材料焊接性文档格式.docx
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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
减低冷却速度有利于减小热影响区淬硬性和热影响区最高硬度，可减小冷裂纹倾向
（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。
再热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
焊缝韧性取决于针状铁素（AF）和先共析铁素体（PF）组织所占的比例。
AF增多会改善韧性，但过多会急剧降低。
Si是铁素体形成元素，，Mn是扩大奥氏体区元素。
Mn和Si含量过高或过少都使韧性下降。
（4）热影响区脆化
a）粗晶区脆化热轧钢焊接时焊接采用过大的线能量输入，粗晶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。
b）热应变脆化对于C-Mn系热轧钢及氮含量较高的刚，由于氮碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧造成。
（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。
1）坡口加工、装配及定位焊
坡口加工可采用机械加工，也可采用火焰切割或碳弧气刨
2）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
3）焊接工艺参数的确定
焊接热输入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。
预热和焊后热处理预热和焊后热处理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
4）焊接接头的力学性能
3.3低碳调质钢的焊接（wc≤0.18％）
低碳调质钢的抗拉强度一般为600-1300MPa，属于热处理钢，具有较高的硬度，又有良好的韧性和塑形
分为高强度结构钢、高强度耐磨钢和高强度韧性钢。
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
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。
预热温度和t8/5对裂纹也有影响，如果马氏体的冷却转变速度很快，得不到自马氏体效果，冷裂纹倾向增加。
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。
（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。
避免热裂纹和液化裂纹的关键在于控制c和s的含量，保证高的Mn、S比。
V对再热裂纹影响最大，Mo次之。
（4）热影响区性能变化
调质钢热影响区组织特征
焊接热影响区的脆化（原因是奥氏体晶粒粗化，上贝氏体和M-A组元的形成）
焊接热影响区的软化（母材的强化特性）强硬度降低。
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
为消除裂纹和提高效率，一般采用MIG/MAG等自动化方法
为保证热影响区的强韧性——焊后调质；
限制焊接热输入要求。
采用焊条电弧焊，CO2焊，Ar+CO2气保焊低碳调质钢焊后—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力学性能。
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
a）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。
b）预热温度和焊后热处理
预热的目的是希望降低马氏体转变的冷却速度，通过马氏体的自回火作用在提高抗裂能力。
预热温度一般低于200℃。
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
3.4中碳调质钢的焊接（具有搞的比强度和高硬度）wc=0.25-0.5％
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
母材含碳量越高，淬硬性越大，焊接冷裂纹倾向也越大。
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
无自回火作用在热影响区产生大量脆硬的马氏体组织，导致脆化。
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焊后通过整体调质处理获得性能满足要求的焊接接头
（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
焊接材料应采用低碳合金系，降低焊缝金属的韧性、塑性和强度；
提高焊缝金属的抗裂性。
采用可能小的焊接热输入，同时采取预热和后热措施。
3.5珠光体耐热钢的焊接（Cr-Mo以及Cr-Mo基多元合金刚为主）具有很好大的抗氧化性和热强性
随着Cr、Mn含量的增加，钢的氧化性、高温性能和抗硫化物腐蚀性能也都增加
合金元素质量分数小于2％，钢的组织为珠光体+铁素体，大于3％。
为贝氏体+铁素体
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
冷裂倾向随刚材中Cr、Mo含量的提高而增大；
影响耐热钢焊接产生冷裂纹的因素有刚材的淬硬性、焊缝扩散氢含量和接头的拘束度；
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
再热裂纹出现在焊接热影响区粗晶区，与焊接工艺及焊接残余应力有关；
采用高温塑形高于母材的焊接材料限指合金成分；
将预热温度提高到250°
，层间温度控制在300°
左右；
采用小的热输入工艺；
选择合理的热处理制度。
（3）热影响区回火脆性
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
1.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。
焊接材料的选用原则：
焊缝金属的合金成分及使用温度下的强度性能应与母材相应的指标一致，或达到长判决书条件提出的最低性能指标。
控制焊接材料的含水量
2.预热及焊后热处理
后热去氢处理是防止冷裂纹的重要措施之一。
3.6低温钢的焊接（在低温工作条件下具有足够的强度塑性、和韧性，同时具有良好的加工性能）
不想写了p112
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
不锈钢是指耐空气/水/酸/碱/盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的，具有高度化学稳定性的合金钢的总称
广义上泛指耐蚀钢和耐热钢。
耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。
在高温下具有较好的抗氧化性并具有一定强度的钢种称为抗氧化钢；
在高温下有一定的抗氧化能力和较高强度的钢种称为热强钢。
按主要化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢（氮作为固溶强化元素）
不锈钢及耐热钢的特性
1）物理性能和低碳钢有很大的差异
2）耐蚀性能主要腐蚀方式有均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀、晶间腐蚀
晶间腐蚀与贫铬现象有联系机理：
过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散，与Cr形成铬的碳化物，在晶界析出，由于碳比铬扩散快得多，铬来不及补充到晶界附近，以至于临近晶界的Cr的质量分数小于12％。
固溶强化可以改善晶间腐蚀。
3）高温性能高温性能合金化问题高温脆化问题（475℃脆化和σ相脆化）、
475℃脆化主要出现在Cr的质量分数超过15％的铁素体钢中，在430℃-480℃之间长期加热并缓冷导致强度升高而韧性下降的现象。
σ相是Cr的质量分数约45％的FeCr金属间化合物，无磁性，硬而脆。
贫铬下形成σ相，显著降低韧性。
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
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
1）晶间腐蚀
a）晶间腐蚀
贫铬理论防止：
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。
b）热影响区敏化区晶间腐蚀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
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。
c）刀状腐蚀在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式；
焊接时尽量减少过热，加入稀
土元素La、Ce
2）应力腐蚀开裂
a）腐蚀介质的影响应力腐蚀的特点是腐蚀介质与材料组合上的选择性，在此特定组合之外不会产生应力腐蚀。
b）焊接应力的作用应力腐蚀开裂是应力和腐蚀介质共同作用的结果。
退火消除残余应力可以防止应力腐蚀开裂
c）合金元素的作用晶界上合金元素偏析引起合金晶间开裂是应力腐蚀的主要因素之一。
引起应力腐蚀开裂需具备三个条件：
首先金属在该环境具有高的引力腐蚀开裂的倾向；
其次是由这种材质组成的接触或处于选择性的腐蚀介质中；
最后是应有高于一定水平的拉应力。
3）点蚀最容易产生的部位是焊缝中的不完全混合区；
提高点蚀性能，一方面须减少CrMo的偏析，一方面采用较母材更高的CrMo含量的超合金化的材料。
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。
1）凝固模式
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相呈蠕虫状，防碍A枝晶支脉的发展，构成理想的γ-δ界面，不会有热裂倾向。
以AFA模式凝固时，是通过包晶/共晶反应面形成γ+δ，不足以形成理想的γ-δ界面，还会有一定的热裂倾向。
影响热烈倾向的关键是决定凝固模式的Cr/Ni值。
2）化学成分
凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起热裂纹的产生。
凡可无限固溶的成分或溶解度大的成分都不会引起热裂纹凡促使出现A或AF模式的元素，该元素会增加焊缝的热烈倾向。
3）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
б相的析出使材料的韧性降低，硬度增加
4低温脆化
4.2.3奥氏体不锈钢的焊接工艺特点
（1）焊接材料选择
坚持适用性原则
根据焊接材料的具体化学成分确定是否适用，并通过工艺评定加以验收
考虑母材的稀释作用
采用同质的焊接材料
不仅要重视焊接金属合金系统，而且注意具体合金元素在合金系统的作用
（2）焊接工艺要点
合理选择最适当的焊接方法
必须控制焊接参数，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
防止工件表面的污染
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、
焊接接头的脆化（高温脆化、σ相脆化、4750C脆化）
4.3.2铁素体不锈钢的焊接工艺特点
（1）焊接方法
可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊，以控制热输入为目的，抑制焊接区的铁素体晶粒的过分长大。
（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：
焊缝具有良好的塑性，但不能防止热影响区的晶粒长大和焊缝形成马氏体组织。
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（787～843℃），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
预热温度一般控制在100-200℃，随母材含铬量的增加可适当提高预热温度。
4.3.3马氏体不锈钢焊接性分析（Fe-Cr-C三元合金）具有较高的强度和硬度，但耐蚀性和焊接性较差
（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
最好采用同质填充金属来焊接马氏体钢，添加少量的Ti、Al等细化晶粒。
（2）焊前预热和焊后热处理
预热温度不宜过高，否则会使奥氏体晶粒粗大，强度塑性下降。
焊后热处理的目的是降低焊缝和热影响区硬度，改善其塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。
必须严格控制焊件的稳定。
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最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响。
（1）冶金特性焊缝金属组织的转变焊接热影响区的组织转变
（2）焊接接头的析出现象包括铬的氮化物二次奥氏体及金属间相的析出
4.4.4奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接工艺特点
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，来提高焊接金属中奥氏体相的比例。
（3）焊接工艺措施
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；
根据板厚选择合适的冷却速度
多层多道焊；
后续焊道对前层焊道有热处理作用，铁素体进一步转变成奥氏体
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
铝及铝合金具有密度小，比强度高和良好的耐蚀性、导电性、导热性，以及在低温下能保持良好的力学性能等特点
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。
防止焊接气孔的途径
1）减少氢的来源焊接材料严格限指含水量，干燥处理，焊前清理十分重要。
正反面全面保护，配以坡口刮削时有效防止气孔的措施
2）控制焊接参数时对熔池高温存在时间的影响，即对氢融入世界和氢析出时间的影响时间增长。
2焊接热裂纹
铝及铝合金焊接时，常见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。
原因：
属于共晶型合金；
铝合金中有较多的低熔点共晶；
铝合金线膨胀系数大，因而焊缝凝固时收缩应力大。
防止途径:
1）合金系的影响控制适量的易溶共晶并缩小结晶温度区间
2）焊丝成分的影响丝，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A1-5％Si焊丝、A1-5％Mg焊丝，具有较好的抗裂效果。
3）焊接参数的影响增大焊接速度和焊接电流，都促使增大裂纹倾向。
3焊接接头的“等强性”
非时效强化铝台金热影响区的软化
时效强化铝合金热影响区的软化
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：
改善接头组织成分的不均匀性
消除焊接应力
采取保护措施
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
铜及铜合金具有优良的导电、导热性能，冷加工、热加工性能良好，具有搞的强度、抗氧化性以及抗淡水、盐水、氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能。
纯铜——紫铜黄铜——Cu-Zn二元合金青铜——不以ZnNi为主，而以SnAl等为主要组成的铜合金白铜——Cu-Ni合金
5.2.2铜及铜合金的焊接性
（1）难熔合及易变形焊接时不仅要使用大功率的热源。
在焊前和焊接过程中还要采取加热措施。
（2）热裂纹铜与杂质形成多熔点共晶
避免措施:
严格限指铜中的杂质含量；
增强对焊缝的脱氧能力；
选用能获得双相组织的焊丝，时焊缝晶粒细化，时易熔共晶物分散，不连续
（3）气孔氢在铜中的溶解度随温度下降而降低。
铜焊缝结晶过程进行的特别快，氢不易析出，熔池易为氢饱和而形成气泡。
（4）焊接接头性能的变化
5.2.3铜及铜合金的焊接工艺
1）焊接方法和焊接材料：
钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊热效率高，能量集中
焊丝选用铜及铜合金焊丝，控制杂质的含量来提高其脱氧能力，防止产生裂纹和气孔。
焊剂主要由硼酸盐、卤化物或他们的混合物组成。
焊条分为纯铜焊条、青铜焊条
2）焊前准备
焊丝及工作表面的清理
接头形式及坡口制备采用散热条件堆成的对接接头、端接接头
3）焊接工艺参数
5.3钛及钛合金的焊接
钛及钛合金是一种优良的结构材料，具有密度小、比强度高、耐热耐蚀性好、可加工性好。
钛合金根据其退火组织分为三大类：
α钛合金、β钛合金、α+β钛合金。
钛及其合金的焊接性分析
（1）焊接接头的脆化：
造成脆化的主要元素有ONHC等
a）氧的影响焊缝含氧量随氩气中的含氧量增加而上升。
氧是扩大α相区的元素，并使β→α同素异构转变温度上升，氧为α稳定元素。
b）氮的影响氮在高温液态金属中的溶解度岁电弧气氛中氮的分啊增高而增大；
氮也是α相稳定元素。
氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑性方面比氧更显著。
c）氢的影响氢是β相稳定元素，在325℃时发生共析转变β→α+γ（TiH2），γ相呈细小片状或针状，强度低，同时造成akv下降，引起氢脆。
d）碳的影响C是α稳定元素，间隙固溶于钛中，温度降低，析出TiC致使akv下降。
（2）焊接区裂纹倾向
a）热裂纹低熔点共晶产生
b）冷裂纹和延迟裂纹焊接在焊氧、氮量较高时，焊缝性能变脆，在较大应力的作用想，会出现裂纹。
氢是引起延迟裂纹的主要原因。
防止延迟裂纹的办法是减少接头处氢的来源，必要时进行真空退火处理。
（3）焊缝气孔
材质的影响主要是氩气及焊丝中的不纯气体
工艺因素的影响
钛及钛合金的焊接工艺
（1）焊接方法及焊接材料
应用最多的是钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。
填充金属与母材的成分相似。
（2）焊前准备
a）焊前清理认真清理钛及钛合金坡口及其附近区域
b）坡口的制备与装配
（3）焊接工艺参数
钨极氩弧焊用于焊接3mm以下的薄板。
氩气流量的选择已达到良好的焊接表面色泽为准。
气体保护
工艺参数采用小的焊接热输入，如果热输入过大，焊缝容易被污染而形成缺陷
第6章铸铁焊接
6.1铸铁的种类及其焊接方法
铸铁时谈的质量分数大于2.11％的铁碳合金，工业上常用的铸铁为铁-碳-硅合金。
铸铁熔点低，液态下流动性好，结晶收缩率小，成本低，耐磨性、减震性和切削加工性能好。
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口铸铁。
采用热焊和半热焊防止白口组织的生成。
（2）半熔化区半熔化状态
（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）可发生在焊缝或热影响区上主要受焊接应力即热应力的影响。
防止冷裂纹的措施应从减小热应力入手
热裂纹大多出现在焊缝上，为结晶裂纹
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
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