金屬焊接性復(fù)習(xí)總結(jié)

1、第一章：1. 金屬焊接性：金屬能否適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。它的內(nèi)涵：1、是否適合焊接加工？一一金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷2、焊后使用可靠性？一一性能焊成的接頭在一定的使用條件下可靠使用的能力。2影響金屬焊接性的因素：1、材料本身因素一母材和焊接材料的成分及性能2、工藝條件一焊接方法、工藝措施；3、結(jié)構(gòu)因素一剛度、應(yīng)力集中、多軸應(yīng)力；4、使用條件一工作溫度、負(fù)荷條件、工作環(huán)境。3. 金屬的焊接性的分析方法：（一）從金屬特性分析金屬焊接性1、利用金屬本身的化學(xué)成分分析（1）碳當(dāng)量法：指將各種元素按相當(dāng)于若干含碳量折合并疊加起來(lái)求得所謂碳當(dāng)量（CE和Ccq）

2、,用其來(lái)估計(jì)冷裂傾向的大小 。CE=C+Mn/6+Ni+Cu/15+C葉Mo+V/（2）焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pc=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+ 5 /600+H/60 （%）式中 S 板厚（mm） H焊縫中擴(kuò)散氫 含量（ml/100g ） . 2、利用金屬本身的物理性能分析：3、利用金屬本身的化學(xué)性能分析4、利用合金相圖分析（二）從焊接工藝條件分析焊接性：1、熱源特點(diǎn)2、保護(hù)方法3、熱循環(huán)控制4、其他工藝因素4. 選擇或制定焊接性試驗(yàn)方法的原則：1、焊接性試驗(yàn)的條件盡量與實(shí)際焊接時(shí)的條件相一致。2、焊接性試驗(yàn)的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好的再現(xiàn)性。

3、3、注意試驗(yàn)方法的經(jīng)濟(jì)性。5. 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容：（一）焊縫金屬抗熱裂的能力（二）焊縫及熱影響區(qū)金屬抗冷裂紋的能力（三）焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變的能力（四）焊接接頭的使用性能6. 常用焊接性試驗(yàn)方法：（一）斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)法：此法主要用于評(píng)定碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)對(duì)冷裂紋的敏感性。（二）插銷試驗(yàn)：此法是測(cè)定鋼材焊接熱影響區(qū) 冷裂紋敏感性的一種定量試驗(yàn)方法。測(cè)定加載1624 h而不斷裂的最大應(yīng)力b cr（三）壓板對(duì)接焊接裂紋試驗(yàn)法（四）可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法第二章：1. 合金結(jié)構(gòu)鋼：在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上添加一定數(shù)量的合金元素來(lái)達(dá)到所需要求的鋼材。包括：結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼。2高強(qiáng)鋼：

4、可分為三種類型：熱軋及正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼。3.專用鋼：除通常的力學(xué)性能外，還必須要求特殊性能主要用于一些特殊的條件下工作的機(jī)械零件和工程 結(jié)構(gòu)，如耐高溫、低溫和耐腐蝕。大致可分為：珠光體耐熱鋼、低溫鋼、低合金耐蝕鋼。4鋼的強(qiáng)韌化：固溶強(qiáng)化（置換固溶、間隙固溶）細(xì)晶強(qiáng)化 第二相強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化：5.鋼的相變：成分和工藝（溫度、時(shí)間）影響奧氏體的穩(wěn)定性，通過(guò)控制冷卻速度和第二次處理得到組織。熱軋及正火鋼1、熱軋鋼供貨狀態(tài)：熱軋態(tài)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度最低 b S294392MPa，具有滿意的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能，價(jià)格便宜成分特點(diǎn)：熱軋鋼屬于C- Mn或Mn-Si系的鋼種，有時(shí)用一些 V、Nb

5、等代替部分Mn?；境煞郑篊< 0.2%,Si< 0.55,Mn < 1.5%強(qiáng)化機(jī)制：主要以固溶強(qiáng)化為主典型鋼種：Q345（16Mn）、14MnNb、Q294（09MnV）2、正火鋼（1 ）正火態(tài)供貨的鋼性能特點(diǎn)：最低強(qiáng)度b S343450MPa，具有比熱軋鋼更高的強(qiáng)度和塑韌性成分特點(diǎn)：0.150.2%C,在C-Mn、Mn-Si系的基礎(chǔ)上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、N b、Ti等強(qiáng)化機(jī)制：在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒來(lái)進(jìn)一步提高強(qiáng)度和保證韌性典型鋼種：Q390（15MnTi、15MnVN）等。（2 ）正火+回火態(tài)供貨的鋼性能特點(diǎn)：最低強(qiáng)度b s490MP

6、a。具有比正火態(tài)鋼更好的強(qiáng)度和中溫性能成分特點(diǎn)：Mn-Mo系列低碳低合金鋼，0.150.2%C,在C-Mn、Mn-Si系的基礎(chǔ)上加入 Mo、Nb等強(qiáng)化機(jī)制：在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒來(lái)進(jìn)一步提高強(qiáng)度和保證韌性，同時(shí)還需通過(guò)回火改善韌性典型鋼種：Q490（18MnMoNb）、14MnMoV、A299 （美 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) C-Mn-Si 系）、BHW-35（德國(guó)蒂森公司， 13MnNiMo54 ）等。（3）微合金控軋鋼性能特點(diǎn)：在控軋狀態(tài)可以達(dá)到正火狀態(tài)的質(zhì)量，具有高強(qiáng)、高韌和良好的焊接性能成分特點(diǎn)：在C-Mn基礎(chǔ)加入微量Nb、V、Ti等，同時(shí)降 C降S.強(qiáng)化機(jī)制：多元微合金化+

7、控軋?jiān)诠倘軓?qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)細(xì)化晶粒+沉淀強(qiáng)化以及控扎改善夾雜物形態(tài)、分布，減少夾雜物數(shù)量（提高純凈度）典型鋼種：X60、X65 X70、X80等二、熱軋、正火鋼的焊接性分析這類鋼焊接性問(wèn)題表現(xiàn)為焊接引起的各種缺陷，主要是各類裂紋；焊接時(shí)材料性能的變化，主要是脆化。（一）熱裂紋傾向正常：熱軋、正火鋼的含碳量都較低，而含錳量較高，因此Mn/S比都能達(dá)到要求，具有 較好的抗熱裂性能，正常情況下熱裂紋傾向很小。異常：鋼板存在C、S偏析，則熱裂可能出現(xiàn)（二）冷裂紋冷裂是這類鋼焊接時(shí)的主要問(wèn)題淬硬組織是引起冷裂紋的決定因素，因此評(píng)價(jià)這類鋼的冷裂敏感性可以通過(guò)分析淬硬傾向來(lái)進(jìn)行。1通過(guò)SHCCT圖來(lái)評(píng)價(jià)2

8、通過(guò)碳當(dāng)量分析3.通過(guò)HAZ最高硬度來(lái)評(píng)價(jià)。 熱軋鋼的含碳量雖然不高，但含有少量的合金元素，因此這類鋼的淬硬性比低碳鋼大一些。正火鋼的強(qiáng)度 級(jí)別較高，合金元素的含量較多，與低碳鋼相比，焊接性差別較大。18MnMoNb與15MnVN相比，前者的淬硬性高于后者，故冷裂敏感性也比較大。（三）再熱裂紋熱軋鋼中由于不含強(qiáng)碳化物形成元素，對(duì)再熱裂紋不敏感。正火鋼中，15MnVN鋼對(duì)再熱裂紋不敏感；18MnMoNb和14MnMoV有輕微的再熱裂紋敏感性?？梢圆扇√岣哳A(yù)熱溫度或焊后立即后熱等措施來(lái)防止 再熱裂紋的產(chǎn)生。（四）層狀撕裂層狀撕裂與板厚、鋼材的冶煉條件有關(guān)，而與鋼材強(qiáng)度等級(jí)無(wú)關(guān)。硫的含量和Z向斷面收

9、縮率是評(píng)定鋼材層狀撕裂敏感性的主要指標(biāo)。一般冶煉條件下生產(chǎn)的熱軋、正火鋼很難達(dá)到ZC和ZD級(jí)，所以在大板厚和存在大的Z向應(yīng)力時(shí)易產(chǎn)生層狀撕裂。（五）熱影響區(qū)的性能變化在這類鋼中熱影響區(qū)的性能變化與所焊的鋼材的類型和合金系統(tǒng)有很大關(guān)系熱影響區(qū)主要性能變化是過(guò)熱區(qū)的脆化問(wèn)題，合金元素含量較低的鋼中有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化1、過(guò)熱區(qū)脆化過(guò)熱區(qū)溫度接近熔點(diǎn)，導(dǎo)致（1） 難熔質(zhì)點(diǎn)（Cm）的溶入等過(guò)程，A穩(wěn)定性增加淬硬性增加（2） 奧氏體晶粒的顯著長(zhǎng)大，A穩(wěn)定性增加粗大脆性組織對(duì)于熱軋鋼屬C-Mn和Mn-Si系鋼，因不含強(qiáng)碳化物（Cm）形成元素，故組織對(duì)焊接熱的敏感性 不大。但其低溫韌性（-40度）因與組織

10、中的馬氏體比例和晶粒度有關(guān)，故與線能量及成分相關(guān)。1）線能量線能量過(guò)大，奧氏體晶粒度增加導(dǎo)致M-A數(shù)量和尺寸增加線能量過(guò)小，馬氏體比例增加2）成分：主要是含碳量對(duì)于正火鋼組織對(duì)焊接熱的敏感性較大；線能量對(duì)HAZ韌性影響更大：含 Ti等正火鋼，由于Ti等擴(kuò)散能力很小，焊接時(shí)溶入后（破壞正火態(tài)），冷卻過(guò)程中不易在 A中析出而殘留在鐵素體中，使得 F硬度增 加，易致脆。故宜用小線能焊接，因碳化物溶入少，此時(shí)即使得到M,其含碳低，韌性好。若必須用大線能焊接，則焊后必須進(jìn)行正火處理。注意：熱軋鋼和正火鋼在熱影響區(qū)脆化問(wèn)題上的差別以及由此決定的在選擇焊接線能量上的差別，根本原因在于合金化方式不同。2、熱應(yīng)

11、變脆化本質(zhì)上由固溶氮引起的。在熱和應(yīng)變同時(shí)作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效，一般認(rèn)為在200C400C最為明顯。消除熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理。16Mn和15MnVN具有一定的熱應(yīng)變脆化傾，15MnVN比16Mn的熱應(yīng)變脆化傾向小。（關(guān)于兩類回火脆性的概念）三、熱軋、正火鋼的焊接工藝特點(diǎn)：（一）焊接材料的選擇需考慮兩方面的問(wèn)題：焊縫沒(méi)有缺陷；滿足使用性能要求。 1 選擇相應(yīng)強(qiáng)度級(jí)別的焊接材料 （等強(qiáng)原則）2. 必須考慮熔合比和冷卻速度的影響3.同時(shí)考慮對(duì)焊縫金屬的使用性能提岀的特殊要求（二）焊接工藝參數(shù)的確定1. 焊接方法無(wú)特殊要求2. 焊接線能量的選擇主要取決于過(guò)熱區(qū)的脆化和冷裂兩個(gè)因素1.

12、焊接含碳量較低的熱軋鋼及正火鋼 時(shí)，因淬硬傾向較小，從過(guò)熱區(qū)的塑性和韌性岀發(fā)， 線能量偏小些更有利（可避免粗晶脆化及碳化物過(guò)熱溶解）2.焊接含碳量較高的熱軋鋼 時(shí)，因淬硬傾向增加及冷裂傾向增加，故寧可選線能量大 些.3.對(duì)于含碳量和合金元素較高的正火鋼（如18MnMoNb ），因淬硬傾向大，線能小易引起冷裂，線能大則易引起脆化，故一般采用小線能量+預(yù)熱更合理.3. 預(yù)熱 作用：防冷裂，改善韌性預(yù)熱溫度的選擇與材料的淬硬傾向、焊接時(shí)的冷卻速度、拘束度、含氫量、焊后是否進(jìn)行熱處理有關(guān)To=1440Pc-392oC其中 Pc=Pcm+H/60+S /6004. 焊后熱處理一般情況下，熱軋和正火鋼焊后

13、不需要熱處理要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)及厚壁 高壓容器，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。低碳調(diào)質(zhì)鋼一、低碳調(diào)質(zhì)鋼典型鋼種成分及性能強(qiáng)化機(jī)制：熱處理組織強(qiáng)化性能： b s 一般為441980MPa;良好的綜合性能和焊接性。成分：CW0.22%，添加Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等合金元素保證足夠的淬透性和抗回火性。b s441490Mpa:18MnMoNb（正火+回火）14MnMoNbB （調(diào)質(zhì)）典型鋼種：HY80、HY130 A517J T-1、14MnMoNbB、CF鋼。二、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析（一）焊縫中的熱裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼一般含碳量都較抵，含錳量高，

14、而且對(duì)S、P雜質(zhì)的控制較嚴(yán)，因此熱裂傾向低。（二）熱影響區(qū)液化裂紋1. 主要發(fā)生于高Ni低Mn的低合金高強(qiáng)鋼中。液化裂紋的傾向與 Mn/S比有關(guān)。含碳量越高，要求Mn/S越高。2 . HY80鋼，由于Mn/S低，含Ni量又較高，所以對(duì)液化裂紋較敏感。HY130鋼，雖然含Ni量比HY80高， 但含碳量低，含S量低，Mn/S比高，因此對(duì)液化裂紋不敏感。3. 工藝因素對(duì)液化裂紋影響很大。線能量越大，晶粒長(zhǎng)得越大，晶界液化越嚴(yán)重液化裂紋傾向越大；4. 液化裂紋與熔池形狀有關(guān)，蘑菇形狀易誘發(fā)凹處過(guò)熱區(qū)液化裂紋。（三）冷裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊縫組織為強(qiáng)度高韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體的混合組織，雖具有較大

15、的淬硬傾向，但在馬氏體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中有自回火，故冷裂傾向并不一定很大 （關(guān)鍵是馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度）。如果速度很快，冷裂傾向較大。（四）再熱裂紋1低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金系統(tǒng)中，大多數(shù)是屬于能引起再熱裂紋的元素，女口Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等，因此具有再熱裂紋傾向。2. 對(duì)再熱裂紋的敏感性的影響： 一般V影響最大，Mo次之，Mo-V聯(lián)合影響更大，Mo-Nb聯(lián)合影響也較大。（五）層狀撕裂生產(chǎn)這類鋼時(shí)，由于對(duì)夾雜物控制較嚴(yán)，純凈度較高，因此它的層狀撕裂敏感性較低。（六）熱影響區(qū)的性能變化1、過(guò)熱區(qū)的脆化（1 ）對(duì)于低碳調(diào)質(zhì)鋼，強(qiáng)韌性最好的組織狀態(tài)是低碳馬氏體+30%下貝氏體（2）t

16、8/5增加時(shí)，易出現(xiàn)粗晶、上貝氏體和 M-A組元（3）t8/5過(guò)小時(shí)，馬氏體比例增加，從而引起過(guò)熱區(qū)脆化。2、 焊接熱影響區(qū)的軟化熱影響區(qū)內(nèi)凡是加熱溫度高于母材回火溫度至AC1區(qū)的區(qū)域，由于碳化物的積聚長(zhǎng)大而使鋼材軟化，溫度越接近于AC1區(qū)域，軟化越嚴(yán)重。三、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點(diǎn)這類鋼焊接時(shí)還是應(yīng)注意防裂和防脆兩個(gè)基本問(wèn)題，另外還應(yīng)注意熱影響區(qū)軟化問(wèn)題：防裂：要求在馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度不能太大，使馬氏體有一自回火的作用，以免冷裂紋的產(chǎn)生；防脆： 要求在800500C之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界速度。防軟化：采用小線能量（一）焊接方法和焊接材料的選擇1、焊接方法的選擇b s超過(guò)

17、980MPa的調(diào)質(zhì)鋼必須采用鎢極氬弧焊或電子束焊；b sv 980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，手弧焊、埋弧自動(dòng)焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊等b s> 686MPa的鋼來(lái)說(shuō)，熔化極氣體保護(hù)焊最合適；若采用多絲埋弧焊和電渣焊等熱輸入量大的焊接方法， 焊后必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。2、焊接材料的選擇因?yàn)楹负笠话悴徽{(diào)質(zhì)，故要求所得焊縫金屬在焊態(tài)下應(yīng)具有接近母材的力學(xué)性能（等強(qiáng)原則），除非冷裂難以避免，可以采用低組配焊接材料。（二）焊接工藝參數(shù)的選擇冷卻速度的范圍選擇：最大冷速（上限）取決于不產(chǎn)生冷裂紋最小冷速（下限）取決于熱影響區(qū)不岀現(xiàn)脆化的混合組織。正確選擇線能量和預(yù)熱是保證不岀現(xiàn)裂紋和脆化的關(guān)鍵。1、焊

18、接線能量的確定從保證不岀現(xiàn)裂紋的角度岀發(fā)，在滿足熱影響區(qū)的韌性的條件下，線能量應(yīng)盡可能選擇大一些。但從考慮 脆化和軟化角度，線能量又要求盡量低一些。故實(shí)際選擇時(shí)，一般先通過(guò)實(shí)踐從考慮脆化和軟化角度，來(lái) 確定一種鋼最大允許的線能量，然后依據(jù)該線能量下鋼的冷裂傾向決定是否預(yù)熱及預(yù)熱溫度。2、預(yù)熱溫度的確定（1 ）如果采用最小冷速還是不能避免冷裂，則必須采用預(yù)熱。（2）預(yù)熱的目的是為了防止冷裂紋，焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)采用較低的預(yù)熱溫度（w200C）。預(yù)熱主要希望能降低馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度，通過(guò)馬氏體的自回火作用來(lái)提高抗裂性。3、焊后熱處理的確定這類鋼的低碳馬氏體和下貝氏體組織能保證焊接熱影響區(qū)在快冷條

19、件下具有高的強(qiáng)度和韌性，焊后熱處理 并不能提高這類鋼的強(qiáng)韌性，一般情況下不采取消除應(yīng)力的焊后熱處理。中碳調(diào)質(zhì)鋼一、中碳調(diào)質(zhì)鋼成分及性能及典型鋼種性能特點(diǎn)：這類鋼的b s高達(dá)8801176MPa,其特點(diǎn)是高的比強(qiáng)和高硬度，這類鋼的淬透大因此焊接性差，要求焊接工藝非常復(fù)雜，焊后必須通過(guò)調(diào)質(zhì)處理保證接頭性能。成分特點(diǎn)：含碳量通常為0.25%0.45%, S,P控制更為嚴(yán)格強(qiáng)化機(jī)制：合金元素的作用：淬透性和抗回火作用馬氏體的強(qiáng)度和硬度主要還是取決于含碳量典型鋼種：（1） 40Cr （2） 35CrMo A 和 35CrMoVA （3） 30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMo

20、VA （4） 40CrNiMoA、美國(guó)的 4340、34CrNi3MoA（5）H-11二、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析（一）焊縫中的熱裂紋中碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量及合金元素含量都較高，因此液-固相區(qū)間大，偏析也更嚴(yán)重，具有 較大的熱裂紋傾向。（二）冷裂紋中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬傾向明顯；由于Ms點(diǎn)低，在低溫下形成的馬氏體一般難以產(chǎn)生自回火效應(yīng)，冷裂傾向嚴(yán)重。（三）再熱裂紋（四）熱影響區(qū)的性能變化1、過(guò)熱區(qū)的脆化（1）中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量高，加入的合金元素多，有相當(dāng)大的淬硬性，因而在焊接過(guò)熱區(qū)內(nèi)容易產(chǎn)生硬 脆的高碳馬氏體，冷卻速度越大，生成的高碳馬氏體越多，脆化傾向越嚴(yán)重。（2） 即使大

21、線能量也難以避免高碳M出現(xiàn)，反而會(huì)使 M更粗大，更脆。（3）一般采用小線能量，同時(shí)預(yù)熱、緩冷和后熱措施改善過(guò)熱區(qū)性能。2、熱影響區(qū)軟化焊后不能進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí)，需要考慮熱影響區(qū)軟化問(wèn)題。調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度級(jí)別越高，軟化問(wèn)題越嚴(yán)重。軟化 程度和軟化區(qū)的寬度與焊接線能量、焊接方法有很大關(guān)系。熱源越集中的焊接方法，對(duì)減小軟化越有利。三、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點(diǎn)（1）中碳調(diào)質(zhì)鋼一般在 退火狀態(tài)下焊接，焊后通過(guò)整體調(diào)質(zhì)處理才能獲得性能滿足要求的均勻焊接接頭。（2）時(shí)必須在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行焊接時(shí)，熱影響區(qū)性能惡化往往難以解決。焊前所處的狀態(tài)決定了焊接時(shí)岀現(xiàn)問(wèn)題的性質(zhì)和采取的工藝措施。（一）退火狀態(tài)下焊接時(shí)的工藝特點(diǎn)在退

22、火狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)，這是一種比較合理的工藝方案。所要解決的問(wèn)題主要是焊接過(guò) 程的裂紋問(wèn)題。1.焊接方法沒(méi)有限制，常用的焊接方法都可以采用。2. 選擇焊接材料時(shí)，除了要求不產(chǎn)生冷、熱裂紋外，還要求焊縫金屬的調(diào)質(zhì)處理規(guī)范應(yīng)與母材的一致（等成分原則）。因此焊縫金屬的主要合金組成應(yīng)盡量與母材相似，對(duì)能 引起焊縫熱裂傾向和促使金屬脆化的元素（C Si、S、P等）加以嚴(yán)格控制。3. 工藝參數(shù)的確定主要保證在調(diào)質(zhì)處理前不岀現(xiàn)裂紋，接頭性能由焊后熱處理來(lái)保證。因此可以采用高 的預(yù)熱溫度（200C350C）和層間溫度。焊后來(lái)不及立即調(diào)質(zhì)處理時(shí)，必須進(jìn)行一次中間熱處理，即焊 后在等于或高于預(yù)熱溫度下

23、保持一段時(shí)間。（二）調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時(shí)的工藝特點(diǎn)必須在調(diào)質(zhì)處理狀態(tài)下焊接時(shí)，岀現(xiàn)的主要問(wèn)題是：裂紋；高碳馬氏體引起的硬化和脆化；高溫回火區(qū)軟化引起的強(qiáng)度下降。1. 焊接工藝參數(shù)的確定主要從防止冷裂紋和避免軟化岀發(fā)。2. 為了消除過(guò)熱區(qū)的淬硬組織和防止延遲裂紋的產(chǎn)生，必須正確選擇預(yù)熱溫度，并應(yīng)焊后及時(shí)進(jìn)行回火處理。預(yù)熱溫度、層間溫度中間熱處理溫度和焊后熱處理溫度控制在比母材淬火后的回火溫度低50Co3. 為了減少熱影響區(qū)的軟化，焊接方法應(yīng)采用熱量集中、密度大的方法，而且焊接線能量越小越好。氣體 保護(hù)焊較好特別是鎢極氬弧焊。4. 從防止冷裂岀發(fā)，焊接材料通常選擇奧氏體的鉻鎳鋼焊條或鎳基焊條。專用鋼焊

24、接的特殊要求一、珠光體耐熱鋼焊接的特殊要求性能：具有較好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，工作溫度可高達(dá)600 C，具有良好的抗硫和氫腐蝕的能力。成分：低碳，以Cr-Mo為基，含Cr量一般為0.5%9% （提高淬透性），含Mo量一般為0.5%或1% （抗回 火脆性，抗回火軟化）。還加入少量的 V W、Nb、Ti進(jìn)一步提高熱強(qiáng)性。典型鋼種：12CrMo、10Cr2Mo1、12Cr9Mo1（一）珠光體耐熱鋼的主要焊接性問(wèn)題主要問(wèn)題是熱影響區(qū)的脆化、冷裂紋、軟化以及焊后熱處理或高溫長(zhǎng)期使用中的再熱裂紋、回火脆化。（二）珠光體耐熱鋼的焊接工藝特點(diǎn)珠光體耐熱鋼一般在正火+回火或淬火+回火狀態(tài)下焊接，焊后要進(jìn)行高溫回火

25、處理。1、常用焊接方法以手弧焊為主，氣電焊、埋弧焊和電渣焊等也經(jīng)常用。2、 選擇焊接材料要保證焊縫性能同母材匹配焊縫應(yīng)具有必要的熱強(qiáng)性，其成分力求與母材相近。為了防止 焊縫有較大的熱裂傾向，焊縫含碳量比母材低一些。3、正確選擇預(yù)熱溫度和焊后回火溫度要綜合考慮裂紋（冷熱） 、熱影響區(qū)脆化和軟化問(wèn)題二、低溫用鋼焊接的特殊要求性能要求：具有抗低溫脆化性能；保證在使用溫度下具有足夠的V型缺口夏比沖擊韌度；成分特點(diǎn)：通過(guò)細(xì)化晶粒和合金化（加 Ni）、提高純凈度來(lái)提高低溫韌性 常用低溫鋼類型： 低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼、低合金高強(qiáng)鋼、含 Ni鋼（9%Ni）。（一）低溫鋼的焊接工藝特點(diǎn)1、嚴(yán)格控制焊接線能量2、 正確選

26、擇焊接材料由于對(duì)低溫條件的要求不同，故針對(duì)不同類型的低溫鋼選擇不同的焊接材料和不同的 線能量。三、低合金耐蝕鋼焊接的特殊要求（一）耐大氣、海水腐蝕用鋼的焊接特點(diǎn)這類鋼的合金特點(diǎn)主要以Cu、P為主，配合其它的合金元素如 Mo、S、Al、Nb、Ti、Zr等。典型鋼種：16MnCu、10MnPNbRe、10NiCuP 等。焊接主要特點(diǎn)：焊接性比較好。在選擇焊接材料時(shí)除了要滿足強(qiáng)度要求外，必須在耐腐蝕性方面與母材相匹配。含P鋼焊接時(shí)，含碳量必須嚴(yán)格控制在不超過(guò)0.12%，并希望（C+P） 0.25%。要合理設(shè)計(jì)接頭形式，同時(shí)盡可能采用小的焊接線能量。焊縫金屬可用P合金化（如采用“ J507'銅

27、磷焊條）；也可以采用“ J507”鉻鎳焊條。（二）耐硫和硫化物腐蝕用鋼的焊接特點(diǎn)1. 鋼種耐硫和硫化物腐蝕用鋼：5Cr-1/2Mo和9C r-Mo鋼；奧氏體不銹鋼及含 Al鋼（可分為含鋁較低（0.5%Al）的熱軋鋼，含 AI1%左右的熱軋鋼；含 AI2%3%的正火鋼等）。2. 焊接性對(duì)于含Al鋼，第一類含Al低的耐蝕鋼，具有較好的焊接性，基本可按16Mn的要求進(jìn)行焊接； 第二、三類含Al鋼由于含Al較高，焊接性很差，焊接接頭嚴(yán)重脆化，不宜用作焊接結(jié)構(gòu)。對(duì)于 Cr-Mo鋼，同低合金耐熱鋼第三章不銹鋼 耐熱鋼的 概念 類型和特性一不銹鋼：指在大氣環(huán)境下及有侵蝕性化學(xué)介質(zhì)中使用的鋼。耐熱鋼：包括抗氧

28、化鋼和熱強(qiáng)鋼。抗氧化鋼指在高溫下具有抗氧化性能的鋼，對(duì)高溫強(qiáng)度要求不高。 熱強(qiáng)鋼：指在高溫下即具有抗氧化能力，又要具有高溫強(qiáng)度。熱強(qiáng)性：指在高溫下長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)對(duì)斷裂的抗力（持久強(qiáng)度），或在高溫下長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)抗塑性變形的能力（蠕變抗力）。二. 分類（1 ）按用途分1、 不銹鋼主要用于大氣環(huán)境及有侵蝕性化學(xué)介質(zhì)中使用，工作溫度一般不超高500OC,要求耐蝕，對(duì)強(qiáng)度要求不高應(yīng)用最廣泛的有高 Cr鋼（如1Cr13、2Cr13）和Cr-Ni鋼（如0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti）或超低 碳 Cr-Ni 鋼（如 00Cr25Ni2Mo、00Cr22Ni5MoN2、 抗氧化鋼高溫下具有抗氧化能力，工作溫度

29、可達(dá)9001100OC，對(duì)高溫強(qiáng)度要求不高。常用的有高Cr鋼（如 1Cr17、1Cr25Si2 和 Cr-Ni 鋼（如 2Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si2）3、 熱強(qiáng)鋼高溫下既要求有抗氧化能力，又要求有高溫強(qiáng)度，工作溫度可達(dá)600800OC。廣泛應(yīng)用的有 Cr-Ni 鋼（如 1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo2、4Cr25Ni20、4 Cr25Ni34 等）；以 Cr12 為基的多元合金化高 Cr 鋼（如 1Cr12MoWV）.（2）按組織分類1、 奧氏體鋼 以高Cr-Ni鋼最為典型。其中以 1Cr18Ni9Ti為代表的系列簡(jiǎn)稱18-8鋼，；其中以25Cr-Ni20 鋼為代

30、表的系列簡(jiǎn)稱 25-20鋼，；還有25-35系列，女口 0Cr21Ni32、4Cr25Ni35、4Cr25Ni35Nb等。2、 鐵素體鋼含鉻為17%30%的高鉻鋼。主要用作耐熱鋼，也可用作耐蝕鋼，如1Cr171Cr25Si23、 馬氏體鋼Cr13 系列最為典型，女口 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni12。以 Cr12 為基的 1Cr12MoWV。4、 沉淀硬化鋼為通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化處理以析出硬化相的高強(qiáng)鋼，主要用做高強(qiáng)不銹鋼。最典型的有馬氏體沉淀硬化鋼，如0Cr17Ni4Cu4Nb,簡(jiǎn)稱17-7PH;半奧氏體+馬氏體沉淀硬化鋼，女口 0Cr17Ni7AI,簡(jiǎn)稱17-7P

31、H。5、 鐵素體-奧氏體雙相鋼鋼中鐵素體占60%40%,奧氏體占40%60%。具有極其優(yōu)異的抗腐蝕性能。最典型的有18-5型、22-5型、25-5等三、不銹鋼及耐熱鋼的特性（一）不銹鋼的耐蝕性能不銹鋼的耐蝕性能的產(chǎn)生基于表面的鈍化作用，在不同條件下可產(chǎn)生如下不同的腐蝕形式：1、 均勻腐蝕對(duì)于硝酸等氧化性酸，不銹鋼能形成穩(wěn)定的鈍化層， 不易產(chǎn)生腐蝕。而對(duì)硫酸等還原性酸， 只含Cr不行，還必須含 Ni。2、 點(diǎn)蝕因Cl-的存在而使鈍化層局部破壞以至形成腐蝕坑，甚至可以穿孔的腐蝕現(xiàn)象。一般不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能都不理想，提高 Cr、Ni、Mo、Si、Cu有利于改善耐點(diǎn)蝕性能，超低碳對(duì)抗點(diǎn)蝕有利。3、縫隙腐

32、蝕縫隙中的不銹鋼表面鈍化膜吸附Cl-而被局部破壞發(fā)生的腐蝕。耐點(diǎn)蝕的鋼都有耐縫隙腐蝕的性能。4、晶間腐蝕在晶粒邊界發(fā)生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象。晶間腐蝕與晶界貧“鉻”現(xiàn)象有關(guān)。對(duì)于18-8鋼，固溶處理后再經(jīng) 450850 C加熱（敏化加熱），Cr23C6或（FeCr）23C6 （常寫成M23C6）會(huì)沿 晶界沉淀岀，以至使晶界邊界層的固溶含Cr量低于12%，即岀現(xiàn)所謂的貧鉻，在腐蝕介質(zhì)中將會(huì)發(fā)生腐蝕。對(duì)于鐵素體鋼，由于碳在鐵素體中擴(kuò)散速度快，故快冷時(shí)就易析岀M23C6，再次加熱時(shí)就倒易使碳化物溶解，消除貧鉻層。若鋼中含碳量低于其溶解度，C<0.015%0.03%（超低碳），就不至于有Cr23C

33、6析出，因而不會(huì)產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象.如鋼中含有能形成穩(wěn)定碳化物的元素Nb或Ti,并經(jīng)穩(wěn)定化處理（加熱850 Cx 2h空冷）,使之優(yōu)先形成Nb或TiC則不會(huì)再成Cr23C6也不會(huì)產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象.其它雜質(zhì)的晶界偏析也易造成晶界（間）腐蝕5、 應(yīng)力腐蝕（SCC）在應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)兩種因素共同作用下發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。不銹鋼的應(yīng)力腐蝕大部分是由氯引起的。高濃度苛性堿、硫酸水溶液也會(huì)引起。Cr-Ni奧氏體不銹鋼耐氯化物SCC蝕性能隨Ni含量的提高而加大，所以25-20鋼比18-8鋼具有更好的耐 SCC性能。含Mo鋼對(duì)抗SCC不大有利，故18-8Ti 比18-8Mo耐SCC性能好。鐵素體不銹鋼比奧氏體具有較好的耐SC

34、C的性能。雙相不銹鋼當(dāng)鐵素體相為40%60%時(shí)具有最好的抗SCC的性能。（二）耐熱鋼的高溫性能1、抗氧化性耐熱鋼的高溫性能中首先要保證高溫抗氧化性，鋼中一般含有Cr、Si、Al，可形成致密完整的氧化膜而防止繼續(xù)發(fā)生氧化。2、 熱強(qiáng)性指在高溫下長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)對(duì)斷裂的抗力(持久強(qiáng)度)，或在高溫下長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)抗塑性變形的能力(蠕變抗力)。為提高熱強(qiáng)性，可采取措施如提高鎳含量以穩(wěn)定基體、形成穩(wěn) 定的第二相、減少晶界和強(qiáng)化晶界。3、 高溫脆化 耐熱鋼在熱加工或長(zhǎng)期工作中，可能產(chǎn)生各種脆化現(xiàn)象，有CM3系列鋼在500C附近的回 火脆性、高鉻鐵素體鋼的晶粒長(zhǎng)大脆化、 奧氏體鋼沿晶界析出碳化物造成的脆化、 475

35、'C脆化和b相脆化等。(三) 不銹鋼、耐熱鋼的物理性能1. 奧氏體鋼的導(dǎo)熱系數(shù) 入約為低碳鋼的1/3，其線脹系數(shù)a則比低碳鋼大約50%。2. 馬氏體鋼和鐵素體鋼的 入約為低碳鋼的1/2，其a與低碳鋼大體相當(dāng)。3非奧氏體鋼均顯強(qiáng)磁性，在奧氏體鋼中只有25-20鋼才真正不顯磁性，18-8奧氏體鋼在退火狀態(tài)雖無(wú)磁性，但在冷軋態(tài)還能顯岀強(qiáng)磁性。奧氏體鋼、雙相鋼焊接性一、奧氏體鋼焊接性(一)接頭耐蝕性1、 晶間腐蝕有代表性的18-8鋼焊接接頭，有三個(gè)部位岀現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象，包括焊縫區(qū)腐蝕、敏化區(qū)腐蝕、 熔合區(qū)腐蝕。(1 )焊縫區(qū)晶間腐蝕防止焊縫區(qū)晶間腐蝕，采取措施有：通過(guò)焊接材料，使焊縫金屬或者成

36、為超低碳情況，或含有足夠的穩(wěn)定化元素Nb，般希望Nb8%或 Nb" 1%;調(diào)整焊縫成分以獲得一定的鐵素體(S )相。焊縫中S相的作用：一是可以打亂單一 y相柱狀晶的方向性，不致形成連續(xù)貧鉻層；二是 $相富Cr，有良 好的供Cr條件，可減少丫晶粒形成貧鉻層。常希望焊縫中存在4%12%的 S相。(2) HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕 HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕，指焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部位所發(fā)生的晶間腐蝕。 只有普通18-8鋼才會(huì)有敏化區(qū)存在，含 Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳的18-8鋼，不易有敏 化區(qū)出現(xiàn)。防止18-8鋼敏化區(qū)腐蝕，在焊接工藝上應(yīng)采取快速過(guò)程

37、，以減少處于敏化加熱去區(qū)間。(3 )熔合區(qū)刀口腐蝕在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，有如刀削切口形式，故稱為“刀口腐蝕”。刀口腐蝕只發(fā)生在含Nb或含Ti的18-8Nb或18-8Ti鋼的熔合區(qū)。其實(shí)質(zhì)是因M23C6沉淀而形成貧鉻層。18-8Ti在焊接時(shí)熔合區(qū)高溫過(guò)熱，大 部分TiC溶解，冷卻時(shí)，碳在晶界附近成為過(guò)飽和狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)450850C中溫加熱，在晶界將發(fā)生M23C6沉淀而形成晶界貧鉻。越靠近熔合線，貧鉻越嚴(yán)重，因此形成“刀口腐蝕”。2、 應(yīng)力腐蝕開裂SCC:應(yīng)力加腐蝕介質(zhì)(1) 焊接應(yīng)力作用應(yīng)力腐蝕開裂的拉應(yīng)力來(lái)源于焊接殘余應(yīng)力超過(guò)30%。在氯化物介質(zhì)中，引起 SCC的臨界應(yīng)力接近奧氏體鋼的屈服點(diǎn)

38、。在高溫高壓水中，引起SCC的臨界應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)。防止應(yīng)力腐蝕開裂，退火消除焊接殘余應(yīng)力最為重要。(2) 合金成分的作用材質(zhì)與介質(zhì)有一定的匹配性才會(huì)發(fā)生 SCC焊縫中含有一定量的6有利于提高氯 化物介質(zhì)中耐SCC性能。在氯化物介質(zhì)中提高鎳含量有利。 Si能使氧化膜致密而有利。如果 SCC的根源是 點(diǎn)蝕坑，Mo有利于防止。超低碳有利于防止 SCC3、點(diǎn)蝕不銹鋼的點(diǎn)蝕較難控制含Mo鋼耐點(diǎn)蝕性能比不含的要好。18-8 Mo比18-8耐點(diǎn)蝕性能好。雙相鋼的耐點(diǎn)蝕性能最好。為提高點(diǎn)蝕性能，一方面須減少 Cr、Mo的偏析；另一方面采用較母材更高Cr、Mo含量的超合金化焊接材料，提高含Ni量。二、奧氏體鋼

39、焊接接頭熱裂紋奧氏體鋼焊接時(shí)，在焊縫及近縫區(qū)都有可能產(chǎn)生熱裂紋。最常見(jiàn)的是凝固裂紋，在近縫區(qū)的熱裂紋是液化裂紋。25-20型鋼比18型鋼具有更大的焊接熱裂紋的傾向。（一）奧氏體鋼焊接熱裂紋的基本原因1、 奧氏體鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小和線脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過(guò)程中可形成較大的拉應(yīng)力。2、 奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強(qiáng)的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜質(zhì)偏析，而促使形成晶間液膜。3、 奧氏體鋼及焊縫的合金組成復(fù)雜，不僅S P、Sn、Sb之類會(huì)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）熱裂紋的防止措施1凝固模式凝固裂紋最易產(chǎn)生于單相奧氏

40、體（丫）組織焊縫中，如果為Y + S雙相組織，則不易產(chǎn)生凝固裂紋。凝固裂紋與凝固模式有直接關(guān)系。凝固模式首先指以何種初生相（y或$）開始結(jié)晶進(jìn)行凝固過(guò)程，其次是指以何種相完成凝固過(guò)程。影響熱裂傾向的關(guān)鍵是決定凝固模式的Creq/Nieq比值。18-8系列的奧氏體鋼，因Creq/Nieq處于1.52.0之間，一般不會(huì)輕易產(chǎn)生熱裂紋；而25-20系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq v 1.5含鎳量越高，其比值越小，以具有明顯的熱裂傾向。2. 化學(xué)成分碳化物和硼化物可以同S相一樣使丫晶粒細(xì)化，而減小雜質(zhì)的偏聚。提高含硼量，易溶共晶數(shù)量增多，反而細(xì)化了一次結(jié)晶組織而產(chǎn)生愈合作用，可降低熱裂傾向。調(diào)整化

41、學(xué)成分是控制熱裂紋的重 要手段。在單相奧氏體鋼中，可以用Mn進(jìn)行合金化。3. 焊接工藝的影響為避免焊縫組織粗大和過(guò)熱區(qū)晶粒粗化，以至增大偏析程度，應(yīng)盡量采用小的焊接 線能量，而且不預(yù)熱，并降低層間溫度。簡(jiǎn)答：為什么奧氏體鋼關(guān)注Cr Ni含量？因?yàn)镃r Ni得含量對(duì)奧氏體鋼焊接接頭的耐蝕性，熱裂紋及焊縫的脆化都有重要的影響。從接頭耐蝕性的角度看：（1）“貧Cr ”是奧氏體焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。（2）在氯化物介質(zhì)中，提高 Ni可以提高抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。（3）采用較母材更高Cr ,Mo含量的超合金化焊接材料；提高 Ni含量都有利于減少微觀偏析，提高奧氏體 鋼焊接接頭抗點(diǎn)蝕性能。從接頭的熱

42、裂紋角度看：鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量之比 Creq/Nieq，是影響熱裂紋傾向的關(guān)鍵，比值大于1.5不易產(chǎn)生熱烈，小雨1.5熱裂傾向比較大，所以提高 Ni當(dāng)量熱裂紋傾向增大，而提高Cr當(dāng)量對(duì)熱裂紋傾向不發(fā)生明顯影響。從焊縫的脆化角度看：（1）為了滿足低溫韌性的要求，Cr是鐵素體化元素之一。（2）在穩(wěn)定的奧氏體鋼焊縫中，可提高奧氏體化元素Cr Ni，克服b相脆化：部分概念：1鉻當(dāng)量：在不銹鋼成分與組織間關(guān)系的圖中各形成鐵素體的元素，按其作用的程度折算成Cr元素（以Cr的作用系數(shù)為1）的總和，即稱為 Cr當(dāng)量。2. 鎳當(dāng)量：不銹鋼成分與組織間關(guān)系的圖中各形成奧氏體的元素按其作用的程度，折算成Ni元素（以Ni

43、 的作用系數(shù)為1）的總和，即稱為 Ni當(dāng)量。3. 475° C脆化：高鉻鐵素體不銹鋼在 400540度范圍內(nèi)長(zhǎng)期加熱會(huì)出現(xiàn)這種脆性，由于其最敏感的溫度在475度附近，故稱475度脆性，此時(shí)鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性明顯下降。4. 凝固模式：凝固模式首先指以何種初生相（y或$ ）開始結(jié)晶進(jìn)行凝固過(guò)程，其次是指以何種相完成凝固過(guò)程。四種凝固模式：以$相完成凝固過(guò)程，凝固模式以 F表示；初生相為$，然后依次發(fā)生包晶反應(yīng) 和共晶反應(yīng)，凝固模式以FA表示；初生相為丫，然后依次發(fā)生包晶反應(yīng)和共晶反應(yīng)， 凝固模式以AF表示； 初生相為y ,直到凝固結(jié)束不再發(fā)生變化，用 A表示凝固模式。5. 應(yīng)力腐蝕裂紋：在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下，在低于材料屈服點(diǎn)和微弱的腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的開裂形式6. b相脆化：b相是一種脆硬而無(wú)磁性的金屬間化合物相，具有變成分和復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。25-20鋼焊縫在800875 C加熱時(shí)，丫向b轉(zhuǎn)變非常激烈。在穩(wěn)定的奧氏體鋼焊縫中，可提高奧氏體化元 素鎳和氮，克服b脆化。四、雙相不銹鋼的焊接性分析（一）雙相鋼焊接冶金