国际焊接工程师材料复习.ppt

《国际焊接工程师材料复习.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国际焊接工程师材料复习.ppt（136页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、焊接材料复习提纲,材料及材料焊接行为在基础课程和主课程中都涉及到，此部分需要掌握金属材料的基本知识和焊接冶金基本知识，更需要掌握常用的金属材料性能及其焊接性。基本知识内容包括：铁碳相图及相关知识、焊接裂纹及焊接性、材料及接头热处理、金属材料特性及其试验方法。,具体金属材料要从以下几个方面了解这种材料：标准、标记方法、典型钢种、化学成分、机械性能、材料特性、焊接性、焊接材料的选择、焊接工艺要点。本部分涉及到的标准有：材料的分类和标记体系、每种材料的标准和标记方法、焊接填充材料的标准和标记。,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

2、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，材料特征值强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性,裂纹形成机理,肉眼或6:1的放大镜能够识别 借助V6:1的显微镜的识别,（两种形成均可能）,裂纹分布,1 焊缝中纵向裂纹（多为结晶裂

3、纹）2 焊缝中横向裂纹（多为延迟裂纹）3熔合区横向裂纹（多为延迟裂纹）4焊缝根部裂纹（延迟、热应力裂纹）5 HAZ根部裂纹（延迟裂纹）6焊趾纵向裂纹（延迟裂纹）7焊趾纵向裂纹（液化、再热裂纹）8焊道下裂纹（延迟、液化、再热裂纹）9层状撕裂 10弧坑裂纹（纵向、横向、星形）,裂纹分类,凝固裂纹（结晶裂纹）液化裂纹 热裂纹再热裂纹 延迟裂纹冷裂纹,钢的工业生产,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

4、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,硫 硫在铁中几乎不溶解，它与铁形成化合物硫化铁。由于硫化铁的熔点较低（1200），它一般沉淀在晶界上，硫化铁在800900时变脆。此时，钢很容易在晶界处破坏（红脆性）。当温度超过1200时，晶界上的硫化铁熔化，钢以热脆形式发生破坏。在偏析区特别容易出现热裂倾向。磷 磷使钢变脆。由于磷铁化合物的熔点较低，因此易产生热裂纹。氮 温度大约超过600时，氮可溶解在铁素体中，但在室温时，氮就会析出，它阻碍钢的可变形性（时效

5、）。在特殊镇静钢中，至少0.02%的铝含量与氮相结合，因此在特殊镇静钢中避免了时效现象。,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,钢的标记体系，EN10027,EN10027-2 材料的数字标记 材料分组：0=纯铁 1=钢 2=重金属如Cu、Ni 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Rm50

6、0N/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：EN10025-2 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：13CrMo4-5 13-C=0.13%Cr-Cr=1%Mo-Mo=0.5%,iii）合金元素

7、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%,附加符号,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标准非合金结构钢对S、E、P、L、B钢的标记,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，此标准说明了八种钢材组别S185、S235、S275、S355、S450、E295、E335和E360。其在机械性能上有所不同。钢材组别为S235和S275的等级型号是JR、J0和J2。钢材组别为S355的等级型号是JR、J0、

8、J2和K2。钢材组别为S450的等级型号是J0。,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，供货状态为正火轧制（或者轧制状态）钢材EN 10025-2 S355J0CN（或者AR）,正火轧制：在某一温度范围内进行最终变形处理获得材料特性的轧制过程。类似于正火过程，所以其在正火过程后的材料属性仍

9、然可以得到保留。此供货条件的缩写形式为N。无任何特殊轧制和/或热处理条件的技术供货条件。此技术条件的缩写形式为AR。,化学成分机械性能可焊性,*碳当量CEV：,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。,脆断：通常，将近行断裂前，材料没有明显的形状改变的断裂称为脆断。时效：人们把随着时间的流逝，材料的某种性能如缺口冲击功出现改变的现象称为材料的时效。,耐侯钢,含有一定

10、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

11、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S355J0WP和S355J2WP采用的磷含量很高时，应该采用特殊的预防措施。,调质钢,调质、正火或其它附加方法使钢的表面处于硬化状态，应用于曲轴、连杆、齿轮、销钉等机器零件。这类钢既有强度又有韧性，屈强比为0.70.95。调质钢一般适用闪光对焊，在一定的条件下才适用于熔化焊。,当碳含量0.35%的非合金钢和硼合金钢焊接时需要预热，预热温度150250，填充材料按ISO2560和ISO14341选择，焊后缓冷，在250时退火减小扩散氢的含量。对碳含量在0.5%时的非合

12、金钢和合金钢在相对困难的条件下可用熔化焊，焊前预热温度大约250350，填充材料一般按EN 757和EN 758选择，或对热强钢按 EN1599和EN12070和EN12071，焊后要求缓冷，冷至100时才可进行热处理如减小扩散氢退火或回火。对高质量的接头须焊过渡层，然后回火，再进行焊接。,预热温度与碳当量、板厚、焊条直径的关系,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,材料质量证书（按EN 10204标准）,钢材强化方式,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,1）析出强化 随着温度的降低，固溶体中第二相的溶解

13、能力下降而析出细小物（质点或粒子），可使材料的强度明显提高，通过析出物阻碍位错在基体晶格中的移动来实现，这取决于析出物的大小、尺寸和数量。若单独使用这种强化方式，会降低材料的塑性和韧性。,2）固溶强化 通过在基体晶体晶格中嵌入或替代其它外来原子而获得的强化效果，置换固溶体中不同体积的原子间会产生一个恒定的弹性应力场，大大地影响了位错的移动，间隙固溶体具有同样的效果。按嵌入原子的数量和大小在材料强度和韧性增加的同时会减小冲击功。,3）晶界强化 在单晶体向多晶体转变时，晶界的出现或产生对材料性能的影响是很大的，多晶体的状态是稳定的单个晶粒的不规则分布，从结晶学的晶向来看，宏观上表现出了各向同性，更

14、多的细晶粒结构就是这样。晶界可以有效地阻碍位错移动，在剪应力的作用下，晶粒内部应变增加，但在晶界处会降低变形速度或停止，只有当剪应力逐渐增加到滑过晶界时，位错才会形成，因为晶界是一个需要首先克服的高能量区。通常，相邻晶粒之间不会有滑移的可能，这意味着在细晶粒中，屈服强度和抗拉强度是成比例增加的。,4）热处理强化 钢的正火工艺可以提高钢的强度，由于快速冷却时碳的扩散受阻，通过一种必要的测量可以发现碳的微观和宏观应力产生将导致屈服强度的提高，碳含量和冷却速度的不同，材料的冲击功可能减小或保持不变。,5）冷作硬化 是对材料在再结晶温度以下通过塑性变形来提高强度，在塑性变形时形成位错，如增加晶界，从而

15、增加了进一步变形所需的能力，这样就强化了材料。这种强化方式应限制使用，因为要考虑到这种强化效果不仅减少了韧性，而且在低拉力下会产生塑性变形。,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。,细晶粒结构钢,正火轧制是一种在一定温度范围内进行最终变形的轧制方法，它能使材料达到与正火处理后相同的状态，从而使材料在随后进行的附加正火处理后也能保持其机械性能。这种供货状态的缩写是N

16、。,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

17、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,正火钢的冷裂倾向正火细晶粒结构钢中含有较多合金元素，因而这类钢的淬硬倾向有所增加，随着钢的碳当量和板厚的增加，其淬硬及冷裂倾向随着之增大，需要采取控制焊接线能量、降低含氢量、预热和及时后热等措施，以防止冷裂纹的产生。,HAZ区脆化在HAZ的粗晶区，高温停留时间长，V.、Nb和（C、N）形成的碳氮化合物的析出相溶解到相中，抑制奥氏体长大，细化组织的作用被大大削弱，粗晶区出现粗大晶粒及上贝氏体，M-A组元，再加上粗晶区对碳、氮固溶度的增加，导致韧性的降低和时效敏感性增大。采用小线能量

18、焊接或在钢中加微量钛，有利于改善正火钢粗晶区韧性。,热机械轧制细晶粒结构钢的特点1）较低的含碳量 改善韧性，改善可焊性2）加入合金元素如Nb、Ti、V 提高强度，细化晶粒3）控制轧制（热机械处理）理想的组织结构，较好的性能4）避免长夹渣物冷变形性好，高韧性，较小的各向异性,热机械轧制细晶粒钢焊接特性 少量珠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。,HAZ韧性下降 焊接时热输入过大，粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏组织而降低韧性。热输入过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性，氢致延迟裂纹的倾向

19、 焊接热机械轧制的细晶粒结构钢时，当冷却速度过快，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性，会增加氢致延迟裂纹的倾向，常用预热和选择合适的填充材料来预防,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,冷裂纹 这类钢是在低碳的基础上加入提高渗透性的合金元素获得低碳马氏体和上贝氏体的混合组织，淬透倾向相当大，冷裂倾向比较大，焊接时，控制马氏体开始转变温度，较小的冷却速度，使得形成马氏体能自回火，则冷裂是可以避免的。再热裂纹 低碳调质钢中加入了Cr、Mo、Cu、V、Ti、Nb、B等合金元素而增加淬透性，这些元素属于能引起再热裂纹的元素，其中V的影响最大，Mo次之。,HAZ

20、区的脆化 焊接时若线能量过大，高温停留时间长而引起奥氏体晶粒粗大，形成上贝氏体，M-A组元而引起HAZ区的脆化。HAZ区的软化 在HAZ区受热未完全奥氏体化的区域，即受热时最高温度低于Ac1，而高于钢调质处理时回火温度的那个区域有软化的倾向，线能量越小，软化程度越小。,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 4

21、6 3 1Ni B M即 EN758 T 46 3 1Ni B M 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-A E 62 7 Mn1Ni B T即EN757 E 62 7 Mn1Ni B T EN12534 G 62 5 Mn4NiMo ISO18276-A T 62 5 Mn1.5Ni B T即EN12535 T 62 5 Mn1.5Ni B T,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。热强钢应用 热强

22、钢用于常规热电站、核能动力装置、石油精制、加氢裂化设备、合成化工容器、宇航装置以及其它高温加工设备。,蠕变及其影响因素蠕变：钢在长时间的恒温、恒载作用下，发生缓慢的塑性变形现象称为蠕变。对蠕变行为的影响因素 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,在热强钢中加入Mo、Mn、W、Cr等元素实现固溶强化。加入V、Ti、Nb等元素，形成（V4C3、TiC、NbC）高温时稳定且不易聚集长大的碳化物相，实现弥散强化。严格限制杂质元素，选用优质钢和特殊优质钢实现净化晶界，同时还应加入B、Zr等微量元素减

23、少晶界缺陷，提高晶界强度。,热强钢分类，标准（EN10028）碳钢系列（EN10028-2 P235GH,P265GH,P295GH；EN10028-3 P275NH,P355NH）低合金钢系列（EN10028-2 10Mn6,15Mo3，13CrMo44,10CrMo910；EN10028-3 P460NH）高合金系列（X8CrNiMoNb16 16，X8CrNiNb16 13，X8CrNiMoN1713）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（焊条电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊等）坡口加工准备焊接材料选择原则（1焊接金属的合金成分与

24、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。2焊件在焊后需经退火、正火或热成形等热处理或热加工，则应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料。3碱性低氢型焊条和碱性焊剂使用要求）,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 ISO3580-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 CrMo1EN12070 S CrMo1气体保护焊药芯焊丝ISO 17634ISO17634-A（EN12071）T CrMo 1 B M

25、,低温钢,低温钢用途低温用钢主要用于制造生产、运输及储存液化气体的设备，在低温条件下工作的容器、管道和结构等。这些装备最重要的性能要求是抗低温脆性破坏,保证在使用温度下具有足够的低温韧性。提高低温钢韧性的措施固溶强化和晶粒细化（加入Ni、Mn固溶强化；加入V、Al、Nb、Ti形成稳定的氮化物，达到细化晶粒。）增加钢材中的镍含量 提高钢材的纯净度（降低含量和严格限制、的含量）热处理方法（通过正火,正火加回火或调质处理细化晶粒、均化组织）,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

26、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,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（条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊）,预热及层间温度低合金低温钢碳含量较低，淬硬性和冷裂倾向小，常温下焊接可不预热，当厚度25mm时，预热100-150，层间温度应与预热温度相同。对于12Ni19、X8Ni9钢多层焊的层间温度控制应小

27、于100，否则焊接热影响区会形成粗晶组织。9%Ni钢由于C、S、P含量控制很严，产生冷裂纹倾向不大，其热影响区是淬火组织；有可能产生液化裂纹、弧坑裂纹。焊接热输入应采用小的焊接线能量，线能量控制在7-35KJ/cm，焊接电流不宜过大，操作应采用快速多道焊方法，以减轻焊道过热，通过多层重热作用细化晶粒，防止晶粒粗大、韧性下降。,焊后热处理 在消除应力热处理时，应控制回火温度和冷却速度，应采取避免回火脆性的措施。焊后检查 避免焊接缺陷的产生，弧坑、未焊透缺陷及焊缝成型不良处应及时修补。,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

28、、Fe-Ni基或Ni-Cr奥氏体不锈钢焊接材料。,高合金钢,金属的腐蚀化学腐蚀：金属直接与周围介质发生纯化学作用，例如钢在氧化性氛围中加热发生氧化反应形成氧化铁。电化学腐蚀：金属在酸、碱、盐等电介质溶液中由于原电池的作用而引起的腐蚀。,金属腐蚀的形式 均匀腐蚀（表面腐蚀，接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象，从表面一层一层脱落。）选择性腐蚀晶间腐蚀(从金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀，沿晶界脱开。它可能在焊缝产生，也可能在熔合线出现。原因是晶间析出Cr23C6，使晶界附近区域贫铬，敏感温度500-800。)点状腐蚀(在金属表面产生尺寸小于1.0mm的穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。主要是由于材料

29、表面钝化膜局部破坏引起的，o具有耐点蚀性。)应力腐蚀开裂（在静拉伸应力与电化学介质共同作用下，因阳极熔解引起的断裂，是腐蚀和应力共同作用的结果。有应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳三种类型。可通过减小应力（焊接残余应力）、减小晶界上合金元素偏析或增加合金元素来减小应力腐蚀开裂倾向）,舍夫勒组织图铬当量和镍当量不锈钢的分类（根据EN 10088标准不锈钢，不锈钢中Cr含量最低为10.5%，C含量最高为1.2%。在压力容器用钢标准中不锈钢是其中的第七部分，即EN10028-7。）铁素体不锈钢马氏体及沉淀硬化型不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体-铁素体不锈钢,不同组织类型的不锈钢在舍夫勒图中的位置,不锈钢物理性能 碳钢

30、密度稍大于马氏体和铁素体不锈钢，但低于奥氏体不锈钢。电阻则按碳钢、铁素体钢、奥氏体不锈钢顺序增大。奥氏体钢电阻可达碳钢的5倍。奥氏体不锈钢线膨胀系数比碳钢的约大50%，而马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的线膨胀系数大上和碳钢的相等。奥氏体的热导率比碳钢的低，仅为其1/3左右。另两类不锈钢热导率为碳钢的1/2左右。,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化特点（见教材 3/2.12-13 6/25表6）,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。因奥氏体不锈钢具有低的热导率、高电阻率、高线膨胀系数，焊接时容易产生拉应力。另外奥氏体

31、焊缝产生方向性很强的柱状晶，促使有害杂质的偏析，易形成晶间液态薄膜。2）易出现晶间腐蚀，可能在三个部位出现，即焊缝晶间腐蚀、过热区“刀蚀”、热影响区晶间腐蚀是碳化铬（Cr23C6）在晶界析出造成的(贫铬理论)，在敏化温度区450850长时间停留，会促使Cr23C6在晶界析出，降低耐蚀性。3）析出脆性相，在奥氏体中存在铁素体时，焊缝在650850停留时间过长，有可能析出一种脆硬的金属间化合物，降低塑性、韧性和抗晶间腐蚀性能。,舍夫勒图中的裂纹线,*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

32、（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

33、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（1、晶粒粗大 焊接热影响区在900以上温度加热时有晶粒长大的倾向，铬含量愈高，晶粒长大倾向越严重。2、475 脆性 Cr含量高于17的高铬钢在450525加热会产生475脆化。3、相的形成 Cr含量高于21的铁素体不锈钢，在600800长时间加热会形成硬而脆的金属间化合物相。4、高温脆性 加热到950 以上急冷至室温产生晶间腐蚀，经750850热处理，可恢复其塑性。）,铁素体不锈钢焊接要点：1）铁素体不锈钢

34、室温韧性差，因此要预热焊接；2）采用较小的热输入量焊接，即采用小直径焊条，低焊接电流，窄焊道技术，多层多道，控制层间温度；3）焊后热处理要严格控制，热处理目的是细化晶粒、消除晶间腐蚀，防止产生相和475 脆性。,马氏体不锈钢的焊接主要是易产生冷裂纹 含碳量较高的马氏体不锈钢，空冷条件下淬硬倾向很大。焊缝及焊接热影响区的组织通常为硬而脆的高碳马氏体，含碳量越高，硬脆倾向越大。接头拘束度较大或氢含量较高时，易产生冷裂纹。为了避免裂纹及改善焊接接头力学性能，马氏体不锈钢焊接时应采取预热、后热和焊后立即高温回火等措施。,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双相不锈钢有

35、良好的焊接性，它既不象铁素体不锈钢因晶粒严重粗化而使接头脆化、塑韧性大幅降低，也不像奥氏体不锈钢对焊接热裂纹比较敏感。双相不锈钢焊接冷裂纹及热裂纹的敏感性都比较小，因此焊前不需要预热，焊后不需要热处理。为获得合理的相比例及防止脆化相的析出，应选择合理的焊接热输入并严格控制层间温度。,不锈钢焊接用填充材料ISO 3581不锈钢和耐热钢焊条电弧焊用焊条例：ISO3581-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 3 ISO14343-A（EN12072）S 20 10 3 ISO1434

36、3-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 3 不论哪种焊接方法对于不锈钢和耐热钢焊丝用“SS”符号，第一个S表示实芯焊丝（区别于药皮焊条和药芯焊丝），第二个S表示合金系统是不锈钢或耐热钢。,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,各种铸钢不能无限制地适应不同的焊接方法，因为钢在焊结时和焊接后的性能，不仅与材料有关，而且与零件的尺寸、形状以及生产和焊接条件有关。注意到这些条件时，GS-38，GS-45和GS-52都具有良好的焊接

37、适应性。而GS-38焊接时不必予热，GS-45和GS-52则要予热。GS-60只有采取特殊的措施时，才可焊接。,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 M,铜及其合金,铜的

38、性质（1）熔点：1083；沸点：2130；（2）比重：8.89g/cm3；（3）导电性好，是钢的6倍，仅次于银；（4）导热性好，是钢的8倍，为银的73%；（5）热膨胀系数大，是钢的1.4倍；（6）铜的氧化在室温时即已开始，氧化膜成为焊接的障碍。,用途 导线、器皿、光学仪器、换热器、粉末冶金、防腐油漆、化工、染料、玻璃工业、机电工业等等。,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。锌使焊接性变差，蒸汽有毒，故黄铜毒最甚。锡（110%），对弧焊基本无影响，与Zn相比挥发性小，毒性亦小。硅有利于焊接（脱氧、并使导热系数降低）。硅青铜为铜合金中焊接性最好。铁和锰通常含量较低，

39、不影响焊接。锰青铜（Cu Mn 2）的电阻增加，焊接性改善。,铜材的种类及符号表示（EN1173）教材IWE-3/2.21-22 2/9,常用的铜及其焊接性,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

40、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。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,镍及其合金,镍的性质和用途镍的性质（1）熔点：1453；沸点：3075；（2）比重：8.8g/cm3；（3）在空气中不氧化（加热到700800亦燃）；（4）抗腐蚀性强，与碱不起反应，除HNO3易溶解Ni外，其它酸类作用甚微。镍的用途镍用来与Fe作合金以制造

41、特殊钢，此用途占去Ni量的50%以上。Ni基合金用于火箭、喷汽机、军舰、化工设备、原子能工业等。纯Ni用于现代通信仪器（因其具有磁性）。还可用于镀Ni，做Ni丝、Ni带等。Ni粉化工中为氢化催化剂。,镍及镍合金，特性,（1）纯Ni 纯镍含量99.099.8%。面心立方体晶格，居里点：360。屈服点为100N/mm2，抗拉强度为400N/mm2，延伸率为40%，经冷轧、拔后，延伸率仅为1 2%。纯Ni的冷变形性、焊接性、抗腐蚀性好。（2）镍合金 镍合金即Ni50%的镍基合金。按其组织结构分为：固熔体合金、时效硬化合金和弥散硬化合金。Ni-Cu合金（原子序：Ni 28，Cu 29），即蒙乃尔合金.

42、化学成分和强度性能见表5和表6。高温机械强度高；硬化要靠冷加工，既不能淬火，也不能调质，强度提高只能靠冷作；抗碱、非氧化性盐、海水腐蚀性能好，通过加入12%Fe合金溶入固溶体中，可提高抗腐蚀性。,（3）Ni-Fe合金 镍与铁也能形成固溶体合金，可通过镍含量调节其热膨胀系数，故多用于物理学材料。如，Ni36%的钢为不胀钢，热膨胀几乎为零，用作液化汽罐和管道的薄膜拧罐材料。含镍量至22%的合金，在室温时为铁素体（体心立方的结构）。焊镍量再高时为奥氏体（面心立方的结构）。（4）Ni-Cr-Fe合金 即因科镍，镍与铬在很大的浓度范围内形成固溶体合金。为了强化固溶体，可加入Co、Mo、Al或Nb.化学成

43、分见表7，表8。抗腐蚀性好；高温抗氧化性能好；电阻率大，如Ni80Cr20，可做电阻丝，具有耐热和抗氧化性，对渗碳和渗氮时从碳和氮中游离出来的介质有抵抗能力。,（5）Ni-Mo-Cr-Fe合金 在Ni-Cr-Fe合金中加Mo，以改善其耐腐蚀性，用于容器制造。如：NiMo28(Ni65、Mo28、Fe7)合金具有耐高浓度沸腾HCl和潮湿HCl气体的作用.Ni-Mo合金在600980形成Ni3Mo而硬化，如若使之还原，可经11501200固溶退火。（6）高温时效硬化Ni合金 加入合金元素M（Ti、Al、Nb等），析出Ni3M，即相，均布于晶内、晶界，强度增加，塑性和韧性下降。常用作燃汽轮机和喷汽式

44、发动机的材料。,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（1）气焊 热输

45、入大，火焰调节较困难，不太适于镍材的焊接，目前已不大采用。（2）焊条电弧焊 焊接部位可达性差时，当其它方法难以实现的则可采用此法；厚板打底焊也适用。（3）TIG焊 最为常用的焊接方法。焊接过程及性能稳定。多用于3mm以下的薄板或打底层焊接。通常采用Ar保护。（4）MIG焊 多用于厚度3mm以上的工件。保护气体可为Ar，亦可为Ar+O2、Ar+He。生产效率较高。多用实芯焊丝，药芯焊丝对某些镍合金也有应用。须开坡口焊接时，为保证背面成形良好，常用TIG打底、MIG填充与盖面。（5）埋弧焊 用于厚板自动化焊接，如带极堆焊复合板。（6）等离子弧焊 适用的板厚不超过8mm。使用的气体可为He、He+A

46、r、Ar+H2。,镍合金焊接中的问题与予防措施IWE-3/2.23-24 10/10（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-

47、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）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。,铝及

48、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 主要合金成分Mg-Si7000系列 主要合金成分Zn8000系列 主要合金成分：其它成分,铝及铝合金的强化,非热处理强化铝合金 非热处理强化铝合金，其强度主要通过强化固溶体获得，增强固溶可以来自第二相成分和加工硬化，通过退火也可以降低强度。增加合金元素（如晶格中的外来铜原子）来提高硬度、抗拉强度和屈服强度。同时，降低了延伸率和断面收缩率。Fe，N

49、i，Ti，Mn和Cr元素以及Cr元素的化合物主要形成固溶度较低的第二相元素，增加这些金属间化合物的体积分数也会使强度和硬度加强。加工（应变）硬化是由于位错而形成的，位错密度提高了变形阻力，强度或硬度得到增强。,值得注意的是，呈弥散沉淀析出的晶粒细化也可以提高强度，由添加物Mn或Cr的所形成的复合相，其固态析出沉淀在加热锻造铝合金时，延迟或抑制了再结晶的过程并阻止了晶粒的增长，在轧制过程对晶粒细化也起到辅助作用。退火是为了总体或部分地降低材料强度，通过整体再结晶退火会达到软化状态，在同等的抗拉强度下可以得到较好的变形特性，部分再结晶或者恢复也可以部分地降低强度。另外，对某一材料的稳定退火还将导致

50、抗腐蚀性降低。,可热处理强化铝合金 可热处理强化铝合金的性能主要通过固溶退火淬火时效工艺过程确定。固溶退火可以使附加合金元素的固溶体得到增强，该固溶体对硬化是有效的；将添加了合金成分的固溶体快速冷却，使其达到过饱和状态；在室温或者升温时发生时效。热处理可以使经冷变形和热变形的材料得到强化，这种强化与合金成分有很重要的关系，热机械处理使强度可以得到进一步提高。由于时效行为受到影响，使内应力降低，尺寸精确度得到提高。,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，