材料焊接性—每章总结
《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。
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，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8~25mm）；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）。
?Ceq＜0.4%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。
?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。
?Ceq＞0.6%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？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K IC：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K IC。
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/MPa 295——390 390——490 490——980 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+P F+P+B M L、B L、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+Mo>V>Mo
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16mm 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A C1的区域会出现软化（碳化物的积聚长大使钢材软化，且Tp越接近A C1，软化越严重）
焊接工艺要点
热轧钢+正火钢低碳调质钢
依据①要求不能有裂纹等缺陷。
②要求满足使用性能（韧性，塑性，强度）。
①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）。
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。
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：
①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。
②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。
③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。
①C eq< 0.40%，焊接热输入的选择可适当放宽。
②C eq>0.40%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。
④C eq =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：
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。
③如焊后不能及时进行热处理，应立即在
200~350℃保温2~6h，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
①防裂，效率高——MIG或MAG
②HAZ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：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、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、γ -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——接头不同位置晶间腐蚀——“贫Cr”现象
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。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σcr≈σs。在高温高压水中，引起奥氏体钢SCC的σcr＜＜σs；而在H2SχO6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σcr≈0。（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δ有利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+(13～16)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（γ）组织的焊缝中，如果为γ＋δ双相组织，则不易于产生凝固裂纹。通常用室温下焊缝中δ相数量来判断热裂倾向。如图4-13所示，室温δ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δ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①合金，其室温平衡组织为单相γ，实际冷却得到的室温组织可能含5%～10%δ相。但凝固开始到结束都是单相δ相组织，只是在继续冷却时，由于发生δ→γ相变，δ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γ-γ、δ-δ界面，不能润湿γ-δ异相界面。以FA模式形成的δ铁素体呈蠕虫状，防碍γ枝晶支脉发展，构成理想的γ-δ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γ-γ或δ-δ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γ+δ，这种共晶δ不足以构成理想的γ-δ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wSi>4%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δ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FA →AF →A ，相当于图4-14 中A 点向右移动，因此热裂倾向增大。
三、析出现象
在SS 中，σ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，σ相在铁素体中的析出比奥氏体中的快。δ→σ的转变速度与δ相的合金化程度有关，而不单是δ相的数量。凡铁素体化元素均加强δ→σ转变，即被Cr 、Mo 等浓化了的δ相易于转变析出σ相。 σ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。σ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。σ相的产生，是δ→σ或是γ→σ。
0.177Co
-0.226Ni -W 97.0V 02.2Ta 22.1Ti 44.2Si 58.1Nb 70.1Mo 76.1Mn 31.0Cr Cr eq ++++++++=式中带“+”的元素由于σ相的析出，加速材料的810℃脆化，只有Ni 和Co 作用相反。
四、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γ相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现δ相。δ相的存在，总是恶化低温韧性。虽然单相γ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δ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：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。
材料焊接性
焊接性：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：指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。 冶金焊接性：熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。 屈强比：屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比（σs/σb） 焊缝强度匹配系数：焊缝强度与母材强度之比S＝(σb)w/(σb)b，是表征接头力学非均质性的参数之一。碳当量法：各种元素中，碳对冷裂纹敏感性的影响最显著。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）。 点腐蚀：金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀 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。 1、影响材料焊接性的因素：材料、设计、工艺和服役环境 2、合金结构钢按性能分类可分为：强度用钢和低中合金特殊用钢 3、强度用钢：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢 4、焊缝中存在较高比例针状铁素体组织时，韧性显著提高，韧脆转变温度降低 5、低碳调质钢的种类：高强度结构钢、高强度耐磨钢、高强度韧性钢；成分：碳质量分数不大于0.22％。热处理的工艺一般为奥氏体化→淬火→回火，经淬火回火后的组织是回火低碳马氏体、下贝氏体或回火索氏体 6、中碳调质钢成分：含碳量Wc=0.25％~0.5％较高，并加入合金元素（Mn、Si、Cr、Ni、B）以保证钢的淬透性 7、提高耐热钢的热强性三种合金方式：基体固溶强化、第二相沉淀强化、晶界强化 8、不锈钢的主要腐蚀形式：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀 9、铜及铜合金分为工业纯铜、黄铜、青铜及白铜 10、不锈钢的分类：按化学成铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢 按用途不锈钢、抗氧化钢、热强钢 按组织奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、铁素体-奥氏体双相钢、沉淀硬化钢 11、铝合金的性质：化学活性强、表面极易氧化、导入性强、易造成不溶合、易形成杂质 12、铸铁分为：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁 13、引起应力腐蚀开裂条件：环境、选择性的腐蚀介质、拉应力 1、材料焊接性包含的两个含义 一是材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷； 二是焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。 2.焊接性的影响因素 1、材料因素：母材的化学成分，状态，性能 2、设计因素：接头的应力状态，能否自由变形 3、工艺因素：焊接方法和工艺措施 4、服役环境：服役温度、服役介质、载荷性质 3、“小铁研”实验的条件 1) 试验条件试验焊缝选用的焊条应与母材相匹配，所用焊条应严格烘干。试 验焊接参数：焊条直径4mm，焊接电流（170±10）A，焊接电压（24±2）V，焊接速度（150±10）mm/min 2) 检测与裂纹率
金属材料的焊接性能汇总
金属材料的焊接性能 （2014.2.27） 摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。 关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头 1 前言 随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。 2 金属材料的焊接性能 2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素 2.1.1 金属材料焊接性的定义 金属材料的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能力。一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。 使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
材料焊接性
一、名词解释 1.金属焊接性: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。 2.Ceq（碳当量）：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。 3.焊接线能量：单位长度焊缝上吸收热源的能量 4.熔合比：焊缝是由局部熔化的母材和填充金属组成，局部熔化的母材所占总体的质量比 为熔合比 5.t8/5：在HAZ区中，温度从800到500℃的冷却时间 6.t8/3：在HAZ区中，温度从800到300℃的冷却时间 7.t100：在HAZ区中，温度从峰值温度到100℃的冷却时间 8.微合金化：加入微量的合金元素形成碳化物或氮化物，析出微小的这些化合物产生明显 的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服强度提高50~100MPa,并保持了韧性，故称为微合金化。 9.焊缝成形系数：熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（B）与焊缝计算厚度（H）的比 值（F AI=B/H） 10.回火脆性:铬钼耐热钢及其焊接接头在350~500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的 现象称为回火脆性 11.点腐蚀：是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀 12.凝固模式：首先是指以何种初生相（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。 13.稳定化处理：将含有T i和N b的不锈钢，先经过固溶处理，再经850~950℃，保温1~4 小时后，空冷的一种处理方式，其目的是使——的碳化物溶解，使碳化物保留，从而达到防止晶间腐蚀的目的 14.铬当量：为把每一铁素体元素，按其铁素体化的强烈程度折合成相当若干铬元素后的总 和 15.应力腐蚀：是指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 16.镍当量：为把每一奥氏体元素折合成相当若干镍元素后的总和 17.均匀腐蚀：是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象 18.晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象 19.敏化处理：指经过固溶处理的奥氏体不锈钢，在500~850℃加热，将铬从固溶体中以碳 化铬的形式析出，由于碳比铬扩散快，铬来不及从晶内补充到晶界，造成奥氏体不锈钢的晶界“贫铬”现象，产生晶界腐蚀敏感性 20.热强性：是指在高温下长时间工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时间工 作抗塑性变形的能力（蠕变抗力） 21.耐热性能：是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时又有足 够的强度即热强性 22.475℃脆化：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，称之为475℃脆性 二、选择题 1.焊接性试验（冷裂、热裂） 冷：斜Y形坡口对接裂纹试验、刚性拘束裂纹试验、刚性固定对接裂纹试验、窗形拘束裂纹试验、搭接接头焊接裂纹试验、插销试验
金属材料焊接性知识要点(最新整理)
金属材料焊接性知识要点 1. 金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。 2. 工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。 3. 使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4. 影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境 5. 评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 6. 实验方法应满足的原则：1可比性 2针对性 3再现性 4经济性 7. 常用焊接性试验方法： A: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。 B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法 一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？ 答：1、目的是用于评定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。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时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的） 2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：影响因素：（1）材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。 （2）设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。 （3）工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。 （4）服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。 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。 答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。而工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好。 4、为什么可以用热影响区最高硬度来评价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性？焊接工艺条件对热影响区最高硬度有什么影响？ 答：因为（1）.冷裂纹主要产生在热影响区； （2）其直接评定的是冷裂纹产生三要素中最重要的，接头淬硬组织，所以可以近似用来评价冷裂纹。 一般来说，焊接接头包括热影响区，它的硬度值相对于母材硬度值越高，证明焊接接头的
焊接冶金学—材料焊接性课后答案
第三章：合金结构焊接热影响区（ HAZ最高硬度 1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？答：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 C以上的热影响区可能产生粗晶脆 化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V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氏体、 M-A 等导致韧性下降和时效敏感性增大。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方法。 2. 分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小 于0.4 %，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠 光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏 体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb达 到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。被加热到1200 C以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆 化，韧性明显降低，Q345钢经过600CX 1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂 SJ501，焊丝H08A/H08MnA电渣焊：焊剂HJ431、 HJ360焊丝H08MnMo A CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100?150C。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600?650 C回火。电渣焊 900?930 C正火，600?650 C回火 3. Q345与Q390焊接性有何差异？ Q345焊接工艺是否适用于 Q390焊接，为什么？答：Q345与Q390都属 于热轧钢，化学成分基本相同，只是Q390的Mn含量高于Q345,从而使Q390的碳当量大于 Q345,所以Q390 的淬硬性和冷裂纹倾向大于Q345,其余的焊接性基本相同。Q345的焊接工艺不一定适用于 Q390的焊接， 因为Q390的碳当量较大，一级Q345的热输入叫宽，有可能使Q390的热输入过大会引起接头区过热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大，过热区的脆化也变的严重。 4. 低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？答：选择原 则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。由于一般不进行焊后热处理，要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。中碳调质钢，根据焊缝受力条件，性能要求及焊后热处理情况进行选择焊接材料，对于焊后需要进行处理的构件，焊缝金属的化学成分应与基体金属相近。 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。（P81）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：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800~500C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 ; 典型的低碳调质钢在 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?500C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，包括层间温度，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。 6. 低碳调质钢和中碳调质钢都属于调质钢，他们的焊接热影响区脆化机制是否相同？为什么低碳钢在调质 状态下焊接可以保证焊接质量，而中碳调质钢一般要求焊后热处理？答：低碳调质钢：在循环作用下， t8/5 继续增加时，低碳钢调质钢发生脆化，原因是奥氏体粗化和上贝氏体与M-A组元的形成。中碳调质钢：由
各种材料的焊接性能
金属材料的焊接性能 （1）焊接性能良好的钢材主要有： 低碳钢（含碳量<0.25）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<0.20）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<0.18）。 （2）焊接性能一般的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.25～0.35）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<0.30）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡0.18） （3）焊接性能较差的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。 （4）焊接性能不好的钢材主要有： 中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.30～0.40）。 焊条和焊丝选择的基本要点如下： 同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素： 考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能； 考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。 异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况： 一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。 焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。 ###15CrMoR的换热器的热处理工艺 ***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。 *** 15CrMoR焊接性能良好。手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。 ###压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。 改善钢材性能的途径：化学成分的设计,组织结构的改变,零件表面改性。 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 一、化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳:碳含量增加时，钢的强度增大，可焊性下降，焊接时易在热影响区出现裂纹。 因此压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。2、钒、钛、铌等：在钢中加入钒、钛、铌等元素，可提高钢的强度和韧性。
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
材料焊接性
《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
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。
常见金属材料特性
45—优质碳素结构钢{最常用中碳调质钢} 主要特性最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。 应用举例 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。（焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火）。 Q235A(A3钢){最常用中碳素结构钢} 主要特性具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷却性能，以及一定的强度，好的冷弯性能。 应用举例广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构。 40Cr{合金结构钢} 主要特性经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊接前应预热100～150℃，一般在调质状态下室使用，还可以进行碳氮共参和高频表面淬火处理。
应用举例调质处理后用于制造中速，中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等。调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等。经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等。经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮 等。 HT150{灰铸铁} 应用举例 齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。 35{各种标准件、紧固件的常用材料} 主要特性强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调 质后使用。 应用举例适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件:如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固 件。
常用金属焊接性之高温合金的钎焊复习过程
常用金属焊接性之高温合金的钎焊 高温合金是在高温下具有较好的力学性能、抗氧化性和抗腐蚀性的合金。这类合金可分为镍基、铁基和钴基三类；在钎焊结构中用得最多的是镍基合金。镍基合金按强化方式分为固溶强化、实效沉淀强化和氧化物弥散强化三类。固溶强化镍基合金为面心立方点阵的固溶相，通过添加铬、钴、钨、钼、铝、钛、铌等元素提高原子间结合力，产生点阵畸变，降低堆垛层错能，阻止位错运动，提高再结晶温度来强化固溶体。沉淀强化镍基合金钢是在固溶强化的基础上添加较多的铝、钛、铌、钽等元素而形成的。这些元素除形成强化固溶体外，还与镍形成Ni3(Al、Ti)γ’或Ni3(NbAlTi)γ”金属间化合物相；同时钨、铜、硼等元素与碳形成各种碳化物。TD-Ni和TD-NiCr合金是在镍或镍铬基体中加入2%左右弥散分布的ThO2颗粒，产生弥散强化效果的新型高温合金。 一：钎焊性 高温合金均含有较多的铬，加热时表面形成稳定的Cr2O3，比较难以去除；此外镍基高温合金均含铝和钛，尤其是沉淀强化高温合金和铸造合金的铝和钛含量更高。铝和钛对氧的亲和力比铬大得多，加热时极易氧化。因此，如何防止或减少镍基高温合金加热时的氧化以及去除其氧化膜是镍基高温合金钎焊时的首要任务。镍基高温合金钎焊时不建议用钎剂来去除氧化物，尤其是在高的钎焊温度下，因为钎剂中的硼砂或硼酸在钎焊温度下与母材起反应，降低母材表面的熔化温度，促使钎剂覆盖处的母材产生溶蚀；并且硼砂或硼酸与母材发生反应后析出的硼可能渗入母材，造成晶间渗入。对薄的工件来说是很不利的。所以镍基高温合金一般都在保护气氛，尤其是在真空中钎焊。母材表面氧化物的形成和去除与保护气氛的纯度以及真空度密切相关。对于含铝和钛低的合金，热态真空度不应低于10-2Pa；对于含铝钛较高的合金，表面氧化物的去除不仅与真空度有关，而且还与加热温度有关。 无论是固溶强化，还是沉淀强化的镍基高温合金，都必须将其合金元素及其化合物充分固溶于基体内，才能取得良好的高温性能。沉淀强化合金固溶处理后还必须进行时效处理，已达到弥散强化的目的。因此钎焊热循环应尽可能与合金的热处理相匹配，即钎焊温度尽量与热处理的加热温度相一致，以保证合金元素的充分溶解。钎焊温度过低不能使合金元素完全溶解；钎焊温度过高将使母材的晶粒长大，这些均对母材
武汉理工大学2011级《材料焊接性》复习资料
1什么叫焊接性？其影响因素有哪些？ 答：焊接性是指同质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 影响因素：影响焊接性的四大因素是材料，设计，工艺及服役环境。 2焊接性直接试验方法有哪些？间接试验方法有哪些？ 答：直接实验方法：焊接冷裂纹实验方法，焊接热裂纹实验方法，焊接消除应力裂纹实验方法，层状撕裂实验方法。 间接实验方法：碳当量法，焊接冷裂纹敏感指数法，热裂纹敏感性指数法，消除应力裂纹敏感性指数法，层状撕裂敏感性指数法，焊接热影响区最高硬度法。 3如何利用插销试验来确定某种低合金高强钢所需要的预热温度？ 答：按插销试验方法的要求制备若干试样，设置一系列温度梯度的预热温度，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，焊道长度约为100~150mm，焊前预热时，应在高于预热温度50~70度时加载，载荷保持至少24h才可卸载，用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂，经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力σcr,满足σcr>σs条件所对应的最低温度及即为所需预热温度 Q345（16Mn）与Q390（15MnTi）的强化机制有何不同？二者过热区的脆化机制有何不同？焊接线能量的影响有何不同？ 答：1 Q345（16Mn）属于热轧钢，是在Wc<0.2%的基础上通过Mn.Si等合金元素的固溶强化作用来保证钢的强度，Q390（15MnTi）属于正火钢，是在Q345基础上加入一些沉淀强化的合金元素如V.Ti等强碳化物，氮化物形成元素以达到沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能2 Q345过热区的脆化主要是由于晶粒长大，出现魏氏组织而降低韧性，或粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性，Q390是由于出现粗大晶粒及上贝氏体，M-A组元等，导致粗晶区韧性降低3对于Q345，线能量太大出现粗晶脆化，太小出现组织脆化，焊接线能量要适中，因Q345含碳量很小，故焊接线能量的选择可适当放宽，可用较小的线能量，对于Q390，为了避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒过热引起的热影响区脆化，焊接线能量应偏小一些 3中碳调质钢在调质态焊接与在退火态焊接的工艺方案有哪些差别？ 答：1退火态焊接的主要问题是裂纹问题，调质态为防止焊接裂纹和避免热影响软化及HAZ 的脆化，硬化2退火态焊接HAZ和焊缝区的性能通过焊后的调质处理来保证，调质态后不调质处理，HAZ和焊缝区的性能通过焊接工艺及焊材保证3退火态焊接时，焊接方法的选择几乎没有限制，常用焊接方法都能采用，调质态焊接时为减少HAZ的软化，应采用热量集中，能量密度高的方法，焊接热输入越小越好4选择焊接材料时，退火除要求保证不产生冷裂纹外，还要求焊缝金属的调质处理规范应与母材一致，主要合金组成应当与母材相似，对引起焊缝热裂纹倾向和促使金属脆化的元素应加以严格控制，而调质态焊缝金属可与母材有区别，可采用塑韧性较好的奥氏体铬钢焊条或镍或镍基焊条5退火态可采用较高的预热温度和层间温度，焊后及时进行中间热处理，调质态为消除热影响区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须适当采用预热。层间温度控制，中间热处理焊后及时进行回火处理，以上温度应比母材淬火后的回火温度至少低50度 4通过本章学习，归纳在确定钢材是否需要焊后热处理以及确定焊后热处理温度时，应考虑哪些问题？ 答：1焊后回火温度不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材性能2对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的区间3为保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须比母材回火温度低4若焊后不得及时进行热处理，应进行保温或中间热处理
金属焊接性总结
1.金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。 2.工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。 3.使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4.影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境 5.评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 6.实验方法应满足的原则：1、可比性2、针对性3、再现性4、经济性 7.常用焊接性试验方法 A: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。B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法 一问答：“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？ 答：1、目的是用于评定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。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时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小雨20%时。用于一般焊接结构是安全的） 三合金结构钢的焊接 低碳调质钢的焊接性分析 低碳调质钢主要是作为高强度的焊接结构用钢，因此含碳量限制的较低，在合金成分的设计上考虑了焊接性的要求。低碳调质钢碳的质量分数不超过0.18%，焊接性能远优于中碳调质钢。由于这类钢的焊接热影响区是低碳马氏体，马氏体转变温度Ms较高，所形成的马氏体具有“自回火”特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。 焊缝强韧性匹配： 焊缝强度匹配系数S=（σb）w/（σb）b,是表征接头力学非均质性的参数之一，（σb）w为焊缝强度，（σb）b为母材强度。当（σb）w/（σb）b>1时，为高强匹配;=1为等强匹配。<1为低强匹配低碳调质钢热影响区获得细小的低碳马氏体（ML）组织或下贝氏体（B L）组织时，韧性良好，而韧性最佳的组织为ML与低温转变贝氏体组织（B L）的混合组织下贝氏体的板条间结晶位相差较大，有效晶粒直径取决于板条宽度，比较微细，韧性良好，当ML与B L混合生成时，原奥氏体晶粒被先析出的B L有效地分割，促使ML有更多的形核位置，且限制了ML的生长，因此ML+B L混合组织有效晶粒最为细小。 Ni是发展低温钢的一个重要元素。为了提高钢的低温性能，可加入Ni元素，形成含Ni的铁素体低温钢，如1.5Ni钢等在提高Ni的同时，应降低含碳量和严格限制S、P的含量及N、H、O的含量，防止产生时效脆性和回火脆性等。这类钢的热处理条件为正火、正火+回火和淬火+回火等。 ○1在低温钢中由于含碳量和杂质S、P的含量控制的都很严格，所以液化裂纹在这类钢中不是很明显。○2另一个问题是回火脆性，要控制焊后回火温度和冷却速度。 低温钢焊接的工艺特点：除要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热影响区的低温韧性，这是制定低温钢焊接工艺的一个根本出发点。 9Ni钢具有优良的低温韧性但用与9Ni钢相似的铁素体焊材时所得焊缝的韧性很差。这除了与铸态焊缝组
金属材料焊接性知识要点精选版
金属材料焊接性知识要 点 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
金属材料焊接性知识要点 1.金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。 2.工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。 3.使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4.影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境 5.评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 6.实验方法应满足的原则：1可比性2针对性3再现性4经济性 7.常用焊接性试验方法： A: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。B:插销试验C:压板对接焊接裂纹试验法D:可调拘束裂纹试验法 一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合了解其主要实验步骤，分析 影响实验结果稳定性的因素有哪些 答：1、目的是用于评定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。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时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的） 2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：影响因素：（1）材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。 （2）设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。 （3）工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。 （4）服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。 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。 答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。而工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。 比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好。
《金属材料焊接》A卷材料工程系2012-2013-1
……………………………………密……………………………………封……………………………………线……………………………… 班级：________________________姓名：________________________学号：________________________ ……………………………………密……………………………………封……………………………………线……………………………… ****** 2012~2013学年第一学期焊接技术及自动化专业 《金属材料焊接》考试试卷（A ） 答题注意事项：○1学生必须用蓝色（或黑色）钢笔、圆珠笔或签字笔直接在试题卷上答题；○2答卷前请将密封线内的项目填写清楚；○3字迹要清楚、工整，不宜过大，以防试卷不够使用；4本卷共4大题，总分为100分。 一、填空题（共9小题，26空，每空1分，合计26分） 1.焊接是通过 或 ，或者两者并用，并且用或不用 ，使焊件间达到 的一种加工方法。 2.按焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为 、 和 三大类。 3.熔焊时， 在焊缝金属中所占的百分比叫做熔合比。 4.焊缝金属的偏析主要有 、 和 。 5.对不易淬火钢来说，根据热影响区组织特征主要分为三个区域，即 、 、 。 6.冷裂纹通常是 、 及 三者共同作用的结果。通常把这三个因素，称为冷裂纹形成的三要素。 7.不锈复合钢板装配时，必须以 为基准对齐；定位焊一定要在 面上。 8.按碳在灰口铸铁中的存在形式不同，可将其铸铁分 为 、 、 和 。 9.铝及铝合金常用的焊接方法是 、 和 。 二、选择题（共22小题，每题2分，合计44分） 1.（ ）不是影响焊接性的因素。 A.金属材料的种类及其化学成分 B.焊接方法 C.构件类型 D.焊接操作技术 2.碳当量（ ）时，钢的淬硬冷裂倾向不大，焊接性优良。 A.小于0.40% B.小于0.50% C.小于 0.60% D.小于0.80% 3.国际焊接学会的碳当量计算公式只考虑了（ ）对焊接性的影响，而没有考虑其他因素对焊接性的影响。 A.焊缝扩散氢含量 B.焊接方法 C.构件类型 D.化学成分 4.国际焊接学会推荐的碳当量计算公式适用于（ ）。 A.高合金钢 B.奥氏体不锈钢 C.耐磨钢 D.碳钢和低合金结构钢 5.低碳钢Q235钢板对接时，焊条应选用（ ）。 A.E7015 B.E6015 C.E5515 D.E4303 6.焊接18MnMoNb 钢材时，宜选用的焊条是( )。 A.E7515—D2 B.E4303 C.E5015 D.E5016 7.低合金结构钢焊接时的主要问题是（ ）。 A.应力腐蚀和接头软化 B.冷裂纹和接头软化 C.应力腐蚀和粗晶区脆化 D.冷裂纹和粗晶区脆化 8.（ ）不属于有淬硬冷裂倾向的低合金结构钢焊接工艺特点。 A.采取预热 B.要控制热输入 C.采取降低含氢量的工艺措施 D.采用酸性焊条 9.低合金结构钢采取局部预热时，预热范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍，且不小于（ ）mm 。 A.300 B.250 C.200 D.100 10.18MnMoNb 钢的焊接性较差，焊前需要预热，预热温度为（ ）°C 。 A.100-130 B.130-150 C.150-180 D.180-250 11.低温压力容器用钢16MnDR 的最低使用温度为（ ）°C 。 A.-20 B.-40 C.-50 D.-60 12.低合金高强度结构钢按热处理状态分类，30CrMnSiA 钢属于（ ）。 A.正火刚 B.热轧钢 C.非热处理强化钢 D.中碳调质钢 13.熔焊时硫的主要危害是产生( )缺陷。 A.气孔 B.飞溅 C.裂纹 D.夹杂物 14.低碳钢由于结晶区间不大所以( )不严重。 A.层状偏析 B.区域偏析 C.显微偏析 D.火口偏析 15.奥氏体不锈钢的焊接电流（A ），一般取焊条直径（mm ）的（ ）倍。 A.15-20 B.25-30 C.35-40 D.45-50 16.牌号为A137的焊条是（ ）。 A.碳钢焊条 B.低合金钢焊条 C.珠光体耐热钢焊条 D.奥氏体不锈钢焊条 17.为了防止奥氏体不锈钢焊接热裂纹，希望焊缝金属组织是奥氏体-铁素体双相组织，其中铁素体的质量分数应控制在（ ）左右。 A.30% B.20% C.10% D.5% 18.( )不是奥氏体不锈钢合适的焊接方法。 A.焊条电弧焊 B.钨极氩弧焊 C.埋弧自动焊 D.电渣焊 19.( )不是奥氏体不锈钢的焊接工艺特点。 A.不能进行预热和后热处理 B.采用小线能量，小电流快速焊
材料焊接性课后答案
分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？答：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、正火钢在该条件下粗晶区的V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氏体、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。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方法。 分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求？答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过600℃×1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA。CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100～150℃。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火 Q345与Q390焊接性有何差异？Q345焊接工艺是否适用于Q390焊接，为什么？答：Q345与Q390都属于热轧钢，化学成分基本相同，只是Q390的Mn含量高于Q345，从而使Q390的碳当量大于Q345，所以Q390的淬硬性和冷裂纹倾向大于Q345，其余的焊接性基本相同。Q345的焊接工艺不一定适用于Q390的焊接，因为Q390的碳当量较大，一级Q345的热输入叫宽，有可能使Q390的热输入过大会引起接头区过热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大，过热区的脆化也变的严重。 低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。由于一般不进行焊后热处理，要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。中碳调质钢，根据焊缝受力条件，性能要求及焊后热处理情况进行选择焊接材料，对于焊后需要进行处理的构件，焊缝金属的化学成分应与基体金属相近。 比较Q345、T-1钢、2.25Cr-Mo和30MnSiA的冷裂、热裂和消除应裂纹的倾向. 答：1、冷裂纹的倾向：Q345为热扎钢其碳含量与碳当量较底，淬硬倾向不大，因此冷裂纹敏感倾向较底。T-1钢为低碳调质钢，加入了多种提高淬透性的合金元素，保证强度、韧性好的低碳自回火M和部分下B的混合组织减缓冷裂倾向，2.25Cr-1Mo为珠光体耐热钢，其中Cr、Mo能显著提高淬硬性，控制Cr、Mo的含量能减缓冷裂倾向，2.25-1Mo冷裂倾向相对敏感。30CrMnSiA为中碳调质钢，其母材含量相对高，淬硬性大，由于M中C含量高，有很大的过饱和度，点阵畸变更严重，因而冷裂倾向更大。2、热裂倾向Q345含碳相对低，而Mn含量高，钢的Wmn/Ws能达到要求，具有较好的抗热裂性能，热裂倾向较小。T-1钢含C低但含Mn较高且S、P的控制严格因此热裂倾小。30CrMnSiA含碳量及合金元素含量高，焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析严重，焊接时易产生洁净裂纹，热裂倾向较大。3、消除应力裂纹倾向：钢中Cr、Mo元素及含量对SR产生影响大，Q345钢中不含Cr、Mo，因此SR倾向小。T-1钢令Cr、Mo但含量都小于1%，对于SR 有一定的敏感性；SR倾向峡谷年队较大，2.25Cr-Mo其中Cr、Mo含量相对都较高，SR倾向较大。