金属焊接性及其试验方法材料焊接性.doc

金属焊接性及其试验方法金属焊接型性：金属能否适应焊接加工而形成完整的、具备一定实用性能的焊接接头的特性。金属焊接性包括两方面的内容1：工艺性能：在焊接加工过程中，是否容易形成缺陷，对缺陷的敏感性，好焊不好焊。2：使用性能：焊接接头在一定使用的条件下可靠运行的能力。焊接性：金属材料对焊接加工的适应能力。影响焊接性的因素：1：材料 2：工艺 3：结构 4：服役。确定金属焊接性的分析方法分为 直接法和间接法焊接性的间接评定1：碳当量法 （国际焊接学会 日本工业标准 美国焊接学会）2：焊接冷裂纹敏感指数 （根据相关的公式求出指数，从而求出防止冷裂纹出现的最低预热温度）3：焊接热影响区的最高硬度法（通过热影响区的最高硬度来评价焊接钢材的淬硬倾向和冷裂纹敏感性)4：利用合金相图和CCT和SHCCT曲线等。焊接性的直接评定(直接实验)1:焊接冷裂纹实验（1） 斜Y型坡口焊接裂纹实验法（2） 插销实验（3） 拉伸拘束裂纹实验（4） 刚性拘束裂纹实验2：焊接热裂纹实验方法 (1）压板对接裂纹试验方法 （2）可调拘束裂纹实验3：焊接再热裂纹实验方法（1） 插销实验焊接性实验的内容1：焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力2：焊缝及热影响区金属产生冷裂纹的能力。3焊剂接头抗脆性转变能力。4：焊接接头的使用性能。 具体钢种的焊接性分析热轧钢（在在结晶温度以上轧制的钢板 强度不高 塑形好 焊接性好）和冷轧钢像对应 合金成分的特点：一般成分 此时各种性能优良，如果超出合适的成分范围则焊接性变差。强化机制：固溶强化，由于热轧钢的强度不是很高，这类刚是在Wc0.2.%的基础上通过添加锰，硅等合金元素的固溶强化来保证钢的强度。有时用V和Nb来达到细晶强化和沉淀强化。性能特点：塑形好 屈服强度不高 屈服强度在295-390之间供应态：热轧态。组织：细晶铁素体和珠光体典型钢种：Q295 345 390 16Mn应用 ：压力容器，动力设备，桥梁。建筑结构。焊接性分析1：热裂纹 由于含碳量比较低，而焊锰量比较高，Mn/S一般都能达到要求，有比较好的抗热裂性能，正常情况下不会出现热裂纹，热裂纹倾向比较小。当材料成分不合格时，或者严重偏析使局部C和S含量比较高时会出现热裂纹。2：冷裂纹 从材料本身来看，淬硬组织是引起冷裂纹的主要因素，由于含碳量少，则冷裂纹倾向小，但是高于低碳钢，强度级别越高冷速越快，冷裂纹倾向越大。3:层状撕裂 层状撕裂的产生不受钢种和强度的限制，主要发生在厚板结构中（在热影响区或远离热影响区的母材中），与厚度有关。4：再热裂纹（SR）：产生原因杂质元素在奥氏体晶界偏聚以及碳化物的析出导致晶界脆化。在较大的焊接残余应力作用下开裂。5HAZ的组织和性能：过热区脆化和热应变脆化焊接工艺要点：1：焊接方法 热轧钢对焊接方法没有要求，一般方法都可以采用，其中，焊条电弧焊，埋弧焊，二氧化碳气体保护焊时常用的方法。2：焊接材料 热轧钢一般是根据强度级别选择焊接材料，而不要求与母材成分相同一般是等强匹配，焊缝的强度等于或低于母材强度。3：焊接工艺参数的确定正火钢1：成分 热轧钢的成分+V、Nb、Ti、Mo（正火钢就是在热轧钢的基础上加入一些碳。氮化合物形成元素（如V、Nb、Ti、Mo等）通过沉淀强化和细晶强化进一步提高钢的强度和保证韧性。正火的目的就是为了使这些合金元素形成的碳、氮化合物以细小的化合物质点从固溶体中沉淀析出，弥散在晶界和晶内起细化晶粒的作用。强化机制：在固溶强化的基础上 又有沉淀强化和细晶强化。性能特点：综合机械性能比较好。因为有其他强化方式所以屈服强度比热轧钢高 屈强比高。供应态：一般是正火态 含Mo的钢是正火+回火态组织：典型钢种：应用 正火态（ 压力钢管 压力容器）正火+回火 (高压锅炉）焊接性分析热裂纹：同热轧钢一样。冷裂纹：层状撕裂：同热轧钢一样再热裂纹：5：HAZ热影响区组织性能焊接方法和焊接材料以及焊接工艺同热轧钢低碳调质钢成分：强化机制：采用调制处理（相变强化）通过组织强韧化获得很高的综合力学性能。性能特点：较高的强度 良好的塑性、韧性、和耐磨性 、总之、综合力学性能好。供应态：组织：典型钢种：应用：工程机械 动力设备 桥梁焊接性分析热裂纹脆化：两个原因 1：奥氏体晶界粗大， 2：形成马氏体-奥氏体组元软化问题：因为回火所以软化。中碳调质钢成分强化机制：性能特点：高的强度和硬度。韧性相对较低。淬透性大，焊接性差。供应态：淬火+回火组织：应用：齿轮 轴，发电机转子 飞机起落架等。焊接性分析耐热钢及不锈钢的焊接不锈钢：在空气中。酸，碱，盐等耐腐蚀和氧化的合金钢耐热钢：抗高温氧化且有一定的高温强度（热强钢)的合金钢。不锈钢中含有大量的铬和镍，形成一层具有保护性的CrO3氧化膜。且Cr能提高电极电位，不锈钢按组织分为 马氏体不锈钢 奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢马氏体不锈钢 高铬，高碳 因而有高的强度硬度耐磨性 (淬火后是马氏体）1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 淬透性好，焊接性不好，奥氏体不锈钢18%Cr 、8%Ni(18-8) 组织为单相奥氏体铁素体不锈钢高铬 低碳奥氏体不锈钢的焊接性分析焊缝晶间腐蚀的原因：由于铬的碳化物析出造成晶间贫铬防治措施： 选择低碳材料 加入强碳化物形成元素 Ti 或 Nb热影响区敏化区间晶间腐蚀：只有18-8才会有敏化区防治措施：降低母材含碳量 采用合理的焊接参数和工艺。焊接工艺要点1：采用小热输入，小电流快速焊。 铜和铜合金的焊接 铜的焊接性1：难熔合及易变形因为铜的导热率非常高（是铁的7倍）焊接时热量从加热区传导出去。难以达到熔化温度，使母材与填充金属难以熔合，2：铜中加入合金元素，其导热性能下降，铜的线胀系数和收缩率比较大，再加上铜和铜合金导热能力强，使焊接热影响区加宽，因此必然会产生加大的变形。2：热裂纹倾向大（1） ：氧是铜中的杂质，会和铜产生Cu2O, Cu2O和Cu形成低熔点共晶，低于铜的熔点温度，（2）Cu和Ni、S、P会形成Cu2S等低熔点共晶，低于铜的熔点。3形成气孔（1） 扩散性气孔 氢在铜的溶解度随温度的下降而下降。由液态转为固态是。溶解度发生剧变。加上焊缝冷却速度较快。形成氢气孔。（2） 反应性气孔 水蒸气气孔是由冶金反应形成的。高温时铜与氧生成的氧化亚铜在（1200度以上）溶于液态铜，在1200度是开始析出，随着温度的下降，析出量也变大，与溶解在液态铜中的氢发生反应形成不溶于铜的水蒸气，由于铜的导热性强，熔池凝固快，水蒸气来不及则形成气孔。1：减少氢和氧的来源 2：对熔池进行脱氧 3：预热缓冷1：一方面由于焊缝及热影响区出现粗大晶粒；另一方面为了防止出现裂纹和气孔，加入的脱氧元素会降低焊缝的塑性。焊接方法的选择1采用大的线能量 高能密度焊。焊接材料的选择选择加脱氧元素的焊丝焊接工艺1：焊前清理 2：采用大能量焊接 必要时焊前预热3：选择合适的接头形式和坡口，平面焊 、单面焊。 钛合金的焊接性钛合金的性能1的导电性和导热性差 但在一定条件下有超导性能。2高温强度高。3低温韧性好。4活性很高生成致密的氧化膜 抗氧化 耐腐蚀工业纯钛一882度为界发生相变（其他合金元素加入对其有三种影响）1稳定a相 2稳定相 3对相变影响不大的中性元素在室温下钛合金有三类（根据加入的元素不同）1钛合金 2：钛合金 3：+钛合金最常用的是 钛合金（TA） +钛合金（TC）钛的焊接性1：气体及杂质对焊接性能的影响 钛在常温下生成致密的氧化膜保持稳定和耐腐蚀性。在高温下，氧化膜会分解。钛和钛合金随着温度的上升回快速的吸氢、氧、氮、进而导致焊接接头的脆化。（氧、和氮的溶解使晶格发生畸变，强度。硬度升高。塑形韧性下降。 氢和碳和钛反应生成硬脆相，导致焊缝变脆）2焊接热循环对接头性能的影响由于钛的熔点高，热导率小。因此容易引起HAZ处晶粒粗大，使接头塑性下降，脆化。3：焊接裂纹的问题由于钛合金和钛所含的S、P杂质少，产生热裂纹的可能性比较小。由于钛合金会吸收氢。因此在热影响区有可能出现延迟冷裂纹。4焊缝中气孔问题由于钛在加热时吸收了各种气体，钛合金及钛的焊接工艺要点1;选择合适的焊接材料和焊接方法2：焊前要清理。3：焊接接头焊后要热处理。 铝合金的焊接铝合金的性能1 高的导电性、导热性。 2高温强度低，良好的低温性能3低强度、高塑性4热胀系数大。5耐大气腐蚀。铝合金分为 变形铝合金 和 铸造铝合金铸造铝合金：存在共晶组织，流动性好，便于制造。变形铝合金：变形能力好，适于锻造及压力加工。变形铝合金又分为 不可热处理强化铝合金 和 可热处理强化铝合金不可热处理强化铝合金只能形变强化可热处理强化铝合金 既能热处理强化 又能形变强化。11111气孔产生的原因1温度的变化时氢在铝中的含量变化2焊接时，导热快，冷却速度快来不及逸出。防止措施1：合理选材，限制氢的来源。2：控制焊接工艺。3：调整电弧气氛。11111热裂纹产生的原因（主要是结晶裂纹和高温液化裂纹）、1：不平衡加热导致低熔点共晶。2：铝合金的线胀系数大，应力大。防止措施1合理选择母材和共晶合金焊丝。2：合理选择焊接方法和焊接工艺。11111焊接接头的不等强性非热处理强化铝合金在冷作硬化状态下焊接热影响区软化：加热再结晶消除了原来的冷作硬化效果。在退火状态下焊接，母材与接头基本等强。热处理强化铝合金不管是在退火状态下焊接还是在时效状态下焊接，焊后不经过热处理接头强度都要低于母材。44焊接接头的耐蚀性 铸铁焊接性分析铸铁是钢的基体+石墨根据石墨化程度不同分为 灰口铸铁 麻口铸铁 白口铸铁灰口铸铁 第一 第二阶段 完全石墨化根据石墨的形状不同 灰口铸铁分为 灰铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁 和 球铸铁灰铸铁焊接性的分析整个接头可分为 ，焊缝区、半熔化区、奥氏体区、重结晶区、碳化物石墨化球化区 、母材焊缝区分析当同质材料焊接时，焊缝成分与灰铸铁的成分相同，焊缝金属液态从最高温度开始冷却，由于冷却速度快，石墨化程度小，焊缝组织主要由（共晶渗碳体、二次渗碳体、及珠光体）即焊缝组织为白口铸铁组织（硬、脆），即使增大焊接线能量，焊缝中可出现一定量的灰铸铁，但是不能完全消除白口。 措施：因此对同质灰铸铁焊缝，要求选择合适的焊接材料，调整焊接的化学成分增强石墨化能力，如增加碳硅等。若采用异质焊缝（低碳）进行灰铸铁焊接时，焊缝组织不是铸铁，可以防止白口，由于母材碳含量高，焊条含碳量低，为了减小母材对焊缝成分的影响，焊接时采用较小的热输入，但是距离母材距离近的第一层焊缝含碳量高，焊后快冷易出现较多淬硬的马氏体措施：采取措施降低焊缝含碳量或改变碳的存在形式，减小母材融化量，配合预热，半熔化区分析半熔化区焊接时处于半融化状态，即液-固状态，变为液态的部分碳会向变为固态的那部分发生扩散，但是会有一些残留，液态那部分冷却转变为共晶渗碳体+奥氏体，固态部分由于碳的扩散转变为过饱和碳的奥氏体，混在一起，继续冷却，奥氏体因为碳的溶解度下降，而析出二次渗碳体，二次渗碳体和共晶渗碳体，混在一起，在共析温度区间，奥氏体转变为珠光体，珠光体+各种渗碳体形成白口。若冷速过快，出现奥氏体会转变为马氏体，冷却速度及焊缝区的化学成分对半熔化区的组织及白口宽度都有很大的影响。重结晶区：母材部分原始组织加热转变为奥氏体，在随后冷却的过程中，奥氏体转变为珠光体类型的组织，快冷时也可能出现一些马氏体。其他区，焊后组织无变化。焊接裂纹分析焊缝区及焊接热影响区都会出现：1