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1、焊接冶金学材料焊接性总结第一章：概述1. 常见的焊接方法的工作原理及其特点(1) 手工焊条电弧焊接：工作原理：手工电弧焊由焊接电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件、电弧构成回路，焊接时电弧在焊条与被焊件之间燃烧, 电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池，焊条的药皮熔化或燃烧, 产生渣气，保护熔池；当电弧向前移动时, 熔池冷却凝固而新的熔池不断产生, 形成连续的焊缝。优点：设备简单，操作灵活，适应性强。缺点：生产效率低，劳动强度大，对焊工要求高，质量不易保证。(2)埋弧自动焊接工作原理：焊接动作由机械装置自动完成，电弧在颗粒状焊剂层下燃烧，连续送进的焊丝在焊剂覆盖下和母材、焊剂一起熔化，形成焊缝的一种方法
2、。优点：生产效率高，焊缝质量稳定，节能，劳动条件好缺点：无法进行立焊、横焊或仰焊；灵活性较差，无法焊接不规则焊缝；无法焊接1mm以下的薄板。(3) 非熔化极氩弧焊：工作原理：以非熔化极（钨极）作为电极，工件作为另一个电极，电弧在非熔化极和工件之间燃烧，使焊材及母材熔化成液态形成熔池，同时外加惰性气体作为电弧介质并保护电弧及焊接区的一种焊接方法。优点：氩气保护，可焊接易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金；钨极电弧稳定，可焊接薄件；焊缝成分可控，无飞溅，成形美观。缺点：焊缝厚度浅，熔敷速度小，生产率较低；钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池
3、，造成污染（夹钨）；惰性气体（氩气、氦气）较贵，和其它电弧焊方法（如手弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等）相比，生产成本较高。 (4)熔化极气保焊工作原理：熔化极气体保护焊采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，并向焊接区输送保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。连续送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件相互连接起来。优点：流密度大，热量集中，熔敷率高，焊接速度快。熔深大，适用焊接较厚的焊件（板厚为825mm）；可获得低氢含量的焊缝。缺点：弧光强，烟气大。(5) 激光焊：工作原理：利用高能量的
4、激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池，冷却结晶形成焊缝。优点：热源集中，无电极，无污染，接头HAZ小缺点：焊接位置要求精准；焊缝快速凝固，易产生气孔，激光设备贵，成本高。 第二章 焊接性及其试验评定1. 焊接性：指材料在一定的焊接工艺条件下（采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下），获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。2. 焊接性的影响因素（焊接性分析考虑的着手点）材料：母材的化学成分，状态，性能设计：接头的应力状态，能否自由变形工艺：焊接方法和工艺措施环境：服役温度、服役介质、载
5、荷性质3. 焊接性试验的内容（焊接性分析几个具体方面）（1）热裂纹：结晶裂纹、液化裂纹、多变化裂纹产生原因：S、P形成低熔点共晶；热应力。影响因素：合金状态图类型及结晶温度；合金元素；力学因素（2）冷裂纹产生原因：焊接热循环（接头存在淬硬组织）、焊接应力、扩散氢影响因素：淬硬倾向（M，晶格畸变），氢致开裂（延迟裂纹），拘束应力（3）脆性断裂：产生原因：接头脆性组织、硬脆非金属夹杂物、时效脆化、冷作硬化影响因素：冶金反应、热循环、结晶（4）使用性能：力学性能：强度、塑性、韧性特殊性能：腐蚀，低温冲击韧性，高温蠕变强度，厚钢板的层状撕裂、低合金钢的应力腐蚀4. 焊接性试验方法：（1）碳当量法：钢中
6、合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。p Ceq0.4%时，焊接性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。p Ceq=0.4%0.6%时焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。p Ceq0.6%时，焊接性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。（2）焊接HAZ最高硬度法的试验原理（为何可以表征材料的冷裂性？）HAZ最高硬度允许值就是刚好不出现冷
7、裂纹的临界硬度值。即若实际HAZ的硬度高于HAZ最高硬度允许值，那么这个接头有可能产生冷裂纹；若在最高硬度允许值内，一般认为此接头不会产生冷裂。由给定的焊接工艺条件和规范参数估算被焊材料HAZ的最高硬度，以此间接推断母材的淬硬倾向和冷裂敏感性。根据给定材料的最大许用硬度来确定焊前预热及焊后热处理工艺规范。（3）斜Y形坡口对接试验（小铁研）和插销试验（IT）表征材料的冷裂性倾向的原理1. 斜Y形坡口对接试验原理：目的用于评定低合金结构钢焊缝及HAZ的冷裂敏感性，确定防止冷裂纹的临界预热温度。按照试验方法施焊，然后对焊缝进行裂纹检测。用肉眼或手持5-10倍放大镜来检测焊缝和热影响区的表面和断面是否
8、有裂纹，计算试样的表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。一般认为试样表面裂纹率20%，无根部裂纹，实际构件不发生冷裂纹。2. 插销试验原理：用于测定低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性。试验过程是将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，将插销试棒插入底板相应的孔中，使带缺口一端与底板表面平齐，按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔敷一层堆焊焊道，焊道中心线通过试棒的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区。试棒持续加载，直到断裂，得出试验条件下的临界应力。根据临界应力值的大小估测材料冷冽敏感性。（4）HCS，CST，CTS ，TRC，RRC，RBJC，ETRC，ZTT，ZWT，各代表什么意思
9、？HCS：热裂纹敏感系数 CST：临界应变增长率 CTS：搭接接头焊接裂纹试验TRC：拉伸拘束裂纹试验 RRC：刚性拘束裂纹试验 RBJC：刚性固定对接裂纹试验WTRC：窗形拘束裂纹试验 ZTT：Z向拉伸试验 ZWT：Z向窗口试验FISCO：压板对接裂纹试验哪些是冷裂纹试验方法，哪些是热裂纹试验方法？5. 选择和制定焊接性试验方法的原则：可比性：焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件一致针对性：焊接性试验应针对具体的焊接结构再现性：焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性经济性：考虑成本第三章 合金结构钢的焊接本章需要掌握的概念：自回火：M转变点较高的低碳合金钢，在淬火的过程中，先形成低
10、碳M，由于形成温度较高，在其它M不断转变的过程中，因工件自身的温度而得到回火，并消除应力，从而不需要专门的回火工序，这种现象称为“自回火”调质处理：淬火+回火的热处理工艺称为调质处理。调质可以使钢的性能得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。断裂韧度KIC：反应含裂纹的构件抵抗裂纹失稳扩展的能力。当应力或裂纹尺寸增大到某临界值时，裂纹尖端一定区域内应力超出材料断裂强度，从而导致裂纹失稳扩展，材料断裂。该临界值即称为断裂韧度KIC。等强匹配：焊接接头的强度等级与母材的强度等级在同一数量上称为等强匹配。即焊缝的屈服强度与母材的屈服强度相当。淬透性：材料在一定条件下淬火
11、时获得淬透层深度的能力，用规定条件下试样淬透层深度和硬度分布来表征。热轧、正火钢与低碳调质钢的比较热轧钢正火钢低碳调质钢微合金控轧钢强度/MPa295390390490490980多元素微合金化+控轧技术供货态热轧（非热处理）正火（热处理）淬火+回火（热处理）强化机制固溶强化固溶+沉淀强化组织韧化细晶+沉淀组织状态细晶F+PF+P+BML、BL、S等轴F焊接性热裂纹不敏感（Mn/S大）不敏感不敏感（仅高Ni低Mn钢有一定的热裂性）再热裂不敏感（含一定沉淀强化元素的材料才具有SR敏感性）部分有轻微的再热裂敏感性（一次焊接时，合金元素固溶，冷后未充分析出，再热时，在晶界析出，脆化晶界）影响大小：V
12、+MoVMo冷裂热轧钢和正火钢的淬硬倾向比低碳钢大，冷裂敏感性大；1）热轧钢虽然含碳量不高，但是含有一定的合金元素，碳当量比低碳钢大，淬硬倾向高于低碳钢，从而冷裂敏感性大。2）与低碳钢相比，热轧钢连续冷却的过程中，珠光体转变右移较多，富碳奥氏体来不及转变为珠光体，多转化为高碳B和M，且得到全部马氏体的临界冷却速度小，因此热轧钢淬硬倾向比低碳钢大。低碳调质钢碳的质量分数不超过0.18%，焊接热影响区形成的是低碳马氏体，且具有“自回火”特性，使得焊接冷裂纹倾向小。微合金控轧钢，Wc%小，Ceq低，冷裂倾向小层状撕裂层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，与板厚及钢材本身的质量有关，板厚在16m
13、m以下一般不会产生层状撕裂（角接和T接厚板中发生层裂）焊缝组织的韧性主要取决于焊缝的组织形态：AF韧性好，PF韧性差;BL韧性好，Bu韧性差;ML韧性好，Mh韧性差合金化程度越高，韧性越低.低强匹配HAZ脆化粗晶区脆化: 晶粒长大或难熔质点的熔入或出现M、W、上B组织而降低韧性热应变脆化：氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用,组织晶界塑性变形，脆化晶界。N的脆化最为明显。由于低合金高强钢中含较多的固N元素，故HAZ中主要为过热区脆化：原因除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上贝氏体和M-A组元的形成。HAZ软化低碳调质钢热HAZ峰值温度Tp高于母材回火温度至AC1的区域会出现软化
14、（碳化物的积聚长大使钢材软化，且Tp越接近AC1，软化越严重）焊接工艺要点热轧钢+正火钢低碳调质钢依据 要求不能有裂纹等缺陷。要求满足使用性能（韧性，塑性，强度）。 要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有 “自回火”作用，以防止冷裂纹的产生（得到回火M和回火B）。 要求在800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。材料一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分： 等强匹配：焊缝中碳的质量分数不应超过0.14%，焊缝中其他合金元素也要求低于母材中的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高。 熔合比和冷却速度：焊条或焊丝成分的选择应考虑到板厚和坡口形式对熔合比的影响。薄板焊
15、接时熔合比较大，应选用强度较低的焊接材料，厚板深坡口则相反。冷却速度影响焊缝组织。 焊后热处理：焊后需进行正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。低强匹配，考虑韧性设计工艺焊接热输入： 冷裂纹和热影响区脆化。Ceq0.40%的钢种，随其碳当量和强度级别的提高，所适用的焊接热输入的范围随之变窄。 Ceq =0.40%0.60%的热轧及正火钢时，小热输入预热,预热温度控制恰当时，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒的过热。 预热和焊后热处理：目的防裂，也有一定的改善组织、性能的作用。预热：多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响焊后热处理： 除了电渣焊由于接头区严重
16、过热而需要进行正火处理外，其它热轧及正火钢焊接一般无需焊后热处理。对要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构和厚板结构等，焊后需进行消除应力的高温回火： 不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。 对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间。 如焊后不能及时进行热处理，应立即在200350保温26h，以便焊接区的氢扩散逸出。为了消除焊接应力，焊后应立即轻轻锤击焊缝金属表面，但这不适用于塑性较差的焊件。参数的确定依据抗裂性和HAZ的韧性 防裂，效率高MIG或MAGHAZ的强韧性焊后调质；限制焊接热输入要求。 （焊条电弧焊，CO2焊，Ar+CO2气保焊，集中热源）焊接热输入
17、：E过大（冷却速度小）：晶粒粗化，形成上B，M-A，韧性降低；主防脆化 E过小（冷却速度大）：HAZ淬硬性增加，韧性降低，主防裂纹预热：T0 200（焊接热输入提高到最大允许值时，仍不能避免裂纹，需预热）。目的：降低M转变时的冷却速度，通过M的“自回火”作用来提高抗裂性能焊后热处理：T=母材回火温度30 ，低碳调质钢一般不需进行焊后热处理。除非焊后接头区强度和韧性过低、焊接结构受力大或承受应力腐蚀以及焊后需要进行高精度加工以保证结构尺寸等，才进行焊后热处理。第四章 不锈钢的焊接不锈钢：是指能耐空气、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耐热钢：包括抗氧化钢
18、和热强钢。抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢，对高温强度要求不高。热强钢：指在高温下即具有抗氧化能力，又要具有高温强度。热强性：指在高温下长时工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力（蠕变抗力）。部分概念：1铬当量：在不锈钢成分与组织间关系的图中各形成铁素体的元素，按其作用的程度折算成Cr元素（以Cr的作用系数为1）的总和，即称为Cr当量。2镍当量：不锈钢成分与组织间关系的图中各形成奥氏体的元素按其作用的程度，折算成Ni元素（以Ni的作用系数为1）的总和，即称为Ni当量。3. 4750 C脆化: 高铬铁素体不锈钢在400540度范围内长期加热会出现这种脆性，由于其
19、最敏感的温度在475度附近，故称475度脆性，此时钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性明显下降。4.凝固模式： 凝固模式首先指以何种初生相（或）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。四种凝固模式：以相完成凝固过程，凝固模式以F表示；初生相为，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以FA表示；初生相为，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以AF表示；初生相为，直到凝固结束不再发生变化，用A表示凝固模式。5.应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下，在低于材料屈服点和微弱的腐蚀介质中发生的开裂形式。6. 相脆化: 相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。2
20、5-20钢焊缝在800875加热时，向转变非常激烈。在稳定的奥氏体钢焊缝中，可提高奥氏体化元素镍和氮，克服脆化。7、晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。8、贫铬机理：过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散。与边界附近的铬形成铬的碳化物CR23C16或（Fe、Cr） C6并在晶界析出，由于碳比铬扩散的快的多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边层Cr的质量分数低于12%，即所谓“贫铬”现象一、 -SS的焊接 接头耐蚀性（一）接头耐蚀性1、晶间腐蚀代表性的18-8钢焊接接头，有三个部位出现晶间腐蚀现象，包括焊缝区腐蚀、敏化区腐蚀、熔合区腐蚀。（1）焊缝区晶间腐蚀接头不同位置晶
21、间腐蚀“贫Cr”现象防止焊缝区晶间腐蚀，采取措施有：通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或含有足够的稳定化元素Nb，一般希望Nb8%或Nb1%； 调整焊缝成分以获得一定的铁素体()相。 焊缝中相的作用：一是可以打乱单一相柱状晶的方向性，不致形成连续贫铬层；二是相富Cr，有良好的供Cr条件，可减少晶粒形成贫铬层。常希望焊缝中存在4%12%的相。（2）HAZ敏化区晶间腐蚀HAZ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。 只有普通18-8钢才会有敏化区存在，含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳的18-8钢，不易有敏化区出现。防止18-
22、8钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采取快速过程，以减少处于敏化加热去区间。（3）熔合区刀口腐蚀在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称为“刀口腐蚀”。刀口腐蚀只发生在含Nb或含Ti的18-8Nb或18-8Ti钢的熔合区。其实质是因M23C6沉淀而形成贫铬层。18-8Ti在焊接时熔合区高温过热，大部分TiC溶解，冷却时，碳在晶界附近成为过饱和状态，再经过450850中温加热，在晶界将发生M23C6沉淀而形成晶界贫铬。越靠近熔合线，贫铬越严重，因此形成“刀口腐蚀”。2.应力腐蚀SCC （1）腐蚀介质的影响： 应力腐蚀的最大特点之一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。
23、如在Cl的环境中，18-8不锈钢的应力腐蚀不仅与溶液中Cl离子有关，而且还与其溶液中氧含量有关。 Cl离子浓度很高、氧含量较少或Cl离子浓度较低、氧含量较高时，均不会引起应力腐蚀。 （2）焊接应力的作用： 应力腐蚀开裂的拉应力，来源于焊接残余应力的超过30%。焊接拉应力越大，越易发生应力腐蚀开裂。在含氯化物介质中，引起奥氏体钢SCC的临界拉应力crs。在高温高压水中，引起奥氏体钢SCC的cr s；而在H2SO6介质中，由于晶间腐蚀领先，应力则起到了加速作用，此时可认为cr0。（防SCC根本上是退火消残余应力）（3) 合金元素的作用 材质与介质有一定的匹配性才会发生SCC。焊缝中含有一定量的有利
24、于提高氯化物介质中耐SCC性能。在氯化物介质中提高镍含量有利。Si能使氧化膜致密而有利。如果SCC的根源是点蚀坑，Mo有利于防止。超低碳有利于防止SCC。 综上所述，引起应力腐蚀开裂须具备三个条件：首先是金属在该环境中具有应力腐蚀开裂的倾向；其次是由这种材质组成的结构接触或处于选择性的腐蚀介质中；最后是有高于一定水平的拉应力。3. 点蚀奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，其实即使耐点蚀性优异的双相钢有时也会有点蚀产生。点蚀指数PI（PI=WCr+3.3WMo+(1316)WN）越小，点蚀倾向越大。最容易产生点蚀的部位是焊缝中的不完全混合区，其化学成分与母材相同，但却经历了熔化与凝固过程，应属焊缝的一部
25、分。焊接材料选择不当时，焊缝中心部位也会有点蚀产生，其主要原因应归结为耐点蚀成分Cr与Mo的偏析。例如，奥氏体钢Cr22Ni25Mo中Mo的质量分数为3%12%，在钨极氩弧焊（TIG）时，枝晶晶界Mo量与其晶轴Mo量之比（即偏析度）达1.6，Cr偏析度达1.25。因而晶轴负偏析部位易于产生点蚀。总之，TIG自熔焊接所形成的焊缝均易形成点蚀，甚至填送同质焊丝时也是如此，仍不如母材。为提高耐点蚀性能，一方面须减少Cr、Mo的偏析；一方面采用较母材更高Cr、Mo含量的所谓“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo的负偏析显著减少，因此采用高Ni焊丝应该有利。由此可以得出结论：1.为提高耐点
26、蚀性能而不能进行自熔焊接；2.焊接材料与母材必须“超合金化”匹配；3.必须考虑母材的稀释作用，以保证足够的合金含量；4.提高Ni量有利于减少微观偏析，必要时可考虑采用Ni基合金焊丝二、热裂 1.奥氏体钢焊接时，在焊缝及近缝区都有产生裂纹的可能性，主要是热裂纹。最常见的是焊缝结晶裂纹。HAZ近缝区的热裂纹大多是所谓液化裂纹。在大厚度焊件中也有时见到焊道下裂纹 奥氏体钢焊接热裂纹的原因： （1）奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。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。（2）奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组
27、织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜，显然易于促使产生凝固裂纹。（3）奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类杂质可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、铌化物共晶。这样，焊缝及近缝区都可能产生热裂纹。2. 凝固模式对热裂纹的影响凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（）组织的焊缝中，如果为双相组织，则不易于产生凝固裂纹。通常用室温下焊缝中相数量来判断热裂倾向。如图4-13所示，室温铁素体数量由0%增至100%，热裂倾向与脆性温度区间（BTR）大小完全对应。这说明用室温相数量做判据是可以说明问题的。 凝固裂纹产生于真实固相线之上的
28、凝固过程后期，必须联系凝固模式来进行考虑。图4-14为Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的伪二元相图。图中标出的虚线合金，其室温平衡组织为单相，实际冷却得到的室温组织可能含5%10%相。但凝固开始到结束都是单相相组织，只是在继续冷却时，由于发生相变，数量越来越少，在平衡条件下直至为零。 晶粒润湿理论指出，偏析液膜能够润湿-、-界面，不能润湿-异相界面。以FA模式形成的铁素体呈蠕虫状，防碍枝晶支脉发展，构成理想的-界面，因而不会有热裂倾向。凝固裂纹与凝固模式有直接关系。单纯F或A模式凝固时，只有-或-界面，所以会有热裂倾向。以AF模式凝固时，由于是通过包晶/共晶反应面形成+，这种共晶不足以构
29、成理想的-界面，所以仍然可以呈现液膜润湿现象，以至还会有一定的热裂倾向。 3. 化学成分对热裂纹的影响 任何钢种都是一个复杂的合金系统，某一元素单独作用和其他元素共存时发生的作用，往往不尽相同，甚至可能相反。 1）Mn： 在单相奥氏体钢中Mn的作用有利，但若同时存在Cu时，Mn与Cu可以相互促进偏析，晶界易于出现偏析液膜而增大热裂倾向。2）S、P： S、P在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物，增加焊接接头的热裂倾向。在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫形成MnS，熔点比Ni3P2高，且离散地分布在焊缝中。在HAZ中，硫比磷对裂纹敏感性更强，这是因为硫比磷的扩散速度快，更容易在晶
30、界偏析。焊缝中硫、磷的最高质量分数应限制在0.015%以内。 3）Si：Si是铁素体形成元素，焊缝中wSi4%之后，碳的活动能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，为防晶间腐蚀，应使焊缝中C%0.02%。 Si在18-8钢中有利于促使产生相，可提高抗裂性，可不必过分限制；但在25-20钢中，Si的偏析强烈，易引起热裂。 4）Nb： 铌可与磷、铬及锰一起形成低熔点磷化物，而与硅、铬和锰则可形成低熔点硫化物氧化物杂质。铌在晶粒边界富集，可形成富铌、镍的低熔点相，其结晶温度甚至低于1160。含铌的低熔点相在铁素体和奥氏体中的溶解度不同，从而对热裂影响不同。5）Ti 钛也可以形成低熔点相，如在1340时，焊
31、缝中就可以形成钛碳氮化物的低熔点相。含钛低熔点相的形成对抗裂性的影响不如铌的明显，因为钛与氧有强的结和力，因此钛通常不用于焊缝金属的稳定化，而是用于钢的稳定化。钛主要是对母材及热影响区的液化裂纹的形成有影响。6）C 碳对于热裂敏感性的影响仅在一次结晶为奥氏体的单相奥氏体化的焊缝金属中，碳对热裂敏感性的影响很复杂，还取决于合金成分。 7）B： 硼是对抗热裂性影响最坏的元素。高温时硼在在奥氏体中的溶解度非常低，只有0.005%，硼与铁、镍都能形成低熔点共晶。因此，要限制焊缝中的硼含量。 总之，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（如Cu在Ni中）或溶解
32、度大的成分（如Mo、W、V），都不会引起热裂。奥氏体钢焊缝，提高Ni含量时，热裂倾向会增大；而提高Cr含量，对热裂不发生明显影响。在含Ni量低的奥氏体钢加Cu时，焊缝热裂倾向也会增大。凡促使出现A或AF凝固模式的元素，该元素必会增大焊缝的热裂倾向。4. 焊接工艺的影响 在合金成分一定的条件下，焊接工艺对是否会产生热裂纹也有一定影响。 为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化，以致增大偏析程度，应尽量采用小焊接热输入快速焊工艺，而且不应预热，并降低层间温度。不过，为了减小焊接热输入，不应过分增大焊接速度，而应适当降低焊接电流。增大焊接电流，焊接热裂纹的产生倾向也随之增大。过分提高焊接速度，焊接时反而更
33、易产生热裂纹。这是因为随着焊接速度增大，冷却速度也要增大，于是增大了凝固过程的不平衡性，凝固模式将逐次变化为FAAFA，相当于图4-14 中A点向右移动，因此热裂倾向增大。3、 析出现象在SS中，相通常只有在铬的质量分数大于16%时才会析出，由于铬有很高的扩散性，相在铁素体中的析出比奥氏体中的快。的转变速度与相的合金化程度有关，而不单是相的数量。凡铁素体化元素均加强转变，即被Cr、Mo等浓化了的相易于转变析出相。 相是指一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。相的析出使材料的韧性降低，硬度增加。有时还增加了材料的腐蚀敏感性。相的产生，是或是。式中带“+”的元素由于相的析出
34、，加速材料的810脆化，只有Ni和Co作用相反。4、 低温脆化 为了满足低温韧性要求，有时采用18-8钢，焊缝组织希望是单一相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现相。相的存在，总是恶化低温韧性。虽然单相焊缝低温韧性比较好，但仍不如固溶处理后的1Cr18Ni9Ti钢母材，例如aku(196)230J/cm2， aku(20)280 J/cm2。 “铸态”焊缝中的相因形貌不同，可以具有相异的韧性水平。奥氏体不锈钢的焊接工艺特点焊接材料选择不锈钢及耐热钢用焊接材料主要有：药皮焊条、埋弧焊丝和焊剂、TIG和MIG实芯焊丝以及药芯焊丝。焊接材料的选择首先决定于具体焊接方法的选择。在选择具体焊接材料时，至
35、少应注意以下几个问题: 1) 应坚持“适用性原则”。根据不锈钢材质、具体用途和使用条件（工作温度、接触介质），以及对焊缝金属的技术要求选用焊接材料，原则是使焊缝金属的成分与母材相同或相近。 2) 根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用，并应通过工艺评定试验加以验收，绝不能只根据商品牌号或标准的名义成分就决定取舍。 3) 考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小，即应考虑母材的稀释作用，否则将难以保证焊缝金属的合金化程度。 4) 根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度，即是采用同质焊接材料，还是超合金化焊接材料。5) 不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在
36、该合金系统中的作用；综合考虑使用性能和工艺焊接性要求。焊接工艺要点(1) 合理选择焊接方法 ： 不锈钢多采用药芯焊丝电弧焊：效率高，成分可调，热输入小。 (2) 控制焊接参数：避免接头产生过热现象，奥氏钢热导率小，热量不易散失，一般焊接所需的热输入比碳钢低20%30%。 (3) 接头设计的合理性：仅以坡口角度为例，采用奥氏体钢同质焊接材料时，坡口角度取60是可行的；但如采用Ni基合金作为焊接材料，由于熔融金属流动更为粘滞，坡口角度取60很容易发生熔合不良现象。Ni基合金的坡口角度一般均要增大到80左右。(4) 控制焊接工艺稳定：保证焊缝金属成分稳定 ，必须保证熔合比稳定。(5) 控制焊缝成形：
37、 表面成形是否光整，是否有易产生应力集中。 (6) 防止焊件工作表面的污染 ： 奥氏体不锈钢焊缝受到污染，其耐蚀性会变差。焊前除油去污，洁净干燥。第五章 铝及铝合金的焊接1.铝及铝合金的分类以及铝及铝合金的特点（1）铝及铝合金的分类根据合金化系列分类：工业纯铝、铝铜合金、铝锰合金、铝硅合金、铝镁合金、铝镁硅合金、铝锌镁铜合金等七大（2）铝及铝合金的特点（与低碳钢比较）密度小（2.72g/cm3），熔点低(660.4)，电阻率小，线膨胀系数和导热系数大低温力学性能好：Al为面心立方，无同素异构转变，无“延脆”转变(由于温度降低，使材料由延性断裂(断口为纤维状)转变为脆性断裂 )。耐蚀性好：Al2
38、O3(T熔=2050)在大气中耐蚀，在盐、碱水溶液中氧化膜易破坏强度不高，但是比强度高：一般b100MPa，热处理强化后b400MPa6) 铝及铝合金的焊接性总体焊接性分析：铝及其合金的化学活性很强，常温下表面极易形成难熔氧化膜（Al2O3熔点约为2050，MgO熔点约为2500），加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成不熔合现象。由于氧化膜密度与铝的密度接近，也易成为焊缝金属的夹杂物。氧化膜（特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸收较多水分而成为焊缝气孔的重要原因之一。铝及其合金的线膨胀系数大，焊接时容易产生翘曲变形。这些都是焊接生产中颇感困难的问题。3.熔焊时的主要问题：气孔、热裂、接头
39、与母材等强性气孔：铝及铝合金熔焊时最常见的缺陷是焊缝气孔，特别是对于纯铝和防锈铝的焊接1）铝及其合金熔焊时形成气孔的原因 : 氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因，氢的来源是弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分对焊缝气孔的产生有重要的影响。 弧柱气氛中水分的影响。弧柱空间或多或少存在一定量的水分，尤其在潮湿季节或湿度大的地区进行焊接时，由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热的熔融金属中，凝固时来不及析出称为焊缝气孔。这时所形成的气孔具有白亮内壁的特征。 弧柱气氛中的氢之所以能使焊缝形成气孔，与它在铝中的溶解度变化有关。高温时，H在金属中溶解度较大
40、，冷却时，H在铝合金中的溶解度下降而来不及逸出残留在焊缝中（与钢中N气孔类似）。 氧化膜中水分的影响。 在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分已严格限制，这时，焊丝或工件氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。氧化膜不致密、吸水性强的铝合金（如Al-Mg合金），比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。因为Al-Mg合金的氧化膜由AL2O3和MgO构成，而MgO越多，形成的氧化膜越不致密，更易于吸附水分；纯铝的氧化膜只由AL2O3构成，比较致密，相对来说吸水性要小。Al-Li合金的氧化膜更易吸收水分而促使产生气孔。 在MIG焊接时，焊丝表面氧化膜的作用将具有重要意义。MIG焊接时，由于熔深较
41、大，工件坡口端部的氧化膜能迅速熔化掉，有利于氧化膜中水分的排除，坡口氧化膜对焊缝气孔的影响就较小了。 TIG焊时，在熔透不足的情况下，母材坡口根部未除净的氧化膜所吸附的水分是产生焊缝气孔的主要原因。这种氧化膜不仅提供了氢的来源，而且使气泡聚集附着。刚形成熔池时，如果坡口附近的氧化膜未能完全熔化而残存下来。则氧化膜中水分因受热而分解出氢，并在氧化膜上萌生气泡；由于气泡是附着在氧化膜上，不易脱离浮出，且因气泡是在熔化早期形成的，有条件长大，所以常造成集中的大气泡。这种气孔在焊缝根部未熔合时就更严重。坡口端部氧化膜引起的气孔，沿着熔合区原坡口边缘分布，内壁呈氧化色，这是其重要特征。由于Al-Mg合金
42、比纯铝更容易形成疏松而吸水性强的厚氧化膜，所以Al-Mg合金比纯铝更容易产生这种集中的氧化膜气孔。因此，焊接铝镁合金时，焊前须仔细清除坡口端部的氧化膜。Al-Mg合金气焊或TIG焊慢速焊接条件下，母材表面氧化膜也会在近缝区引起“气孔”。这种“气孔”以表面密集的小颗粒状的“鼓泡”形式呈现出来，也被认为是“皮下气孔”4. 防止气孔的途径1）减少氢的来源焊前对焊材进行除油去污、除氧化膜、干燥处理；焊接时对熔池进行保护，减少吸氢时间。2 控制焊接参数。焊接参数的影响可归结为对熔池高温存在的影响，也就是对氢熔入时间和氢析出时间的影响。熔池高温存在时间增长，有利于氢的逸出，但也有利于氢的熔入；反之，熔池高
43、温时间存在时间减少，可减少氢的熔入，但不利于氢的逸出。焊接参数不当时，如造成氢的溶入量多而又不利于逸出时，气孔倾向势必增大。TIG焊：大电流（保证焊缝根部熔合），高速度（减少吸氢时间）MIG焊：氧化膜吸水影响更突出，故要求低速度、高热输入，使H逸出 焊接热裂纹铝及其合金焊接时，常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹。原因： 焊缝区的非平衡易熔共晶组织产生凝固裂纹（结晶裂纹）；近缝区易熔共晶组织产生液化裂纹（薄膜状，热裂倾向大；球状，热裂倾向小） Al的线膨胀系数大，拘束条件下焊接应力大，裂纹倾向大。防止焊接热裂纹的途径 合金系的影响控制易熔共晶量，缩小结晶温度区间：1.主合金元素的含量
44、应大于Xm(焊缝倾向最大时的成分)，产生“愈合”作用。P131,图5-72.Mg和Cu不能共存：Mg降低Cu在Al中的溶解度，促使增大脆性温度区间。3.Mg、Zn含量越高，合金强度越高，但是耐蚀性降低。Mn可提高再结晶温度，防再热裂纹，改善热强性。 图5-84.Ti、Zr、V、B可作为变质剂，细化晶粒，改善塑性、韧性、抗裂性。5、Fe%0.3%，降低强度和塑性； Si%0.2%，增大裂纹倾向，两者同时存在更严重。 焊丝成分的影响 不同的母材配不同的焊丝。焊丝成分与母材相同时，往往裂纹倾向大。图5-9焊接工艺参数的影响：焊接热集中：利于快速焊接，可防止形成方向性粗大的柱状晶，改善抗裂性焊接电流小
45、：减少熔池过热，改善抗裂性焊接速度高：增大接头的应变速率，热烈倾向大。焊接接头的“等强性”a.一般说来，焊接热输入量越大，焊缝性能下降的趋势也越大。b.对于熔合区，非时效强化的铝合金的主要问题是晶粒粗化而降低塑性；时效强化铝合金焊接时，出了晶粒粗化，还可能因为晶界液化而产生显微裂纹。c.无论是非时效强化的合金还是时效强化的合金，热影响区都表现出强化效果的损失，即软化。5、 焊接接头的耐蚀性 铝合金焊接接头的耐蚀性一般低于母材，热处理强化铝合金接头的耐蚀性降低尤其明显。接头组织越不均匀，越易降低耐蚀性。 焊缝金属的纯度和致密性也是影响接头耐蚀性的因素。杂质较多、晶粒粗大以及脆性相析出等，耐蚀性会
46、明显下降，不仅产生局部表面腐蚀，而且会出现晶间腐蚀。焊接应力更是影响铝合金耐蚀性的敏感因素。改善措施：a.改善接头组织成分的不均匀性 主要是通过焊接材料使焊缝合金化，细化晶粒并防止缺陷；同时通过限制焊接热输入以减少热影响区，并防止过热。b.消除焊接应力 表面拉应力可以采用局部锤击的办法来消除；焊后热处理有良好效果。c.采取保护措施 例如阳极氧化处理或者是涂层等。5.铝及铝合金的焊接工艺工艺特点： 从物理性能上分析： 大、 大、T熔小（660）、高温强度小，焊接困难。需采用能量集中的热源；采用垫板和夹具，防止焊接变形。由固态变液态，无颜色变化，难以确定坡口是否熔化。同时Mg、Zn、Mn易挥发，影响焊缝性能 从化学性能上分析：Al易氧化，表面形成难熔的氧化膜，易夹杂，同时易吸水造成气孔