材料焊接性講義材料焊接性講義1第1章概述1.1材料在工程中的發(fā)展及應(yīng)用

發(fā)展及應(yīng)用石器

青銅器

鐵器時代先進材料中國6.267億噸，河北，寶鋼，鞍本，武鋼，沙鋼，首鋼世界14.14億噸，米塔爾，浦項，新日鐵，JFE生產(chǎn)工具是生產(chǎn)力發(fā)展水平的標(biāo)志

第1章概述1.1材料在工程中的發(fā)展及應(yīng)用石器青銅器鐵21.1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用表1-1國外近幾年在不同結(jié)構(gòu)上使用低合金鋼的比例1.1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用表1-1國外近幾年在不同3表1-2主要工業(yè)部門對低合金鋼的需求表1-2主要工業(yè)部門對低合金鋼的需求41、低合金鋼的發(fā)展

鉚接；設(shè)計參數(shù):抗拉強度；鋼的強化:碳、單一合金元素。采用焊接技術(shù)；設(shè)計參數(shù)：屈服強度、韌性和焊接性低合金高強鋼快速發(fā)展，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.1%以下20世紀(jì)20年代以前20世紀(jì)20-60年代20世紀(jì)70年代以后1、低合金鋼的發(fā)展鉚接；設(shè)計參數(shù):抗拉強度；采用焊接技術(shù)；52、合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用

低合金鋼

鍋爐和壓力容器用鋼

船舶用低合金鋼

低溫鋼建筑、橋梁、工程機械等

可以熱軋、退火、正火、回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨

船舶用鋼的合金系統(tǒng)基本上為C-Mn和C-Mn-V-Nb用各種液態(tài)烯烴低溫貯存設(shè)備2、合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用低合金鋼建筑、橋梁、61.1.2有色金屬的發(fā)展及應(yīng)用

當(dāng)前全世界金屬材料的總產(chǎn)量約8億t，其中有色金屬材料約占5％，處于補充地位，但有色金屬的特殊作用卻是鋼鐵材料無法代替的。

航天電子、信息、汽車、交通、輕工等1.1.2有色金屬的發(fā)展及應(yīng)用當(dāng)前全世界7

有色金屬及合金分類：

合金組分總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)組成合金元素數(shù)目

按基體金屬鋁合金、銅合金、鈦合金、鎳合金等二元合金、三元合金和多元合金小于2.5%的為低合金，2.5%-10%的為中合金，大于10％的為高合金。有色金屬及合金分類：合金組分總根據(jù)組成合按基體金屬81.鋁及鋁合金特點應(yīng)用

密度低、強度高、耐腐蝕導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、可焊接及加工性能好，應(yīng)用僅次于鋼鐵，成為第二大金屬。航空航天、汽車、高速列車、地鐵車輛、飛機、艦船等特點應(yīng)用密度低、強度高、耐腐蝕航空航天、汽車、高速92.銅及銅合金較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、抗磁性、耐蝕性、加工性。特點分類純銅黃銅（銅鋅合金）青銅（黃銅、白銅以外的銅合金）白銅（銅鎳合金）較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、特點分類純銅黃銅（銅鋅合金）青銅（黃銅、103.鈦及鈦合金日本神戶制鋼公司美國汽車公司在飛機機體制造轎車和運動摩托車排氣系統(tǒng)用新型鈦合金，最高溫度可達800℃。汽車彈簧、發(fā)動機連桿和閥門上也采用了鈦合金材料。樹脂基復(fù)合材料和鈦合金用量增加。日本神戶美國汽車在飛機機體制造轎車和運動摩111.1.3先進材料的發(fā)展及應(yīng)用

根據(jù)其使用性能可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具有高強度、高韌性、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)點。

先進陶瓷

優(yōu)點：耐更高溫，但焊接難度很大。在新能源、航天以及海洋開發(fā)等特殊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。1.1.3先進材料的發(fā)展及應(yīng)用根據(jù)其使用性12金屬間化合物

先進復(fù)合材料具有許多獨特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，是一種很有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料?？朔我徊牧系木窒扌訲i3Al在航空航天應(yīng)用十分廣泛。Fe3A1能夠在熔爐高溫裝置以及航空航天、電力等的應(yīng)用。具有許多獨特的克服單一材料Ti3Al在航空航天應(yīng)用十分廣泛。131.2本課程的任務(wù)、內(nèi)容和特點

1.2.1本課程的目的和任務(wù)目的培養(yǎng)學(xué)生掌握對材料進行焊接性分析的基本方法任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)基本概念的理解,加強學(xué)生獨立歸納整理和分析的能力。1.2本課程的任務(wù)、內(nèi)容和特點1.2.1本課程的目的和任141.2.2本課程的內(nèi)容和教學(xué)要求

內(nèi)容由概述、焊接性及其試驗評定、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接、不銹鋼及耐熱鋼的焊接、有色金屬的焊接、鑄鐵焊接、先進材料的焊接和異種材料的焊接等章節(jié)組成。1.2.2本課程的內(nèi)容和教學(xué)要求內(nèi)由概述、15思考題：根據(jù)本章所述內(nèi)容，舉例說明低合金鋼焊接在工程結(jié)構(gòu)中的重要作用。材料焊接性講義課件16第1章金屬焊接性及其試驗方法

由于在焊接過程中,焊接接頭中的各種物理化學(xué)反應(yīng),在溫度和化學(xué)成分都處于極不平衡的特定條件下進行的,引起兩方面的后果:1.在焊接區(qū)內(nèi)產(chǎn)生各種類型的缺陷,使焊接接頭喪失其連續(xù)性;2.即使沒有產(chǎn)生缺陷,也可能降低了某些必要的性能,影響焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命。第1章金屬焊接性及其試驗方法由于在焊接過程中17第1章金屬焊接性及其試驗方法

因此，金屬本身固有的基本性能，還不能直接表明它在焊接時出現(xiàn)什么問題，以及焊后接頭性能是否滿足使用要求。這樣就要求人們從焊接的角度來分析研究金屬某些特有的性能——焊接性。第1章金屬焊接性及其試驗方法因此，金屬本身固18§1焊接性及影響因素一、焊接性概念焊接性——同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預(yù)期使用要求的能力?！?焊接性及影響因素一、焊接性概念19討論：1.正確區(qū)別“焊接”和“焊接性”；2.分析研究焊接性的目的。討論：201、工藝焊接性、使用焊接性

工藝焊接性是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭的能力。

使用焊接性是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種性能的程度，包括常規(guī)的力學(xué)性能(強度、塑性、韌性等)或特定工作條件下的使用性能，如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強度、持久強度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。1、工藝焊接性、使用焊接性工藝焊接性是指金屬212、冶金焊接性、熱焊接性焊接過程熱過程,HAZ冶金過程,WM熱焊接性冶金焊接性2、冶金焊接性、熱焊接性焊接過程熱過程,HAZ冶金過程,WM222、冶金焊接性、熱焊接性(1)冶金焊接性冶金焊接性是指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變化。

(2)熱焊接性焊接過程中要向接頭區(qū)域輸人很多熱量，對焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過程，這對靠近焊縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱影響區(qū)硬度、強度、韌性、耐蝕性等的變化。2、冶金焊接性、熱焊接性(1)冶金焊接性23二、影響焊接性的因素四大因素：材料、設(shè)計、工藝及服役環(huán)境。1、材料母材和焊材以一定熔合比形成熔池，正確選用母材和焊材是保證焊接性良好的重要因素。若選擇不當(dāng)，影響化學(xué)成分，力學(xué)性能等性能，甚至導(dǎo)致焊接缺欠。2、設(shè)計焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計會影響應(yīng)力狀態(tài)，從而對焊接性產(chǎn)生影響。設(shè)計時注意減少焊接缺陷、多向應(yīng)力和應(yīng)力集中。二、影響焊接性的因素四大因素：材料、設(shè)計、工藝及服役環(huán)境。1241.材料因素如：焊接材料焊接材料種類供應(yīng)方式電極藥芯焊絲實心焊絲燒結(jié)型熔煉型焊條焊絲焊劑保護氣體焊炬保護氣體背面保護氣體控制熔池用氣體控制電弧用氣體自保護連續(xù)供給手工固定填入熔化非熔化1.材料因素如：焊接材料焊種類藥芯焊絲燒結(jié)型焊條焊炬保護氣252.設(shè)計因素：結(jié)構(gòu)類型、接頭形式接頭形式對接接頭T型接頭十字接頭角接接頭搭接接頭堆焊結(jié)構(gòu)類型圓筒結(jié)構(gòu)球形結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu)平板結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)裝配結(jié)構(gòu)完全焊透部分焊透雙面焊單面焊襯墊焊無襯墊水冷銅壁板2.設(shè)計因素：結(jié)構(gòu)類型、接頭形式接對接接頭結(jié)圓筒結(jié)構(gòu)完全焊263、工藝對于同一母材，采用不同的焊接方法和工藝措施，所表現(xiàn)出來的焊接性有很大的差異。

焊接方法的影響首先表現(xiàn)在焊接熱源能量密度、溫度以及熱量輸入上，其次表現(xiàn)在保護熔池及接頭附近區(qū)域的方式上，如渣保護、氣體保護、渣-氣聯(lián)合保護以及在真空中焊接等。

工藝措施（預(yù)熱、層溫、緩冷和焊后熱處理）對防止焊接缺陷，提高接頭使用性能有重要的作用。3、工藝273.工藝因素如：熔焊方法熔焊方法手工電弧焊自動買弧焊MIG/MAGTIG等離子弧焊氣電立焊自保護電弧焊電渣焊電子束焊激光焊氣焊其它焊接位置平焊橫焊立焊仰焊水平固定管（全位置）3.工藝因素如：熔焊方法熔手工電弧焊焊平焊2811A1C返回11A1C返回29橫看：沒有一種母材所有焊接方法都適用豎看：沒有一種焊接方法所有母材都適用鋁返回橫看：沒有一種母材所有焊接方法都適用鋁返回304、服役環(huán)境焊接結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境多種多樣，如工作溫度高低、工作介質(zhì)種類、載荷性質(zhì)等都屬于使用條件。工作溫度高時，可能產(chǎn)生蠕變；工作溫度低或載荷為沖擊載荷時，容易發(fā)生脆性破壞；工作介質(zhì)有腐蝕性時，接頭要求具有耐腐蝕性。使用條件越不利，焊接性就越不易保證。4、服役環(huán)境31§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容1.WM，熱裂紋？§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容32§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容2.WM，HAZ冷裂紋？淬硬傾向氫的作用拘束度冷裂紋§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容淬硬傾向33§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容3.焊接接頭，脆性轉(zhuǎn)變能力？§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容34§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容4.焊接接頭，使用能力？§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗的內(nèi)容35§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則二、評定焊接性的原則1、評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定合理的焊接工藝提供依據(jù)；2、評定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求。選擇已有的或設(shè)計新的焊接性試驗方法應(yīng)符合下述原則：1、可比性盡可能接近實際焊接條件2、針對性應(yīng)針對具體的焊接結(jié)構(gòu)3、再現(xiàn)性結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有很好的再現(xiàn)性4、經(jīng)濟性力求少耗材，易加工，短周期，低費用§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則二、評定焊接性的原則36§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則三、焊接性評定方法的分類1.模擬類2.實焊類3.理論分析和計算類§2焊接性試驗的內(nèi)容及評定原則三、焊接性評定方法的分類37利用CCT圖或SHCCT圖分析1、模擬類Gleeble3500利用CCT圖或SHCCT圖分析1、模擬類382、實焊類方法

在一定條件下進行焊接，通過實焊過程來評價焊接性。主要有：裂紋敏感性試驗、焊接接頭的力學(xué)性能試驗、低溫脆性試驗、斷裂韌性試驗、高溫蠕變及持久強度試驗等。(1)焊接冷裂紋試驗“小鐵研”試驗、插銷試驗、TRH、RRC等。(2)焊接熱裂紋試驗可調(diào)拘束裂紋試驗、FISCO等。(3)消除應(yīng)力裂紋試驗“小鐵研”試驗、H形拘束試驗、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗法等。(4)層狀撕裂試驗

Z向拉伸試驗、Z向窗口試驗等。(5)應(yīng)力腐蝕裂紋試驗

U形彎曲試驗、缺口試驗等。2、實焊類方法在一定條件下進行焊接，通過實焊393、理論分析和計算類方法利用物理性能分析Tm、λ、α、ρ利用化學(xué)成分分析CECeq利用化學(xué)性能分析（Ti+O2→TiO4Al+3O2→2Al2O3）利用CCT圖或SHCCT圖分析利用合金相圖根據(jù)金屬的特性3、理論分析和計算類方法利用物理性能分析Tm、λ、α、ρ利用40材料焊接性講義課件41材料焊接性講義課件42§3焊接性的評定及試驗方法間接分析法直接試驗法焊接性試驗方法§3焊接性的評定及試驗方法間接分析法焊接性試驗方法43

碳是各元素中對冷裂敏感性影響最顯著的，因而人們就將各種元素都按相當(dāng)與若干含碳量折合疊加起來求得所謂碳當(dāng)量（CE或Ceq），用來估計冷裂傾向的大小。加權(quán)、權(quán)重一、焊接性的間接評定1、碳當(dāng)量法

碳是各元素中對冷裂敏感性影響最顯著的，因而人44碳當(dāng)量法國際焊接協(xié)會（IIW）此式適用于中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼。CE≤0.45％，焊接25mm的板可以不預(yù)熱。C<0.207％時，焊接厚度<37mm的板可以不預(yù)熱。碳當(dāng)量法國際焊接協(xié)會（IIW）45碳當(dāng)量法日本JIS此式適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分范圍：C≤0.2％或0.18％；Si≤0.55％；Mn≤1.5%；Cu≤0.5%；Ni≤2.5%；Cr≤1.25%；Mo≤0.7%；V≤0.1%；B≤0.006%。碳當(dāng)量法日本JIS46根據(jù)鋼材強度和碳當(dāng)量確定預(yù)熱要求鋼材強度級別σb/MPa碳當(dāng)量Ceq（JIS）/%工藝措施5000.46焊時不需預(yù)熱6000.52焊前預(yù)熱75℃7000.52焊前預(yù)熱100℃8000.62焊前預(yù)熱150℃鋼板厚度小于25mm，采用焊條電弧焊，焊接熱輸入17KJ/cm。根據(jù)鋼材強度和碳當(dāng)量確定預(yù)熱要求鋼材強度級別σb/MPa碳當(dāng)47碳當(dāng)量法美國焊接學(xué)會AWS此式適合化學(xué)成分范圍：C≤0.6％；Mn≤1.6%；Ni≤3.3%；Cr≤1.0%；Mo≤0.6%；P：0.05～0.15%。Cu：0.5～1.0%；當(dāng)Cu<0.5或P<0.05時不計入。碳當(dāng)量法美國焊接學(xué)會AWS48焊接性與碳當(dāng)量的關(guān)系焊接性與碳當(dāng)量的關(guān)系49不同條件下的預(yù)熱要求焊接性用普通酸性焊條用低氫焊條消除應(yīng)力敲擊處理Ⅰ優(yōu)良不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需不需Ⅱ較好預(yù)熱40~100℃-10℃以上不需預(yù)熱任意任意Ⅲ尚好預(yù)熱150℃預(yù)熱40~100℃希望希望Ⅳ可以預(yù)熱150~200℃預(yù)熱100℃必須希望不同條件下的預(yù)熱要求焊接性用普通酸性焊條用低氫焊條消除應(yīng)力敲502、焊接冷裂紋敏感指數(shù)法

除碳當(dāng)量外，焊縫含氫量和接頭拘束度都對冷裂紋傾向有很大影響。

T0=1440Pc-3922、焊接冷裂紋敏感指數(shù)法除碳當(dāng)量外，焊縫含氫513、熱裂紋敏感性指數(shù)法(1)熱裂紋敏感系數(shù)HCS

HCS≤4，無熱裂紋；HCS越大，熱裂紋越敏感。臨界應(yīng)變增長率CSTCST≥6.5×10-4，無裂紋。3、熱裂紋敏感性指數(shù)法(1)熱裂紋敏感系數(shù)HCS524、消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法(1)△G法（%）△G<0時，對裂紋不敏感；△G≥0時，敏感。（%）△G’<1.5時，對裂紋不敏感；△G’≥2時，敏感。PSR法（%）

PSR≥0，對裂紋敏感。4、消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法(1)△G法535、層狀撕裂敏感性指數(shù)法5、層狀撕裂敏感性指數(shù)法546、焊接HAZ最高硬度法

L=200mm；B=150mm；δ=20mm；l=125mmGB4675.5-1984《焊接性試驗焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法》6、焊接HAZ最高硬度法L=200mm；B=150mm；δ55材料焊接性講義課件56材料焊接性講義課件57二、焊接性的直接試驗方法二、焊接性的直接試驗方法581、焊接冷裂紋試驗方法1、焊接冷裂紋試驗方法591).斜Y坡口對接裂紋試驗（小鐵研試驗）

主要用于評價打底焊縫及其熱影響區(qū)冷裂紋傾向。試驗焊縫只有一道，目的是鑒定第一層焊道根部裂紋敏感性。1).斜Y坡口對接裂紋試驗（小鐵研試驗）60斜Y形坡口焊接裂紋試驗斜Y形坡口焊接裂紋試驗61斜Y形坡口焊接裂紋試驗

焊接規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，焊條直徑φ4mm，I=170A，U=24V，V焊=150mm/min。試驗焊縫兩端都不得與拘束焊縫相連，應(yīng)各相距2-3mm。熔敷焊縫試驗以后，至少放置24小時，然后進行裂紋檢驗。①表面裂紋率＝Σlf/L×100%②根部裂紋率＝Σlr/L×100%③斷面裂紋率＝ΣHs/ΣH×100%斜Y形坡口焊接裂紋試驗焊接規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，焊62斜Y形坡口焊接裂紋試驗斜Y形坡口焊接裂紋試驗632).TRC試驗和RRC試驗2).TRC試驗和RRC試驗64拉伸拘束裂紋試驗（TRC）

基本原理是模擬焊接接頭承受的平均拘束應(yīng)力，主要評定冷裂紋敏感性。此法設(shè)備較大而復(fù)雜，所需試板也很大。試驗結(jié)果常與插銷試驗結(jié)果一致，現(xiàn)在用的不多。拉伸拘束裂紋試驗（TRC）基本原理是模擬焊接65剛性拘束裂紋試驗（RRC）

基本原理是模擬焊接接頭承受外部拘束，由于接頭冷卻時金屬收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力而引起裂紋?？梢杂米髟u價冷裂紋敏感性的尺度。此試驗比TRC試驗的恒載拉伸更接近實際焊接情況。剛性拘束裂紋試驗（RRC）基本原理是模擬焊接663)、剛性固定對接裂紋試驗（巴東試驗）

此法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，但也可以測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向。3)、剛性固定對接裂紋試驗（巴東試驗）此法主674).窗形拘束裂紋試驗

此法主要用于測定多層焊時焊縫橫向冷裂紋及熱裂紋的敏感性焊后放置24小時再檢查，一般以有無裂紋為準(zhǔn)，也可以裂紋率為相對比較。4).窗形拘束裂紋試驗此法主要用于測定多層685).插銷試驗

插銷試驗是一種簡便又省材料的試驗方法主要用于考核材料的氫致延遲裂紋敏感性。⑴一種模擬的方法①切口效應(yīng)②不同板厚、不同冷卻速度、切口尖端的組織和抗裂性③拘束應(yīng)力的大小、應(yīng)力開始作用時間5).插銷試驗插銷試驗是一種簡便又省材料的試69插銷試驗插銷試驗70插銷試驗插銷試驗71插銷試驗插銷試驗72插銷試驗⑵試驗結(jié)果①σ－斷裂時間tF及σCr的關(guān)系；②找出σCr=σs的施工條件；⑶可調(diào)節(jié)的工藝因素①[H]D；②T0；③TP；④填充金屬材料。插銷試驗⑵試驗結(jié)果736).搭接接頭焊接性試驗，CTS6).搭接接頭焊接性試驗，CTS742、焊接熱裂紋試驗方法2、焊接熱裂紋試驗方法751)、壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗法

此法（GB4675.4-84）主要用于評定熱裂紋敏感性，也可以做鋼材與焊條匹配性的試驗。1)、壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗法此76材料焊接性講義課件77壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗法（2）焊接按生產(chǎn)中的工藝焊接4條約40mm長的焊縫（3）計算裂紋率lF裂紋長度之和；LF焊縫長度之和。壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗法（2）焊接按生產(chǎn)中的工藝782)、可調(diào)拘束裂紋試驗法1、用途：評定熱裂紋敏感性（美國焊接專家Savage1965年提出）2、試驗方法：縱向可調(diào)拘束裂紋試驗法橫向可調(diào)拘束裂紋試驗法2)、可調(diào)拘束裂紋試驗法1、用途：評定熱裂紋敏感性（美國焊接79可調(diào)拘束裂紋試驗法可調(diào)拘束裂紋試驗法80可調(diào)拘束裂紋試驗法試驗原理改變模塊的R即可改變應(yīng)變量，而達到一定值時，就會在焊縫或熱影響區(qū)發(fā)生熱裂紋，隨著增加，裂紋的數(shù)目及長度的總和也增加，從而獲得一定的規(guī)律。可調(diào)拘束裂紋試驗法試驗原理813、焊接消除應(yīng)力裂紋試驗方法1、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗法2、H形拘束試驗3、斜Y形坡口消除應(yīng)力裂紋試驗3、焊接消除應(yīng)力裂紋試驗方法1、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗法824、層狀撕裂試驗方法1)、Z向拉伸試驗

此法用于測定層狀撕裂敏感性。試棒拉伸破壞后，以Z向斷面收縮率φ為層狀撕裂敏感性的判據(jù)。φ<5~8%時層狀撕裂敏感性嚴(yán)重。φ>15~25%時，才能較好地抵抗層狀撕裂。4、層狀撕裂試驗方法1)、Z向拉伸試驗此法用83材料焊接性講義課件842)、Z向窗口試驗2)、Z向窗口試驗852)、Z向窗口試驗

此法也是測試層狀撕裂敏感性的試驗方法焊接順序：先焊1、2兩條拘束焊縫，再焊3、4兩條試驗焊縫。計算裂紋率lF裂紋長度之和；LF焊縫長度之和。2)、Z向窗口試驗此法也是測試層狀撕裂敏感性86第一章思考題1、什么是焊接性?包含哪幾個方面?2、不同的焊接方法是如何影響材料焊接性的？3、小鐵研實驗的條件是什么?裂紋率如何測量與計算?4、插銷試驗的目的是什么？如何利用插銷試驗確定預(yù)熱溫度？5、產(chǎn)生層狀撕裂的主要原因是什么？如何用試驗的方法確定材料層狀撕裂的敏感性？第一章思考題1、什么是焊接性?包含哪幾個方面?87第三章合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳素鋼+合金元素=合金結(jié)構(gòu)鋼綜合性能好（強度高、韌性、塑性和焊接性好）應(yīng)用廣泛（壓力容器、工程機械、石油化工、橋梁、船舶等）第三章合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳素鋼+合金元素=合金結(jié)構(gòu)鋼88第三章合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接§1分類和性能一、分類

按合金元素含量分類：合金鋼低合金鋼：合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%中合金鋼：合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%高合金鋼：合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%第三章合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接§1分類和性能按合金元素含89第1節(jié)分類、性能一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類凡是用做機械零件和各種工程結(jié)構(gòu)的鋼材都稱為結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼可分兩類：

1、強度用鋼

2、特殊用鋼第1節(jié)分類、性能一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類90㈠強度用鋼

凡是屈服強度大于295MPa的強度用鋼均可稱為高強鋼。一般有熱軋鋼、正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼、微合金化鋼、焊接無裂紋鋼、抗層狀撕裂鋼和大線能量鋼。第1節(jié)分類、性能㈠強度用鋼第1節(jié)分類、性能911.熱軋及正火鋼凡是屈服強度為295～490MPa的低合金高強鋼，一般都在熱軋或正火狀態(tài)下供貨使用，故稱熱軋鋼及正火鋼。是一種非熱處理強化鋼。

CF鋼、Z向鋼、大線能量鋼、TMCP鋼、UFG鋼。第1節(jié)分類、性能1.熱軋及正火鋼第1節(jié)分類、性能92CF鋼

日本的610U2，屬于低碳調(diào)質(zhì)鋼中的焊接無裂紋鋼(CF鋼)，其特點是含碳量低(≤0.09)、總碳當(dāng)量低(CEQ2=0.39%)、裂紋敏感系數(shù)低(PCM≤0.19)。由于在鋼材生產(chǎn)過程中采用新技術(shù)，如在線余熱淬火等，在碳當(dāng)量不大情況下，增加其淬透性，并加入多種微量元素，所以能在保證高強度的同時提高其塑性和韌性(-40℃時其AKv>200J甚至達300以上)。CF鋼日本的610U2，屬于低碳調(diào)質(zhì)鋼中的焊93Z向鋼

Z向鋼是在某一等級結(jié)構(gòu)鋼（稱為母級鋼）的基礎(chǔ)上，經(jīng)過特殊冶煉、鎮(zhèn)靜處理和適當(dāng)熱處理的鋼材。厚度方向承受拉伸載荷而對厚度方向有性能要求的厚度不小于15mm的鋼材與扁鋼（簡稱Z向鋼）。Z向鋼Z向鋼是在某一等級結(jié)構(gòu)鋼（稱為母級94大線能量鋼

Ti作為微合金元素提高鋼的大線能量焊接的可焊性，這是由于Ti的氮化物和氧化物在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，Ti微合金鋼合金化的經(jīng)典觀點是Ti和N的含量應(yīng)保持在理想化學(xué)比Ti/N=3.42附近。大線能量鋼Ti作為微合金元素提高鋼的大線能量95TMCP鋼

熱機械控制處理(TMCP:ThermoMechanicalControlProcess，也稱控軋控冷工藝，在日本被譯為加工熱處理)工藝。將“控軋”(CR:ControlledRolling;軋制溫度比普通軋制低)技術(shù)與隨后的“加速冷卻”(AcC:AcceleratedCooling，快于空冷)結(jié)合起來，在盡量減少合金元素添加的情況下，依靠細化晶粒能得到正火或淬火、回火等熱處理不可能得到的強度和低溫韌性，實現(xiàn)了非調(diào)質(zhì)高強鋼的開發(fā)。TMCP鋼熱機械控制處理(TMCP:Ther96UFG鋼

超細晶粒鋼(Utrafine-GrainedSteel，簡稱UFG鋼，目標(biāo)粒徑約1μm)作為21世紀(jì)的代表性先進高性能金屬結(jié)構(gòu)材料，其強化思路具有鮮明的特點，即通過晶粒的超細化同時實現(xiàn)強韌化，完全不同于傳統(tǒng)的以合金元素添加及熱處理為主要手法的強化思路。其優(yōu)點在于：能同時實現(xiàn)強韌化；可盡量少用合金元素降低碳當(dāng)量、改善焊接性，并利于循環(huán)利用以降低對環(huán)境的損害。UFG鋼超細晶粒鋼(Utrafine-Gr972.低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服強度為490～980MPa，是熱處理強化鋼，一般都在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨，含碳量小于0.22％。第1節(jié)分類、性能2.低碳調(diào)質(zhì)鋼第1節(jié)分類、性能983、中碳調(diào)質(zhì)鋼屈服強度為880～1176MPa以上，含碳量較高，約0.25％～0.5%。這類鋼通常在退火狀態(tài)下焊接，然后再通過熱處理來達到需要的性能。第1節(jié)分類、性能3、中碳調(diào)質(zhì)鋼第1節(jié)分類、性能99㈡特殊用鋼1、珠光體耐熱鋼具有較好的高溫強度和高溫抗氧化的特性。用于工作溫度為500～600℃的高溫設(shè)備等。合金化主要元素是：Cr、Mo為基礎(chǔ)，再加V、W、Nb和B等合金元素。焊后進行高溫回火處理。第1節(jié)分類、性能㈡特殊用鋼第1節(jié)分類、性能1002、低溫鋼具有非常好的低溫韌性。用于各種低溫裝置(-40℃～-196℃)。合金化主要元素是：Ni元素。3、低合金耐蝕鋼第1節(jié)分類、性能2、低溫鋼第1節(jié)分類、性能101二、合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能1、化學(xué)成分低碳鋼：C：0.10%-0.25%，提高強度，但引起淬硬和裂紋，應(yīng)在保證強度的條件下，越少越好。Si：≤0.3；Mn：0.5%-0.8%。P、S含量要低。合金化元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等。二、合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能1、化學(xué)成分102Ni組元素：Ni、Mn、Co；Cr組元素：Cr、Si、P、A1、Ti、V、Mo、W。N：作用與C相似，擴大A區(qū)。與其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細化晶粒，提高鋼的屈服點和抗脆斷能力。為了充分發(fā)揮氮作為合金元素的作用，鋼中必須同時加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。C：為了保證良好的綜合性能和焊接性，要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.22%（實際上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在0.18%以下）。此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。Ni組元素：Ni、Mn、Co；103材料焊接性講義課件1042、力學(xué)性能屈強比2、力學(xué)性能屈強比1053、顯微組織3、顯微組織106材料焊接性講義課件107第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接一、熱軋、正火鋼的成分及性能熱軋鋼：強化機理：固溶強化屈服強度：295～390MPa級合金系：C-Mn或Mn-Si系主合金化元素：Mn、Mn-Si

輔合金化元素：V、Nb代替部分Mn

典型鋼種：Q345(16Mn)第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接一、熱軋、正火鋼的成分及108第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接正火鋼：強化機理：固溶強化＋沉淀強化或細晶強化屈服強度：為390～490MPa合金系：C-Mn或Mn-Si(V、Nb、Ti、Mo)系主合金化元素：

Mn、Mn-Si輔合金化元素：V、Nb、Ti、Mo(碳化物,氮化物元素)熱處理狀態(tài)：正火，充分發(fā)揮碳化物形成元素的作用典型鋼種：15MnVN第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接正火鋼：109第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接⑴正火狀態(tài)下使用鋼除15MnTi外，主要是V、Nb鋼。15MnV、15MnVN。⑵正火＋回火狀態(tài)使用的含Mo鋼

18MnMoNb，第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接⑴正火狀態(tài)下使用鋼110第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接⑶微合金化控軋鋼采用微合金化(加入微量Nb、V、Ti)和控制軋制技術(shù)達到細化晶粒和沉淀強化相結(jié)合的效果，同時從冶煉冶煉工藝上采取了降C降S，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純度等措施，使鋼具有均勻的細晶粒等軸鐵素體基體。X70、X80。

X70除加微量Nb、V、Ti外，還加入Ni、Cr、Cu、Mo。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接⑶微合金化控軋鋼111返回返回112返回返回113第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接二、熱軋、正火鋼的焊接性分析主要是：各類裂紋、脆化問題㈠冷裂紋從材料本身看，淬硬組織是引起冷裂紋的決定因素。焊接時是否形成對氫致裂紋敏感的組織是評定材料焊接性的一個重要指標(biāo)。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接二、熱軋、正火鋼的焊接性114第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接1.碳當(dāng)量第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接1.碳當(dāng)量115第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接CE為國際焊接學(xué)會的碳當(dāng)量公式Ceq為日本常用的碳當(dāng)量公式Pcm為合金元素的裂紋敏感指數(shù)第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接CE為國際焊接學(xué)會的碳116第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接CE和Ceq適用于含碳量較高的鋼(C≥0.18％)以及抗拉強度在400～700MPa的鋼材；對于含碳量較低的鋼(C≤0.18％)以及抗拉強度在400～900MPa的鋼材則用Pcm更合適。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接CE和Ce117第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接

在實際中，CE應(yīng)用相當(dāng)普遍，CE≤0.4%無淬硬傾向，焊接性好；CE=0.4%～0.6%淬硬傾向增加，屬于有淬硬傾向的鋼，CE＞0.5%，淬硬傾向嚴(yán)重，18MnMoNb屬于此類。焊接18MnMoNb要嚴(yán)格控制線能量、采取預(yù)熱和焊后熱處理等工藝。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接在實際中118第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、淬硬傾向不同成分鋼材的冷裂紋敏感性，可以通過反映鋼材焊接熱影響區(qū)淬硬傾向的模擬焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(SHCCT)曲線來進行分析比較。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、淬硬傾向119第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接⑴熱軋鋼的淬硬傾向與冷裂紋敏感性熱軋鋼的含碳量并不高，但含有少量的合金元素，其淬硬傾向比低碳鋼要大些。但冷裂紋敏感性不大。其SHCCT圖如圖3-4所示。⑵正火鋼的淬硬傾向與冷裂紋敏感性第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接⑴熱軋鋼的淬硬傾向與冷120材料焊接性講義課件121材料焊接性講義課件122材料焊接性講義課件123第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接

由于正火鋼的強度級別較高，合金元素的含量較多，因此與低碳鋼相比，焊接性的差別就較大。冷裂紋敏感性一般隨強度的提高而增加。如15MnVN與18MnMoNb相比，18MnMoNb的冷裂紋敏感性就大，這與其的SHCCT圖的位置有關(guān)。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接由于正火124第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接3.HAZ最高硬度第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接3.HAZ最高硬度125第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接3.HAZ最高硬度第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接3.HAZ最高硬度126第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈡熱裂紋和消除應(yīng)力裂紋1、熱裂紋

碳含量較低、而Mn含量較高，因此這類鋼的WMn/WS能達到要求，具有較好的抗熱裂性能，焊接過程中的熱裂紋傾向較小。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈡熱裂紋和消除應(yīng)力裂紋127第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈡熱裂紋和消除應(yīng)力裂紋2、消除應(yīng)力裂紋

消除應(yīng)力裂紋一般產(chǎn)生在HAZ的粗晶區(qū)，裂紋沿FZ方向在粗晶區(qū)的奧氏體晶界斷續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生原因與雜質(zhì)元素在奧氏體晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”導(dǎo)致的晶界脆化有關(guān)。消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生一般須有較大的焊接殘余應(yīng)力，因此在拘束度大的厚大工件中或應(yīng)力集中部位更易于出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。返回第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈡熱裂紋和消除應(yīng)力裂紋128第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2.消除應(yīng)力裂紋一般C-Mn和Mn-Si系的熱軋鋼由于不含碳化物形成元素，對再熱裂紋不敏感。18MnMoNb有一定的再熱裂紋敏感性。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2.消除應(yīng)力裂紋129第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈢WM組織和韌性組織：PF、FSP、AF、Bu、P。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈢WM組織和韌性130第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接131第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接132第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接133第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈣熱影響區(qū)脆化主要是過熱區(qū)的脆化，及還有可能是熱應(yīng)變脆化問題。1、過熱區(qū)脆化①奧氏體嚴(yán)重長大→魏氏體、粗大馬氏體、混合組織、M－A組元。②難熔質(zhì)點的溶入。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈣熱影響區(qū)脆化134第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接135第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化和室溫下預(yù)應(yīng)變后的應(yīng)變時效，本質(zhì)上都是由固溶氮引起的。熱應(yīng)變脆化容易發(fā)生于一些固溶氮含量較高的低碳鋼和強度級別不高的低合金鋼中，若加入足夠的N化物形成元素(Ai、Ti、V)后，脆化傾向就減弱。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、熱應(yīng)變脆化136第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈤層狀撕裂一般板厚在16mm以下就不會產(chǎn)生層狀撕裂，從鋼材本身的來講，主要取決于冶煉條件，鋼中的片狀硫化物等雜質(zhì)。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈤層狀撕裂137第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接

三、熱軋及正火鋼的焊接工藝

焊接方法的選擇無特殊要求，在此僅討論焊接材料和工藝參數(shù)的確定。㈠坡口加工、裝配及定位焊㈡焊接材料的選擇考慮兩個問題：①無焊接缺陷；②滿足使用性能要求。焊接方法成分第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接三、熱軋及正火鋼的焊接138第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接

對于熱軋、正火鋼，裂紋一般不會產(chǎn)生，主要根據(jù)使用性能要求來選擇焊接材料。注意以下問題：1、選擇與母材力學(xué)性能匹配的相應(yīng)級別的焊接材料等強匹配或低強匹配，C≤0.14%，合金元素低于母材。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接對于熱軋139第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、同時考慮熔合比和冷卻速度的影響焊縫金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能取決于：①母材的熔入量即熔合比；②組織的過飽和度。組織的過飽和度取決于：冷卻速度3、考慮焊后熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、同時考慮熔合比和冷卻速140母材性能母材性能141第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈢焊接工藝參數(shù)的確定1、焊接熱輸入（線能量）焊接線能量的確定，取決于：①過熱區(qū)的脆化；②冷裂紋。對于Ceq小于0.40%的熱軋正火鋼，焊接線能量可適當(dāng)放寬；對于Ceq0.40%-0.60%正火鋼，小焊接線能量＋預(yù)熱。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈢焊接工藝參數(shù)的確定142材料焊接性講義課件143第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接典型工藝參數(shù)：1）焊條電弧焊打底焊道和非平焊位置，焊條直徑小些，在保證質(zhì)量前提下，盡量采用大焊條、大電流。表3-72）自動焊

埋弧焊、電渣焊、CO2氣體保護焊。表3-8、93）氬弧焊

主要用于打底焊。表3-10、11第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接典型工藝參數(shù)：144材料焊接性講義課件145材料焊接性講義課件146材料焊接性講義課件147材料焊接性講義課件148第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、預(yù)熱和焊后熱處理目的：防止裂紋，改善組織、性能。

1)預(yù)熱第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2、預(yù)熱和焊后熱處理149第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接150第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2）焊后熱處理a)不要超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能；b)對于有回火脆性的材料，避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)域。第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接2）焊后熱處理151材料焊接性講義課件152第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈣焊接接頭的力學(xué)性能

WM和HAZ的力學(xué)性能是影響接頭使用可靠性的基本性能，而其中強度與韌性又是關(guān)鍵的考核要素。表3-14第2節(jié)熱軋、正火鋼的焊接㈣焊接接頭的力學(xué)性能153材料焊接性講義課件154第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接一、低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分及性能低碳調(diào)質(zhì)鋼強化機理：相變強化（調(diào)質(zhì)處理）屈服強度：490MPa～980MPa

抗拉強度：600MPa～1300MPa

合金系：低C、Mn-Ni-Cr-Mo系第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接一、低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分及性155第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接主合金化元素：

C≤0.22%,Mn,Si輔合金化元素：Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu熱處理狀態(tài)：淬火＋回火典型鋼種：14MnMoVN、HY80～HY130。1、高強度結(jié)構(gòu)鋼σb=600-800MPa，14MnMoNbB2、高強度耐磨鋼σb≥1000MPa，HQ1003、高強度韌性鋼σb≥700MPa，HY80第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接主合金化元素：C≤0.22156材料焊接性講義課件157材料焊接性講義課件158CF鋼是碳含量很低的微合金化調(diào)質(zhì)鋼。CE、Pcm低，KV高，50mm以下不預(yù)熱。CF鋼是碳含量很低的微合金化調(diào)質(zhì)鋼。CE、Pcm低，KV高，159第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接二、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析

碳低，C≤0.18%，焊接性優(yōu)于中碳調(diào)質(zhì)鋼。低碳馬氏體自回火，冷裂紋傾向?、搴缚p強韌性匹配σs：工程設(shè)計中確定許用應(yīng)力的主要依據(jù)；σb：強度儲備的重要指標(biāo)；σs/σb：選擇材料的重要參數(shù)，低的有利于加工成形，高的有利于發(fā)揮鋼材的強度潛力。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接二、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析160第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接焊縫強度匹配系數(shù):S=(σb)w/(σb)bS>1：超強匹配S=1：等強匹配S<1：低強匹配傳統(tǒng)認(rèn)為超強匹配和等強匹配安全，但韌性低，造成低應(yīng)力脆斷。近年來，重新認(rèn)識低強匹配。《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接焊縫強度匹配系數(shù):S=(161材料焊接性講義課件162材料焊接性講義課件163第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡冷裂紋

成分：低碳+提高淬透性的合金元素。

組織：低碳自回火馬氏體+下貝氏體。

M自回火條件：保證M轉(zhuǎn)變時的冷卻速度較慢。超低氫可防止冷裂紋。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡冷裂紋164第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接165材料焊接性講義課件166第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接

㈢熱裂紋和消除應(yīng)力裂紋

C低、Mn高，S、P低，熱裂紋傾向小。高Ni低Mn類鋼有熱裂紋傾向，主要為HAZ液化裂紋。

C高，Mn/S提高當(dāng)WC=0.12%時，WMn/WS≥10；當(dāng)WC=0.16%時，WMn/WS≥40；當(dāng)WC=0.2%時，WMn/WS≥50(≥30較小敏感性)第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈢熱裂紋和消除應(yīng)力裂紋167第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接

防止液化裂紋，小熱輸入，并注意控制熔池形狀、減少熔合區(qū)凹度；防止消除應(yīng)力裂紋，V影響最大，Mo次之，但V、Mo同時加入更為敏感。

㈣熱影響區(qū)性能變化

組織性能不均勻，同時存在脆化和軟化。1、調(diào)質(zhì)鋼HAZ組織特征

ML+BL時，韌性良好；但隨著BU增加韌性急劇下降。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接防止液化裂紋168材料焊接性講義課件169材料焊接性講義課件170材料焊接性講義課件171第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接2、HAZ脆化

C：0.8%-1.0%，有利于形成M-A組元。主要由于上貝氏體和M-A組元。

M-A組元一般只在一定的冷卻速度時形成，調(diào)整工藝參數(shù)可以控制M-A組元的產(chǎn)生，控制焊接熱輸入和多層多道焊工藝有益。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接2、HAZ脆化172材料焊接性講義課件173材料焊接性講義課件174第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3、HAZ軟化

當(dāng)回火溫度＜Tp＜AC1時，出現(xiàn)軟化；Tp影響A晶粒度，碳化物溶解以及冷卻時組織轉(zhuǎn)變。失強率D：硬夾軟有約束強化作用，軟夾層越窄，約束強化越顯著，失強率越小。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3、HAZ軟化175材料焊接性講義課件176材料焊接性講義課件177第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接熱輸入、回火溫度、相對寬度影響軟化程度。相對寬度：m=b/hE小，T0小，b小，失強率小第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接熱輸入、回火溫度、相對寬度影響178第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接三、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點BM組織：ML+BL；注意問題：M轉(zhuǎn)變時的冷卻速度不能太快，使M自回火，防止冷裂；800-500℃的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性組織的臨界速度。㈠焊接方法、材料的選擇第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接三、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點179第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接解決問題：裂紋；保證強度的同時，提高韌性。一般無PWHT，焊后強度、韌性下降時可采用PWHT。常采用的焊接方法有SMAW、MIG、MAG。采用熱量集中的氣保焊或焊條電弧焊焊接高強高韌性鋼。采用低強匹配焊材和氣保焊焊接不同強度級別的兩種低碳調(diào)質(zhì)鋼接頭。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接解決問題：裂紋；保證強度的同時，提高韌180材料焊接性講義課件181第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡焊接參數(shù)的選擇1、焊接熱輸入的確定，應(yīng)合適冷卻速度的上限不產(chǎn)生冷裂紋，下限HAZ不出現(xiàn)脆化混合組織。Wc=0.18%是ML形成界限。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡焊接參數(shù)的選擇182先根據(jù)HAZ韌性確定熱輸入，再通過冷裂確定預(yù)熱先根據(jù)HAZ韌性確定熱輸入，再通過冷裂確定預(yù)熱183tbˊ<t8/5<tmˊtbˊ<t8/5<tmˊ184材料焊接性講義課件185第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡焊接工藝參數(shù)的選擇2、預(yù)熱溫度、焊后熱處理預(yù)熱目的是降低M轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，通過M自回火作用來提高抗裂性能。PWHT溫度比BM原回火溫度低約30℃。一般焊態(tài)使用。第3節(jié)低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡焊接工藝參數(shù)的選擇186材料焊接性講義課件187㈢焊接接頭的力學(xué)性能㈢焊接接頭的力學(xué)性能188第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接一、中碳調(diào)質(zhì)鋼典型鋼種成分及性能合金元素：保證淬透性、提高抗回火性能的作用碳元素（0.25%-0.5%）：保證強度，焊接性變差

強化機理：相變強化（調(diào)質(zhì)處理）

屈服強度：為880MPa～1176MPa

合金系：中C、Cr-Mn-Ni-Mo-Si系第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接一、中碳調(diào)質(zhì)鋼典型鋼種成分及性能189第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接合金化元素：

Mn、Si、Cr、Ni、B、Mo、W、V、Ti熱處理狀態(tài)：淬火＋回火典型鋼種：30CrMnSi、4340第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接合金化元素：Mn、Si、Cr、Ni、190材料焊接性講義課件191材料焊接性講義課件192第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接1、40Cr齒輪和軸類2、35CrMoA、35CrMoVA葉輪、主軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子3、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA飛機構(gòu)件4、40CrNiMoA、34CrNi3MoA飛機起落架和發(fā)動機外殼。

第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接1、40Cr齒輪和軸類193第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接二、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析㈠焊縫中的熱裂紋

因含碳、硅較高，有較大的熱裂紋傾向。盡可能選用碳含量低以及含S、P雜質(zhì)少的焊材。㈡冷裂紋

因含碳較高，合金元素多，淬硬傾向明顯，冷裂紋傾向大。盡可能降低含氫量、預(yù)熱和后熱。第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接二、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析194第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈢HAZ脆化、軟化1、HAZ脆化

高碳馬氏體引起脆化。采用小熱輸入，同時采用預(yù)熱、緩冷和后熱等措施。2、合金熱影響區(qū)的軟化

溫度高于回火溫度。退火態(tài)焊接時，無軟化問題；調(diào)質(zhì)態(tài)焊接時，有軟化問題。第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈢HAZ脆化、軟化19540CrNi2Mo40CrNi2Mo19640CrNi2Mo40CrNi2Mo19730CrMnSi30CrMnSi198第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接三、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點母材焊前狀態(tài)決定了焊接工藝㈠退火或正火狀態(tài)下焊接

正火（或退火）態(tài)焊接焊后整體調(diào)質(zhì)處理（塑性、韌性好，不裂）（性能相同的焊接接頭）合理工藝工藝特點：WM、BM成分相似；焊接方法無限制；高的預(yù)熱溫度、層溫；焊后中間熱處理（去氫、韌性組織防裂、消應(yīng)力）第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接三、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點正火（或退199第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡調(diào)質(zhì)態(tài)焊接（焊后不再調(diào)質(zhì)處理）

有冷、熱裂紋（選用塑韌性好的奧氏體焊條解決），高碳馬氏體引起的硬化和脆化（焊后回火處理解決），以及高溫回火區(qū)軟化（無法消除）。工藝特點：預(yù)熱、層溫控制、中間熱處理，焊后及時回火處理。上述溫度應(yīng)低于BM回火溫度至少50℃，一般采用的預(yù)熱和層間溫度為200-250℃。采用熱量集中、能量密度大的焊接方法；且熱輸入越少越好。第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈡調(diào)質(zhì)態(tài)焊接（焊后不再調(diào)質(zhì)處理）200第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈢焊接方法及焊接材料1、焊接方法焊條電弧焊、氣保焊、埋弧焊；脈沖氬弧焊、等離子弧焊及電子束焊等。小E、預(yù)熱、后熱2、焊接材料采用低碳合金系、降S、P。3、預(yù)熱和焊后熱處理預(yù)熱和PWHT是其焊接的重要工藝措施。預(yù)熱溫度一般為200-350℃。第4節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接㈢焊接方法及焊接材料201材料焊接性講義課件202材料焊接性講義課件203材料焊接性講義課件204例：30CrMnSiA鋼的焊接

典型中碳調(diào)質(zhì)鋼，屬于Cr-Mn-Si系統(tǒng)，前蘇聯(lián)的主要合金鋼種，不含貴重的Ni元素，在我國得到了較為廣泛的應(yīng)用。退火狀態(tài)組織：F+P調(diào)質(zhì)狀態(tài)組織：回火索氏體低溫回火組織：回火馬氏體第一類回火脆性：300～450℃第二類回火脆性：450～600℃例：30CrMnSiA鋼的焊接典型中碳調(diào)質(zhì)鋼，20530CrMnSiA鋼的焊接工藝Φ3.2U=20-25VI=90-110AΦ0.8,Q=10-14l/minU=17-19VI=85-110AV=150-180m/hΦ2.5U=21-38VI=290-400AV=27m/h30CrMnSiA鋼的焊接工藝Φ3.2Φ0.8,Q=10-1206第5節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接

低、中合金珠光體耐熱鋼具有很好的抗氧化性和熱強性，工作溫度可高達600℃。一、珠光體耐熱鋼的成分、性能Cr：0.5%-9%；Mo：0.5%或1%。合金體系：Cr-Mo；Cr-Mo-V；Cr-Mo-W-V；Cr-Mo-W-V-B；Cr-Mo-V-Ti-B；供貨狀態(tài)：退火或正火+回火組織：合金元素<2.5%時，P+F；>3%時，Bu+F提高熱強性措施：基體固溶強化；第二相沉淀強化；晶界強化。0.6Tm0.7TmRE、B、Ti+B第5節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接低、中合金珠207142頁142頁20812Cr1Mo14MoV6312Cr1Mo14MoV63209材料焊接性講義課件210材料焊接性講義課件211材料焊接性講義課件212材料焊接性講義課件213第5節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接二、珠光體耐熱鋼的焊接性分析與低碳調(diào)質(zhì)鋼相近1、HAZ硬化及冷裂紋低氫、控制熱輸入、預(yù)熱、后熱防止冷裂。2、SR裂紋防止措施：1)采用高溫塑性高于母材的焊材，限制V、Ti、Nb;2)預(yù)熱溫度250℃以上，層溫300℃左右；3)小熱輸入，減少焊接過熱區(qū)寬度，細化晶粒；4)選擇合適的HT制度，避免敏感溫度區(qū)間停留較長時間。第5節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接二、珠光體耐熱鋼的焊接性分析214材料焊接性講義課件215材料焊接性講義課件216第5節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接3、回火脆性三、焊接工藝特點1、常用焊接方法、焊接材料焊條電弧焊、埋弧焊、氣保焊、電渣焊；2、預(yù)熱和PWHT后熱250℃以上；第5節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接3、回火脆性217材料焊接性講義課件218材料焊接性講義課件219材料焊接性講義課件220第6節(jié)低溫鋼的焊接

通常把-10至-196℃的溫度范圍稱為“低溫”，低于-196時稱為“超低溫”。typeI:低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼；typeII:低合金高強鋼typeIII:低Ni鋼；typeIV:9Ni鋼；typeV:奧氏體不銹鋼儲存燃料單容罐雙容罐、全容罐薄膜儲罐典型儲存溫度丁烷TypeIITypeI-10°C氨水TypeIITypeII-35°C丙烷/丙烯TypeIIITypeIITypeV-50°C乙烷/乙烯TypeIVTypeIVTypeV-105°C液化天然氣TypeIVTypeIVTypeV-165°C第6節(jié)低溫鋼的焊接通常把-10至-196℃221第6節(jié)低溫鋼的焊接一、低溫鋼的分類、成分及性能㈠低溫鋼的分類1、按使用溫度等級分-10～-40℃；-50～-90℃；-100～-120℃；-196～-273℃2、按合金含量和組織分類低合金F低溫鋼；中合金低溫鋼、高合金A低溫鋼3、按有無鎳、鉻元素分類無Ni、Cr低溫鋼；含Ni、Cr低溫鋼4、按熱處理方式分類非調(diào)質(zhì)低溫鋼；調(diào)質(zhì)低溫鋼第6節(jié)低溫鋼的焊接一、低溫鋼的分類、成分及性能222材料焊接性講義課件223第6節(jié)低溫鋼的焊接㈡低溫鋼的化學(xué)成分和組織1、低合金低溫鋼（無Ni低溫鋼）2、中合金低溫鋼（含Ni低溫鋼）㈢低溫鋼的力學(xué)性能滿足低溫下的力學(xué)性能，特別是低溫下的沖擊韌性。希望屈強比不要太高。第6節(jié)低溫鋼的焊接㈡低溫鋼的化學(xué)成分和組織224材料焊接性講義課件225材料焊接性講義課件226材料焊接性講義課件227材料焊接性講義課件228第6節(jié)低溫鋼的焊接二、低溫鋼的焊接性分析1、無Ni低溫鋼的焊接性特點2、含Ni低溫鋼的焊接性特點三、低溫鋼的焊接工藝特點防止裂紋，保證WM和HAZ的韌性。1、低溫鋼的焊條電弧焊2、低溫鋼的埋弧焊第6節(jié)低溫鋼的焊接二、低溫鋼的焊接性分析229材料焊接性講義課件230材料焊接性講義課件231材料焊接性講義課件232材料焊接性講義課件233合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接思考題1、從焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)三方面闡述正火鋼的焊接工藝要點。2、從焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)三方面闡述熱軋鋼的焊接工藝要點。3、低合金調(diào)質(zhì)鋼的強化機理是什么？合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接思考題1、從焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)234合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接思考題4、試分析低碳調(diào)質(zhì)鋼HAZ液化裂紋的產(chǎn)生機理。5、試分析低碳調(diào)質(zhì)鋼與熱軋正火鋼的焊接性差別。6、中碳調(diào)質(zhì)鋼熱裂紋的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施。7、中碳調(diào)質(zhì)鋼冷裂紋的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施。8、中碳鋼退火狀態(tài)下焊接時的工藝特點。9、中碳調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時的工藝特點。合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接思考題4、試分析低碳調(diào)質(zhì)鋼HAZ液化裂紋的產(chǎn)235關(guān)于重要概念及重要技術(shù)的討論一、如何確定預(yù)熱溫度T0？1、預(yù)熱的作用？2、預(yù)熱的目的？3、如何確定預(yù)熱溫度T0？4、工程施工時如何實施？二、影響焊接熱循環(huán)特性的因素是什么？工程施工時如何調(diào)整這些因素，保證質(zhì)量？關(guān)于重要概念及重要技術(shù)的討論一、如何確定預(yù)熱溫度T0？236關(guān)于重要概念及重要技術(shù)的討論三、關(guān)于定位焊的要求是什么？1、定位焊的概念？2、定位焊的作用？3、理論依據(jù)是什么？4、如何控制定位焊的的質(zhì)量？5、工程施工時如何實施？關(guān)于重要概念及重要技術(shù)的討論三、關(guān)于定位焊的要求是什么？237關(guān)于重要概念及重要技術(shù)的討論四、焊縫與母材的強度匹配原則的討論及工程應(yīng)用？1、韌性要求值與強度的關(guān)系？2、焊縫的韌性如何控制？3、熱影響區(qū)的韌性如何控制？4、什么是焊縫與母材的低強、等強、超強匹配？5、焊縫與母材的低強、等強、超強匹配？6、在工程上如何應(yīng)用，以具體鋼種為例進行說明及分析(焊材、母材、坡口形式、接頭形式、焊接參數(shù)的)。關(guān)于重要概念及重要技術(shù)的討論四、焊縫與母材的強度匹配原則的討238第三章不銹鋼、耐熱鋼的焊接第1節(jié)不銹鋼、耐熱鋼的分類及特性一、不銹鋼的基本定義㈠定義

原義型——僅指在無污染的大氣中不生銹的鋼。

習(xí)慣型——指原義型不銹鋼與能耐酸腐蝕的不銹鋼。

廣義型——指耐蝕鋼和耐熱鋼的總和。不銹鋼：鉻含量不低于12%、鎳含量不高于30%的耐蝕鋼?！禛B/T21433-2008不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗》不銹鋼：以不銹、耐蝕性為主要特性，且鉻含量至少為10.5%、碳含量最大不超過1.2%的鋼。《GB/T20878-2007不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分》第三章不銹鋼、耐熱鋼的焊接第1節(jié)不銹鋼、耐熱鋼的分239耐酸鋼：鉻含量不低于16%的不銹鋼，對酸等腐蝕介質(zhì)常有較好的耐蝕性。鈍化：由于金屬表面在腐蝕過程中生成的腐蝕產(chǎn)物（不銹鋼的腐蝕產(chǎn)物中主要含有Cr2O3）很致密且能牢固地附著于金屬表面，阻滯了腐蝕過程，出現(xiàn)了腐蝕速度降低的現(xiàn)象，叫鈍化，金屬在介質(zhì)中處于鈍化的狀態(tài)叫鈍態(tài)。依靠鈍化而耐蝕的耐蝕金屬如不銹鋼等叫可鈍化型金屬。敏化：不銹鋼材在冶金和制造過程中經(jīng)受到熱成形、焊接、熱處理等溫度超過300℃的熱作工藝，使得在晶界析出了碳化鉻、氮化鉻、σ相和鉻與其他金屬間的化合物等高鉻相，同時在晶界高鉻相與晶粒鄰近的狹長地區(qū)產(chǎn)生了貧鉻區(qū)，使不銹鋼產(chǎn)生與提高了晶間腐蝕敏感性，不銹鋼的這種受熱過程叫敏化。耐酸鋼：鉻含量不低于16%的不銹鋼，對酸等腐蝕介質(zhì)常有較好的240㈡不銹鋼與耐熱鋼的區(qū)別不銹鋼：以不銹,耐蝕性為主要特性,且鉻含量≥10.5%,碳含量≯1.2%的鋼。耐熱鋼：在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性或較高強度的鋼。

《GB/T20878-2007不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分》

區(qū)別主要是用途和使用環(huán)境條件不同。不銹鋼主要是在溫度不高的所謂濕腐蝕介質(zhì)條件下使用，尤其是在酸、堿、鹽等強腐蝕溶液中，耐腐蝕性能是其最關(guān)鍵、最重要的技術(shù)指標(biāo)。耐熱鋼則是在高溫氣體環(huán)境下使用，除耐高溫腐蝕（如高溫氧化，可謂干腐蝕的典型）為必要性能外，高溫下的力學(xué)性能是評定耐熱鋼質(zhì)量的基本指標(biāo)。

㈡不銹鋼與耐熱鋼的區(qū)別241二、不銹鋼與耐熱鋼的分類㈠按主要化學(xué)成分分類1、鉻不銹鋼

Cr：12%-30%。Cr132、鉻鎳不銹鋼

Cr：12%-30%，Ni：6%-12%。Cr18Ni93、鉻錳氮不銹鋼節(jié)鎳，Mn、N代Ni。1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N㈡按用途分類1