焊接性基础 求考试免挂版（最终版）

第一篇：焊接性基础 求考试免挂版（最终版）

第一章：

金属焊接性：金属能否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。它的内涵：

1、是否适合焊接加工？－－金属在焊接加工中是否容易形成缺陷

2、焊后使用可靠性？－－性能焊成的接头在一定的使用条件下可靠使用的能力。

影响金属焊接性的因素：

1、材料本身因素—母材和焊接材料的成分及性能

2、工艺条件—焊接方法、工艺措施；

3、结构因素—刚度、应力集中、多轴应力；

4、使用条件—工作温度、负荷条件、工作环境。选择或制定焊接性试验方法的原则:

1、焊接性试验的条件尽量与实际焊接时的条件相一致。

2、焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性。

3、注意试验方法的经济性。（老师的笔记：1根据使用条件选择。2根据可能出现的焊接缺陷选择。3焊接的的再现性，一个参量变化，其他参量基本不变。4材料消耗尽可能少5尽可能选择周围内外常用的标准。6对实验困难的，可做模拟实验。）

焊接性试验的内容:

（一）焊缝金属抗热裂的能力

（二）焊缝及热影响区金属抗冷裂纹的能力

（三）焊接接头抗脆性转变的能力

（四）焊接接头的使用性能

常用焊接性试验方法:

（一）斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。(二)插销试验: 此法是测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。测定加载16~24 h而不断裂的最大应力σcr

（三）压板对接焊接裂纹试验法

（四）可调拘束裂纹试验法 第二章

合金结构钢：在碳素结构钢的基础上添加一定数量的合金元素来达到所需要求的钢材。包括

：结构钢、碳素结构钢、合金结构钢。

高强钢：可分为三种类型：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。※热轧及正火钢

1、热轧钢 供货状态：热轧态

性能特点：强度最低 σs294～392MPa，具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，价格便宜 成分特点：热轧钢属于C-Mn 或 Mn-Si系的钢种，有时用一些V、Nb等代替部分Mn。基本成分：C≤0.2%,Si≤0.55,Mn≤1.5%

强化机制：主要以固溶强化为主 典型钢种：Q345(16Mn)、14MnNb、Q294(09MnV)

2、正火钢

（1)正火态供货的钢

性能特点：最低强度σs343～450MPa，具有比热轧钢更高的强度和塑韧性

成分特点：0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、N b、Ti等 强化机制：在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性 典型钢种：Q390(15MnTi、15MnVN)等。

二、热轧正火钢的焊接性分析

这类钢焊接性问题表现为焊接引起的各种缺陷，主要是各类裂纹；焊接时材料性能的变化，主要是脆化。

（一）热裂纹倾向

正常：热轧、正火钢的含碳量都较低，而含锰量较高，因此Mn/S比都能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下热裂纹倾向很小。

异常：钢板存在C、S偏析，则热裂可能出现

（二）冷裂纹

冷裂是这类钢焊接时的主要问题

淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素，因此评价这类钢的冷裂敏感性可以通过分析淬硬倾向来进行。1.通过SHCCT图来评价2.通过碳当量分析3.通过HAZ最高硬度来评价。热轧钢的含碳量虽然不高，但含有少量的合金元素，因此这类钢的淬硬性比低碳钢大一些。正火钢的强度级别较高，合金元素的含量较多，与低碳钢相比，焊接性差别较大。18MnMoNb与15MnVN相比，前者的 淬硬性高于后者，故冷裂敏感性也比较大。

（三）热裂纹

这类钢含碳量比较低，含Mn量较高，具有较高的抗热裂能力，一般不发生热裂纹。

（四）再热裂纹

热轧钢中由于不含强碳化物形成元素，对再热裂纹不敏感。正火钢中，15MnVN钢对再热裂纹不敏感；18MnMoNb和14MnMoV有轻微的再热裂纹敏感性。可以采取提高预热温度或焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。

（五）层状撕裂

层状撕裂与板厚、钢材的冶炼条件有关，而与钢材强度等级无关。硫的含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。一般冶炼条件下生产的热轧、正火钢很难达到ZC和ZD级，所以在大板厚和存在大的Z向应力时易产生层状撕裂。

（六）热影响区的性能变化

在这类钢中热影响区的性能变化与所焊的钢材的类型和合金系统有很大关系热影响区主要性能变化是过热区的脆化问题，合金元素含量较低的钢中有时还会出现热应变脆化

1、过热区脆化

过热区温度接近熔点，导致

（1)难熔质点（Cm)的溶入等过程, A稳定性增加

淬硬性增加（2)奥氏体晶粒的显著长大，A稳定性增加

粗大脆性组织

对于热轧钢

属C-Mn和Mn-Si系钢，因不含强碳化物（Cm)形成元素,故组织对焊接热的敏感性不大。

但其低温韧性(－40度）因与组织中的马氏体比例和晶粒度有关，故与线能量及成分相关。

1)线能量

线能量过大，奥氏体晶粒度增加导致M-A数量和尺寸增加

线能量过小，马氏体比例增加

2)成分：

主要是含碳量

对于正火钢

组织对焊接热的敏感性较大；线能量对HAZ韧性影响更大：含Ti等正火钢，由于Ti等扩散能力很小，焊接时溶入后（破坏正火态），冷却过程中不易在A中析出而残留在铁素体中，使得F硬度增加，易致脆。故宜用小线能焊接，因碳化物溶入少，此时即使得到M,其含碳低，韧性好。若必须用大线能焊接，则焊后必须进行正火处理。※低碳调质钢

一、低碳调质钢典型钢种成分及性能 强化机制： 热处理组织强化

性能：

σs一般为441～980MPa；良好的综合性能和焊接性。

成分:

C≤0.22%，添加Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等合金元素保证足够的淬透性和抗回火性。σs441~490Mpa:18MnMoNb(正火＋回火）14MnMoNbB（调质）

典型钢种：HY80、HY130、A517J、T-

1、14MnMoNbB、CF钢。

二、低碳调质钢的焊接性分析

（一）焊缝中的热裂纹

低碳调质钢一般含碳量都较抵，含锰量高，而且对S、P杂质的控制较严，因此热裂倾向低。

（二）热影响区液化裂纹

1.主要发生于高Ni低Mn的低合金高强钢中。液化裂纹的倾向与Mn/S比有关。含碳量越高，要求Mn/S越高。.HY80钢，由于Mn/S低，含Ni量又较高，所以对液化裂纹较敏感。HY130钢，虽然含Ni量比HY80高，但含碳量低，含S量低，Mn/S比高，因此对液化裂纹不敏感。

3.工艺因素对液化裂纹影响很大。线能量越大，晶粒长得越大，晶界液化越严重液化裂纹倾向越大； 4.液化裂纹与熔池形状有关，蘑菇形状易诱发凹处过热区液化裂纹。

（三）冷裂纹

低碳调质钢的焊缝组织为强度高韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织，虽具有较大的淬硬倾向，但在马氏体转变的过程中有自回火，故冷裂倾向并不一定很大（关键是马氏体转变时的冷却速度）。如果速度很快，冷裂倾向较大。

（四）再热裂纹

1.低碳调质钢的合金系统中，大多数是属于能引起再热裂纹的元素，如Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等，因此具有再热裂纹倾向。

2.对再热裂纹的敏感性的影响：一般V影响最大，Mo次之，Mo-V联合影响更大，Mo-Nb联合影响也较大。

（五）层状撕裂

生产这类钢时，由于对夹杂物控制较严，纯净度较高，因此它的层状撕裂敏感性较低。

（六）热影响区的性能变化

1、过热区的脆化

（1）对于低碳调质钢，强韧性最好的组织状态是低碳马氏体＋30%下贝氏体（2）t8/5增加时，易出现粗晶、上贝氏体和M-A组元（3）t8/5过小时，马氏体比例增加，从而引起过热区脆化。

2、焊接热影响区的软化

热影响区内凡是加热温度高于母材回火温度至AC1区的区域，由于碳化物的积聚长大而使钢材软化，温度越接近于AC1区域，软化越严重。中碳调质钢

一、中碳调质钢成分及性能及典型钢种

性能特点： 这类钢的σs高达880~1176MPa，其特点是高的比强和高硬度，这类钢的淬透大因此焊接性差，要求焊接工艺非常复杂，焊后必须通过调质处理保证接头性能。

成分特点：含碳量通常为0.25%~0.45%，S,P控制更为严格

强化机制：

合金元素的作用： 淬透性和抗回火作用

马氏体的强度和硬度主要还是取决于含碳量 典型钢种：（1）40Cr

（2）35CrMo A和35CrMoVA

（3）30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA（4）40CrNiMoA、美国的4340、34CrNi3MoA（5）

H-11

二、中碳调质钢的焊接性分析

（一）焊缝中的热裂纹

中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，因此液-固相区间 大，偏析也更严重，具有较大的热裂纹倾向。

（二）冷裂纹

中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬倾向明显；由于M s点低，在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应，冷裂倾向严重。

（三）再热裂纹

（四）热影响区的性能变化

1、过热区的脆化

（1）中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，有相当大的淬硬性，因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化倾向越严重。（2）即使大线能量也难以避免高碳M出现，反而会使M更粗大，更脆。（3）一般采用小线能量，同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。

2、热影响区软化

焊后不能进行调质处理时，需要考虑热影响区软化问题。调质钢的强度级别越高，软化问题越严重。软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。热源越集中的焊接方法，对减小软化越有利。第三章

耐热钢：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。分类：按高温性能：抗氧化刚 热强钢

按正火状态组织：珠光体耐热钢 铁素体耐热钢 马氏体耐热钢 奥氏体耐热钢 耐热钢的高温性能

1、抗氧化性

耐热钢的高温性能中首先要保证高温抗氧化性，钢中一般含有Cr、Si、Al，可形成致密完整的氧化膜而防止继续发生氧化。

2、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）。为提高热强性，可采取措施如提高镍含量以稳定基体、形成稳定的第二相、减少晶界和强化晶界。

3、高温脆化

耐热钢在热加工或长期工作中，可能产生各种脆化现象，有Cr13系列钢在500℃附近的回火脆性、高铬铁素体钢的晶粒长大脆化、奥氏体钢沿晶界析出碳化物造成的脆化、475℃脆化和σ相脆化等。

晶间腐蚀的机理:过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散,与晶界附近的铬结合形成铬的碳化物,并在晶界析出,由于碳比铬扩散的快,铬来不及从晶界内补充到晶界附近,以至于邻近晶界的晶粒周围边层铬的质量分数低于12%,即所谓“贫铬”现象，从而造成晶间腐蚀。防止措施：（1）降低不锈钢中的含碳量（2）再次加热到650~850加热，即稳定化处理提高铌、钛的含量（4）加入铁素体形成元素形成奥氏体+一次铁素体双相织。刀状腐蚀: 其主要发生在靠近熔合线的母材热影响区的过热区，腐蚀开始宽度有3~5个晶粒，逐步扩大到1.0~1.5mm，一直深入到金属内部，形成深而窄的刀刃状，因而被称为刀状腐蚀。防止措施:（1）选用超低碳的母材和焊接材料。如焊接00Cr21Ni10钢材时，选用E00-19-10焊条或H00Cr21Ni10焊丝。（2）提高母材、焊材中钛和铌的含量，使晶界附近有足够数量的钛和铌，以避免形成贫铬层。当加入量（Ti+Nb）/C＞10~13时，便可避免刀蚀。(3)采用小的焊接电流快速焊，减少近缝区的过热和高温停留时间；避免交叉焊缝；接触腐蚀介质的面后焊；尽量采用单面单层焊，窄焊缝、焊丝(焊条)不做横向摆动；焊后采用强制冷却和冷矫正。(4)对要求抗晶间腐蚀和刀蚀高的含稳定化元素的焊件，焊后进行稳定化处理。铁素体不锈钢P103（出现问题）马氏体不锈钢P105（出现问题）

奥氏体钢焊接热裂纹的基本原因

1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大，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。

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织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜。

3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类会形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也可能形成易溶共晶

异种纲的焊接 1焊接性分析

（一）焊缝成分的稀释

珠光体钢与奥氏体钢焊接的异种钢焊接接头，一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。

（二）凝固过渡层的形成 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。

（三）碳迁移过渡层的形成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。

（四）残余应力的形成异种钢焊接接头，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。

第四章

铜的分类：紫铜（纯铜，含氧量低于百分之0.01）

黄铜（普通铜锌二元合金，加入Mn 等元素成为特种黄铜）

青铜（原指铜锡合金，现在习惯把不以锌、镍为主要元素的合金都成为青铜）

白铜（含镍量不超过百分之五十的铜镍合金）

铜及铜合金的焊接性

焊接纯铜及某些铜合金时，如果采用的焊接参数与焊接低碳钢差不多，母材散热太快。很难融化，填充金属与母材不能很好的融合，有时误认为是裂纹，实际是未融合，另外，铜及其合金焊后变形也比较严重，这与铜及合金的热导率、线膨胀系数和收缩率有关。热裂纹

铜与杂质形成多种低熔点共晶，痒对铜的危害最大，当焊缝焊后质量分数为0.2%以上的Cu2O时会出现热裂纹，作为焊接结构的纯铜，氧的质量分手不应超过0.03%，纯铜及磷脱氧铜也可此要求。措施

1、严格控制铜中杂质的含量。

2、增强对焊缝的脱氧能力，通过焊丝加入Si、Mn、C、P等合金元素；C与O生成气体溢出，其余脱氧产物进入熔渣浮出。

3、选用能获得双向组织的焊丝，使焊缝晶粒细化，使易熔共晶物分散、不连续。气孔（详细的见书本P126）

气孔是铜及其合金焊接时的一个主要问题，纯铜、黄铜及铝青铜埋弧焊的时候只有氢及水蒸气易使铜及其合金焊缝出现气孔，纯铜氩弧焊的时候，只要在氩气中加入微量的氢和水蒸气焊缝即出现气孔。氢气孔

1、铜的热导率比低碳钢的高达7倍以上，所以铜焊缝结晶过程进行的特别快，氢不易析出，熔池易为氢而饱和而形成气泡，在凝固结晶过程很快的情况下气泡不易上浮逸出，氢继续向气泡中扩散，使焊缝中形成气孔。

2、平衡状态下，氢在铜中的溶解度随温度升高而增大，知道2180度时候氢在铜中的溶解度达到最高值，温度进一步提高，液态铜开始蒸发，氢的溶解度开始下降。焊接接头性能的变化：

纯铜焊接时焊缝与焊接接头的抗拉强度，可与母材接近，但塑性比母材有一些降低，发生这种情况原因有两个，一是由于焊缝能够及热影响区晶粒粗大，二是由于为了防止焊缝出现裂纹及气孔，加入一定量的脱氧元素，这样虽可提高焊缝的强度性能，但也在一定程度上降低了焊缝的塑性，并使焊接接头的导电性有所下降。埋弧焊和惰性气体保护焊时熔池保护良好，如果焊接材料选用得当，那么焊缝金属纯度高，导电能力可达到母材的百分之九十道九十五，在熔焊过程中，Zn、Sn、Mn、Ni、Al等合金元素，的蒸发和氧化烧损会不同程度的使耐蚀性降低，焊接应力的存在使对应力腐蚀比较敏感的高锌黄铜焊接接头在腐蚀环境中过早的受到破坏。第五章

钛及钛合金的焊接：

工业纯钛中的杂质有H、O、Fe、Si、C、N等,其中H、O、C与Ti形成间隙固溶体，Fe、Si等元素与Ti形成置换固溶体，起固溶强化作用，显著提高钛的强度和硬度，降低其塑性和韧性，H以置换方式固溶于Ti中，微量的H即能使Ti的韧性急剧降低，增大缺口敏感性，并引起氢脆。

钛及钛合金焊接区易受气体杂质的污染而产生脆化：

氧的影响：

焊缝含氧量随氩气中的含氧量增加而增加，焊缝强度及硬度随着焊缝含氧量增加或纯氧中杂质的增加而增加。氮的影响：

氮在高温液态金属中的溶解度随电弧气氛中的分压增高而增大，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痒更为显著，即氮的污染脆化作用比氧的更为严重，工业纯钛焊缝中的氮的含量分数在0.13%以上时，由于脆化而产生裂纹。

氢的影响：

含氢量对焊缝冲击性能的影响最为显著，含氢量对抗拉强度和塑性的影响并不显著。

碳的影响：

工业纯钛中，当碳的质量分数为0.13%以下时，强度提高和塑性下降，但不如氧、氮的作用强烈，进一步提高焊缝含氮量时，焊缝中出现TiC，其数量随碳的增高而增多，焊缝塑性急剧下降，在焊接应力作用下易出现裂纹。第六章

铝的常见焊接问题：

铝及其合金的化学活性很强，表面极易形成难熔氧化膜，加之铝及其合金导热性强，焊接时，易造成不融合现象，由于氧化膜密度和铝的密度接近。也易成为焊缝金属的夹杂物。同时，氧化膜可吸收较多水分，以成为焊缝气孔的重要原因之一，此外，铝及其合金的线膨胀系数度，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。

焊缝中气孔产生的原因：

铝及其合金焊接时最常见的缺陷就是焊缝气孔，特别是对于纯铝和防锈铝的焊接，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、接材料以及母材所吸附的水分，其中焊丝及表面氧化膜所吸附的水分对焊缝气孔的产生有重要的影响。

防止焊缝气孔的途径：

1、限制氢融入融熔金属，或者是减少氢的来源，或者减少氢与熔融金属作用的时间。

2、尽量促使氢自熔池益处，即在熔池凝固之前，是氢以气泡形式排除，这就要改善冷却条件，以增加氢的溢出时间

（1）减少氢的来源，使用的焊接材料要严格限制含水量，使用前需干燥处理.（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时间的影响，也就是对氢融入时间和氢析出时间的影响 裂纹产生的原因：

1铝合金的线膨胀系数比钢约大一倍，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力，是促使铝合金具有较大裂纹倾向的原因之一 2铝合金中若存在其他元素或杂志时，可能形成三元共晶，其熔点比二元共晶更低，凝固温度区间更大，易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一 软化

1非实效强化铝HAZ的软化，主要发生在焊前经冷作硬化的合金上，经冷作硬化的铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度的区域时就产生明显的软化现象，焊前冷作硬化程度越高，焊后软化程度越大，焊件越薄 影响约显著 2时效强化铝合金HAZ的软化

主要是焊接热与影响区‘过时效’软化。这是熔焊条件下很难避免的。软化程度决定于合金第二相得性质，也与焊接热循环有一定关系，第二相越易于脱熔析出并易于聚集长大时，第七章 分类：

按照碳元素在铸铁中存在的形式和石墨形态，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁五大类。白口铸铁的碳绝大部分以渗碳体的形式存在，断口呈白亮色，性质较脆。灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁中的碳主要以石墨的形式存在，灰铸铁石墨成片状，其成本低，铸造性、加工型、减震性及金属间的摩擦性均优良。但强度低、塑性差。可锻铸铁由一定成分的白口铸铁经石墨化退火获得，塑性比灰铸铁高。球墨铸铁石墨化呈球状力学性能大幅提高。蠕墨铸铁石墨呈虫装铸造性能、耐热疲劳性能好。镍基焊条的优点：

镍是奥氏体形成元素，镍和铁能完全互溶，镍还是较强的石墨化元素，且与碳不形成碳化物。镍基焊缝高温下可以溶解较多的碳，随着温度的下降，部分过饱和的碳将以石墨化形式析出，石墨析出伴随着体积膨胀，有利于降低焊接应力，防止焊接热影响区冷裂纹。镍基焊缝中的镍可以向半熔化区扩散，对缩小白口宽度、改善焊接接头加工性十分有效。

灰铸铁焊接接头易出现白口的原因（1）.焊缝区

当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，则在一般电弧焊情况下，由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织（2）半熔化区

1）冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响

V冷很快，液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，即共晶渗碳体加奥氏体。继续冷却则为C所饱和的奥氏体析出二次渗碳体。

2）化学成分对半熔化区白口铸铁的影响

元素总是从高含量区域向低含量区域扩散，其含量梯度越大，越有利于扩散的进行（3）.奥氏体区

该区被加热到共晶转变下限温度与共析转变上限温度之间。该区温度范围约为820～1150℃，此区无液相出现该区在共析温度区间以上，其基体已奥氏体化（4）重结晶区

很窄，加热温度范围780～820℃。由于电弧焊时该区加热速度很快，只有母材中的部分原始组织可转变为奥氏体。在随后冷却过程中，奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现一些马氏体。铸铁产生冷裂纹的机理 当焊缝为铸铁型时，易于出现焊缝冷裂纹其产生的原因是：焊接过程中由于焊件局部不均匀受热，焊缝在冷却过程中受到很大的拉应力，由于铸铁强度低，400℃以下基本无塑性，当拉应力超过此时铸铁的抗拉强度时，即发生焊缝冷裂纹。当焊缝中存在白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率（2.3%）比灰铸铁的收缩率（1.26%）大，故焊缝更易出现冷裂纹，特别是当焊缝强大大于母材时，冷却过程中母材牵制不住焊缝的收缩，结果在结合处母材被撕裂，这种现象称为“剥离”。当焊接接头刚性大、焊补层数多，焊补金属体积大，使焊接接头处于高应力状态时 防止冷裂纹最有效的方法是对焊补件进行550~700℃的整体预热，其次是采用异质焊缝的焊接材料。

第二篇：材料焊接性考试重点试题及答案

3.5.分析低碳调质钢焊接时可能出现的问题？简述低碳调质钢的焊接工艺要点，典型的低碳调质钢如(14MnMoNiB、HQ70、HQ80)的焊接热输入应控制在什么范围？在什么情况下采用预热措施，为什么有最低预热温度要求，如何确定最高预热温度。

答：焊接时易发生脆化，焊接时由于热循环作用使热影响区强度和韧性下降。焊接工艺特点：焊后一般不需热处理，采用多道多层工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。典型的低碳调质钢的焊接热输入应控制在Wc＞0.18％时不应提高冷速，Wc＜0.18％时可提高冷速（减小热输入）焊接热输入应控制在小于481KJ/cm当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时，就必须采用预热措施，当预热温度过高时不仅对防止冷裂纹没有必要，反而会使800～500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使热影响区韧性下降，所以需要避免不必要的提高预热温度，包括屋间温度，因此有最低预热温度。通过实验后确定钢材的焊接热输入的最大允许值，然后根据最大热输入时冷裂纹倾向再来考虑，是否需要采取预热和预热温度大小，包括最高预热温度。

4.3.18-8型不锈钢焊接接头区域在那些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成？如何防止？答：18-8型焊接接头有三个部位能出现腐蚀现象：{1}焊缝区晶间腐蚀。产生原因根据贫铬理论，碳与晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，导致γ晶粒外层的含Cr量降低，形成贫Cr层，使得电极电位下降，当在腐蚀介质作用下，贫Cr层成为阴极，遭受电化学腐蚀；{2}热影响区敏化区晶间腐蚀。是由于敏化区在高温时易析出铬的碳化物，形成贫Cr层，造成晶间腐蚀；{3}融合区晶间腐蚀{刀状腐蚀}。只发生在焊Nb或Ti的18-8型钢的溶合区，其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr有关，高温过热和中温敏化相继作用是其产生的的必要条件。防止方法：{1}控制焊缝金属化学成分，降低含碳量，加入稳定化元素Ti、Nb；{2} 控制焊缝的组织形态，形成双向组织{γ+15%δ}；{3}控制敏化温度范围的停留时间；{4}焊后热处理：固溶处理，稳定化处理，消除应力处理。

4.7何为“脆化现象”？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象，各发生在什么温度区域？如何避免？答：“脆化现象”就是材料硬度高，但塑性和韧性差。现象与避免措施：{1}高温脆性：在900~1000℃急冷至室温，焊接接头HAZ的塑性和韧性下降。可重新加热到750~850℃，便可恢复其塑性。{2}σ相脆化：在570~820℃之间加热，可析出σ相。σ相析出与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形有关。加入Mn、Nb使σ相所需Cr的含量降低，Ni能使形成σ相所需温度提高。{3}475℃脆化：在400~500℃长期加热后可出现475℃脆化。适当降低含Cr量，有利于减轻脆化，若出现475℃脆化通过焊后热处理来消除。

4.10从双相不锈钢组织转变的角度出发，分析焊缝中Ni含量为什么比母材高及焊接热循环对焊接接头组织，性能有何影响？答：双相不锈钢的合金以F模式凝固，凝固结束为单相δ组织，随着温度的下降，开始发生δ→γ转变不完全，形成两相组织。显然，同样成分的焊缝和母材，焊缝中γ相要比母材少得多，导致焊后组织不均匀，韧性、塑性下降。提高焊缝中Ni含量，可保证焊缝中γ/δ的比例适当，从而保证良好的焊接性。在焊接加热过程，整个HAZ受到不同峰值温度的作用，最高接近钢的固相线，但只有在加热温度超过原固溶处理温度区间，才会发生明显的组织变化，一般情况下，峰值低于固溶处理的加热区，无显著组织变化，γ/δ值变化不大，超过固溶处理温度的高温区，会发生晶粒长大和γ相数量明显减少，紧邻溶合线的加热区，γ相全部溶于δ相中，成为粗大的等轴δ组织，冷却后转变为奥氏体相，无扎制方向而呈羽毛状，有时具有魏氏组织特征。

5.2.为什么Al-Mg及al-li合金焊接时易形成气孔？al及其合金焊接时产生气孔的原因是什么？如何防止气孔？为什么纯铝焊接易出现分散小气孔？而al-mg焊接时易出现焊接大气孔？

答：1）氢是铝合金及铝焊接时产生气孔的主要原因。2）氢的来源非常广泛，弧柱气氛中的水分，焊接材料以及母材所吸附的水分，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水，保护气体的氢和水分等都是氢的来源。3）氢在铝及合金中的溶解度在凝点时可从0.69ml/100g突降至0.036ml/100g相差约20倍，这是促使焊缝产生气孔的重要原因之一。4)铝的导热性很强，熔合区的冷速很大，不利于气泡的浮出，更易促使形成气孔。防止措施：1）减少氢的来源，焊前处理十分重要，焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除。2）控制焊接参数，采用小热输入减少熔池存在时间，控制氢溶入和析出时间3）改变弧柱气氛中的氢含量。原因：1）纯铝对气氛中水分最为敏感，而al-mg合金不太敏感，因此纯铝产生气孔的倾向要大2）氧化膜不致密，吸水性强的铝合金al-mg比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向，因此纯铝的气孔分数小，而al-mg合金出现集中大气孔3）Al-mg合金比纯铝更易形成疏松而吸水性强的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受热而分解出氢，并在氧化膜上萌出气泡，由于气泡是附着在残留氧化膜上，不易脱离浮出，且因气泡是在熔化早期形成有条件长大，所以常造成集中大的气孔。因此al-mg合金更易形成集中的大气孔。

5.8分析O,N,H对钛及钛合金焊接接头质量的影响。分析C对钛及钛合金焊接质量的影响。

(1)氧的影响 氧在高温a-Ti、8-Ti中 形成间隙固溶体，起固溶强化作用，造成软的晶格畸变，使强度、硬度提高，但塑性、韧性显著降低。(2)氮的影响 氮对 提高工业纯钦焊缝的抗拉强度、硬度，降低焊缝的塑 性方面比氧更为显著，即氮的污染脆化作用比氧更为 强烈。(3)氢的影响 含氢量对焊缝冲击 性能的影响最为显著。对抗拉强度和塑性的影响并不很显著。(4)碳的影响 在工业纯钦中，当 碳的质量分数为0.13％以不时碳固溶在 a-Ti 中，强度极限提高和塑性下降，进一步提高焊缝 含碳量时，焊缝中出现网状TIC，其数量随碳增高而增多，焊缝塑性急剧下降，在焊接应 力作用下易出现裂纹。当焊缝中碳的质量分数为0.55％时，焊缝塑性几乎全部消失而变成脆性材料。焊后热处理也无法消除这种脆性。

6.3

6.6

7.1陶瓷与金属焊接时主要问题是产生裂纹，分析裂纹产生的主要原因?从焊接工艺上应采取哪些措施避免裂纹?(1)陶瓷的线膨胀系数比 较小，与金属的线膨胀系数相差较大，陶瓷与金属焊按时，接头区域会产生残余应力，残 余应力较大时还会导致接头处产生裂纹，甚至引起断裂破坏。

(2)为避免陶瓷与金属接头出现焊接裂纹，除添加中间层或合理选用钎料外，可采用以下 工艺并r施 1)合理选择被焊陶瓷与金属，在不影响接头使用性能的条件下，尽可能使两者的线 膨胀系数相差最小。2)应尽可能地减小焊接部位及其附近的温度梯度，控制加热和冷却速度：降低冷却速度，有利于应力松弛而使应力减小 3)采取缺口、突起和端部变薄等措施合理设计陶瓷与金属的接头结构

第三篇：材料焊接性

一、焊接性概念

材料在限定的焊接施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。（国家标准）

一是结合性能----工艺焊接性 材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷

二是使用性能

焊接完成的接头在一定使用条件下可靠运行的能

二、研究焊接性的目的

1查明指定材料在指定焊接工艺条件下可能出现的问题

2确定焊接工艺的合理性或材料的改进方向

三、影响焊接性的因素

1材料因素2设计因素3工艺因素4服役环境

四、评定焊接性的原则

一是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据； 二是评定焊接接头能否满足结构使用性能要求

五、评定焊接接头工艺缺陷的敏感性主要进行抗裂性试验，其中包括热裂纹试验、冷裂纹试验、消除应力裂纹试验和层状撕裂试验。

六、实焊类方法包含：裂纹敏感性试验、焊接接头的力学性能测试、低温脆性试验、断裂韧性试验、高温蠕变及持久强度试验。（较小的焊件直接做试验，较大的实物缩小化）

七、碳当量的间接估测法

定义：可以把钢中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纹倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系 化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。将钢中各种合金元素折算成碳的含量。

钢中决定强度和可焊性的因素主要是含碳量。以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值越小，钢材的焊接性能越好。缺点：

1碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用

2没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。3用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。所以，碳当量法只能用于对钢材焊接性的初步分析 1）使用国际焊接学会（IIW）

推荐的碳当量公式时，对于板厚δ＜20mm的钢材 CE＜0.4%焊接性良好，焊前不需要预热；

CE＝0.4%-0.6%，尤其是CE>0.5%时，焊接性差，钢材易淬硬，表焊接性已变差，焊接时需预热才能防止裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高。2)日本工业标准（JIS）的碳当量公式时

当钢板厚度δ＜25mm和采用焊条电弧焊时（焊接热输入为17kJ/cm），对于不同强度级别的钢材规定了不产生裂纹的碳当量界限和相应的预热措施

斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。低合金钢“小铁研”试验表面裂纹率小于20%时，用于一般焊接结构生产是安全的。

八、微合金控轧钢：采用微合金化和控轧等技术，达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。

九、热裂纹和消除应力裂纹

(1)焊缝中的热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。

热轧、正火钢一般含碳量较低，而Mn含量较高，因此Mn/S比能达到要求，具有较好的抗热裂性能。异常：热轧及正火钢中C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关。

（2）消除应力裂纹：焊后焊件在一定温度范围再次加热时，由于高温及残余应力的共同作用而产生的晶间裂纹。

产生部位：在热影响区的粗晶区，延向细晶区停止

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”导致的晶界脆化有关。

十、低合金高强钢焊缝金属的组织主要包括：先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体、上贝氏体、珠光体等，马氏体较少。

11、热应变脆化：由氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成的钉轧作用造成的。措施：在钢中加入足够量的氮化物形成元素（Al、Ti、V），如Q420比Q345倾向小。、焊后退火处理。

12、热轧、正火钢预热和焊后热处理的目的：

预热作用：改善韧性，降低马氏体转变时的冷却速度，创造马氏体“自回火”条件，从而避免产生冷裂纹。

预热温度的选择与材料的淬硬倾向、焊接时的冷却速度、拘束度、含氢量、焊后是否进行热处理有关。焊后热处理作用：焊件焊后或冷加工后钢的韧度过低，要求结构尺寸稳定或要求焊件耐应力腐蚀，则需要进行焊后热处理。

13、热轧、正火钢确定焊后回火温度的原则

（1）不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能（2）对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间

14、“调质钢”：经过“淬火+回火”热处理的钢（在焊接界高温回火或低温回火均称为调质）

15、提高钢的脆透性和马氏体的回火稳定性：添加如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等

16、低碳调质钢焊缝等强匹配：（σb）w/（σb）b=1时，称为等强匹配（焊缝强度等于母材的强度）

17、低碳调质钢热影响区软化：本质碳化物沉淀、聚集长大

18、低温钢按有无镍分类：无镍（铝镇静低温钢、低合金低温钢），有镍(低、中、高)

19、低碳调质钢焊接时可能出现的问题？简述低碳调质钢的焊接工艺要点 焊接时易发生脆化，焊接时由于热循环作用使热影响区强度和韧性下降。

焊接工艺特点：①要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；②要求在800~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。此外，焊后一般不需热处理，采用多道多层工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。

20、珠光体耐热钢的焊接性特点与低碳调质钢有什么不同?珠光体耐热钢选用焊接材料的原则与强度用钢有什么不同？为什么？ 答：珠光体耐热钢和低碳调质钢都存在冷裂纹，热影响区硬化脆化以及热处理或高温长期使用中的再热裂纹，但是低碳调质钢中对于高镍低锰类型的刚有一定的热裂纹倾向，而珠光体耐热钢当材料选择不当时才可能常产生热裂纹。珠光体耐热钢在选择材料上不仅有一定的强度还要考虑接头在高温下使用的原则，特别还要注意焊接材料的干燥性，因为珠光体耐热钢是在高温下使用有一定的强度要求。

21、不锈钢及耐热钢按组织分类：奥氏体钢，铁素体钢、马氏体钢、铁素体-奥氏体双相钢、沉淀硬化钢

22、不锈钢的主要腐蚀形式有：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀

23、晶间腐蚀：在晶粒边界发生的有选择性的腐蚀现象。

24、晶间腐蚀与晶界贫“铬”现象有关。奥氏体不锈钢是由于经450～850℃加热（敏化加热），即过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散，产生晶间腐蚀与晶界贫“铬”现象。对于铁素体钢，由于碳在铁素体中扩散速度快，故快冷时就易析出Cr23C6，再次加热时就易使碳化物溶解，消除贫铬层。

25、应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。26、475℃脆性：在430~480℃之间长期加热并缓冷，就可导致在常温时或负温时出现强度升高而韧性下降的现象。

27、σ相：Cr的质量分数约45%的典型FeCr金属间化合物，无磁性，硬而脆。

28、奥氏体钢接头耐蚀性：晶间腐蚀有代表性的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。防止焊缝区晶间腐蚀，采取措施有：

①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Nb≥8%或Nb≈1%；

②调整焊缝成分以获得一定的铁素体(δ)相。

29、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18-8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。30、熔合区刀口腐蚀：只出现在18-8中（Ⅹ）

31、为什么18-8奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？

答：焊缝中的δ相可打乱单一γ相柱状晶的方向性，不致形成连续，另外δ相富碳Cr，又良好的供Cr条件，可减少γ晶粒形成贫Cr层，故常希望焊缝中有4%~12%的δ相。

通过控制铁素体化元素的含量，或控制Creq/Nieq的值，来控制焊缝中的铁素体含量。32、18-8型不锈钢焊接接头区域在那些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成？如何防止？

答：18-8型焊接接头有三个部位能出现腐蚀现象：{1}焊缝区晶间腐蚀。产生原因根据贫铬理论，碳与晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，导致γ晶粒外层的含Cr量降低，形成贫Cr层，使得电极电位下降，当在腐蚀介质作用下，贫Cr层成为阴极，遭受电化学腐蚀；{2}热影响区敏化区晶间腐蚀。是由于敏化区在高温时易析出铬的碳化物，形成贫Cr层，造成晶间腐蚀；{3}融合区晶间腐蚀{刀状腐蚀}。只发生在焊Nb或Ti的18-8型钢的融合区，其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr有关，高温过热和中温敏化连过程依次作用是其产生的的必要条件。

防止方法：{1}控制焊缝金属化学成分，降低C%，加入稳定化元素Ti、Nb； {2}控制焊缝的组织形态，形成双向组织{γ+15%δ}； {3}控制敏化温度范围的停留时间；

{4}焊后热处理：固溶处理，稳定化处理，消除应力处理。

33、铝及铝合金分类：工业纯铝、防锈铝、防锈铝、硬铝、锻铝、超硬铝、特殊铝

非热处理强化铝合金－－－3系列、4系列、5系列

热处理强化铝合金－－－2系列、6系列、7系列

34、铝及铝合金熔焊是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

35、焊接热裂纹：焊丝成分的影响，采用异质焊丝，即其他合金组成的焊丝（同质焊丝具有较大的裂纹倾向）

36、非时效强化铝合金HAZ的软化：主要发生在焊前经冷作硬化的合金上。经冷作硬化的铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度（200~300℃）的区域时就产生明显的软化现象。

37、铜材的焊接工艺要点

焊前准备

铜易氧化，工件表面会有氧化膜，此外油、水份、污物等亦妨碍焊接，必须清理干净。

焊接工艺条件的一般要求（弧焊为主）

（1）因其导热快，要求采用大电流。

（2）合理设计坡口形式以尽量减少拘束和收缩应力。

（3）合理的焊接顺序。

（4）推荐采用TIG焊（填丝容易控制）。

（5）采用Ar或富Ar的（Ar+He）混合气体保护。

焊接参数

（1）铜及其合金的TIG焊，一般多采用直流正接。

（2）铍青铜和铝青铜，采用反接；亦可用交流，能清除氧化膜同时减少钨极过热。

（3）熔化极氩弧焊采用反接。

——焊接质量的相关问题及予防措施

纯铜及铜合金焊接区的主要缺陷：裂纹、气孔。裂纹主要是热裂纹、氢蚀裂纹

预防措施：A）采用含有脱氧剂（Mn、Si、Ti等）的焊丝；B）高温预热；C）焊后缓冷；D）磁力搅拌熔池

焊接中应注意的问题：预热、防止气孔、焊接用焊丝、防止变形、防止未熔合/未焊透、HAZ强度下降

38、为什么Al-Mg及al-li合金焊接时易形成气孔？al及其合金焊接时产生气孔的原因是什么？如何防止气孔？为什么纯铝焊接易出现分散小气孔？而al-mg焊接时易出现焊接大气孔？

答：1）氢是铝合金及铝焊接时产生气孔的主要原因。

2）氢的来源非常广泛，弧柱气氛中的水分，焊接材料以及母材所吸附的水分，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水，保护气体的氢和水分等都是氢的来源。

3）氢在铝及其合金中的溶解度在凝点时突降，这是促使焊缝产生气孔的重要原因之一。

4)铝的导热性很强，熔合区的冷速很大，不利于气泡的浮出，更易促使形成气孔

防止措施：1）减少氢的来源，焊前处理十分重要，焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除。

2）控制焊接参数，采用小热输入减少熔池存在时间，控制氢溶入和析出时 3）改变弧柱气氛中的性质

原因：1）纯铝对气氛中水分最为敏感，而al-mg合金不太敏感，因此纯铝产生气孔的倾向要大

2）氧化膜不致密，吸水强的铝合金al-mg比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向，因此纯铝的气孔分数小，而al-mg合金出现集中大气孔

3）Al-mg合金比纯铝更易形成疏松而吸水强的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受热而分解出氢，并在氧化膜上冒出气泡，由于气泡是附着在残留氧化膜上，不易脱离浮出，且因气泡是在熔化早期形成有条件长大，所以常造成集中大的气孔。因此al-mg合金更易形成集中的大气孔。

39、硬铝及超硬铝焊接时易产生什么样的裂缝？为什么？如何防止裂纹？

答：裂纹倾向大，铝及硬铝产生焊接热裂纹

原因：1）易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生裂纹的重要原因

2）线膨胀系数大，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力也是产生裂纹的原因之一

防止措施：1）加合金元素cu,mn,si,mg,zn使主要合金元素含量Me%>Xm，产生自愈合作用

2）生产中采用含5%的Si，Al合金焊丝解决抗裂问题，具有很好的愈合作用 3）加入Ti,zr,v,b微量元素作为变质剂，细化晶粒，改善塑性韧性，并提高抗裂性

4）热能集中焊接方法可防止形成方向性强的粗大柱状晶，改善抗裂性 5）采用小电流焊接，降低焊接速度均可改善抗裂性问题

论述题

1.2000年9月,天铁集团承担了套筒的制作任务,材质16Mn,壁厚30mm,直径3.5m,高4m,制作时采用手工电弧焊,焊条J506,无预热,焊后自然冷却。焊后，表面质量均达到图纸要求，没有宏观缺陷。但放置两天后，产生许多小裂纹，大多分布在熔合线多表现为纵向裂纹。（1）分析什么缺陷及其原因（2）合理工艺措施某电机厂准备开发一款新型的风力发电机，转子为焊接结构轴材为42CrMo, 尺寸φ210mm×620 mm，供货状态为调质； 辐板为Q235，尺寸160 mm×600 mm×40 mm，供货为热轧，化学成分和结构如下。（1）分析焊接性？（2）确定合理的焊接材料？（3）焊接结构？

焊接工艺？

第四篇：材料焊接性总结

第二章： 1.金属焊接性：

金属能否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。它的内涵：1）是否适合焊接加工 2）焊后使用可靠性

2.金属的焊接性的分析方法:

（一）从金属特性分析金属焊接性

1、利用金属本身的化学成分分析

（1）碳当量法:指将各种元素按相当于若干含碳量折合并叠加起来求得所谓碳当量，用其来估计冷裂倾向的大小。CE=C+Mn/6+Ni+Cu/15+Cr+Mo+V/

(2)焊接冷裂纹敏感指数Pc=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+δ/600+H/60（%）.2、利用金属本身的物理性能分析:

3、利用金属本身的化学性能分析

4、利用合金相图分析

（二）从焊接工艺条件分析焊接性:

1、热源特点

2、保护方法

3、热循环控制

4、其他工艺因素 3.焊接性试验的内容:

（一）焊缝金属抗热裂的能力

（二）焊缝及热影响区金属抗冷裂纹的能力

（三）焊接接头抗脆性转变的能力

（四）焊接接头的使用性能 4.常用焊接性试验方法:

（一）斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。(二)插销试验: 此法是测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。测定加载16~24 h而不断裂的最大应力σcr

（三）压板对接焊接裂纹试验法

（四）可调拘束裂纹试验 第三章：

※热轧及正火钢

1、热轧钢 供货状态：热轧态 性能特点：强度最低 σs294～392MPa，具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，价格便宜 成分特点：热轧钢属于C-Mn 或 Mn-Si系的钢种，有时用一些V、Nb等代替部分Mn。基本成分：C≤0.2%,Si≤0.55,Mn≤1.5%

强化机制：主要以固溶强化为主

典型钢种：Q345(16Mn)、14MnNb、Q294(09MnV)

2、正火钢（1)正火态供货的钢性能特点：最低强度σs343～450MPa，具有比热轧钢更高的强度和塑韧性成分特点：0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、N b、Ti等强化机制：在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性 典型钢种：Q390(15MnTi、15MnVN)等。（2)正火＋回火态供货的钢 性能特点：最低强度σs490MPa。具有比正火态钢更好的强度和中温性能成分特点：Mn-Mo系列低碳低合金钢，0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入Mo、Nb等

强化机制：在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性,同时还需通过回火改善韧性

典型钢种：Q490(18MnMoNb)、14MnMoV、（3)微合金控轧钢

性能特点：在控轧状态可以达到正火状态的质量，具有高强、高韧和良好的焊接性能成分特点：在C-Mn基础加入微量Nb、V、Ti等，同时降C、降S.强化机制：多元微合金化＋控轧在固溶强化的基础上，通过细化晶粒+沉淀强化以及控扎改善夹杂物形态、分布，减少夹杂物数量（提高纯净度）典型钢种：X60、X65、X70、X80等 热轧、正火钢的焊接性分析

这类钢焊接性问题表现为焊接引起的各种缺陷，主要是各类裂纹；焊接时材料性能的变化，主要是脆化。

（一）热裂纹倾向

（二）冷裂纹

冷裂是这类钢焊接时的主要问题

淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素，因此评价这类钢的冷裂敏感性可以通过分析淬硬倾向来进行。1.通过SHCCT图来评价2.通过碳当量分析3.通过HAZ最高硬度来评价。热轧钢的含碳量虽然不高，但含有少量的合金元素，因此这类钢的淬硬性比低碳钢大一些。正火钢的强度级别较高，合金元素的含量较多，与低碳钢相比，焊接性差别较大。18MnMoNb与15MnVN相比，前者的淬硬性高于后者，故冷裂敏感性也比较大。影响因素：淬硬组织，扩散氢含量，拘束度。

（三）再热裂纹

（四）层状撕裂

（五）热影响区的性能变化 在这类钢中热影响区的性能变化与所焊的钢材的类型和合金系统有很大关系热影响区主要性能变化是过热区的脆化问题，合金元素含量较低的钢中有时还会出现热应变脆化

热轧、正火钢的焊接工艺特点：

（一）焊接材料的选择需考虑两方面的问题：焊缝没有缺陷；满足使用性能要求。

1．选择相应强度级别的焊接材料（等强原则）

2.必须考虑熔合比和冷却速度的影响

3.同时考虑对焊缝金属的使用性能提出的特殊要求

（二）焊接工艺参数的确定

1.焊接方法无特殊要求

2.焊接线能量的选择 主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素 1）.焊接含碳量较低的热轧钢及正火钢时，因淬硬倾向较小，从过热区的塑性和韧性出发，线能量偏小些更有利（可避免粗晶脆化及碳化物过热溶解）2）焊接含碳量较高的热轧钢时，因淬硬倾向增加及冷裂倾向增加，故宁可选线能量大些.3）对于含碳量和合金元素较高的正火钢，因淬硬倾向大，线能小易引起冷裂，线能大则易引起脆化，故一般采用小线能量+预热更合理.3.预热 作用：

防冷裂，改善韧性。预热温度的选择与材料的淬硬倾向、焊接时的冷却速度、拘束度、含氢量、焊后是否进行热处理有关4.焊后热处理 一般情况下，热轧和正火钢焊后不需要热处理要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器，焊后需要进行消除应力的高温回火。

※低碳调质钢

一、低碳调质钢典型钢种成分及性能

强化机制： 热处理组织强化，固溶强化，位错强 性能：σs一般为441～980MPa；良好的综合性能和焊接性。成分: C≤0.22%，添加Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等合金元素保证足够的淬透性和抗回火性。典型钢种：HY80、HY130、A517J、T-

1、14MnMoNbB、CF钢。

二、低碳调质钢的焊接性分析

（一）焊缝中的热裂纹

（二）热影响区液化裂纹

（三）冷裂纹

低碳调质钢的焊缝组织为强度高韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织，虽具有较大的淬硬倾向，但在马氏体转变的过程中有自回火，故冷裂倾向并不一定很大（关键是马氏体转变时的冷却速度）。如果速度很快，冷裂倾向较大。

（四）再热裂纹

（五）层状撕裂

（六）1、过热区的脆化

2、焊接热影响区的软化

三、低碳调质钢的焊接工艺特点

这类钢焊接时还是应注意防裂 和防脆 两个基本问题，另外还应注意热影响区软化问题：防裂：

要求在马氏体转变时的冷却速度不能太大，使马氏体有一自回火的作用，以免冷裂纹的产生；防脆：

要求在800～500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。防软化：采用小线能量

（一）焊接方法和焊接材料的选择

1、焊接方法的选择

2、焊接材料的选择

（二）焊接工艺参数的选择

冷却速度的范围选择：最大冷速（上限）取决于不产生冷裂纹

最小冷速（下限）取决于热影响区不出现脆化的混合组织。正确选择线能量和预热是保证不出现裂纹和脆化的关键。

1、焊接线能量的确定

从保证不出现裂纹的角度出发，在满足热影响区的韧性的条件下，线能量应尽可能选择大一些。但从考虑脆化和软化角度，线能量又要求尽量低一些。故实际选择时，一般先通过实践从考虑脆化和软化角度，来确定一种钢最大允许的线能量，然后依据该线能量下钢的冷裂倾向决定是否预热及预热温度。

2、预热温度的确定（1）如果采用最小冷速还是不能避免冷裂，则必须采用预热。（2）预热的目的是为了防止冷裂纹，焊接低碳调质钢时采用较低的预热温度（≤200℃）。预热主要希望能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性。

3、焊后热处理的确定 这类钢的低碳马氏体和下贝氏体组织能保证焊接热影响区在快冷条件下具有高的强度和韧性，焊后热处理并不能提高这类钢的强韧性，一般情况下不采取消除应力的焊后热处理。※中碳调质钢

一、中碳调质钢成分及性能及典型钢种

性能特点： 这类钢的σs高达880~1176MPa，其特点是高的比强和高硬度，这类钢的淬透大因此焊接性差，要求焊接工艺非常复杂，焊后必须通过调质处理保证接头性能成分特点：含碳量通常为0.25%~0.45%，S,P控制更为严格强化机制：

合金元素的作用： 淬透性和抗回火作用

马氏体的强度和硬度主要还是取决于含碳量

典型钢种：（1）40Cr

（2）35CrMo A和35CrMoVA

（3）30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA

二、中碳调质钢的焊接性分析

（一）焊缝中的热裂纹

中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，因此液-固相区间大，偏析也更严重，具有较大的热裂纹倾向。

（二）冷裂纹 中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬倾向明显；

由于M s点低，在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应，冷裂倾向严重。

（三）再热裂纹

（四）热影响区的性能变化

1、过热区的脆化（1）中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，有相当大的淬硬性，因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化倾向越严重。（2）即使大线能量也难以避免高碳M出现，反而会使M更粗大，更脆。（3）一般采用小线能量，同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。

2、热影响区软化 焊后不能进行调质处理时，需要考虑热影响区软化问题。调质钢的强度级别越高，软化问题越严重。软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。热源越集中的焊接方法，对减小软化越有利。

三、中碳调质钢的焊接工艺特点

（1）中碳调质钢一般在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀焊接接头。(2)时必须在调质后进行焊接时，热影响区性能恶化往往难以解决。(3)焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施。

（一）退火状态下焊接时的工艺特点在退火状态下焊接，焊后再进行整体调质，这是一种比较合理的工艺方案。所要解决的问题主要是焊接过程的裂纹问题。1.焊接方法没有限制，常用的焊接方法都可以采用。2.选择焊接材料时，除了要求不产生冷、热裂纹外，还要求焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致（等成分原则）。因此焊缝金属的主要合金组成应尽量与母材相似，对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素（C、Si、S、P等）加以严格控制。3.工艺参数的确定主要保证在调质处理前不出现裂纹，接头性能由焊后热处理来保证。因此可以采用高的预热温度（200℃～350℃）和层间温度。焊后来不及立即调质处理时，必须进行一次中间热处理，即焊后在等于或高于预热温度下保持一段时间。

（二）调质状态下焊接时的工艺特点

必须在调质处理状态下焊接时，出现的主要问题是：裂纹；高碳马氏体引起的硬化和脆化；高温回火区软化引起的强度下降。1.焊接工艺参数的确定主要从防止冷裂纹和避免软化出发。2.为了消除过热区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须正确选择预热温度，并应焊后及时进行回火处理。预热温度、层间温度中间热处理温度和焊后热处理温度控制在比母材淬火后的回火温度低50℃。3.为了减少热影响区的软化，焊接方法应采用热量集中、密度大的方法，而且焊接线能量越小越好。气体保护焊较好特别是钨极氩弧焊4.从防止冷裂出发，焊接材料通常选择奥氏体的铬镍钢焊条或镍基焊条。※专用钢焊接的特殊要求

一、珠光体耐热钢焊接的特殊要求

性能：具有较好的抗氧化性和热强性，工作温度可高达600℃，具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力。成分：低碳，以Cr-Mo为基，含Cr量一般为0.5%～9%（提高淬透性），含Mo量一般为0.5%或1%（抗回火脆性，抗回火软化）。还加入少量的V、W、Nb、Ti进一步提高热强性。典型钢种：12CrMo、10Cr2Mo1、12Cr9Mo

1（一）珠光体耐热钢的主要焊接性问题 主要问题是热影响区的脆化、冷裂纹、软化以及焊后热处理或高温长期使用中的再热裂纹、回火脆化

（二）珠光体耐热钢的焊接工艺特点

珠光体耐热钢一般在正火＋回火或淬火＋回火状态下焊接，焊后要进行高温回火处理。

1、常用焊接方法以手弧焊为主，气电焊、埋弧焊和电渣焊等也经常用。

2、选择焊接材料要保证焊缝性能同母材匹配焊缝应具有必要的热强性，其成分力求与母材相近。为了防止焊缝有较大的热裂倾向，焊缝含碳量比母材低一些。

3、正确选择预热温度和焊后回火温度要综合考虑裂纹（冷热）、热影响区脆化和软化问题

二、低温用钢焊接的特殊要求

性能要求： 具有抗低温脆化性能；保证在使用温度下具有足够的V型缺口夏比冲击韧度；成分特点： 通过细化晶粒和合金化（加Ni)、提高纯净度来提高低温韧性

常用低温钢类型： 低碳铝镇静钢、低合金高强钢、含Ni钢（～9%Ni）。

（一）低温钢的焊接工艺特点

1、严格控制焊接线能量

2、正确选择焊接材料由于对低温条件的要求不同，故针对不同类型的低温钢选择不同的焊接材料和不同的线能量。

三、低合金耐蚀钢焊接的特殊要求

（一）耐大气、海水腐蚀用钢的焊接特点

这类钢的合金特点主要以Cu、P为主，配合其它的合金元素如Mo、Si、Al、Nb、Ti、Zr等。典型钢种：16MnCu、10MnPNbRe、10NiCuP等。

（二）耐硫和硫化物腐蚀用钢的焊接特点1.钢种

耐硫和硫化物腐蚀用钢：5Cr-1/2Mo和9C r-Mo钢；奥氏体不锈钢及含Al钢（可分为含铝较低（<0.5%Al)的热轧钢，含Al1%左右的热轧钢；含Al2%～3%的正火钢等）。2.焊接性

对于含Al钢，第一类含Al低的耐蚀钢，具有较好的焊接性，基本可按16Mn的要求进行焊接；第二、三类含Al钢由于含Al较高，焊接性很差，焊接接头严重脆化，不宜用作焊接结构。对于Cr-Mo钢，同低合金耐热钢 第四章

※ 不锈钢

耐热钢的 概念 类型和特性．分类（1）按用途分

1、不锈钢

主要用于大气环境及有侵蚀性化学介质中使用，工作温度一般不超高500oC，要求耐蚀，对强度要求不高应用最广泛的有高Cr钢（如1Cr13、2Cr13）和Cr-Ni钢（如0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti）或超低碳Cr-Ni钢（如00Cr25Ni2Mo、00Cr22Ni5MoN

2、抗氧化钢

高温下具有抗氧化能力，工作温度可达900~1100oC，对高温强度要求不高。常用的有高Cr钢（如1Cr17、1Cr25Si2）和Cr-Ni钢（如2Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si2）

3、热强钢 高温下既要求有抗氧化能力，又要求有高温强度，工作温度可达600~800oC。广泛应用的有Cr-Ni钢（如1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo2、4Cr25Ni20、4 Cr25Ni34等）；以Cr12为基的多元合金化高Cr钢（如1Cr12MoWV）.（2）按组织分类

1、奥氏体钢

以高Cr-Ni钢最为典型。其中以1Cr18Ni9Ti为代表的系列简称18-8钢，；其中以25Cr-Ni20钢为代表的系列简称25-20钢，;还有25-35系列，如0Cr21Ni32、4Cr25Ni35、4Cr25Ni35Nb等。

2、铁素体钢

含铬为17%～30%的高铬钢。主要用作耐热钢，也可用作耐蚀钢，如1Cr171Cr25Si2。

3、马氏体钢

Cr13系列最为典型，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni12。以Cr12为基的1Cr12MoWV。

4、沉淀硬化钢

为通过时效强化处理以析出硬化相的高强钢，主要用做高强不锈钢。最典型的有马氏体沉淀硬化钢，如0Cr17Ni4Cu4Nb，简称17-7PH；半奥氏体+马氏体沉淀硬化钢，如0Cr17Ni7Al，简称17-7PH。

5、铁素体-奥氏体双相钢

钢中铁素体占60%～40%，奥氏体占40%～60%。具有极其优异的抗腐蚀性能。最典型的有18-5型、22-5型、25-5等

三、不锈钢及耐热钢的特性

（一）不锈钢的耐蚀性能

不锈钢的耐蚀性能的产生基于表面的钝化作用，在不同条件下可产生如下不同的腐蚀形式：

1、均匀腐蚀

2、点蚀

3、缝隙腐蚀

4、晶间腐蚀

在晶粒边界发生的有选择性的腐蚀现象。晶间腐蚀与晶界贫“铬”现象有关。对于18-8钢，固溶处理后再经450～850℃加热（敏化加热），Cr23C6或（FeCr)23C6（常写成M23C6）会沿晶界沉淀出，以至使晶界边界层的固溶含Cr量低于12%，即出现所谓的贫铬，在腐蚀介质中将会发生腐蚀。对于铁素体钢，由于碳在铁素体中扩散速度快，故快冷时就易析出M23C6，再次加热时就倒易使碳化物溶解，消除贫铬层。若钢中含碳量低于其溶解度，C≤0.015%～0.03%(超低碳),就不至于有Cr23C6析出,因而不会产生贫铬现象.如钢中含有能形成稳定碳化物的元素Nb或Ti,并经稳定化处理(加热850℃×2h空冷),使之优先形成Nb或TiC,则不会再成Cr23C6,也不会产生贫铬现象.其它杂质的晶界偏析也易造成晶界（间）腐蚀.4。应力腐蚀（SCC)

（二）耐热钢的高温性能

1、抗氧化性

2、热强性

3、高温脆化

※奥氏体钢

一、奥氏体钢焊接性

（一）接头耐蚀性

1、晶间腐蚀有代表性的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 防止焊缝区晶间腐蚀，采取措施有：①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Nb≥8%或Nb≈1%； ②调整焊缝成分以获得一定的铁素体(δ)相。焊缝中δ相的作用：一是可以打乱单一γ相柱状晶的方向性，不致形成连续贫铬层；二是δ相富Cr，有良好的供Cr条件，可减少γ晶粒形成贫铬层。常希望焊缝中存在4%～12%的δ相。（2）HAZ敏化区晶间腐蚀①HAZ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② 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18-8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450～850℃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、应力腐蚀开裂SCC:

3、点蚀不锈钢的点蚀较难控制

二、奥氏体钢焊接接头热裂纹

奥氏体钢焊接时，在焊缝及近缝区都有可能产生热裂纹。最常见的是凝固裂纹，在近缝区的热裂纹是液化裂纹。

奥氏体钢焊接热裂纹的基本原因

1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大，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。

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织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜。

3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类会形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也可能形成易溶共晶。

（二）热裂纹的防止措施

1．凝固模式

凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（γ）组织焊缝中，如果为γ+δ双相组织，则不易产生凝固裂纹。凝固裂纹与凝固模式有直接关系。凝固模式首先指以何种初生相（γ或δ）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。影响热裂倾向的关键是决定凝固模式的Creq/Nieq比值。18-8系列的奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.5～2.0之间,一般不会轻易产生热裂纹;而25-20系列奥氏体钢,因Creq/Nieq＜1.5含镍量越高,其比值越小，以具有明显的热裂倾向。

2.化学成分

碳化物和硼化物可以同δ相一样使γ晶粒细化，而减小杂质的偏聚。提高含硼量，易溶共晶数量增多，反而细化了一次结晶组织而产生愈合作用，可降低热裂倾向。调整化学成分是控制热裂纹的重要手段。在单相奥氏体钢中，可以用Mn进行合金化。

3.焊接工艺的影响

为避免焊缝组织粗大和过热区晶粒粗化，以至增大偏析程度，应尽量采用小的焊接线能量，而且不预热，并降低层间温度。※简答：为什么奥氏体钢关注Cr Ni含量？ 因为Cr Ni得含量对奥氏体钢焊接接头的耐蚀性，热裂纹及焊缝的脆化都有重要的影响。从接头耐蚀性的角度看：（1）“贫Cr ”是奥氏体焊接接头产生晶间腐蚀的主要原因。（2）在氯化物介质中，提高Ni可以提高抗应力腐蚀开裂性能。（3）采用较母材更高Cr ,Mo含量的超合金化焊接材料；提高Ni含量都有利于减少微观偏析，提高奥氏体钢焊接接头抗点蚀性能。从接头的热裂纹角度看：铬当量和镍当量之比Creq/Nieq，是影响热裂纹倾向的关键，比值大于1.5不易产生热烈，小雨1.5热裂倾向比较大，所以提高Ni当量热裂纹倾向增大，而提高Cr当量对热裂纹倾向不发生明显影响。从焊缝的脆化角度看：(1)为了满足低温韧性的要求，Cr是铁素体化元素之一。(2)在稳定的奥氏体钢焊缝中，可提高奥氏体化元素Cr Ni，克服σ相脆化: ※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400~540度范围内长期加热会出现这种脆性，由于其最敏感的温度在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（γ或δ）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δ相完成凝固过程，凝固模式以F表示；初生相为δ，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γ，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γ，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.σ相脆化: σ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。25-20钢焊缝在800～875℃加热时，γ向σ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σ脆化。7．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）

铁素体不锈钢 马氏体不锈钢

第五篇：材料焊接性

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《材料焊接性》（专科）学案

第一章 绪论

二、本章习题

1.根据本章所述内容，举例说明低合金钢焊接在工程结构中的重要作用。

2.先进材料的发展和应用在工程中越来越受到人们的重视，简述先进材料（如陶瓷、金属间化合物和复合材料等）和金属材料相比，在工程结构中的应用有什么不同？

第2章 材料焊接性及其试验方法

1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？

焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。

工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。

影响因素：材料因素、工艺因素、结构因素、使用条件。2.什么是热焊接性和冶金焊接性，各涉及到焊接中的什么问题？

冶金焊接性指在熔焊高温下的熔池金属与气象熔渣等相互之间繁盛化学冶金反映所引起的焊接变化

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3.举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。

工艺焊接性是指影响焊接操作的焊接性能，如电弧的稳定性、焊缝的成形性、脱渣性、飞溅大小及发尘量等。而使用焊接性则是指焊件需满足的使用要求，如接头的力学性能、物理性能及化学性能要求。

有时，工艺焊接性好的材料如果焊接材料选择不当，其使用性能就不一定好：例如不锈钢焊接，若使用普通结构钢焊条焊接，其工艺焊接性很好，即焊接过程很顺利，但是，焊缝不耐腐蚀，就不能满足不锈钢焊件的使用要求，因此焊接接头是不合格的。

金属材料使用性能主要指力学性能，即金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。

比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好| 第3章 低合金结构钢的焊接

1.分析热轧钢和正火钢的强化方式及主强化元素有什么不同。二者的焊接性有何差异，在制定焊接工艺时应注意什么问题。

热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件粗晶区的析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接

2.分析16Mn的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。

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可靠措施

3.16Mn与15MnTi的焊接性有何差异？16Mn的焊接工艺是否适用于15MnTi的焊接，为什么？

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第4章 不锈钢及耐热钢的焊接

1.不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？

或

2.为什么18-8奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？

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18-8型奥氏体不锈钢中，具有一定数量的铁素体组织，可以增加钢材的抗热裂纹及耐晶间腐蚀的能力。（1）铁素体对热裂纹的影响1）铁素体可以细化奥氏体组织，并在一定程度上打乱树枝晶的方向性，见图4。如果焊缝是单相组织，奥氏体柱状晶很粗大，易熔共晶物集中在较少的晶界上，形成较厚的晶间偏析夹层，焊后冷却过程中在拉应力的作用下很容易沿晶界被拉裂，形成热裂纹。若在组织中加入了少量铁素体后，会使柱状晶变细，晶界增多。同样数量的易熔共晶物被分割，将不连续地分散在各个晶界上，从而降低热裂纹倾向。2）铁素体能比奥氏体溶解更多的有害杂质如S、P等。（2）铁素体对晶间腐蚀的影响 双相组织对防止晶间腐蚀的有利作用，见图5。单相组织的焊缝由于柱状晶发展较快，晶间夹层厚而连续，析出碳化物后，贫铬区贯穿于晶粒之间，构成侵蚀性介质的腐蚀通道。

3.18-8不锈钢焊接接头区域在哪些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成的？如何防止？

第5章 铸铁的焊接

1.铝及其合金是如何分类的，各以何种途径强化？铝合金焊接时存在什么问题，在焊接性方面有何特点（哪些焊接性好，哪些焊接性差）？

2.为什么Al-Mg合金及Al-Li合金焊接时易形成气孔？铝及其合金焊接时产生气孔的原因是

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什么，如何防止气孔？分析为什么纯铝焊接易出现分散小气孔，而Al-Mg合金焊接则易出现集中大气孔？

3.纯铝及不同类型的铝合金焊接应选用什么成分的焊丝比较合理？ 纯铝可以焊接，但它的以下特点是焊接中不可忽视的： 1，熔点低(660度)。

2，它的银白色光泽从室温至熔化都不会有明显变化。3，高温时它的强度几乎完全丧失，客易塌陷，4，它的表面氧化膜不能以化学方法清除，只能从机械方式清除，或以物理方式溶觪掉。5，清理过的表面又会很快形成一层新的氧化膜

焊接时采取必不可少的对症下药方式 铝合金焊接时选用的焊丝：

第6章 铝及其合金的焊接

1.工业上常用的铸铁有哪几种？简述碳在每种铸铁中的存在形式和石墨形态有何不同，对

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力学性能各有什么影响？

一、按断口分为：

1、灰口铸铁：HT150、HT200、HT250、HT300、HT350.2、白口铸铁：

二、按石墨形态分为：

1、片状石墨铸铁：

2、球墨铸铁：QT350-

18、QT400-

15、QT450-

12、QT500-

8、QT600~800-8~2。

3、蠕墨铸铁：

三、按使用功能分为：

1、一般用途铸铁

2、耐磨铸铁：白口铸铁、高（中、低）铬铸铁及其它合金铸铁。

3、耐腐蚀铸铁：

4、耐高温铸铁：

1、根据碳的存在形式不同分：（1）白口铸铁碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，所以称为白口铸铁。这类铸铁的性能既硬又脆，很难进行切削加工，所以很少直接用来制造机器零件。（2）灰铸铁碳大部分或全部以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，故称灰铸铁。它是目前工业生产中应用最广泛的一种铸铁。（3）麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在，断口呈灰白色。这种铸铁有较大的脆性，工业上很多好使用。

2、根据石墨几何形状不同分：

（1）灰铸铁石墨以片状存在于铸铁中。（2）可锻铸铁石墨以团絮状存在于铸铁中。（3）球墨铸铁石墨以球状存在于铸铁中。（4）蠕墨铸铁石墨以蠕虫状存在铸铁中。

2.分析影响铸铁型焊缝组织的主要因素有哪些？

① 与焊缝基体组织有关，焊缝中渗碳体越多，焊缝中出现裂纹数量越多。当焊缝基体全为珠光体与铁素体组成，而石墨化过程又进行得较充分时，由于石墨化过程伴随有体积膨胀过程，可以松弛部分焊接应力，有利于改善焊缝的抗裂性。② 与焊缝石墨形状有关

粗而长的片状石墨容易引起应力集中，会减小抗裂性。石墨以细片状存在时，可改善抗裂性。

石墨以团絮状存在时，焊缝具有较好的抗裂性能。③ 与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关

焊补处刚度大，焊补体积大，焊缝越长都将增大应力状态，促使裂纹产生。3.分析灰铸铁电弧焊焊接接头形成白口与淬硬组织的区域特点、原因及危害。

灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。在力学性能上的特点是强度低，基本无塑性。焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性。这些因素导致焊接性不良。主要问题两方面：一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织。另一方面焊接接头易出现裂纹。

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(一)焊接接头易出现白口及淬硬组织P103，以含碳为3%，含硅2.5%的常用灰铸铁为例，分析电弧焊焊后在焊接接头上组织变化的规律。1.焊缝区当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，则在一般电弧焊情况下，由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。防止措施：焊缝为铸铁①采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度。如：增大线能量。②调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。异质焊缝：若采用低碳钢焊条进行焊接，常用铸铁含碳为3%左右，就是采用较小焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1／3～1／4，其焊缝平均含碳量将为0.7%～1.0%,属于高碳钢（C＞0.6%）。这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体。采用异质金属材料焊接时，必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。

2.半熔化区特点：该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间，温度范围

1150～1250℃。该区处于液固状态，一部分铸铁已熔化成为液体，其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体。

1）冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响V冷很快，液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，即共晶渗碳体加奥氏体。继续冷却则为C所饱和的奥氏体析出二次渗碳体。在共析转变温度区间，奥氏体转变为珠光体。由于该区冷速很快，在共析转变温度区间，可出现奥氏体→马氏体的过程，并产生少量残余奥氏体。该区金相组织见 其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体，白色为残余奥氏体。还可看到一些未熔化的片状石墨。当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时，其共晶转变按稳定相图转变。最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成。当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时，随着冷却速度由快到慢，或为麻口铸铁，或为珠光体铸铁，或为珠光体加铁素体铸铁。影响半熔化区冷却速度的因素有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素。例：电渣焊时，渣池对灰铸铁焊接热影响区先进行预热，而且电渣焊熔池体积大，焊接速度较慢，使焊接热影响区冷却缓慢，为防止半熔化区出现白口铸铁焊件预热到650～700℃再行焊接的过程称热焊。这种热焊工艺使焊接熔池与HAZ很缓慢地冷却，从而为防止焊接接头白口铸铁及高碳马氏体的产生提供了很好的条件。研究灰铸铁试板焊件、热输入相同时，随板厚的增加，半熔化区冷却速度加快。白口淬硬倾向增大。

2）化学成分对半熔化区白口铸铁的影响铸铁焊接半熔化区的化学成分对其白口组织的形成同样有重大影响。该区的化学成分不仅取决于铸铁本身的化学成分，而且焊逢的化学成分对该区也有重大影响。这是因为焊逢区与半熔化区紧密相连，且同时处于熔融的高温状态，为该两区之间进行元素扩散提供了非常有利的条件。某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该元素在两区之间的含量梯度（含量变化）。元素总是从高含量区域向低含量区域扩散，其含量梯度越大，越有利于扩散的进行。提高熔池金属中促进石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的。用低碳钢焊条焊铸铁时，半熔化区的白口带往往较宽。这是因为半熔化区含C、Si量高于熔池，故半熔化区的C、Si反而向熔池扩散，使半熔化区C、Si有所下降，增大了该区形成较宽白口的倾向。

3.奥氏体区该区被加热到共晶转变下限温度与共析转变上限温度之间。该区温度范围约为820～1150℃，此区无液相出现该区在共析温度区间以上，其基体已奥氏体化，加热温度较高的部分（靠近半熔化区），由于石墨片中的碳较多地向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较高；加热较低的部分，由于石墨片中的碳较少向周围奥氏体扩散，奥氏体中含碳量较低，随后冷却时，如果冷速较快，会从奥氏体中析出一些二次渗碳体，其析出量的多少与奥氏体中含碳量成直线关系。在共析转变快时，奥氏体转变为珠光体类型组织。冷却更快时，会产

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生马氏体，与残余奥氏体。该区硬度比母材有一定提高。熔焊时，采用适当工艺使该区缓冷，可使A直接析出石墨而避免二次渗碳体析出，同时防止马氏体形成。

4.重结晶区窄，加热温度范围780～820℃。由于电弧焊时该区加热速度很快，只有母材中的部分原始组织可转变为奥氏体。在随后冷却过程中，奥氏体转变为珠光体类组织。冷却很快时也可能出现一些马氏体。