材料焊接性复习总结Word文档下载推荐.doc

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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。

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800℃～500℃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。

（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

4.1.4Fe-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

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

铁素体化元素对热裂纹的影响

Cr

形成Cr-Ni高熔点共晶，细化晶粒

当Cr/Ni≥1.9-2.3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δ相组织。

以δ相完成整个凝固过程（只是在继续冷却时发生δ→γ转变）凝固模式以F表示

合金2初生相δ超过AB面后L+δ→L+δ+γ→δ+γ以FA表示

合金3初生相γ超过AB面后L+γ→L+γ+δ→γ+δ以AF表示

合金4初生相γ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γ-γ或δ-δ界面，偏析液摸能够润湿，会有热裂倾向，以FA模式形成δ相呈蠕