材料焊接完美版_(1)

焊接性 焊接性 焊接性是指同质材料或者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 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 使用焊接性 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 冶金焊接性 冶金焊接性 是指熔焊高温下的熔池金属与气相 熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起 的焊接性变化 热焊接性 热焊接性 焊接过程中要向接头区域输入很多热量 对焊缝附近区域形成加热和冷却过程 这对靠近焊缝的热影响区的组织性能有很大的影响 从而引起热影响区硬度 强度 韧性 耐蚀性等的变化 热应变脆化 热应变脆化 直接发生于焊接过程中 在热和应变同时作用下产生的一种动态应变时效 一般认为热应变脆化是由于 N O 原子聚集在位错周围 对位错造成钉扎作用造成的 碳当量 碳当量 把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来 作为粗略评定钢材 冷裂纹倾向的参数指标 即所谓碳当量 镍当量 镍当量 把每一奥氏体化元素折合成相当若干镍元素后的总和 铬当量 铬当量 把每一铁素体化元素按其铁素体的强烈程度折合成相当与铬元素的和 正火钢 正火钢 钢板轧制和冷却后 再加热到 900 附近 然后在大气中冷却 热轧钢 热轧钢 把钢锭加热到 1300 左右 经热轧成板材 然后空冷 沉淀硬化钢 沉淀硬化钢 经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢 金属复合材料 金属复合材料 金属复合材料是以金属作为基体的复合材料 增强相可以是纤维 也可以 是晶须 颗粒等弥散分布的填料 复合材料 复合材料 是指由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质 按一定方式 比例及分 布方式组合而成的一种多相固体材料 沉淀硬化钢 沉淀硬化钢 经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢 主要用作高强度不绣钢 回火脆性 回火脆性 铬相耐热钢及其焊接接头在 350 500 温度区间长期运行过程中发生脆变现 象成为回火脆性 奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢 是在高铬不锈钢中添加适当的镍而形成的具有奥氏体组织的不锈钢 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢 显微组织为铁素体 铬的质量分数在 11 5 32 0 范围 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢 显微组织为马氏体 这类钢中铬的质量分数为 11 5 18 0 双相不锈钢 双相不锈钢 双相不锈钢是在固溶体中铁素体相和奥氏体相各约占一半 一般较少相的含 量至少也需要达到 30 的不锈钢 应力腐蚀 应力腐蚀 也称为腐蚀开裂 是指不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强 度极限的脆性开裂现象 晶间腐蚀 晶间腐蚀 在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象 调制钢 调制钢 经过淬火 回火热处理的钢 低碳调制钢 低碳调制钢 Wc 0 18 合金元素含量较低 经淬火 回火热处理的钢 中碳调制钢 中碳调制钢 含碳量 0 25 0 5 并加入适量的合金元素 以保证钢的淬透性 再通过 调质处理以获得综合性能较好的高强钢称为中碳调质钢 先进材料 先进材料 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 陶瓷材料 陶瓷材料 陶瓷是指以各种金属的氧化物 氮化物 碳化物 硅化物为原料 经适当配料 成型和高温烧结等人工合成的无机非金属材料 不锈钢焊缝晶间腐蚀的防止措施包括不锈钢焊缝晶间腐蚀的防止措施包括 固溶处理 稳定化退火 超低碳发 合金化法 合金钢强化机理包括合金钢强化机理包括 固溶强化 沉淀强化 热处理强化 变形强化等类型 先进陶瓷材料 先进陶瓷材料 先进陶瓷在组成 性能 制造 工艺及应用等方面与传统陶瓷不同 组成 由原来的 SiO2 Al2O3 MgO 等发展到了 Si3N4 SiC ZrO2 等 475 475 脆性 脆性 475 脆性主要出现在 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 就可导致在常温时或负温时出现强度升高而耐性下降的现象 称之 为 475 脆性 刀状腐蚀 刀状腐蚀 在熔合区产生的晶界腐蚀 有如刀削切口形成 所以叫刀状腐蚀 评定焊接性的两个原则 评定焊接性的两个原则 1 评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向 为制定合理的焊接工艺提 供依据 2 评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求 强度用钢主要包括 强度用钢主要包括 热轧及正火钢 低碳调制钢 中碳调制钢 根据根据 HAZHAZ 不同 淬硬性钢与非淬硬性钢的不同 淬硬性钢与非淬硬性钢的 HAZHAZ 的划分是怎样的 的划分是怎样的 非淬硬性倾向 熔合区 粗晶区 细晶区 不完全重结晶区 回火区 淬硬性倾向 完全淬火区 不完全淬火区 回火区 复合钢板的焊接顺序 复合钢板的焊接顺序 先焊基层 再焊过渡层 最后焊复层 预热和后热的作用 预热和后热的作用 预热和焊后热处理的主要目的是为了防止裂纹 也有一定的改善组织 性能的作用 陶瓷的组成 陶瓷的组成 主晶相 玻璃相 气相 复合材料的组成 复合材料的组成 基体 增强相 界面 冷裂纹产生机理冷裂纹产生机理 钢种的淬硬倾向 焊接接头含氢量及其分布 以及接头所承受的拘束应 力状态 三个因素在一定条件下相互联系和相互促进 再热裂纹产生机理再热裂纹产生机理 在焊后再热处理时 残余应力松弛过程中 粗晶区应力集中部位的晶 界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力 不锈钢焊接防止晶间腐蚀的措施 机理 用贫铬理论解释 不锈钢焊接防止晶间腐蚀的措施 机理 用贫铬理论解释 机理 过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散 与晶界附近的铬结合形成铬的碳化物 Cr23C6 或 C6 并在晶界析出 由于碳比铬扩散快得多 铬来不及从晶内补充到晶界附近 以至于临界 晶界的晶粒周边层 Cr 的质量分数低于 12 即所谓的贫铬现象 从而造成晶界腐蚀 防止措施 1 通过焊接材料 使焊缝金属或者成为超低碳情况 或者含有足够的稳定化元 素 Nb 2 是调整焊缝成分以获得一定数量的铁素体相 铝合金焊接中水分的主要来源 铝合金焊接中水分的主要来源 焊接材料及母材所吸附的水分 弧柱气氛的水分 潮湿的空气 氧化膜和油污的水分 为什么铝合金焊接前要仔细清理表面 为什么铝合金焊接前要仔细清理表面 氢是铝及合金熔焊时形成气孔的主要原因 氢的来源是弧柱气氛的水分 焊接材料以及母 材所吸附的水分 其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分对焊缝气孔的产生有重要的影响 为了防止焊缝气孔 焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除 所以焊接前要进行焊前清洗 铝合金焊接形成气孔的机理 铝合金焊接形成气孔的机理 氢是铝及铝合金熔焊时产生气孔的主因 弧柱气氛中水分的影响 弧柱空间或多或少存在 一定量的水分 尤其在潮湿季节或湿度大的地区进行焊接时 由弧柱气氛中水分分解而来 的氢 溶入过热的熔融金属中 凝固时来不及析出成为焊缝气孔 这时所形成的气孔具有 白亮内壁的特征 氧化膜中水分的影响 在正常的焊接条件下 对于气氛中的水分将是生 成焊缝气孔的主因 氧化膜不致密 吸水性强的铝合金 比氧化膜之谜的纯铝具有更大的 气孔倾向 因为 Al Mg 合金的氧化膜由 Al2O3 和 MgO 构成 MgO 越多 形成的氧化膜越不 致密 更易于吸附水分 纯铝的氧化膜只由 Al2O3 构成 比较致密 相对来说吸水性要小 Al Li 合金的氧化膜更易吸收水分而促使产生气孔 热轧钢 正火钢 低热轧钢 正火钢 低 中碳调制钢的屈服强度范围 中碳调制钢的屈服强度范围 热轧钢 295 390MPa 正火钢 390 490Mpa 低碳调制钢 490 980MPa 中碳调制钢 880 1176MPa 奥氏体不锈钢在焊接中产生热裂纹的机理 奥氏体不锈钢在焊接中产生热裂纹的机理 奥氏体钢焊接时 在焊缝及近缝区都有产生裂纹的可能性 主要是热裂纹 最常见的是焊 缝凝固裂纹 奥氏体刚焊接热裂纹的原因 与一般结构钢相比较 奥氏体钢焊接时有较大的热裂倾向 1 奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大 在焊接局部加热和冷却条件下 接头在冷却过程中 可形成较大的拉应力 2 奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织 有利于有害杂志的偏析 而 促使形成晶间液膜 显然抑郁促使产生凝固裂纹 3 奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂 不仅 S P Sn Sb 之类的杂质可形成易溶液膜 一 些合金元素因溶解度有限 也能形成易溶共晶 不锈钢分类的每种钢号 不锈钢分类的每种钢号 奥氏体不锈钢 Cr25Ni20 Cr18Ni18 铁素体不锈钢 1Cr17 1Cr25Si2 马氏体不锈钢 1Cr13 4Cr13 铁素体 奥氏体双相钢 00Cr23Ni4N 00Cr22Ni5Mo3N 沉淀硬化钢 17 4PH 17 7PH 铝 铜导热率和碳 钢有何区别 铝 铜导热率和碳 钢有何区别 铝 铜热导率大 是钢的 2 倍 碳钢热导率小 铝 铜的线膨胀系数和陶瓷有何区别铝 铜的线膨胀系数和陶瓷有何区别 铝 铜的线膨胀系数大 陶瓷的小 引起钛合金脆化的主要因素 引起钛合金脆化的主要因素 钛及钛合金焊接区易受气体等杂质污染产生脆化 造成脆化 的主要元素有 O N H C 热裂纹形成的机理是热裂纹形成的机理是 由于成分偏析而形成的低熔点共晶的液态薄膜 在拉应力作用下开 裂 理论分析中 热裂纹通常以 Mn S C 作为判据 焊接性评定方法的原则 焊接性评定方法的原则 1 可比性 2 针对性 3 再现性 4 经济性 低合金特殊用钢的类别 低合金特殊用钢的类别 珠光体耐热钢 低温钢 低合金耐蚀钢 奥氏体化代表元素 奥氏体化代表元素 Ni C N Mn Cu 铁素体化元素 铁素体化元素 Cr Mo Ti Si Al 陶瓷与金属焊接为什么产生裂纹 机理 陶瓷与金属焊接为什么产生裂纹 机理 陶瓷与金属的化学成分和物理性能有很大差别 特别是线膨胀系数差异很大 此外 陶瓷 的弹性模量也很高 在焊接加热和冷却过程中陶瓷 金属各自产生差异较大的膨胀和收缩 在接头附近产生较大的热应力 造成接头区产生裂纹 钛合金焊接产生氢脆的机理 钛合金焊接产生氢脆的机理 氢是 相稳定元素 在 Ti 及 Ti 中间隙固溶 氢在 Ti 中的溶解度大于在 Ti 中的溶解度 在 325 时发生共析转变 325 以下氢在 Ti 中的溶解度急速 下降 常温时氢在 Ti 中的溶解度仅为 0 00009 共析转变后析出以细片状或针状存在 的 相 钛的氢化物 TiH2 焊缝含氢量越多 细片状或针状析出物越多 低合金焊接热应变脆化的机理是什么 低合金焊接热应变脆化的机理是什么 产生在焊接熔合区及最高加热温度低于 Ac1 的亚临界热影响区 对于 C Mn 系热轧钢及氮 含量较高的钢 一般认为热应变脆化是由于 C N 原子聚集在位错周围 对位错造成钉扎作 用造成的 一般认为在 200 400 时热应变脆化最为明显 当焊前已经存在缺口时 会使 亚临界热影响区的热应变脆化更为严重 熔合区易于产生热应变脆化与此区域常存在缺口 性质的缺陷和不利组织有关 热应变脆化易于发生在一些固溶 N 含量较高而强度级别不 高的低合金钢中 焊接方法对焊接性有何影响 焊接方法对焊接性有何影响 焊接方法对焊接性的影响首先表现在焊接热源能量密度 温 度以及热量输入上 其次表现在保护熔池及接头附近区域的方式上 影响焊接性的因素 影响焊接性的因素 1 材料因素 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料 母材和焊材在焊接过程中直接 参与熔池或熔合区的冶金反应 对焊接性和焊接质量有重要的影响 母材或焊接材料选用 不当时 会造成焊缝成分不合格 力学性能和其他使用性能降低 甚至导致裂纹 气孔 夹渣等焊接缺陷 也就是使工艺焊接性变差 2 设计因素 焊接接头的结构设计会影响应力状态 从而对焊接性产生影响 设计结 构时应使接头处的应力处于较小的状态 能够自由收缩 这样有利于减小应力集中和防止 焊接裂纹 接头处的缺口 截面突变 堆高过大 交叉焊缝等都容易引起应力集中 要尽 量避免 不必要的增大母材厚度或焊缝集体 会产生多向应力 也应避免 3 工艺因素 对于同一种母材 采用不同的焊接方法和工艺措施 所表现出来的焊接性 有很大的差异 发展新的焊接方法和新的工艺措施是改善工艺焊接性的重要途径 焊接方法对焊接性的影响首先表面在焊接热源能量密度 温度以及热量输入上 其次 表面在保护熔池及鸡头附近区域的方式上 工艺措施对防止焊接缺陷 提高鸡头使用性能有重要的作用 最常见的工艺措施是焊前预 热 缓冷和焊后热处理 这些工艺措施对防止热影响区淬硬变脆 减小焊接应力 避免氢 致冷裂纹等是比较有效的措施 合理安排焊接顺序也能减小力和变形 原则上应使被焊工 件在整个焊接过程中尽量处于无拘束而自由膨胀和收缩的状态 焊后热处理消除参与应力 也可以使氢逸出而防止延迟裂纹 焊前对钢板的气割 冷加工 装配等工序应符合材料特点 以免造成局部硬化 脆化或应 力集中 引起裂纹等缺陷 4 服役环境 焊接结构的服役环境多种多样 如工作温度高低 工作介质种类 载荷性 质等都属于使用条件 工作温度高时 可能产生蠕变 工作温度低或载荷为冲击载荷时 容易发生脆性破坏 工作截止有腐蚀性时 接头要求具有耐腐蚀性 使用条件越不利 焊 接性就越不易保证 正火钢中加入钛 鈮 钒的作用 正火钢强化机理 这些元素起到的作用 正火钢中加入钛 鈮 钒的作用 正火钢强化机理 这些元素起到的作用 正火钢加入这些沉淀强化的合金元素 利用这些元素形成的碳 氮化物弥散质点引起的沉 淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能 使屈服强度由 MN V 钢的 390MPa 提高到 440MPa 同时降低回火脆性 热轧钢和正火钢产生粗晶脆化的机理是什么 热轧钢和正火钢产生粗晶脆化的机理是什么 热轧钢 采用过大的焊接热输入 粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性 焊接 热输入过小 粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性 这在焊接碳含量偏高的热 轧钢时较明显 正火钢 采用过大的焊接热输入 粗晶区的 V C N 析出相基本固溶 这是 V C N 化合物抑制奥氏体晶粒长大及组织细化作用被削弱 粗晶区易出现粗大晶粒及上贝氏体 M A 组元 导致粗晶区韧性降低和时效敏感性的增大 热轧钢及正火钢根据什么原则来选定焊接材料 热轧钢及正火钢根据什么原则来选定焊接材料 热轧钢及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料 而不要求与母材同成分 其选 用要点如下 1 选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料 2 同时考虑熔合比和冷 却速度的影响 3 考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响 奥氏体钢和珠光体钢焊接 碳扩散迁移的机理 如何防止 措施 奥氏体钢和珠光体钢焊接 碳扩散迁移的机理 如何防止 措施 奥氏体和珠光体异种钢在焊接过程中 特别是接头处于热处理及高温运行过程中 熔合区 附近存在碳的扩散迁移 在熔合区靠珠光体钢一侧产生脱碳层 而在相邻的靠奥氏体焊缝 一侧产生增碳层 这种脱碳层与增碳层总称为碳迁移过渡层 防止措施 1 采用过渡层 2 采用中间过渡层 3 采用 Ni 含量高的填充材料 低碳调制钢和中碳调制钢脆化的区别 低碳调制钢和中碳调制钢脆化的区别 低 脆化原因 在热循环作用下 t8 5 继续增加时低碳调制钢 HAZ 过热区易发生脆化 即 冲击韧性明显降低 HAZ 脆化的原因出了奥氏体晶粒粗化外 更主要是由于上贝氏体和 M A 组员形成 中 脆化原因 由于含碳量过高 合金元素较多 有相当大的淬硬倾向 马氏体转变温度 低 无自回火过程 因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏体组织 导致热影响区 脆化 生成的高碳马氏体越多 脆化越严重 分析分析 C H O NC H O N 对钛合金焊接有何影响 对钛合金焊接有何影响 常温下钛合金比较稳定 但随着温度升高 钛及钛合金吸收 O N H 的能力也随之上升 而 C H O N 元素是造成钛及钛合金脆化的主要元素 O 的影响 焊缝含氧量随氩气中的含氧量增加而上升 氧在高温钛合金中形成间隙固溶体 起固溶强化作用 造成钛的晶格畸变 使强度 硬度提高 但塑形 韧性显著降低 N 的影响 氮在高温液态金属中的溶解度随电弧积分中氮的分压增高而增大 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为显著 即氮的污染脆化比氧 更为强烈 H 的影响 随着温度的升高 钛及钛合金吸收 H 的能力随之明显上升 Ti 从 250 开始吸 收氢 氢是 相稳定元素 在 Ti 及 Ti 中间隙固溶 共析转变后析出以细片状或 针状存在的 相 钛的氢化物 TiH2 焊缝含氢量越多 细片状或针状析出物越多 C 的影响 碳也是钛及钛合金中常见的杂质 主要来源于母材 焊丝和油污 当碳的质量 分数在 0 13 以下时 碳固溶在 Ti 中 强度极限提高和塑性下降 但不及氧 氮的作 用强烈 焊缝的含碳量进一步提高时 焊缝塑性急剧下降 在焊接应力作用下易出现裂纹 HQ60 70HQ60 70 焊接时可以避免冷裂纹 为何 焊接时可以避免冷裂纹 为何 HQ60 70 是低碳调制钢 这类钢的脆硬性倾向相当大 本应有很大的冷裂纹倾向 但由于 这类钢的特点是