为了防止焊件脆断的消除应力退火就没有必要。消除应力退火处理只用于要求耐应力腐蚀的焊件，为了保证材料的性能，消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低30左右。（3）低碳调质钢焊接接头的力学性能为了消除液化裂纹和提高焊接效率，一般采用熔化极气体保护焊（MIG）和活性气体保护焊（MAG）等自动化或半自动机械化焊接方法。3.4中碳调质钢的焊接3.4.2中碳调质钢的焊接性分析（1）焊缝中的热裂纹尽可能选用含碳量低以及含S、P杂质少的焊接材料。在焊接工艺上应注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。（2）淬硬性和冷裂纹降低焊接接头的含氢量，除了采取焊前预热外，焊后须及时进行回火处理。
10、（3）热影响区脆化和软化热影响区产生大量脆硬的马氏体组织。措施：采用小热输入，同时采取预热，缓冷和后热等措施。焊接热源越集中，对减少软化越有利。3.4.3中碳调质钢的焊接工艺特点（1）退火或正火状态下焊接（2）调质状态下焊接（3）焊接方法及焊接材料焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等；采用可能小的焊接热输入，同时采取预热和后热措施。中碳调质钢对冷裂纹的敏感性之所以比低碳调质钢大，除了淬硬倾向大外，还由于Ms点较低，在低温下形成的马氏体难以产生“自回火”效应。3.5珠光体耐热钢的焊接3.5.2珠光体耐热钢的焊接性分析（1）热影响区硬化及冷裂纹珠光体耐热钢焊接过程中最常见的焊接缺陷之一就是在热影响区的
11、粗晶区产生冷裂纹，在实际生产中，为了防止冷裂纹的出现，一般都采用焊前预热、控制层间温度、焊后去氢处理、改善组织状态以及减小和消除应力等处理方法。可采用低氢焊条和控制焊接热输入在合适的范围，加上适当的预热、后热措施，来避免产生焊接冷裂纹。（2）消除应力裂纹这类钢中加入少量的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb等，它们都是强烈碳化物形成元素，会增加钢的再热裂纹敏感性。再热裂纹的产生部位一般都在工件较厚的地方。所以，在厚板结构的焊接过程中，当焊缝焊到一定厚度后，先进行次中间消除应力热处理，有利于防止再热裂纹的产生。（3）回火脆性Cr-Mn钢产生回火脆化的主要原因是由于在回火脆化温度范围内长期加热后，杂
12、质元素P、As、Sn和Sb等在晶界上偏析而引起的晶界脆化现象，此外与促进回火脆化元素Mn和Si也有定关系。因此，对基休金属来说，严格控制有害杂质元素的含量，同时降低Mn和Si含量是解决脆化的有效措施。3.5.3珠光体耐热钢的焊接工艺特点 常用焊接方法和焊接材料焊接生产中最常用的两种焊接方法是钨极氩弧焊封底手工电弧焊盖面和埋弧自动焊。焊接材料的选择应力求焊缝金属成分和机械性能与母材相匹配。另外，在焊补缺陷或者焊后不能进行热处理的情况下，还可以选用奥氏体钢焊条，这样可以防止冷裂纹的产生。但这种接头长期在高温下工作会导致焊缝金属的相脆性。第4章不锈钢及耐热钢的焊接4.1不锈钢及耐热钢的分类及特性4.
13、1.4Fe-Cr、Fe-Ni相图及合金元素的影响Cr是缩小奥氏体相区的元素，是强铁素体形成元素Ni是强奥氏体形成元素C是强奥氏体化元素，会使奥氏体相区增大，而铁素体相区减小N是强奥氏体化元素，N在奥氏体不锈钢中不易形成脆性析出相钼 Mo也是铁素体形成元素锰 Mn是奥氏体化元素奥氏体化元素对热裂纹的影响元素奥氏体单相组织焊缝双相组织焊缝Ni显著增大热裂倾向显著增大热裂倾向C含量为0.3%-0.5%时，同时有Nb、Ti等元素时减少热裂倾向增大热裂倾向Mn含量为5%-7%时，显著减少热裂倾向，但有Cu时增加热裂倾向减少热裂倾向但若使铁素体相消失时增大热裂倾向N提高抗裂性提高抗裂性铁素体化元素对热裂纹
14、的影响元素奥氏体单相组织焊缝双相组织焊缝Cr形成Cr-Ni高熔点共晶，细化晶粒当Cr/Ni1.9-2.3时，提高抗裂性Mo显著提高抗裂性细化晶粒，减小热裂倾向4.2奥氏体不锈钢的焊接4.2.2奥氏体不锈钢焊接性分析（1）奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性晶间腐蚀HAZ敏化区焊缝区熔合区贫铬 防止：通过焊接材料，使焊缝金属或超低碳情况或含有足够稳定化元素Nb；调整焊缝成分以获得一定量的铁素体相。指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位（故称敏化区）所发生的晶间腐蚀。焊接工艺上应采取小热输入，快速焊过程，以减少处于敏化加热的时间。刀状腐蚀只发生在有Nb和Ti的18-8Nb和18-8Ti钢的熔合
15、去，其实质也是与M23C6沉淀形成贫铬层有关。越靠近熔合区，贫铬越严重。高温过热和中温敏化相继作用，是刀状腐蚀的必要条件。 防止碳化物在晶内的沉淀，有效防止刀状腐蚀。应力腐蚀开裂(简称SCC)退火消除焊接残余应力最为重要，为消除应力，加热温度T的作用效果远大于加热保温时间t的作用。点蚀Mo减少Cr、Mo偏析；采用较母材更高Cr、Mo含量的所谓“超合金化”焊接材料（2）热裂纹焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。热裂纹与凝固模式合金1凝固开始到结束都是单相相组织。以相完成整个凝固过程（只是在继续冷却时发生 转变）凝固模式 以F表示合金2初生相超过AB面后L+L+ 以FA表示合金3
16、初生相超过AB面后L+L+ 以AF表示合金4初生相直到凝固结束不再发生变化 以A表示单纯F或A模式凝固时，只有-或-界面，偏析液摸能够润湿，会有热裂倾向，以FA模式形成相呈蠕虫状，防碍A枝晶支脉的发展，构成理想的-界面，不会有热裂倾向。化学成分限制有害杂质的含量S、P等适当的合金化配比获得所需组织，从而改善热裂合金元素在不同钢中作用差异焊接工艺的影响小的E为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化不预热降低层间温度焊接速度不要过大，适当降低焊接电流（3）析出现象（4）低温脆化焊缝低温脆化焊缝相脆化4.2.3奥氏体不锈钢的焊接工艺特点（1）焊接材料选择（2）焊接工艺要点合理选择最适当的焊接方法必须控制焊
17、接参数，避免接头产生过热现象接头设计要合理尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定控制焊缝成形保护焊件的工作表面应处于正常状态4.3铁素体及马氏体不锈钢的焊接4.3.1铁素体不锈钢焊接性分析焊接接头的晶间腐蚀、接接头的脆化（原因：晶粒长大）4750C脆化：强度升高而韧性下降的现象。4.3.2铁素体不锈钢的焊接工艺特点（1）焊接方法（2）焊接材料的选择同质焊材：焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织，引起粗晶脆化，室温下韧性低，易产生裂纹。应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化。异质焊缝：A焊接材料（在不宜进行预热或焊后热处理的情况下），焊后不可进行退火处理，因F钢退火温度范围（7878
18、43），正好处在A钢敏化温度区间，容易产生晶间腐蚀及脆化。（3）低温预热及焊后热处理F钢具有高温脆性焊后实际上常在750850退火处理4.3.3马氏体不锈钢焊接性分析（1）焊接接头的冷裂纹（2）焊接接头的硬化现象4.3.4马氏体不锈钢的焊接工艺特点（1）焊接材料的选择（2）焊前预热和焊后热处理4.4奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接4.4.3奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接性分析（1）冶金特性（2）焊接接头的析出现象4.4.4奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接工艺特点（1）焊接方法除电渣焊外，基本上所有的熔焊方法都可以用来焊奥氏体-铁素体双相不锈钢（2）焊接材料采用奥氏体相占比例大的焊接材料（3）焊接工
19、艺措施控制热输入；焊接时，焊缝和热影响区的冷却时间t12/8不能太短；多层多道焊；焊接顺序及工艺焊缝奥氏体-铁素体双相不锈钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，具有良好的韧性，强度及优良的耐氯化物应力腐蚀性能。与纯奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢焊后具有较低的热裂倾向；与纯铁素体不锈钢相比，焊后具有较低的脆化倾向，且焊接热影响区粗化程度也较低，因而具有良好的焊接性。第5章有色金属的焊接5.1铝及铝合金的焊接5.1.2铝及铝合金的焊接性（1）焊缝中的气孔氢是熔焊时产生气孔的主要原因。来源：弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分、焊丝及母材表面氧化膜吸附的水分。减少氢的来源控制焊接工艺（2）
20、焊接热裂纹铝及铝合金焊接时，发现的热裂纹主要是焊缝金属的凝固裂纹和近缝区的液化裂纹。控制适量的易熔共晶和缩小结晶温度区间，都能提高抗裂倾向。同质焊丝，裂纹倾向大，焊接时宜改用其他合金组成的焊丝，一般采用标准的A1-5Si焊丝、A1-5Mg焊丝，具有较好的抗裂效果。热能集中的焊接方法，有利于快速焊接(可防止粗大的柱状结晶)，改善抗裂性能。小焊接电流，可减少焊接熔池过热，有利提高抗裂性。焊接速度提高，增大了变化速度，因而会增大热裂倾向。（3）焊接接头的“等强性”非时效强化铝台金，在退火状态下焊接时，可认为焊接接头与母材是等强的；在冷作硬化状态下焊接时，接头强度低于母材。时效强化铝合金(除A1-Zn
21、-Mg合金)，无论是在退火状态下还是在时效状态下焊接，焊后不经热处理，其接头强度均低于母材的强度。A1-Zn-Mg合金的焊接接头强度与焊后自然时效的时间长短有关，该合金焊后仅靠自然时效的时间延长，焊接接头的强度就可提高到接近母材强度水平。（4）焊接接头的耐蚀性为了改善焊接接头的耐蚀性，目前主要采取以下措施：通过焊接材料的合金化，细化晶粒，防止缺陷；调整焊接工艺，减小焊接热影响区，防止过热；焊后热处理等方法改善焊接接头组织、成分的不均匀性。采用退火及局部锤击，消除焊接残余应力。采用涂层或阴极保护等。5.1.3铝及铝合金的焊接工艺焊接方法：氩弧焊、等离子弧焊、电阻焊和电子束焊等焊接材料：同质焊丝异
22、质焊丝焊前清理和预热化学清理机械清理焊前预热焊接工艺要点5.2铜及铜合金的焊接5.2.2铜及铜合金的焊接性（1）难熔合及易变形（2）热裂纹（3）气孔（4）焊接接头性能的变化5.2.3铜及铜合金的焊接工艺焊接方法和焊接材料：钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊焊前准备第6章铸铁焊接6.1铸铁的种类及其焊接方法白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁6.1.3铸铁焊接方法焊条电弧焊、气焊、CO2气体保护焊、手工电弧焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等。6.2铸铁的焊接性分析6.2.1焊接接头白口及淬硬组织（1）焊缝区焊缝将主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体组成，即焊缝为具有莱氏体组织的白
23、口铸铁。热焊和半热焊防止白口组织的生成。（2）半熔化去（3）奥氏体区只有固态相变（4）部分重结晶去最终得到马氏体+铁素体混合组织6.2.2焊接裂纹冷裂纹（热应力裂纹）可发生在烛焊缝或热影响区上防止冷裂纹的措施应从减小热应力入手热裂纹6.2.3球墨铸铁的焊接性特点1）球墨铸铁中的球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍石墨化和促进奥氏体转变为马氏体的作用。2）由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁好，特别是以铁素体为基体的球墨铸铁，塑性和韧性很好，对焊接接头的力学性能要求相应提高。6.3铸铁的焊接材料及工艺6.3.1灰铸铁的焊接材料及工艺特点同质焊缝（铸铁型）电弧热焊电弧焊对结构复杂的焊件，整体预热；对结构简
24、单的焊件，采用大范围局部预热。气焊电弧热焊及半热焊主要适用于壁厚大于10mm铸件上缺陷的焊补，薄壁件宜用气焊。气焊工艺：气焊火焰应用中性焰或弱碳化焰，不能用氧化焰；在气焊中应尽量保持水平位置。“加热减应区”法（选择原则是使减应区的主变形方向与焊接金属冷却收缩方向一致）手工电渣焊异质焊缝（非铸铁型）电弧冷焊裁丝焊补法灰铸铁的钎焊与喷焊因为加热温度低，将完全避免白口及淬硬组织6.3.2球墨铸铁的焊接工艺特点气焊同质焊缝（球墨铸铁型）电弧焊异质焊缝（非球墨铸铁型）电弧焊第8章异种材料的焊接8.2异种钢的焊接8.2.1异种钢的焊接性分析焊缝成分的稀释（熔合比）珠光体钢与奥氏体钢焊接的异种钢焊接接头，一
25、般都采用超合金化焊接材料，或是高铬镍奥氏体钢，或是镍基合金。熔合过渡区的形成填充金属与母材在化学成分上差别越大，不完全混合区月明显，即浓度梯度越明显，这种因熔池凝固特性而造成的过渡变化区称为凝固过渡层。异种钢焊接时或焊后热处理以后，往往可以一侧的碳通过焊缝边界（熔合线）向高合金移”的现象，分别在焊缝边界两侧形成脱碳层这种脱碳层和增碳层总称为碳迁移过渡层。接头区应力状态异种钢焊接接头，由于两种钢的线膨胀系数相差很大，不仅焊接时会产生较大的残余应力，而且在使用中如有循环温度作用，也会形成热应力。此焊接应力即使通过焊后热处理也难以消除。8.2.2异种钢的焊接工艺特点焊接方法及焊接材料：焊条电弧焊和气
26、体保护焊针对奥氏体和珠光体异种钢的焊接特点，一般选用Cr25-Ni13系焊条焊接工艺要点：尽量降低熔合比，减少焊缝金属被稀释。为此应减小焊条或焊丝直径，采用大坡口、小电流、快速多层焊等工艺。1锈钢类型及特点？2锈钢腐蚀形式及特征？3析焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的影响？4焊接奥氏体不锈钢防止产生热裂纹的措施？5焊接1Cr18Ni9等不锈钢产生晶间腐蚀的原因？6焊接1Cr18Ni9等不锈钢防止晶间腐蚀的措施？7焊接1Cr18Ni12Mo2Ti钢产生刀状腐蚀的原因?8述焊接1Cr18Ni12Mo2Ti钢防止刀状腐蚀的措施？9奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂的原因？10体不锈钢防止应力腐蚀开裂的措施？11
27、奥氏体不锈钢的焊接工艺特点？12奥氏体不锈钢的焊接材料选用原则？13素体不锈钢的焊接特性？14铁素体不锈钢的焊接工艺特点？15马氏体不锈钢的焊接特性?16马氏体不锈钢的焊接工艺特点?1铸铁有多少种？它们石墨的存在形态有何不同？2铸铁型焊缝组织的主要因素有哪些？试分析之？3铁的焊接性问题有哪些？试分析灰铸铁电弧冷焊时形成白口与淬硬组织的原因？4析灰铸铁冷焊时焊接接头易发生冷裂纹的原因及防止措施？5铁的焊补常用焊条有哪几类？其应用范围有何不同？6析三种镍基铸铁焊条的特点？7述异质（非铸铁型）焊缝的铸铁电弧冷焊工艺?8铁的气焊适用哪些范围？常用哪些焊丝和焊剂？如何选择“加热减应区”范围？9铁的钎焊有何特点？它对钎料有何要求？10特点是什么?对接头的性能要求与灰铸铁有何不同？它一般常用哪些种类的焊条？9