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1、1、材料基础知识金属结构、铁碳合金、铁碳相图金属材料中常见的晶格形式纯铁的结晶过程置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物共晶相图、包晶相图铁碳合金相图中各特征点的意义铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、渗碳体，魏氏组织共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁钢的冷却转变，TTT曲线，CCT曲线焊接冶金焊接接头构成和各区的特点焊接裂纹的种类和形成机理焊接接头断裂形式和裂纹试验热处理热处理种类、作用正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效强化、固溶处理金属材料性能，试验方法（破坏性检验），材料特征值强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性2、钢的工业生
2、产高炉炼铁过程还原过程，焦碳既作为燃料又作为还原剂，成品为生铁。 炼钢过程基本氧化过程，由生铁炼成钢要求去除不期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、锰、磷和硫。精炼方法：酸性转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法钢的浇注 浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。应进行脱氧，这一过程为还原。沸腾钢镇静钢（在钢水中添加约0.15%的硅和少量的锰和铝）特别镇静钢（在钢水中添加约0.2%的硅，约0.02%的铝和少量的锰）合金元素对钢性能的影响性 能CSiMnPSCrNiMoCuAl抗拉强度+()+硬度+屈服极限+延伸率2%()()()()冲击韧性+()+()冷变形性()(+)()深冲性()()(+)()锻造+()()
3、()压力焊能力(+)(+)()熔化焊能力+()热脆性+ +淬硬性+ +(+)+热强性+至400+(+)同C+临界冷却速度()耐腐蚀性+(+)+ +(+)同C(+)+抗高温氧化性+ +(+)+冷作硬化性+(+)疲劳性能(+)间接(+)同C(+)同C(+)同C(+)同C3、钢的分类，EN10020标准，按合金元素的含量分类 碳钢（非合金钢）低合金钢合金元素含量5% 例如13CrMo4-5 高合金钢合金元素含量5% 例如X6CrNi16-13按使用要求分类普通钢优质钢 特殊优质钢 4、钢的标记体系，EN10027EN10027-2 材料的数字标记 材料分组： 0=纯铁 1=钢 2=重金属如Cu、Ni
4、 3=轻金属如Al 分类组别见表2 不同品种的数字编号 钢种的数量有要求时的标记数字例：1 01 16按EN 10025-2对S235 J2钢的数字编号01=一般结构钢Rm500N/mm2材料类别号：1=钢材分类号按EN10027-1和ECISS IC10标准：材料符号标记主要符号（EN10027-1）（钢种）附加符号（ECISS IC10）对于钢对于钢的制造*主要符号标记: G铸钢 如GS-35，GG-灰口铸铁 根据钢的使用及其机械性能和物理性能的主要符号：S普通结构用钢 P压力容器用钢L管道用钢 E机器制造用钢B钢筋用钢 Y应力钢R钢轨用钢 H高强度拉伸性能的冷轨钢板例如：EN10025-
5、2 S235J2 按化学成分含量标记:i） 碳素钢和锰1%的碳锰非合金钢、非合金钢的易切削钢、合金元素5%的合金钢（不含高速钢），用数字+化学元素符号+数字来标记。例如：13CrMo4-513-C=0.13% Cr-Cr=1% Mo-Mo=0.5%钢的合金系数元素4Co,Cr,Mn,Ni,Si,W10Al,B,Be,Cu,Mo,No,Pb,Ta,Ti,V,Zr100C,Ce,N,P,Siii）合金元素总含量5%的合金钢用 X+数字+化学元素+数字来标记，例如：X5CrNi18-10 X-高合金钢 Cr-Cr=18% Ni-Ni=10%按欧洲标准材料标记示例机械性能一致的钢的标记、按欧洲EN标准
6、非合金结构钢对S、E、P、L、B钢的标记GXnnnan.+an +an1)按EN10027标准主要符号按钢铁IC10附加符号字 母性 能对 于 钢对于钢的制造1组)2组G=铸钢(如必要)S=结构用钢nnn=最小产品厚度的最小屈服强度N/mm 冲击功(焦耳)试验温度C=具有特别的冷变形能力D=液浸镀层E=瓷漆F=锻压H=空心型材L=用于低温M=热机械轧制N=正火或正火轧制O=海上用P=钢板桩Q=调质S=钢结构用钢T=管材W=热强钢an=用于规定的附加元素如Cu的符号,如需要带一个一位的数字,它乘以10为规定的含量27J40J60JJRKRLR+20JOKOLO0J2K2L220J3K3L330J
7、4K4L440J5K5L550J6K6L660M热机械轧制N正火或正火轧制Q调质G其它特性，如有必要用1或2个数字5、碳钢碳锰钢应用广泛应用于民用建筑、地下工程、桥梁工程、水利工程、车辆制造和机器制造。标准欧洲标准EN 10025-2标记标准号（EN 10025-2）； 标记S（结构钢）或者E（机器制造用钢）； 厚度16mm的最低屈服强度的标识，用M Pa表示 如果适用，关于冲击功数值的等级标记； 如果适用，表示特殊要求的附加标记C标明“N或者AR” 示例：一种适于冷弯边（C）的结构钢（S）,其在室温条件下的最低屈服强度为355Mpa1)，在0（J0）条件下的最低冲击功数值为27J，供货状态为
8、正火轧制（或者轧制状态）钢材EN 10025-2-S355J0CN（或者AR）化学成分机械性能可焊性*碳当量CEV: CEV = C MnCrMoVNiCu6515非合金结构钢的焊接：普通结构钢熔化焊时的焊接性主要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以及它的偏析性能等因素的影响。这些影响都是由钢的化学成分所确定，尤其是由钢中的含碳量、含氮量、含硫量和含磷量所确定。 含碳量不大于0.22%的结构钢是可焊接钢种，并且可在不予热的情况下施焊。耐侯钢含有一定数量的合金元素的钢材，如添加P、Cu、Cr、Ni、Mo、到钢材中在温度条件下通过在母材金属上形成自保护的氧化膜可以增强其抗大气腐蚀性。耐侯钢标记：标
9、准号（EN 10025-5）； 标记S（结构钢）； 厚度16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示； 相关冲击功数值的质量标识； 字母W表示钢材抗大气腐蚀； 如必要，字母P表示高磷含量等级（只适用于级别S355）；标明“N或者AR” 例：防大气腐蚀（W）的结构钢（S）在355MPa1)的室温下使用最低屈服强度，在0(J0)条件下使用27J的最低冲击功，正火轧制（或轧制）供货：钢材EN 10025-5-S355J0WN（或者AR）耐侯钢焊接性如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应该确保焊缝本身是耐候的。在焊接之前，应该将已形成的表面层清除至接头边缘10mm到20mm的距离。焊接钢材级别S355J0W
10、P和S355J2WP采用的磷含量很高时，应该采用特殊的预防措施6、细晶粒结构钢提高金属材料强度的机理1）析出强化2）固溶强化3）晶界强化4）热处理强化5）冷作硬化细晶粒钢的分类正火细晶粒结构钢，标准EN10025-3（2004）热机械轧制细晶粒结构钢，标准EN10025-4（2004）调质细晶粒结构钢，标准EN10025-6（2004）细晶粒钢的应用主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以及用于低温情况下。正火和热机械轧制细晶粒钢的标记标准号（EN 10025-3，-4）； 标记S（结构钢）；厚度16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；供货条件（N，M）； 大写字母
11、L用于表示在温度不低于50下按照所说明的最低冲击功数值的性质。不带L的表示在不低于20的温度下按照所说明的最低冲击功数值例如 EN10025-3 S355 NL或者钢材 EN10025-4 S355 ML。调质细晶粒结构钢的标记标准号（EN10025-6）； 标记S（结构钢）；厚度50mm的最低屈服强度的标识，用Mpa表示；供货条件Q；大写字母L或者L1用于在不低于40或者60的温度下的最低冲击功数值。不带L的表示在不低于20的温度下按照所说明的最低冲击功数值例如 EN10025-6 S460QL化学成份机械性能正火细晶粒结构钢的焊接正火钢的冷裂倾向HAZ区脆化热机械轧制细晶粒钢焊接特性少量珠
12、光体钢对于不同的焊接方法，在不同的焊接条件下均可以无困难地进行焊接。其特殊的优点在于：这种钢在恶劣的焊接条件下也不要求予热或焊后热处理。调质细晶粒结构钢的焊接冷裂纹再热裂纹HAZ区的脆化HAZ区的软化细晶粒结构钢填充材料的选择 按等强匹配的原则选择填充材料熔敷金属的屈服强度的小于500MPa的焊接材料，以EN10025-3 S460N为例ISO2560-A E 46 4 B即EN499 E 46 4 B ISO14341-A G 46 5 M G3Si1即 EN440 G 46 5 M G3Si1 ISO17632-A T 46 3 1Ni B M即 EN758 T 46 3 1Ni B M
13、熔敷金属的屈服强度的大于500MPa的焊接材料，以EN10025-6 S620Q 为例：ISO18275 E 62 7 Mn1Ni B T即EN757 E 62 7 Mn1Ni B T E N12534 G 62 5 Mn4NiMo ISO18276 T 62 5 Mn1.5Ni B T即EN12535 T 62 5 Mn1.5Ni B T7、热强钢对热强钢的要求)具有足够的热强性，包括高温持久强度或蠕变强度。)具有足够的抗腐蚀性和抗氧化性。)具有良好的可加工性能，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性等。蠕变及其影响因素通过固溶强化对晶格造成约束通过弥散强化阻碍位错运动通过减少钢中的有害伴生元
14、素净化晶界通过正火处理使晶粒分布均匀通过改变金属的晶格结构提高热强性热强钢分类，标准（EN10028）碳钢系列低合金钢系列高合金系列热强钢化学成分热强钢性能（常温和高温）低合金热强钢的焊接工艺焊接方法坡口加工准备焊接材料选择原则焊接金属的合金成分与强度应基本上与母材相应指标一致或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。低合金热强钢的焊前预热和焊后热处理低合金热强钢焊接材料焊条电弧焊用药皮焊条ISO 3580 ISO 3580-A（EN1599） E CrMo1 B 4 4 H5气体保护焊、焊丝、棒、埋弧焊焊丝EN12070 EN12070 G CrMo1 EN12070 W CrMo1EN120
15、70 S CrMo1气体保护焊药芯焊丝ISO 17634ISO 17634-A（EN12071） T CrMo 1 B M8、低温钢提高低温钢韧性的措施固溶强化和晶粒细化增加钢材中的镍含量 提高钢材的纯净度 热处理方法低温用钢分类、典型钢种和应用范围低温用钢分为无Ni钢和有Ni钢两类。无Ni的低温用钢，加入提高强度的合金元素和使晶粒细化的微量元素，如n、Al、Ti、Nb、等元素。含Ni的低温用钢，按EN10028-4（2003年版）标准规定的低温韧性镍合金钢见化学成分和机械性能。低温韧性钢的应用范围钢种屈服极限N/mm2冲击功ISO-V纵向试验温度（） （J）丁烷丙烷丙烯CO2乙烷乙烯甲烷氧气
16、氩气氮气沸点温度（ ） 0-42-47-78-89-104-181-183-186-196TSTE355355-50 27*TSTE420420-50 27*11MnNi53 285-60 40*13MnNi63355-60 40*10Ni14355-100 40*12Ni19390-120 40*X7NiMo6490-160 40*X8Ni9490-196 40*低温用钢的焊接工艺要求 低温用钢具有良好的焊接性，焊接关键是保证焊缝和粗晶区的低温韧性。低温时，由于钢材随温度降低，材料变脆，对缺陷和应力集中的敏感性较大，易造成产品的低温脆性破坏；低温用Ni钢具有回火脆性倾向。 焊接方法预热及层间
17、温度焊后热处理焊后检查焊接材料选择含镍低合金钢焊接时，所选焊接填充材料含镍量应与母材相同或高于母材，高镍钢如9%Ni钢最好采用Ni基、Fe-Ni基或Ni-Cr奥氏体不锈钢焊接材料。9、高合金钢金属的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀金属腐蚀的形式均匀腐蚀（表面腐蚀）选择性腐蚀1) 晶间腐蚀2) 点状腐蚀3) 应力腐蚀开裂舍夫勒组织图铬当量和镍当量不锈钢的分类1） 铁素体不锈钢2） 马氏体及沉淀硬化型不锈钢3） 奥氏体不锈钢4） 奥氏体铁素体不锈钢不锈钢物理性能与碳钢相比，奥氏体不锈钢的密度、电阻、热导率、线膨胀系数等物理性能与焊接之间的关系不锈钢化学成分和力学性能（EN10088）主要是奥氏体不锈钢的合金
18、化特点奥氏体不锈钢焊接*奥氏体不锈钢焊接性1）对焊接热裂纹敏感，易产生弧坑裂纹、液化裂纹2）易出现晶间腐蚀*热裂纹防止措施1)限制焊缝中杂质含量，控制焊材中的碳、硫、磷等含量 2)产生双向组织焊缝，铁素体占38% 3)适当加入Mn（46%）4)合理的工艺措施（如短弧，低线能量，窄焊道）*晶间腐蚀的防止措施1）固溶退火 2）稳定化处理3）降低碳含量4）加入稳定化元素Ti、Nb5）工艺上应采用低的热输入量，避免在500850区间长时间停留或做焊后热处理奥氏体不锈钢焊接工艺要点1）焊接方法：TIG焊、MIG焊、焊条电弧焊等2）不需予热3）控制层间温度，Max200，最好1004）快速冷却，尽量减少在
19、450850的停留时间5）工艺上，采用低线能量（小电流、快速焊）6）操作上，采用窄焊道、多道焊、不摆动技术，注意填满弧坑。 7）正确选用焊接材料，选用低含碳量和含稳定化元素的焊材，含适量铁素体促进元素（Cr、Mo、Si等）的焊材，限制焊缝中杂质含量。8）背面气体保护9）清理时，采用奥氏体不锈钢钢丝刷10）加工场地，材料、工具要清理，与其他材料分开存放。11）焊后颜色处理及酸洗其它类型不锈钢的焊接铁素体不锈钢的焊接主要是焊接接头的脆化问题马氏体不锈钢的焊接主要是易产生冷裂纹铁素体奥氏体双相不锈钢的焊接主要是获得合理的相比例及防止脆化相的析出不锈钢焊接用填充材料ISO 3581不锈钢和耐热钢焊条电
20、弧焊用焊条例：ISO 3581-A（EN1600） E 19 12 2 R 3 4ISO14343不锈钢和耐热钢电弧焊用焊丝、焊棒例：ISO14343-A（EN12072）G 20 10 3ISO14343-A（EN12072）S 20 10 3ISO14343-A（EN12072） W 20 10 3ISO17633不锈钢和耐热钢金属电弧焊带或不带气体保护用药芯焊丝例：ISO 17633-A（EN12073） T 19 12 3L R M 310、铸钢铸铁铸造材料分类和性能比较按石墨的状态和存在形式对铸造材料分类铁-碳-铸造材料可塑性的铸钢(GS)可锻铸铁(GTW.GTS)球墨铸铁(GGG)
21、非可塑性的冷硬铸钢(G-Hcrt)片状石墨铸铁(GG)无石墨 块状石墨 球状石墨实际无石墨 片状石墨 球墨铸铁和可锻铸铁标记（DIN1693，DIN1692）球墨铸铁EN-GJS-350-22-LT脱碳退火的可锻铸铁（GTW）EN-GJMW-350-4非脱碳退火的可锻铸铁（GTS）EN-GJMB-300-6球墨铸铁的焊接工艺要点用同类填充材料焊接（热焊）用异类填充材料焊接（冷焊）ISO1071焊接非合金和低合金铸造材料的填充材料铸棒 ISO 1071 - R C FeC-1 焊丝 ISO 1071- S C NiFe-2药芯焊丝 ISO 1071 - T C NiFe-1 M11、铜及其合金铜
22、的性质和用途铜材的种类、特性、焊接性纯铜、铝青铜、锰青铜、硅青铜、黄铜、白铜铜材的种类及符号表示（EN1173）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
23、。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12、镍及其合金镍的性质和用途镍及镍合金，特性纯Ni、Ni-Fe合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Mo-Cr-Fe合金、高温时效硬化Ni合金镍及镍合金的焊接镍的焊接特性（1）镍合金具有较好的焊接性。（2）Ni、Ni-Cu对S敏感，加热到400以上时，形成NiS，渗入晶界，导致热裂纹。（3）无填充材料时，易形成气
24、孔（N2、CO、O2），但对氢不敏感；有填充材料时，填丝中含有Ti、Al或Nb则形成无害的N化物、C化物、O化物，可防止气孔。（4）含Ni量低的镍合金（如30%40%）易产生裂纹。焊接材料（1）作为填充材料，Ni 50 %时，易热裂。（2）希望填充材料中含有Ti / Al / Nb，可防止气孔，同时Ti细化晶粒的作用较好。（3）ISO18274是镍和镍合金熔化焊用实芯焊丝、带极和焊棒的分类标准焊接方法镍合金焊接中的问题与予防措施（1）热裂纹（2）应变时效裂纹（3）气孔同种金属的焊接（1）镍最常用TIG焊，焊条电弧焊。焊接材料中含有Ti、Al，有利于减少气孔，细化晶粒；控制材料中的杂质，有利于防
25、止热裂纹。（2）蒙乃尔（monel）Ni-Cu合金TIG、MIG、焊条电弧焊常用，焊材中含有Ti、Al、Nb等，抗气孔、抗裂；控制层间温度。（3）因科镍（inconel）Ni-Cr、Ni-Cr-Fe合金焊接方法常用TIG、MIG、焊条电弧焊。焊接时易出火口裂纹，厚板易出显微裂纹。要低控热输入/层间温度。（4）因科洛依（incoloy）Fe-Ni-Cr合金焊接性差。焊接材料主要使用因科镍合金。（5）哈斯特洛依（hastelloy）Ni-Mo、Ni-Cr-Mo。一般采用TIG焊，焊接材料可用同种合金。抗热裂纹性能较好。异种金属的焊接、堆焊及复合板的焊接（1）异种金属的焊接焊接材料亦常选用因科镍（2
26、）堆焊常在碳钢和低合金钢堆焊中采用镍、蒙乃尔、因科镍。堆焊常用工艺方法为焊条电弧焊、MIG、TIG焊，亦可采用带极堆焊，堆焊的关键点是控制母材的稀释率，以防止降低镍合金堆焊金属的耐腐蚀性。（3）复合板的焊接以镍基合金为耐蚀面。焊接要点为：先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层；定位焊焊在基层面内；过渡层、复层的焊接多层焊，小电流，浅熔深。13、铝及铝合金铝及铝合金的特性铝合金分类铝及铝合金合金四位数字标记系统(EN573-1)1000系列 纯铝AL99.0%2000系列 主要合金成分Cu3000系列 主要合金成分Mn4000系列 主要合金成分Si5000系列 主要合金成分Mg6000系列 主要合金成
27、分MgSi7000系列 主要合金成分Zn8000系列 主要合金成分：其它成分按EN 573标准铝合金的标记铝及铝合金材料按EN 573标准规定用数字或字母数字标记方法表示。数字 字母数字铝及铝合金的填充材料铝及铝合金焊丝选择原则与母材化学成分相容性，如焊缝形成的趋势；要求的连接机械性能。不仅要注意热影响区而且要注意焊缝金属的性能；焊接零件或设计件的后续处理，例如表面阳极氧化处理和装饰最后处理；要求的连接抗腐蚀能力；最佳焊接适合性。例 EN ISO 18273 S Al 4043 或者 EN ISO 18273 S Al 4043 (AlSi5)铝及铝合金的焊接焊接裂纹倾向焊缝气孔铝及铝合金的焊
28、接方法（TIG、MIG、PLW、钎焊、常规摩擦焊、搅拌摩擦焊、电阻焊等）铝及铝合金焊接要点焊前清理（化学清理、机械清理）预热、层间温度焊接安全14、异种金属焊接异种金属焊接分类相同金相组织类型的异种钢焊接组织比较接近的异种钢接头，焊接材料选择原则：焊缝金属化学性能、耐热性能等其他性能不低于母材中性能要求较低一侧的指标。预热温度和层间温度按照碳当量较高一侧母材的要求确定。 热处理一般按照合金含量较高侧母材确定，两者热处理温度范围不同，应根据热处理温度范围高的下限和热处理温度范围低的上限来确定。不同金相组织类型的异种钢焊接*熔合比异种钢接头存在的问题1) 焊缝金属的稀释2) 过渡区马氏体组织3)
29、碳迁移形成扩散层4) 接头残余应力焊接材料的选择异种钢焊接接头应力组别1）应力组别接头在300以下的温度下工作，且只承受机械负荷。2）应力组别除了承受机械应力之外，还承受腐蚀应力。主要是复合材料的焊接与堆焊。焊接复合板时，坡口、焊接顺序、焊接材料选择非常重要。3）应力组别除了有机械/或腐蚀负荷之外，另外还有较高或较低的工作温度。采用镍基填充材料，能够阻止碳向奥氏体扩散，降低了晶间腐蚀的倾向，减小了马氏体带的宽度，缓解由于温度变化形成的热应力。用镍基填充材料焊接时，必须特别注意清洁度，严格控制层间温度，以防止热裂纹的形成。15、材料磨损与保护磨损的种类及影响因素金属的保护及磨损失效的控制堆焊材料热喷涂材料
