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  • 材料焊接性_

    作者:admin发表时间:2022-04-28

      第 2 章 焊接性及其试验评定 2.1 焊接性及其影响因素 2.1.1 焊接性概念 概念: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。 工艺焊接性:结合性能,就是一定的材料在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性。 使用焊接性:使用性能,指一定的材料在规定的焊接工艺条件下所形成的焊接接头适应使用要求的能力。 2.1.2 影响焊接性的因素 影响因素: 1) 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料 2) 设计因素 焊接接头的结构设计 3) 工艺因素 同一种母材,采用不同的焊接方法和设备,所表现的焊接性有很大的差别。 4) 服役环境 如工作温度的高低/工作介质种类/载荷性质等 2.2 焊接性试验的内容 2.2.1 焊接性试验的内容 (1)焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 (2)焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力 (3)焊接接头抗脆性断裂的能力 (4)焊接接头的使用性能 2.2.2 评定焊接性的原则一是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向,为制订合理的焊接工艺提供依据;二是 评定焊接接头能否满足结构的使用性能的要求。 可比性、针对性、再现性、经济性 2.2.3 实焊类评定焊接性试验包括焊接冷裂纹试验、焊接热裂纹试验、消除应力裂纹试验、层状撕裂试验、 应力腐蚀裂纹试验 2.3 焊接性的评定及试验方法 2.3.1 焊接性的间接评定 (1)碳当量法 把钢中合金元素的含量相对于若干碳含量折算并叠加起来,作为粗略评定刚才冷裂纹倾向 的参数指标,即碳当量。碳当量的数值越大,被焊刚材的淬影倾向越大,焊接区越容易产生冷裂纹。

      (2)焊接冷裂纹敏感指数法 (3)热裂纹敏感性指数法 (4)消除应力裂纹敏感性指数法 (5)层状撕 裂敏感性指数法 (6)焊接热影响区最高硬度法 2.3.2 焊接性的直接试验方法 (1)焊接冷裂纹试验方法 (2)焊接热裂纹试验方法 (3)焊接再热裂纹 裂纹试验方法 (4)层状撕裂 试验方法

      3.2 热轧及正火钢的焊接(屈服强度为 9MPa 的低合金高强度钢,一般在热轧、正火或控轧控冷状态下

      使用) 3.2.2 热轧及正火钢的焊接性 (1)冷裂纹及影响因素 a.淬硬倾向与冷裂倾向的关系 热轧钢含 c 量不高,但含有少量的合金元素,这类钢的淬硬倾向比低碳钢的淬硬倾向大,并且随着钢材强 度级别的提高淬硬倾向逐渐增大。 正火钢的强度级别较高,合金元素含量较多,高温转变区较稳定,焊接冷却下来很易得到贝氏体和马氏体。 因此,其冷裂纹倾向随着强度级别的提高而增大。 b.碳当量与冷裂纹倾向的关系 热轧钢碳当量都比较低,除环境温度很低或钢板厚度很大,一般情况下其裂纹倾向都不大。当正火钢碳当 量不超过 0.5%时,淬硬倾向比热轧钢大,但不算严重,焊接性尚可。但对于厚板往往需要进行预热。当

      碳当量大于 0.5%时钢的淬硬倾向和冷裂倾向逐渐增加。 防止措施:严格控制线能量、预热和焊后热处理等。 c.热影响区的最高硬度值与冷裂倾向关系 减低冷却速度有利于减小热影响区淬硬性和热影响区最高硬度,可减小冷裂纹倾向 (2)热裂纹和消除应力裂纹 焊缝中出现热裂纹主要与热轧及正火钢中 C、S、P 等元素含量偏高或严重偏析有关。 再热裂纹一般产生在热影响区的粗晶区。裂纹沿熔合区方向在粗晶区的奥氏体晶界断续发展,产生原因与 杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”导致晶界脆化有关。 (3)非调制钢焊缝的组织和韧性 焊缝韧性取决于针状铁素(AF)和先共析铁素体(PF)组织所占的比例。AF 增多会改善韧性,但过多会急剧 降低。Si 是铁素体形成元素,,Mn 是扩大奥氏体区元素。Mn 和 Si 含量过高或过少都使韧性下降。 (4)热影响区脆化 a) 粗晶区脆化 热轧钢焊接时焊接采用过大的线能量输入,粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使

      韧性降低;线能量过小:由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低,这在含碳量偏高时较明显。 b) 热应变脆化 对于 C-Mn 系热轧钢及氮含量较高的刚,由于氮碳原子聚集在位错周围,对位错造成钉轧

      造成。 (5)层状撕裂 层状撕裂主要发生在要求熔透的角接接头和 T 形接头的厚板结构中。

      3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺 热轧和正火钢对焊接方法无特殊要求,常用的焊接方法如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊都可 选用。 1) 坡口加工、装配及定位焊

      坡口加工可采用机械加工,也可采用火焰切割或碳弧气刨 2) 焊接材料的选择

      选择相应强度级别的焊接材料 考虑熔合比和冷却速度的影响 必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响 3) 焊接工艺参数的确定 焊接热输入 焊接线能量的确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。因为各类钢的脆化倾向和 冷裂倾向不同,所以对线能量的要求也不同。 预热和焊后热处理 预热和焊后热处理的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。热扎正火钢一 般焊后不需要热处理 4) 焊接接头的力学性能

      低碳调质钢的抗拉强度一般为 600-1300MPa,属于热处理钢,具有较高的硬度,又有良好的韧性和塑形 分为高强度结构钢、高强度耐磨钢和高强度韧性钢。 3.3.2 低碳调质钢的焊接性分析 (1)焊缝强韧性匹配 低的屈强比有利于加工成形,高的屈强比使钢材的潜力得以较大的发挥。 (2)冷裂纹 低碳调质钢是通过加入提高 淬透性的合金元素,保证获得强度高、塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝

      氏体。 预热温度和 t8/5 对裂纹也有影响,如果马氏体的冷却转变速度很快,得不到自马氏体效果,冷裂纹倾向增 加。 限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止低碳调质钢焊接冷裂纹十分重要。 (3)热裂纹及消除应力裂纹 低碳调质钢中 S、P 杂质控制严,含 C 量低、含 Mn 量较高.因此热裂纹倾向较小。对一些高 Ni 低 Mn 型低 合金高强调质钢(HY80),焊缝中的含 Mn 量可通过焊接材料加以调整,焊接热裂纹是不会产生的。 避免热裂纹和液化裂纹的关键在于控制 c 和 s 的含量,保证高的 Mn、S 比。 V 对再热裂纹影响最大,Mo 次之。 (4)热影响区性能变化 调质钢热影响区组织特征 焊接热影响区的脆化(原因是奥氏体晶粒粗化,上贝氏体和 M-A 组元的形成) 焊接热影响区的软化(母材的强化特性)强硬度降低。 3.3.3 低碳调质钢的焊接工艺特点 (1)焊接方法和焊接材料的选择 为消除裂纹和提高效率,一般采用 MIG/MAG 等自动化方法 为保证热影响区的强韧性——焊后调质;限制焊接热输入要求。采用焊条电弧焊,CO2 焊,ArCO2 气保焊 低碳调质钢焊后—般不再进行热处理,要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等的力学性能。特殊情 况(结构刚度很大),为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料。 (2)焊接参数的选择 a) 焊接线能量

      在保证不出裂纹,满足热影响区塑性、韧性的条件下,线能量应该尽可能选择大些。 b) 预热温度和焊后热处理

      预热的目的是希望降低马氏体转变的冷却速度,通过马氏体的自回火作用在提高抗裂能力。 预热温度一般低于 200℃。为了保证材料的性能,消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度 低 30℃左右。 (3)低碳调质钢焊接接头的力学性能

      3.4 中碳调质钢的焊接(具有搞的比强度和高硬度)wc=0.25-0.5% 3.4.2 中碳调质钢的焊接性分析 (1)焊缝中的热裂纹 尽可能选用含碳量低以及含 S、P 杂质少的焊接材料。在焊接工艺上应注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。 (2)淬硬性和冷裂纹 母材含碳量越高,淬硬性越大,焊接冷裂纹倾向也越大。 降低焊接接头的含氢量,除了采取焊前预热外,焊后须及时进行回火处理。 (3)热影响区脆化和软化 无自回火作用在热影响区产生大量脆硬的马氏体组织,导致脆化。 措施:采用小热输入,同时采取预热,缓冷和后热等措施。 焊接热源越集中,对减少软化越有利。 3.4.3 中碳调质钢的焊接工艺特点 (1)退火或正火状态下焊接 焊后通过整体调质处理获得性能满足要求的焊接接头 (2)调质状态下焊接

      (3)焊接方法及焊接材料 焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊 焊接材料应采用低碳合金系,降低焊缝金属的韧性、塑性和强度;提高焊缝金属的抗裂性。 采用可能小的焊接热输入,同时采取预热和后热措施。

      3.5 珠光体耐热钢的焊接(Cr-Mo 以及 Cr-Mo 基多元合金刚为主)具有很好大的抗氧化性和热强性 随着 Cr、Mn 含量的增加,钢的氧化性、高温性能和抗硫化物腐蚀性能也都增加 合金元素质量分数小于 2%,钢的组织为珠光体铁素体,大于 3%。为贝氏体铁素体 3.5.2 珠光体耐热钢的焊接性分析 (1)热影响区硬化及冷裂纹 冷裂倾向随刚材中 Cr、Mo 含量的提高而增大; 影响耐热钢焊接产生冷裂纹的因素有刚材的淬硬性、焊缝扩散氢含量和接头的拘束度; 可采用低氢焊条和控制焊接热输入在合适的范围,加上适当的预热、后热措施,来避免产生焊接冷裂纹。 (2)消除应力裂纹 再热裂纹出现在焊接热影响区粗晶区,与焊接工艺及焊接残余应力有关; 防止措施: 采用高温塑形高于母材的焊接材料限指合金成分;将预热温度提高到 250°,层间温度控制在 300°左右;采用小的热输入工艺;选择合理的热处理制度。 (3)热影响区回火脆性 Cr-Mn 钢产生回火脆化的主要原因是由于在回火脆化温度范围内长期加热后,杂质元素 P、As、Sn 和 Sb 等 在晶界上偏析而引起的晶界脆化现象,此外与促进回火脆化元素 Mn 和 Si 也有—定关系。因此,对基休金 属来说,严格控制有害杂质元素的含量,同时降低 Mn 和 Si 含量是解决脆化的有效措施。 3.5.3 珠光体耐热钢的焊接工艺特点 1. 常用焊接方法和焊接材料 焊接生产中最常用的两种焊接方法是钨极氩弧焊封底手工电弧焊盖面和埋弧自动焊。 焊接材料的选用原则:焊缝金属的合金成分及使用温度下的强度性能应与母材相应的指标一致,或达到长 判决书条件提出的最低性能指标。控制焊接材料的含水量 2. 预热及焊后热处理

      后热去氢处理是防止冷裂纹的重要措施之一。 3.6 低温钢的焊接(在低温工作条件下具有足够的强度塑性、和韧性,同时具有良好的加工性能) 不想写了 p112

      第 4 章 不锈钢及耐热钢的焊接 4.1 不锈钢及耐热钢的分类及特性 不锈钢是指耐空气/水/酸/碱/盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的,具有高度化学稳定性的合金钢的总称 广义上泛指耐蚀钢和耐热钢。 耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。在高温下具有较好的抗氧化性并具有一定强度的钢种称为抗氧化钢; 在高温下有一定的抗氧化能力和较高强度的钢种称为热强钢。

      按主要化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢(氮作为固溶强化元素) 不锈钢及耐热钢的特性 1) 物理性能 和低碳钢有很大的差异 2) 耐蚀性能 主要腐蚀方式有均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀、晶间腐蚀

      晶间腐蚀与贫铬现象有联系 机理:过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散,与 Cr 形成铬的碳化物,在晶 界析出,由于碳比铬扩散快得多,铬来不及补充到晶界附近,以至于临近晶界的 Cr 的质量分数小于 12%。 固溶强化可以改善晶间腐蚀。 3) 高温性能 高温性能 合金化问题 高温脆化问题(475℃脆化和σ相脆化)、 475℃脆化主要出现在 Cr 的质量分数超过 15%的铁素体钢中,在 430℃-480℃之间长期加热并缓冷导 致强度升高而韧性下降的现象。 σ相是 Cr 的质量分数约 45%的 FeCr 金属间化合物,无磁性,硬而脆。贫铬下形成σ相,显著降低韧 性。 4.1.4Fe-Cr、Fe-Ni 相图及合金元素的影响 Cr 是缩小奥氏体相区的元素,是强铁素体形成元素 Ni 是强奥氏体形成元素 C 是强奥氏体化元素,会使奥氏体相区增大,而铁素体相区减小 N 是强奥氏体化元素,N 在奥氏体不锈钢中不易形成脆性析出相 钼 Mo 也是铁素体形成元素 锰 Mn 是奥氏体化元素

      4.2 奥氏体不锈钢的焊接 4.2.2 奥氏体不锈钢焊接性分析 1 奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性

      1) 晶间腐蚀 a) 晶间腐蚀 贫铬理论 防止:通过焊接材料,使焊缝金属或超低碳情况或含有足够稳定化元素 Nb;调整焊 缝成分以获得一定量的铁素体相。 b) 热影响区敏化区晶间腐蚀 指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位 所发生的晶间腐蚀。焊接工艺上应采取小热输入,快速焊过程,以减少处于敏化加热的时间。 c) 刀状腐蚀 在熔合区产生的晶间腐蚀,有如刀削切口形式; 焊接时尽量减少过热,加入稀 土元素 La、Ce 2) 应力腐蚀开裂 a) 腐蚀介质的影响 应力腐蚀的特点是腐蚀介质与材料组合上的选择性,在此特定组合之外不会产 生应力腐蚀。 b) 焊接应力的作用 应力腐蚀开裂是应力和腐蚀介质共同作用的结果。 退火消除残余应力可以防 止应力腐蚀开裂 c) 合金元素的作用 晶界上合金元素偏析引起合金晶间开裂是应力腐蚀的主要因素之一。

      引起应力腐蚀开裂需具备三个条件:首先金属在该环境具有高的引力腐蚀开裂的倾向;其次 是由这种材质组成的接触或处于选择性的腐蚀介质中;最后是应有高于一定水平的拉应力。

      3) 点蚀 最容易产生的部位是焊缝中的不完全混合区;提高点蚀性能,一方面须减少 CrMo 的偏析,一方面采用较母材更高的 CrMo 含量的超合金化的材料。

      2 热裂纹 焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。 1) 凝固模式

      单纯 F 或 A 模式凝固时,只有γ-γ或δ-δ界面,偏析液摸能够润湿,会有热裂倾向; 以 FA 模式形成δ相呈蠕虫状,防碍 A 枝晶支脉的发展,构成理想的γ-δ界面,不会有热裂倾向。 以 AFA 模式凝固时,是通过包晶/共晶反应面形成γδ,不足以形成理想的γ-δ界面,还会有一定 的热裂倾向。 影响热烈倾向的关键是决定凝固模式的 Cr/Ni 值。 2) 化学成分 凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分,都可能引起热裂纹的产生。凡可无限固溶的成分或溶解 度大的成分都不会引起热裂纹凡促使出现 A 或 AF 模式的元素,该元素会增加焊缝的热烈倾向。 3) 焊接工艺的影响 小的 E 为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化;不预热降低层间温度;焊接速度不要过大,适当降低 焊接电流 3 析出现象 б相的析出使材料的韧性降低,硬度增加 4 低温脆化

      4.2.3 奥氏体不锈钢的焊接工艺特点 (1)焊接材料选择 坚持适用性原则 根据焊接材料的具体化学成分确定是否适用,并通过工艺评定加以验收 考虑母材的稀释作用 采用同质的焊接材料 不仅要重视焊接金属合金系统,而且注意具体合金元素在合金系统的作用 (2)焊接工艺要点 合理选择最适当的焊接方法 必须控制焊接参数,避免接头产生过热现象 接头设计要合理 尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定 控制焊缝成形 防止工件表面的污染

      4.3 铁素体及马氏体不锈钢的焊接 4.3.1 铁素体不锈钢焊接性分析 焊接接头的晶间腐蚀、 焊接接头的脆化(高温脆化、σ相脆化、4750C 脆化) 4.3.2 铁素体不锈钢的焊接工艺特点 (1)焊接方法

      可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊,以控制热输入为目的, 抑制焊接区的铁素体晶粒的过分长大。 (2)焊接材料的选择 同质焊材:焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织,引起粗晶脆化,室温下韧性低,易产生裂纹。应尽量限制杂 质含量,提高其纯度,同时进行合理的合金化。 异质焊缝:焊缝具有良好的塑性,但不能防止热影响区的晶粒长大和焊缝形成马氏体组织。 A 焊接材料(在不宜进行预热或焊后热处理的情况下),焊后不可进行退火处理,因 F 钢退火温度范围(787~ 843℃),正好处在 A 钢敏化温度区间,容易产生晶间腐蚀及脆化。 (3)低温预热及焊后热处理 预热温度一般控制在 100-200℃,随母材含铬量的增加可适当提高预热温度。

      4.3.3 马氏体不锈钢焊接性分析(Fe-Cr-C 三元合金)具有较高的强度和硬度,但耐蚀性和焊接性较差 (1)焊接接头的冷裂纹 (2)焊接接头的硬化现象 4.3.4 马氏体不锈钢的焊接工艺特点 (1)焊接材料的选择 最好采用同质填充金属来焊接马氏体钢,添加少量的 Ti、Al 等细化晶粒。 (2)焊前预热和焊后热处理 预热温度不宜过高,否则会使奥氏体晶粒粗大,强度塑性下降。

      焊后热处理的目的是降低焊缝和热影响区硬度,改善其塑性和韧性,同时减少焊接残余应力。必须严格控 制焊件的稳定。

      4.4 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接 4.4.3 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接性分析 最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响。 (1)冶金特性 焊缝金属组织的转变 焊接热影响区的组织转变 (2)焊接接头的析出现象 包括 铬的氮化物 二次奥氏体 及金属间相的析出 4.4.4 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接工艺特点 (1)焊接方法 除电渣焊外,基本上所有的熔焊方法都可以用来焊奥氏体-铁素体双相不锈钢 (2)焊接材料 采用奥氏体相占比例大的焊接材料,来提高焊接金属中奥氏体相的比例。 (3)焊接工艺措施 控制热输入;焊接时,焊缝和热影响区的冷却时间 t12/8 不能太短;根据板厚选择合适的冷却速度 多层多道焊;后续焊道对前层焊道有热处理作用,铁素体进一步转变成奥氏体 焊接顺序及工艺焊缝 奥氏体-铁素体双相不锈钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点,具有良好的韧性,强度及优良的 耐氯化物应力腐蚀性能。与纯奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢焊后具有较低的热裂倾向;与纯铁素体不锈 钢相比,焊后具有较低的脆化倾向,且焊接热影响区粗化程度也较低,因而具有良好的焊接性。

      第 5 章 有色金属的焊接 5.1 铝及铝合金的焊接 铝及铝合金具有密度小,比强度高和良好的耐蚀性、导电性、导热性,以及在低温下能保持良好的力学性 能等特点 5.1.2 铝及铝合金的焊接性 (1)焊缝中的气孔 氢是熔焊时产生气孔的主要原因。来源:弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分、焊丝及母材 表面氧化膜吸附的水分。 防止焊接气孔的途径 1) 减少氢的来源 焊接材料严格限指含水量,干燥处理,焊前清理十分重要。正反面全面保护,配以坡

      口刮削时有效防止气孔的措施 2) 控制焊接参数 时对熔池高温存在时间的影响,即对氢融入世界和氢析出时间的影响时间增长。 2 焊接热裂纹 铝及铝合金焊接时,常见的热裂纹主要是焊缝金属的凝固裂纹和近缝区的液化裂纹。 原因:属于共晶型合金;铝合金中有较多的低熔点共晶;铝合金线膨胀系数大,因而焊缝凝固时收缩应力 大。 防止途径: 1) 合金系的影响 控制适量的易溶共晶并缩小结晶温度区间 2) 焊丝成分的影响 丝,裂纹倾向大,焊接时宜改用其他合金组成的焊丝,一般采用标准的 A1-5%Si

      焊丝、A1-5%Mg 焊丝,具有较好的抗裂效果。 3) 焊接参数的影响 增大焊接速度和焊接电流,都促使增大裂纹倾向。 3 焊接接头的“等强性” 非时效强化铝台金热影响区的软化 时效强化铝合金热影响区的软化 4 焊接接头的耐蚀性 为了改善焊接接头的耐蚀性,目前主要采取以下措施: 改善接头组织成分的不均匀性 消除焊接应力 采取保护措施 5.1.3 铝及铝合金的焊接工艺 焊接方法:氩弧焊、等离子弧焊、电阻焊和电子束焊等 焊接材料:同质焊丝 异质焊丝 焊前清理和预热 化学清理 机械清理 焊前预热 焊接工艺要点

      5.2 铜及铜合金的焊接 铜及铜合金具有优良的导电、导热性能,冷加工、热加工性能良好,具有搞的强度、抗氧化 性以及抗淡水、盐水、氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能。 纯铜——紫铜 黄铜——Cu-Zn 二元合金 青铜——不以 Zn Ni 为主,而以 Sn Al 等为主 要组成的铜合金 白铜——Cu-Ni 合金

      (1)难熔合及易变形焊接时不仅要使用大功率的热源。在焊前和焊接过程中还要采取加热措施。 (2)热裂纹 铜与杂质形成多熔点共晶

      避免措施:严格限指铜中的杂质含量;增强对焊缝的脱氧能力;选用能获得双相组织的焊丝,时焊缝晶粒 细化,时易熔共晶物分散,不连续 (3)气孔 氢在铜中的溶解度随温度下降而降低。铜焊缝结晶过程进行的特别快,氢不易析出,熔池易为 氢饱和而形成气泡。 (4)焊接接头性能的变化 5.2.3 铜及铜合金的焊接工艺 1) 焊接方法和焊接材料: 钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊 热效率高,能量集中 焊丝选用铜及铜合金焊丝,控制杂质的含量来提高其脱氧能力,防止产生裂纹和气孔。 焊剂主要由 硼酸盐、卤化物或他们的混合物组成。 焊条分为纯铜焊条 、青铜焊条 2) 焊前准备

      焊丝及工作表面的清理 接头形式及坡口制备 采用散热条件堆成的对接接头、端接接头 3) 焊接工艺参数

      钛及钛合金是一种优良的结构材料,具有密度小、比强度高、耐热耐蚀性好、可加工性好。 钛合金根据其退火组织分为三大类:α钛合金、β钛合金、αβ钛合金。 钛及其合金的焊接性分析 (1) 焊接接头的脆化:

      造成脆化的主要元素有 O N H C 等 a) 氧的影响 焊缝含氧量随氩气中的含氧量增加而上升。氧是扩大α相区的元素,并使β→α同素

      异构转变温度上升,氧为α稳定元素。 b) 氮的影响 氮在高温液态金属中的溶解度岁电弧气氛中氮的分啊增高而增大;氮也是α相稳定元

      素。氮对提高工业纯钛焊缝的抗拉强度、硬度,降低焊缝的塑性方面比氧更显著。 c) 氢的影响 氢是β相稳定元素,在 325℃时发生共析转变β→αγ(T iH2),γ相呈细小片状或针

      状,强度低,同时造成 akv 下降,引起氢脆。 d) 碳的影响 C 是α稳定元素,间隙固溶于钛中,温度降低,析出 T iC 致使 akv 下降。 (2) 焊接区裂纹倾向

      a) 热裂纹 低熔点共晶产生 b) 冷裂纹和延迟裂纹 焊接在焊氧、氮量较高时,焊缝性能变脆,在较大应力的作用想,会

      出现裂纹。氢是引起延迟裂纹的主要原因。 防止延迟裂纹的办法是减少接头处氢的来源, 必要时进行线) 焊缝气孔 材质的影响主要是氩气及焊丝中的不纯气体 工艺因素的影响 钛及钛合金的焊接工艺 (1) 焊接方法及焊接材料 应用最多的是钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。填充金属与母材的成分相似。 (2) 焊前准备

      a) 焊前清理 认真清理钛及钛合金坡口及其附近区域 b) 坡口的制备与装配 (3) 焊接工艺参数

      钨极氩弧焊用于焊接 3mm 以下的薄板。 氩气流量的选择已达到良好的焊接表面色泽为准。 气体保护 工艺参数 采用小的焊接热输入,如果热输入过大,焊缝容易被污染而形成缺陷

      第 6 章 铸铁焊接 6.1 铸铁的种类及其焊接方法 铸铁时谈的质量分数大于 2.11%的铁碳合金,工业上常用的铸铁为铁-碳-硅合金。铸铁熔点低,液态下流动 性好,结晶收缩率小,成本低,耐磨性、减震性和切削加工性能好。 白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 6.1.3 铸铁焊接方法 焊条电弧焊、气焊、CO2 气体保护焊、手工电弧焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等。 6.2 铸铁的焊接性分析 6.2.1 焊接接头白口及淬硬组织 (1)焊缝区 焊缝将主要由共晶渗碳体、二次渗碳体及珠光体组成,即焊缝为具有莱氏体组织的白口铸铁。 采用热焊和半热焊防止白口组织的生成。 (2)半熔化区 半熔化状态 (3)奥氏体区 只有固态相变 (4)部分重结晶去 最终得到马氏体铁素体混合组织 6.2.2 焊接裂纹 冷裂纹(热应力裂纹)可发生在焊缝或热影响区上主要受焊接应力即热应力的影响。 防止冷裂纹的措施应从减小热应力入手 热裂纹 大多出现在焊缝上,为结晶裂纹

      6.2.3 球墨铸铁的焊接性特点 1)球墨铸铁中的球化剂有增大铁液结晶过冷度、阻碍石墨化和促进奥氏体转变为马氏体的作用。 2)由于球墨铸铁的力学性能远比灰铸铁好,特别是以铁素体为基体的球墨铸铁,塑性和韧性很好,对焊接 接头的力学性能要求相应提高。焊接接头在白口铸铁的部位容易萌发裂纹,促进形成焊接冷裂纹。 6.3 铸铁的焊接材料及工艺 采用的焊接方法有电弧热焊和不预热焊、气焊、手工电渣焊以及气体火焰钎焊或喷焊。焊接材料有同质焊 条和焊丝、一直焊条和焊丝、铜基钎料及镍基或铁基钎料;焊条可分为铁基合金、镍基合金基铜基合金。 6.3.1 灰铸铁的焊接材料及工艺特点 1) 同质焊缝(铸铁型)电弧热焊 电弧焊

      对结构复杂的焊件,整体预热;对结构简单的焊件,采用大范围局部预热。 2) 气焊

      电弧热焊及半热焊主要适用于壁厚大于 10mm 铸件上缺陷的焊补,薄壁件宜用气焊。 气焊工艺:气焊火焰应用中性焰或弱碳化焰,不能用氧化焰;在气焊中应尽量保持水平位置。 “加热减应区”法(选择原则是使减应区的主变形方向与焊接金属冷却收缩方向一致)

      裁丝焊补法 5) 灰铸铁的钎焊与喷焊 因为加热温度低,将完全避免白口及淬硬组织 6.3.2 球墨铸铁的焊接工艺特点 气焊 同质焊缝(球墨铸铁型)电弧焊 异质焊缝(非球墨铸铁型)电弧焊

      第七章 先进材料的焊接 先进材料是指采用先进技术新近开发或正在开发的具有独特性能和特殊用途的材料。分为结构材料和功能 材料两大类。先进材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等一系列优点 高温合金的焊接 高温合金是指以 Fe、Ni 或 Co 为基,在 700-1200℃以上及一定应力下长期关注的高温金属材料,具有优异 的高温强度与,良好的抗氧化、耐腐蚀和抗疲劳等综合性能。 高温合金的焊接性分析 1. 焊接裂纹 1) 结晶裂纹 2) 液化裂纹 随着合金元素含量的增加,其合金野花裂纹越显著。 产生在近缝区。避免液化裂纹的方

      法是尽可能降低焊接热输入和较小过热去及母材高温停留时间。 3) 应变时效裂纹 与残余应力和菊素压力引起的应变以及时效过程中塑性损失以前你的应变时效有关 2. 气孔 焊接坡口处清理不彻底而残存油污、氧化物及涂料是产生气孔的主要原因。 3. 接头组织不均匀、 4. 焊接接头性能的变化 高温合金的焊接工艺特点 p249

      7.2 陶瓷材料与金属的焊接 结构陶瓷和功能陶瓷 陶瓷与金属的焊接性分析 1. 焊接裂纹 原因陶瓷与金属的化学成分和物理性能有大差别,特别是线膨胀系数差异很大,此外, 陶瓷的弹性模量也很高。陶瓷与金属的焊接一般是在高温下进行。避免措施(添加中间层或合理 选用钎料 合理选择被焊陶瓷与金属,在不影响接头使用性能的条件下,尽可能使两者的线膨胀 系数相差最小; 应尽可能地减少焊接部位及其附近的温度梯度,控制加热和冷却速度,降低冷 却速度,有利于应力松弛而使应力减小; 采取缺口、突起和端部变薄等措施合理设计陶瓷与金 属的接头结构 2. 界面润湿性差 产生原因--------陶瓷材料含有离子键或共价键,表现出非常稳定的电子配位, 很难被金属键的金属钎料润湿,所以用通常的熔焊方法使金属与陶瓷产生熔合是很困难的。改 善方法:陶瓷表面的金属化处理;活性金属法 3. 界面反应 界面反应的组织结构是影响陶瓷与金属焊接性的关键。 陶瓷与金属的焊接工艺特点

      金属基复合材料焊接性分析 1. 界面反应 2. 熔池流动性和界面润湿性差 3. 接头强度低

      a) 热物理性能的差异主要指熔化温度、线膨系数、热导率 b) 结晶化学性能差异 冶金学上的不相容性 c) 材料的表面状态 d) 过渡层的控制 异种材料焊接方法: 熔焊: 焊条电弧焊、气体保护焊、电子束焊、激光焊 固相焊 压焊 扩散焊 摩擦焊 焊接异种材料焊接材料选取的一般原则:

      a) 保证焊接接头的使用性能, b) 焊缝具有一定的致密性,无气孔、夹杂 c) 有良好的工艺焊接性,焊接接头不出现冷裂纹和热裂纹 d) 保证焊缝金属具有所要求的特性,如热强性、耐热性、耐蚀性和耐磨性等 e) 加能形成中间过渡层的焊接材料: 8.2 异种钢的焊接 8.2.1 异种钢的焊接性分析 (1) 焊缝成分的稀释(熔合比) 珠光体钢与奥氏体钢焊接的异种钢焊接接头,一般都采用超合金化焊接材料,或是高铬镍奥氏体钢, 或是镍基合金。 (2) 熔合过渡区的形成 填充金属与母材在化学成分上差别越大,不完全混合区月明显,即浓度梯度越明显,这种因熔池凝固 特性而造成的过渡变化区称为凝固过渡层。 异种钢焊接时或焊后热处理以后,往往可以一侧的碳通过焊缝边界(熔合线)向高合金移”的现象, 分别在焊缝边界两侧形成脱碳层这种脱碳层和增碳层总称为碳迁移过渡层。 (3) 接头区应力状态 异种钢焊接接头,由于两种钢的线膨胀系数相差很大,不仅焊接时会产生较大的残余应力,而且在使 用中如有循环温度作用,也会形成热应力。此焊接应力即使通过焊后热处理也难以消除。 8.2.2 异种钢的焊接工艺特点 焊接方法及焊接材料: 焊条电弧焊和气体保护焊 针对奥氏体和珠光体异种钢的焊接特点,一般选用 Cr25-Ni13 系焊条

      焊接工艺要点: 尽量降低熔合比,减少焊缝金属被稀释。为此应减小焊条或焊丝直径,采用大坡口、小电流、快速多层焊 等工艺。

      自回火:M 转变点较高的低碳合金钢,在淬火的过程中,先形成低碳 M,由于形成温度较高,在其它 M 不 断转变的过程中,因工件自身的温度而得到回火,并消除应力,从而不需要专门的回火工序,这种现象称 为“自回火” 调质处理:淬火回火的热处理工艺称为调质处理。调质可以使钢的性能得到很大程度的调整,其强度、塑 性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能。 断裂韧度 KIC:反应含裂纹的构件抵抗裂纹失稳扩展的能力。当应力或裂纹尺寸增大到某临界值时,裂纹 尖端一定区域内应力超出材料断裂强度,从而导致裂纹失稳扩展,材料断裂。该临界值即称为断裂韧度 KIC。 等强匹配:焊接接头的强度等级与母材的强度等级在同一数量上称为等强匹配。即焊缝的屈服强度与母材 的屈服强度相当。 淬透性:材料在一定条件下淬火时获得淬透层深度的能力,用规定条件下试样淬透层深度和硬度分布来表 征。 不锈钢:是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的,具有高度化学稳定性的合金钢 的总称 耐热钢:包括抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢,对高温强度要求不高。 热强钢:指在高温下即具有抗氧化能力,又要具有高温强度。 热强性:指在高温下长时工作时对断裂的抗力(持久强度),或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力(蠕 变抗力)。 部分概念: 1.铬当量:在不锈钢成分与组织间关系的图中各形成铁素体的元素,按其作用的程度折算成 Cr 元素(以 Cr 的作用系数为 1)的总和,即称为 Cr 当量。 2.镍当量:不锈钢成分与组织间关系的图中各形成奥氏体的元素按其作用的程度,折算成 Ni 元素(以 Ni 的作用系数为 1)的总和,即称为 Ni 当量。 3. 4750 C 脆化: 高铬铁素体不锈钢在 400~540 度范围内长期加热会出现这种脆性,由于其最敏感的温度在 475 度附近,故称 475 度脆性,此时钢的强度、硬度增加,而塑性、韧性明显下降。 4.凝固模式: 凝固模式首先指以何种初生相(γ或δ)开始结晶进行凝固过程,其次是指以何种相完成凝 固过程。四种凝固模式:以δ相完成凝固过程,凝固模式以 F 表示;初生相为δ,然后依次发生包晶反应 和共晶反应,凝固模式以 FA 表示;初生相为γ,然后依次发生包晶反应和共晶反应,凝固模式以 AF 表示; 初生相为γ,直到凝固结束不再发生变化,用 A 表示凝固模式。 5.应力腐蚀裂纹:在应力和腐蚀介质共同作用下,在低于材料屈服点和微弱的腐蚀介质中发生的开裂形式。 6. σ相脆化: σ相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相,具有变成分和复杂的晶体结构。 25-20 钢焊缝在 800~875℃加热时,γ向σ转变非常激烈。在稳定的奥氏体钢焊缝中,可提高奥氏体化元 素镍和氮,克服σ脆化。 7、晶间腐蚀:在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。 8、贫铬机理:过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散。与边界附近的铬形成铬的碳化物 CR23C16 或(Fe、Cr) C6 并在晶界析出,由于碳比铬扩散的快的多,铬来不及从晶内补充到晶界附近,以至于邻近晶界的晶粒周边

      焊接冶金学—材料焊接性复习总结 层 Cr 的质量分数低于 12%,即所谓“贫铬”现象 焊缝稀释:焊接过程中,母材金属熔化,熔入焊缝后使其合金元素比例发生改变,若焊缝中合金元素的比 例减小则称为“焊缝稀释”;若比例增加,则称为“焊缝合金化”

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