焊接冶金与焊接性【VIP专享】

焊接冶金与焊接性

绪论

1，焊接的本质和途径：

焊接：通过加热，加压或两者共同作用，使所焊材料达到原子间结合，实现永久性连接的工艺。

焊接途径：1加热2加压

焊接本质：原子间结合焊接的结果：永久性连接

2，焊接接头的组成：是指被焊材料经焊接后，发生组织和性能变化的区域，焊缝；融合区；热影响区。

1）焊缝：是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。

2）热影响区：是指受焊接热循环的作用，使母材发生微观组织和性能变化的区域。

3）融合区：是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。

3焊接热循环：1）概念：在焊接过程中，某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后，

又由高到低的变化过程。

2）主要参数：加热速度Vh，描述工件温度上升快慢。

峰值温度Tm，是热循环曲线上对应的最高温度。

高温停留时间Th，在某一较高温度以上的停留时间。

冷却速度或冷却时间Vc，T8、5

3）热循环的特点：1，加热速度非常快；2，峰值温度高；3，高温停留时间短；4，冷却速度快；5，加热具有局部性和移动性。

第一章焊接化学冶金

1，焊接化学冶金的反应区

1）药皮反应区：指开始化学反应的温度到药皮溶解（100——1200），主要反应有水分的蒸发，某些物质的分解及铁合金氧化。

2）溶滴反应区：溶滴形成，长大，过度到熔池的过程。主要反应有气体的溶解和分解，金属的蒸发，金属和合金的氧化还原，以及焊缝金属的合金化。

溶滴反应区特点：1，反应温度高；2，反应时间短；3，相接触面积大；

4，溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。

3）熔池反应区：特点：1，反应温度略低；2，反应时间增长；3，反应具有不同步性；

4，熔池反应具有搅动作用。

2焊接熔渣及其性质

1）熔渣的作用：1，机械保护作用；2，冶金处理作用；3，改善焊接工艺性能。

2）熔渣的种类和成分：1盐型熔渣：由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。

2盐——氧化物型熔渣：由金属的氟化物和氧化物组成。

3氧化物型熔渣：由各种金属氧化物组成

3焊接熔渣对金属的氧化

1）置换氧化：是指被焊金属与其他金属或非金属氧化物发生的置换反应

而导致的氧化。

2）扩散氧化：是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使焊缝增氧。

（满足分配定律）

4焊缝金属的脱氧

1）先期脱氧：指焊条药皮中的脱氧剂与分解出的氧化性气体发生的反应.

2）沉淀脱氧（影响最大，最主要）：是利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去。

1锰脱氧：在酸性渣中，酸性氧化物sio2，tio2较多，易与碱性氧化物复合，形成复合氧化物。故在酸性渣中，利用锰脱氧效果好。

2硅脱氧：在碱性渣中，硅脱氧效果好。

单独用硅脱氧：sio2的熔点高，粘度大，难以聚合为大尺度质点，故不

利上浮。

3硅锰联合脱氧：

3）扩散脱氧：服从分配定律。

5氮对焊接质量的影响：1，促进焊缝气孔的形成：与氮在固液相溶解度差非常大有关。

2，改变焊缝的力学性能：提高强度，降低塑性韧性。

3，引起焊缝的时效脆化：与焊缝中饱和的氮处于不稳定状态有关。

氮的控制：1）加强焊接区的保护，防止空气的侵入。

2）采用合理的焊接工艺：短弧焊，增大焊接电流，直反接。

3）冶金脱氧。

6氢对焊接质量的影响：1，暂态：白点，氢脆

2，永久现象：气孔，裂纹

7氧对焊接质量的影响：1，降低焊缝的力学性能；2,形成co气孔；3，焊接飞溅大。

第二章焊接接头的组织和性能

1联生结晶和竞争生长

1联生结晶：熔池边界开始，以未融化的母材晶粒为形核核心，向焊缝中

心生长，形成于母材晶粒相同取向的柱状晶，成为联生结晶。

2竞争生长（择优生长）:当晶体晶粒取向与最大温度梯度一致时。

2焊缝的相变组织（低合金钢）：1）铁素体组织：1先共析铁素体；2侧板条铁素体；3

针状铁素体；4细晶铁素体

2）珠光体p

3）贝氏体：1上贝氏体；2下贝氏体；3粒状贝氏体和条状贝

氏体

4）马氏体：1条状马氏体；2片状马氏体

3焊缝组织和性能的控制

1，锰和硅的作用（脱氧元素，强化元素）

对于锰硅系的焊缝，当锰硅含量较低时形成的是先共析铁素体，强度低韧性

差。

当锰硅含量较高时形成的是侧板条铁素体，韧性差。

当锰硅含量适中时形成的是针状铁素体，良好的强韧性。

2，钛和硼的作用（细晶元素）

细化机理：1，Ti与O，N形成TiO，TiN质点，可作为AF非均质形核的核心，

促进AF的形成。2，这种颗粒（高熔点质点）在结晶过程中，钉扎晶粒边界

阻止奥氏体晶体的长大。3，Ti保护B不被氧化和N化，使N偏聚于晶界，降

低晶界能阻碍GBF和FSP的形成。

4焊接热影响区的组织分布（不易淬火钢热影响区的组织分布和性能）

1，过热区邻近融合区，由于加热温度高，金属严重过热，一些难溶的碳化物和氮化物溶入奥氏体中，使奥氏体晶粒发生严重长大冷却后主要得到粗大的

铁素体和珠光体，甚至在热输入大或高温停留时间长时出现魏氏组织。

2，完全重结晶区铁素体全部转化为奥氏体，发生重结晶，冷却后得到细小的铁素体和珠光体，相当于正火处理，故也称为正火区。

3，不完全重结晶区在此区域内只有珠光体到奥氏体，铁素体不发生相变，发生长大，冷却后得到细小的铁素体和珠光体加粗大的铁素体，故此区域组织

部均匀，晶粒大小不一，性能不均匀。

4，在结晶区发生再结晶，由冷作变形后拉长的晶粒回复为等轴晶粒，使强度降低，塑性韧性改善。

5焊接热影响区的脆化问题

1，粗晶脆化：由于晶粒长大而发生韧性下降的现象。影响因素：1热输入

和能量密度；2母材的化学成分（C，N能减小粗化现象）

2，组织脆化：形成淬硬组织而使性能下降。影响因素：1冷却速度；2热输入

3，时效脆化：1热应变时效脆化：由于承受热应变而引起碳，氮原子向位错移动，经一定时间的聚集，在位错周围形成对位错产生钉扎作用的“柯氏”气团，

从而造成该区域的脆化，既所谓的热应变时效脆化。

2相析出时效脆化：由于快速冷却造成了碳和氮的过饱和而处于不稳定状态，经一定时间的时效后，在晶界析出对位错运动产生阻碍作用的碳

化物和氮化物沉淀相，从而造成热影响区的脆化，既所谓的相析出时效脆化。

第三章焊接缺陷及其控制

1偏析的种类：1显微偏析：在晶粒尺度上发生的成分不均匀现象。

2区域偏析：是指在焊缝内存在的成分不均匀现象。

3层状偏析：是由于结晶过程周期性变化所导致的成分呈层状分布的不均

匀现象。

2夹杂的形成及控制1夹渣

2反应生成的夹杂物1）氧化物：是由于熔池脱氧反应不充

分形成的，当以连续的片状分布于晶界时，引起热裂纹。2）

氮化物：从过饱和的固溶体中析出，一针状分布于晶粒或贯穿

晶界，使焊缝韧性下降。3）硫化物：FeS，引起热裂纹；

MnS，常用Mn脱硫。

夹杂的控制1，合理选用焊接材料，充分脱氧，脱硫。

2，选用合适的焊接参数，以利于熔渣充分浮出。

3，多层焊时，注意清除前一层焊缝焊渣。

4，焊条要适当摆动，以利于熔渣浮出。

5，注意保护熔池，防止空气侵入。

3气孔的形成机制1）气泡的生核；2）气泡的长大；3）气泡的上浮

4气孔的防止措施1）消除气体来源。1加强焊接区的保护；2对焊材防潮和烘干；3清

除油污，铁锈，氧化膜。

2）正确选用焊接材料。1适当调节氧化性；2焊接有色金属是适当加氧化性气体；

3CO2焊，焊丝加入足够的脱氧剂。

3）控制焊接工艺条件。1保持电流稳定性；2直流反接，短弧焊；3铝合金TiG焊，尽量采用小的焊接热输入，MiG焊时，采用大的热输入。

5焊接热裂纹1）特征：产生于固——液温度区间，多数出现于焊缝，少量出现在热影

响区中，断口贯穿表面，且有氧化色彩。

2）热裂纹种类：1结晶裂纹；2高温液化裂纹；3多边化裂纹

1结晶裂纹：在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于固态金属收缩，残余液态

金属不足，不能填充收缩留下的空间，在拉应力的作用下，发生的沿晶开裂。

2高温液化裂纹：在融合线的HA区或多层焊的层间部分，若被焊金属含有较多

的低碳共晶，在热循环峰值温度作用，低熔共晶重新融化，在拉应力的作用下，

沿晶发生开裂。

3多边化裂纹：当焊缝融合区温度处于固相线略低的高温区间时，刚结晶的金属

存在很多晶格缺陷，在一定温度和应力作用一下，这些晶格缺陷发生转移和聚集，

形成类似于晶界的二次边界，由于边界上堆积着大量的晶格缺陷，其组织脆弱，

塑性很差，只要有轻微的拉伸应力，就会沿多变化的边界开裂，形成多边化裂纹。

6焊接冷裂纹1）特征：温度在MS附近，多数在热影响区，少数在焊缝，裂纹沿晶，穿晶或混合断裂，具有平齐的光亮断口。

3）分类：1延迟裂纹；2淬硬脆化裂纹；3低塑性脆化裂纹

1延迟裂纹：不是焊后立即出现，具有一定的孕育期。

2淬硬脆化裂纹：与淬硬组织有关，一些淬硬倾向大的钢种，焊接冷却时，由于

形成硬淬的马氏体组织在外力作用下开裂。

3低塑性脆化裂纹：与材料本身性质有关。

7结晶裂纹的形成与控制

1,形成机理：再结晶过程中，经历液，液固，固液，固四个阶段。在固液阶段，

由于已结晶的固体占主要部分，使尚未结晶的液体金属被排挤到晶粒之

间，并以共晶体的形式呈薄膜状分布，此时若受到拉伸应力作用，由于

共晶相本身抗变形能力差，在晶粒尚未发生塑性变形时，就沿晶界开裂，

形成结晶裂纹。

2防止结晶裂纹的措施

1）冶金因素：1严格控制母材和焊材当中的杂质材料。

2改善焊缝金属的结晶组织。形成较小的等轴晶，

3限制融合比限制母材中的杂质进入焊缝

4利用愈合作用，防止结晶裂纹。

3）应力控制：1选择合理的接头形式。

2确定合理的焊接顺序。

3确定合理的焊接参数。（预热，小电流焊）

8延迟裂纹的形成与控制

1形成机理：1）H的行为与作用H的延迟开裂机理H对开裂部位的影响

2）材料淬硬的影响淬硬倾向越大，延迟裂纹倾向越大

3）接头应力分布状态

2延迟裂纹的防止措施

1）冶金因素：1改进母材的化学成分

2从焊接材料来看，严格控制H的来源

3提高焊缝韧性

4采用低H的焊接材料和焊接方法

2）工艺措施：1适当的预热

2严格控制焊接热输入

3焊后进行低温热处理（脱氢处理）

4采用多层多道焊

5合理的安排焊接顺序

第四章焊接材料的组成及作用

1焊条的组成及作用

1）焊芯的作用：1传到电流，维持电弧燃烧；2本身熔化，形成焊缝的填充金属。

2）药皮的作用：1机械保护作用;2冶金处理作用；3工艺性能改善作用。

2药芯焊丝的工艺特性

1）焊接飞溅小

2）焊缝成形美观

3）熔敷效率高、

4）可进行全位置焊接

第五章焊接性及其实验方法

1焊接性的概念焊接性是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能的焊接接头的特性。可分为1工艺焊接性，2使用焊接性

2焊接性实验内容

1）评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力。

2）评价焊缝和热影响区金属抵抗冷裂纹的能力。

3）评价焊接接头抵抗脆性转变的能力。

4）评价焊接接头的使用能力。

3碳当量概念在各种元素中，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将各种元素的作用按照相当于若干含碳量的作用折合并叠加起来，求的所谓的“碳当量”Ceq；Ceq越小，焊接性越好。

第六章低合金高强钢的焊接

1热轧钢和正火钢的焊接性分析

1）热裂纹敏感性由于含碳量低，焊锰量高，锰硫比大，能够有效地防止热裂纹的产

生，热裂纹敏感性低。

2）冷裂纹敏感性1热轧钢：由于合金元素含量低，含碳量少，淬硬倾向低，一般不

会发生。

2正火钢：由于合金元素含量增加，淬硬倾向有所提高，强度级别

及碳含量低的正火钢冷裂纹敏感性较低，但随着碳当量

及板厚的增加，有一定的冷裂纹敏感性。

3）再热裂纹1热轧钢：焊后热处理过程中无碳化物析出现象，对在热裂纹不

敏感。

2正火钢：在焊后热处理过程中有少量的碳化物析出，具有轻微

的在热裂纹敏感性。

4）层状撕裂与钢种无关。当板厚小于16时，无层状撕裂敏感性；

当板厚大于16时，且存在条形的杂质分布时具有层状撕裂

敏感性

5）焊接接头的脆化1过热区脆化

热轧钢：当E过大时，过热区晶粒长大或出现魏氏组织而韧性下

降；当E过小时，因冷速过快，使马氏体组织的含量增加，

而韧性下降。

正火钢过热区脆化的原因：由于过热区的温度接近于熔点，使难

熔的氮化物和碳化物溶于奥氏体当中，并使奥氏体脆化，

冷却时，Ti，V来不及析出而保留在铁素体当中，使铁素

体硬度升高，韧性下降。

当E过大时，因晶粒长大，以及Ti,V溶解，导致铁素体硬

度增加塑性下降；

当E过小时，可避免Ti，V的溶入，同时由于形成的马氏

体为低碳马氏体，故过热区脆化倾向降低。

2热应变脆化（由固溶N引起）200——400最严重

当刚中加入氮化物形成元素时，可降低热应变脆化。

2低碳调质钢的焊接性分析

1）热裂纹敏感性：由于低碳调质钢中，S,P含量控制严格，含Mn量高，锰硫比大，一般情况下，热裂纹敏感性小;对于以下高N，低Mn的低碳调质钢，具有一定的热裂纹倾向。

2）冷裂纹敏感性：该钢种是在低碳钢的基础上加入多种合金，提高淬透性，获得高的强韧性，由于获得的是Ms高的低碳马氏体，能进行自回火，故采用合适的焊接工艺可避免。

3）再热裂纹：由于该钢种加入了许多Cr，Mo，V，Nb，Ti，B合金元素，会引起再热裂纹，其中V的作用最大，Mo次之。

4）层状撕裂：厚板，刚度大的结构时，层状撕裂的敏感性大于正火钢。

5）热影响区的性能变化

1过热区的脆化控制冷却速度，若快冷，全部为马氏体；若慢冷，出现上

贝氏体或粗晶脆化

2热影响区的软化

第七章不锈钢及耐热钢的焊接

1不锈钢的腐蚀形式1）均匀腐蚀；2）点蚀和缝隙腐蚀；3）晶间腐蚀；4）应力腐蚀

2不锈钢的焊接性分析

一、焊接接头的耐腐蚀性能分析

1）晶间腐蚀1焊缝区的晶间腐蚀：18-8奥氏体钢焊缝的晶间腐蚀，通常在多层多

道焊的层间部位。

防止措施：1）选择超低碳或添加钛铌等固碳元素的焊接材料。

1）调整焊缝成分获得一定量的#相。

2）减小敏化温度的停留时间。

3）进行固溶处理，1050——1150高温，固溶处理。

2热影响区的晶间腐蚀600——1000温度之间

3熔合区的晶间腐蚀（刀状腐蚀）

3）点蚀和应力腐蚀

1点蚀：奥氏体不锈钢和双向钢具有点蚀倾向。产生位置：熔合区，由于化学成分不均匀；焊缝中心，与Cr，Mo的偏析有关。

2应力腐蚀：起始部位是点蚀，具有分支特征，裂纹尖端较锐利，无明显塑性

变形。微观上，奥氏体钢穿晶断裂呈河流花样；铁素体钢多为

沿晶断裂呈冰糖花样。双相钢比单向奥氏体钢更有耐应力腐

蚀性能。

二、焊接接头的裂纹分析

1）热裂纹（奥氏体钢为主）

原因：1奥氏体钢的热导率小，线性膨胀系数大，产生较大的残余拉应力。

2奥氏体钢焊接时，容易形成方向性强的柱状晶，可形成连续的晶间液

膜。

3奥氏体钢成分复杂（SP杂质元素），易形成偏析，有利低熔共晶形成。

2）冷裂纹（以马氏体钢的焊接接头为主）

防止措施：预热和控制层间温度；能量集中的焊接方法；焊接材料

三、焊缝金属的脆化

1）焊缝的粗晶脆化：铁素体不锈钢

2）焊缝的&相脆化：铁素体不锈钢

3脆化的原因及控制

第八章有色金属的焊接

1铝合金的焊接性分析

1，气孔（主要是H气孔）

1）气孔的分布特征：

A：邻近焊缝表层的“皮下气孔”

B：焊缝中部或根部的“密集气孔”

C：融合区边界的“氧化膜气孔”

2）气孔的形成原因

A：焊接区内的H的来源；

B：铝合金中的H的溶解度在固态液态存在突变；

C：凝固速度快。

3）气孔的防止措施

A：清除表面的氧化膜和污染物

B：降低气氛中的水分；

C：控制焊接参数。

2，热裂纹1）焊缝的结晶裂纹2）熔合区的液化裂纹

形成原因：A：共晶型合金，易形成低熔共晶

B：线膨胀系数比较大，冷速快，易产生较大的残余应力。

防止措施：A：材料的选择；B：接头的设计；C：焊接操作；D：特殊措施2，焊接热影响区的软化

1）非时效处理铝合金的软化，再结晶

2）时效处理铝合金的软化；

控制措施

2钛及钛合金的焊接性分析

1，间隙杂质引起的接头力学性能变化

2，焊接裂纹：a，由于钛及钛合金中硫，磷和碳等杂质很少，晶界上低熔点共晶不

易形成，结晶温度区间窄，加之焊接凝固时收缩量小，因此出现焊接热裂纹可能性较小。b，当焊缝含氧量和含氮量较高时，接头将出现脆化，在较大的焊接应力下，则会出现冷裂，并增大对缺口的敏感性。

3，气孔（主要是H气孔）其特点是分布于熔合线附近

4，焊接热影响区的组织变化（包括相和晶粒尺寸的变化）

形成原因：

焊接冶金与焊接性

2012—6—22

(机械)(焊接)焊接冶金学(基本原理)习题

焊接冶金学（基本原理）习题 绪论 1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？ 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？ 4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？ 5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？ 6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？ 7.什么是焊接，其物理本质是什么？ 8.焊接冶金研究的内容有哪些 第一章焊接化学冶金 1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？ 2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？ 3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ 6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？ 7.氢对焊接质量有哪些影响？ 8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？ 9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。 10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？ 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？ 12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？ 13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？ 14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。 15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ 16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？ 18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。 19.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。 20.什么是焊接化学冶金过程，手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有何不同，主要进行哪些物理 化学反应？ 21.什么是熔合比，其影响因素有哪些，研究熔合比在实际生产中有什么意义？

焊接冶金学习题总结

焊接冶金学（基本原理） 部分习题及答案 绪论 一、什么是焊接，其物理本质是什么？ 1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。 2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。 二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？ 钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。 1.温度场定义，分类及其影响因素。 1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。 2、分类： 1)稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动； 2)非稳定温度场——温度场各点随时间而变动； 3)准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。 3、影响因素： 1)热源的性质 2)焊接线能量 3)被焊金属的热物理性质

a.热导率 b.比热容 c.容积比热容 d.热扩散率 e.热焓 f.表面散热系数 4)焊件厚板及形状

第一章 二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？ 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃) 1)水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高 温度下析出 2)某些物质分解:形成Co，CO2，H2O，O2等气体 3)铁合金氧化：先期氧化，降低气相的氧化性 2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1)温度高：1800－2400℃ 2)与气体、熔渣的接触面积大：1000－10000 cm2/kg 3)时间短速度快：；熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合. 3、熔池反应区 1)反应速度低 熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2)熔池温度不均匀的突出特点 熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应 3)具有一定的搅拌作用 促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。 三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？ 1、种类：金属及熔渣蒸气 2、来源： 1)焊接材料 2)气体介质

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焊接冶金与焊接性 绪论 1，焊接的本质和途径： 焊接：通过加热，加压或两者共同作用，使所焊材料达到原子间结合，实现永久性连接的工艺。 焊接途径：1加热2加压 焊接本质：原子间结合焊接的结果：永久性连接 2，焊接接头的组成：是指被焊材料经焊接后，发生组织和性能变化的区域，焊缝；融合区；热影响区。 1）焊缝：是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。 2）热影响区：是指受焊接热循环的作用，使母材发生微观组织和性能变化的区域。 3）融合区：是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。 3焊接热循环：1）概念：在焊接过程中，某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后， 又由高到低的变化过程。 2）主要参数：加热速度Vh，描述工件温度上升快慢。 峰值温度Tm，是热循环曲线上对应的最高温度。 高温停留时间Th，在某一较高温度以上的停留时间。 冷却速度或冷却时间Vc，T8、5 3）热循环的特点：1，加热速度非常快；2，峰值温度高；3，高温停留时间短；4，冷却速度快；5，加热具有局部性和移动性。 第一章焊接化学冶金 1，焊接化学冶金的反应区 1）药皮反应区：指开始化学反应的温度到药皮溶解（100——1200），主要反应有水分的蒸发，某些物质的分解及铁合金氧化。 2）溶滴反应区：溶滴形成，长大，过度到熔池的过程。主要反应有气体的溶解和分解，金属的蒸发，金属和合金的氧化还原，以及焊缝金属的合金化。 溶滴反应区特点：1，反应温度高；2，反应时间短；3，相接触面积大； 4，溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。 3）熔池反应区：特点：1，反应温度略低；2，反应时间增长；3，反应具有不同步性； 4，熔池反应具有搅动作用。 2焊接熔渣及其性质 1）熔渣的作用：1，机械保护作用；2，冶金处理作用；3，改善焊接工艺性能。 2）熔渣的种类和成分：1盐型熔渣：由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。 2盐——氧化物型熔渣：由金属的氟化物和氧化物组成。 3氧化物型熔渣：由各种金属氧化物组成 3焊接熔渣对金属的氧化 1）置换氧化：是指被焊金属与其他金属或非金属氧化物发生的置换反应 而导致的氧化。 2）扩散氧化：是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使焊缝增氧。 （满足分配定律） 4焊缝金属的脱氧 1）先期脱氧：指焊条药皮中的脱氧剂与分解出的氧化性气体发生的反应. 2）沉淀脱氧（影响最大，最主要）：是利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去。

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。

焊接冶金学-材料焊接性-课后答案 李亚江版

焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案 第一章：概述 第二章：焊接性及其实验评定 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？ 答：焊接性是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。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。 第三章：合金结构钢 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℃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、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。 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℃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

焊接冶金学试题

(适用于材料成型与控制工程专业焊接模块) 一、概念或解释(每题2分共10分) 1、联生结晶： 2、熔合比： 3、焊条药皮重量系数： 4、金属焊接性： 5、电弧热焊： 二、选择填空(可以多个选择,每题1分,共15分) 1、焊接区内的气体主要来源于( ) 。 ①焊接材料②母材③焊条药皮 2、焊接时, 不与氮气发生作用的金属,即不能溶解氮又不形成氮化物的金属，可用N 作为保护气体, 这种金属是( ) 。 ①铜②铝③镍 3、焊接熔渣的作用有( ) ①机械保护作用②冶金处理作用③改善工艺性能 4、焊接熔池的结晶时, 熔池体积小，冷却速度大，焊缝中以( ) 为主。 ①柱状晶②等轴晶③平面晶

5、熔合区的化学不均匀性主要是体现于(

①凝固过渡层的形成 ②碳迁移过渡层的形成 ③合金分层现象 6、焊缝中的气孔和夹杂主要害处是 ( ) 。 ①焊缝有效截面下降 ②应力集中，疲劳强度下降 ③抗氧化性下降 气孔，使致 密性下降。 7、 打底焊道最易产生热裂纹 , 也最易产生冷裂纹 , 其主要原因是 ( ) 。 ①冷却速度快 ②应力集中 ③过热 8、 焊接结构钢用熔渣的成分是由 ( ) 等组成。 ①氧化物 ②氟化物 ③氯化物 ④硼酸盐 9、 焊接冷裂纹按产生原因可分为 ( ) 。 ①淬硬脆化裂纹 ②低塑性脆化裂纹 ③层状撕裂 ④应力腐蚀开裂 裂纹 10、 有利于改善焊缝抗热裂纹性能因素主要有 ( ) 。 ①细化晶粒 ②减少 S 、P ③结晶温度大 ④加入锰脱硫 11、 热扎、正火钢焊接时，过热区性能的变化取决于 ( ) 等因素。 ①高温停留时间 ②焊接线能量 ③钢材类型 ④冷裂倾向 12、 铸铁焊接时，影响半熔化区冷却速度的因素有： ( ) 。 ①焊接方法 ②预热温度 ③焊接热输入 ④铸件厚度 13、下列哪些钢种具有一定的热应变脆化倾向。 ( ①低碳钢 ②16Mn ③15 MnV 14、焊缝为铸铁型时，影响冷裂纹的因素有 ( ) 。 ①基体组织 ②石墨形状 ③焊补处刚度，体积及焊缝长短 ④深透性 ⑤延迟

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

金属的焊接性

金属的焊接性 一、金属焊接性 1.概念：金属焊接性就是金属是否能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。 含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。 评价标准：如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。 2.影响焊接性的因素 1）材料因素 材料是指用于制造结构的金属材料及焊接所消耗的材料。前者称为母材或基本金属，即被焊金属。后者称为焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。 材料因素包括化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等。其中化学成分(包括杂质的分布与含量)是主要的影响因素。碳对钢的焊接性影响最大。含碳量越高，焊接热影响区的淬硬倾向越大，焊接裂纹的敏感性越大。也就是说，含碳量越高焊接性越差。除碳外钢中的一些杂质如氧、硫、磷、氢、氮以及合金钢中常用的合金元素锰、铬、钴、铜、硅、钼、钛、铌、钒、硼等都不同程度地增加了钢的淬硬倾向使焊接性变差。 若焊接材料选择不当或成分不合格，焊接时也会出现裂纹、气孔等缺陷，甚至会使接头的强度、塑性、耐蚀性等使用性能变差。 2）设计因素 设计因素是指焊接结构在使用中的安全性不但受到材料的影响而且在很大程度上还受到结构形式的影响。例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。 3）工艺因素 工艺因素包括施焊方法(如手工焊、埋弧焊、气体保护焊等)、焊接工艺(包括焊接规范参数、焊接材料、预热、后热、装配焊接顺序)和焊后热处理等。在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况下工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。 4）使用因素 使用因素指焊接结构的工作温度、负荷条件(动载、静载、冲击、高速等)和工作环境(化工区、沿海及腐蚀介质等)。一般来讲环境温度越低钢结构越易发生脆性破坏，承受交变载荷的焊接结构易发生疲劳破坏。 二、如何分析金属的焊接性 （一）从金属的特性分析焊接性 1.化学成分 1）碳当量法 钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(C eq)，以C eq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为C eq值越小，钢材的焊接性能越好。 碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。 2）焊接冷裂纹敏感系数

焊接冶金学(基本原理)

绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。

金属焊接性复习总结

第一章： 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？－－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。 2．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。3.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（CE和Ccq），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（%）式中δ—板厚（mm）H—焊缝中扩散氢含量（ml/100g）. 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 4. 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。 5.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 6. 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： 1．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。 2．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。 3．专用钢：除通常的力学性能外，还必须要求特殊性能主要用于一些特殊的条件下工作的机械零件和工程结构，如耐高温、低温和耐腐蚀。大致可分为：珠光体耐热钢、低温钢、低合金耐蚀钢。 4．钢的强韧化: 固溶强化（置换固溶、间隙固溶）细晶强化第二相强化位错强化： 5．钢的相变：成分和工艺（温度、时间）影响奥氏体的稳定性，通过控制冷却速度和第二次处理得到组织。※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。

焊接冶金学及金属材料焊接 习题答案模块二

模块二 2-1答： 与铸锭凝固相比，焊缝结晶有以下特点：（1）熔池的体积小，冷却速度大。由于熔池的体积小，而周围又被冷金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，平均约为4～100℃/s，比铸钢锭的平均冷却速度要大10000倍左右。因此，对于含碳量高、合金元素较多的钢种容易产生淬硬组织，甚至焊道上产生裂纹。由于冷却速度快，熔池中心和边缘还有较大的温度梯度，致使焊缝中柱状晶得到很大发展。所以一般情况下焊缝中没有等轴晶，只有在焊缝断面的上部有少量的等轴晶（电渣焊除外）。（2）熔池中的液态金属处于过热状态。在电弧焊的条件下，对于低碳钢或低合金钢来讲，熔池的平均温度可达1770±100℃，而溶滴的温度更高，约为2300±200℃。一般钢锭的温度很少超过1550℃，因此，熔池的液态金属处于过热状态。由于液态金属的过热程度较大，合金元素的烧损比较严重，使熔池中非自发晶核的质点大为减少，这也是促使焊缝中柱状晶得到发展的原因之一。 此外，在焊缝条件下，气体的吹力，焊条的摆动以及熔池内部气体的外逸，都会产生搅拌作用。这一点对于排除气体和夹杂是很有利的，也有利于得到致密而性能好的焊缝。 2-2答： 焊缝金属在结晶过程中，由于合金元素来不及扩散而存在化学成分的不均匀性。一般焊缝中的偏析主要有以下三种。（1）显微偏析一般来讲，先结晶的固相含溶质较低，也就是先结晶的固相比较纯，而后结晶的固相含溶质的浓度较高，并富集了较多的杂质。由于焊接过程中冷却较快，固相的成分来不及扩散，而在相当大的程度上保持着由于结晶有先后所产生的化学成分不均匀性。（2）区域偏析焊接时由于熔池中存在激烈的搅拌作用，同时焊接熔池又不断的向前推移，不断加入新的液体金属，因此结晶后的焊缝，从宏观上不会像铸锭那样有大面积的区域偏析。但是，在焊缝结晶时，由于柱状晶体继续长大和推移，此时会把溶质或杂质“赶”向熔池的中心。这使熔池中心的杂质浓度逐渐升高，致使在最后凝固的部位产生较严重的区域偏析。(3)层状偏析熔池金属结晶时，在结晶前沿的液体金属中，溶质的浓度较高，同时也富集了一些杂质。当冷却速度较慢时，这一层浓度较高的溶质和杂质可以通过扩散而减轻偏析的程度。但冷却速度很快时，还没有来得及“均匀化”就已凝固，造成了溶质和杂质较多的结晶层。 2-3答： 对于一般钢铁材料来说，合金元素在液相中的溶解度总是大于固相中的溶解度，熔合区正是液固两相发生强烈接触的地方，所以在液固两相的分界面处，溶质原子就会从固相向液相扩散。焊接条件下，在熔合区元素扩散转移的过程是明显存在的，特别是象C、S、P等强偏析元素，不均匀性更大。 2-4答： 在焊接条件下，熔化过程是很复杂的，即使焊接规范十分稳定，由于种种因素的影响，也会使热能的传播极不均匀（如周期性熔滴过渡，电磁吹力的变化等）。另一方面，在半熔

常用金属焊接性之高温合金的钎焊

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

焊接冶金与焊接性

1.铝及铝合金焊接时存在的主要问题是什么？ 答：主要存在气孔和热裂纹和软化问题 （1）气孔的存在降低了焊缝的致密性和耐蚀性，易形成应力集中从而降低了接头的强度，塑性、气孔可分为；临近焊缝表面的皮下气孔、焊缝中部或根部的密集气，熔合区边界的氧化膜气孔。（2）热裂纹可能出现在焊缝，焊接热影响区、以及焊缝的弧坑处，焊缝中的热裂纹属于结晶裂纹，热影响区中的热裂纹主要是液化裂纹。（3）热处理强化铝合金及焊前经过冷作硬化的非热处理强化铝合金，热影响区的强度和硬度相对于原来的母材会有不同程度的降低及软化；软化可分为：非时效强化铝合金的软化，时效强化铝合金的软化。 2. 铝及铝合金的焊接工艺要点是什么？ 答：（1）焊接方法：应根据合金牌号，焊件厚度，产品结构以及焊接质量要求加以选择，其方法包括：钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、变极性等离子弧焊、激光和电子束焊、搅拌摩擦焊等（2）焊接材料：选择时要充分考虑接头的力学性能，抗裂性及抗腐蚀性，并结合母材及成分，产品的具体实施条件和结构的刚性等（3）接头设计：应根据材料的厚度，焊接方法、焊接位置有无衬垫和是否清根等条件进行接头设计，合理选择接头类型和坡形式。（4）焊接参数：焊接参数的选定要考虑接头的形式，尺寸及焊缝成型的要求，同时要考虑对气孔、裂纹和接头软化成程度的影响。（5）焊前准备：主要包括焊前清理，施加垫板，焊前预热（6）焊后处理：主要为及时清理焊后留在焊缝区及临近区的残存熔滴和焊渣。 3.钛及钛合金的类型和牌号有那些？ 答：工业纯钛（TA0.TA1.Ta3）α型钛合金（TA4 TA6 TA7），α+β型钛合金（TC3.TC1.TC4.TC6.TC11）β型钛合金（TB2.TB4） 4.钛及钛合金的焊接性 答：（1）间隙渣滓引起的接头力学性能变化。钛及钛合金在常温下能与氧气形成致密的氧化膜而保持很高的稳定性和耐蚀性，但是在高温下，钛及钛合金吸收氧气氮气和氢气能力很强，对焊接接头力学性能产生较大的影响。（2）焊接裂纹；钛及钛合金中S P 和C等渣滓很少，晶界上低熔点共晶不易形成，结晶温度区间窄，加之焊接凝固时收缩小，因此出现焊接热裂纹可能性很小。（3）气孔；气孔是焊接钛合金时比较为普遍的缺陷，其特点是分布在融合线附近，主要为氢气孔，是由于氢气在钛中的溶解度在凝固时存在突变和随温度的升高而降低造成的（4）焊接热影响区的组织变化，包括相和晶粒尺寸的变化 5.钛及钛合金的焊接工艺要点是什么？ 答：（1）焊接方法；选择焊接方法时，主要考虑钛合金的物理性能，化学性能和冶金学特点，还要兼顾工件与结构的尺寸，应选择能量集中的焊法，同时采用很好的保护方法（2）焊接材料；钛及钛合金一般可以选择与母材成分相同的焊丝，也可选择强度略低于母材的焊丝，以提高结构的韧性。（3）焊前准备；主要包括板材切割、坡口设计和加工、表面清理，（4）焊接参数；钛及钛合金焊接时都有晶粒粗化的倾向，尤其β型钛合金最为显著，为防止晶粒粗化，应采用较小的焊接热输入，但也要注意输入过低造成的不利影响（5）焊后处理；焊后热处理可以调整钛及钛合金焊缝级热影响区的微观组织，从而改善焊接接头的性能，一般采用真空退火工艺，而对α+β型钛合金来讲，可以采用淬火+时效+焊接+局部退火或者淬火+焊接+退火。 6.焊接灰铸铁时主要存在的问题是什么？ 答：（1）焊接接头容易出现白口（渗碳组织）及淬硬组织（2）焊接接头易出现裂纹。（3）低碳钢和镍基铸铁焊接时易出现热裂纹。 7. 灰铸铁异质焊缝的电弧冷焊的工艺要点 答：焊前准备工作要做好，焊接电流要适当的小，采用焊道断续分散焊接。焊接是时候要用小锤敲击减少应力。

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

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