金属材料焊接学习笔记

1、金属材料焊接学习笔记第1章概述一、课程的目的1.掌握材料焊接性的概念和试验方法；2.掌握常用材料的焊接性及改善焊接性的途径，3.培养分析材料焊接性的能力和正确制定常用材料焊接工艺的能力。二、课程的内容1.焊接性及其试验方法2.合金结构钢的焊接3.不锈钢、耐热钢的焊接 4.铸铁的焊接。灰铸铁和球墨铸铁 5.有色金属的焊接。铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金6.先进材料的焊接。陶瓷、金属间化合物的焊接7.异种材料的焊接。异种钢的焊接、钢与有色金属实验高强钢冷裂倾向的测定和分析三、参考资料1.焊接冶金学（金属焊接性），周振丰主 编，索书号 TG113.26 / 1 2.焊接冶金与焊接性，刘会杰编，

2、机械工业由版社，2007 o索书号TG40-43 / 3 3.金属材料焊接工艺，霍玉成，化学 工业由版社，2007。索书号TG457.1-43 / 3第2章焊接性及其试验方法教学目的1.掌握焊接性的概念2. 了解焊接性试验的内容、试验方法分类 3.熟悉常用的焊接性试验方法第1节焊接性概念及影响因素一、焊接性概念1.焊接性材料能否通过焊接加工而形成 完整的、并满足预期使用性能的焊接接头的能力。包含两方面内容 材料在焊接加工中是否容易形成接头 或产生缺陷-结合性能-工艺焊接性 焊接完成的接头在一 定的使用条件下可靠运行的能力-使用性能-使用焊接性2.工艺焊接性和使用焊接性工艺焊接性材料在一定的焊接

3、工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性 能的焊接接头的能力。使用焊接性指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件 所规定的各种性能的程度。提问焊接工艺过程包括那两个过程（分析焊接性不能脱离焊接工艺条件）3.冶金焊接性和热焊接性 冶金焊接性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 金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度。热焊接性指焊接热作用对HAZ组织性能及产生缺陷的影响程度。热焊接性研究热循环对 HAZ的影响。提问焊接热循环 二.焊接性的影响因素 1.材料因素 化学成分、轧制状态、热处理状态、力学性能2.设计因素 焊 接接头的结构设计 3.焊接工艺因素 焊接方法、线能量、焊

4、材、预热、焊接顺序、焊后热处理 4.服役环境 工作温度、负荷条件、工作环境三、焊接性的分析方法 1.从材料本身的特性分析焊接性 （1）利用材料的成分进行分析。碳当量法和焊接裂纹敏感指数（2）利用材料的物理性能进行分析。熔点、导热系数、线膨胀系数、密度等等（3）利用材料的化学性能进行分析。（4）利用合金相图或 SHCCT图分析2.从焊接工艺条 件分析焊接性 （1）焊接热源的特点 （2）保护方法 渣保 护、气保护、真空 （3）热循环控制 （4）其它工艺因素 焊 前清理、焊接顺序、焊接规范 第2节焊接性试验及其常用 方法一、焊接性试验的内容1.焊缝金属抗热裂纹的能力2.焊缝和HAZ抗冷裂的能力 3.

5、焊接接头抗脆性转变的能力 4.焊接接头的使用性能二、焊接性试验方法分类 1.直接模拟试验类焊接冷裂 纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试验 2.间接模拟类热模拟 法、焊接热-力模拟法3.使用性能试验 拉伸、弯曲、冲击三、焊接性试验方法的选用原则1.可比性2.针对性3.再现性4.经济性四、常用焊接性试验方法1.斜Y坡口对接裂纹试验（小铁研试验）优点是不需要专用设备，在施工现场可以应用缺点是要进行大量的解剖检查。2 .插销试验 优点是节省材料热循环接近实际焊接 热循环方便、灵活、实用。缺点是需要专用设备，不适合现场用。3 .刚性固定对接裂纹试验4.压板对接焊接裂纹试验法5. HAZ最高硬度试验 思考题1

6、.什么叫焊接性，焊接性 包括那几方面内容 2.何谓冶金焊接性及热焊接性3.焊接性试验的主要内容有哪些4.常用的焊接性试验方法有哪些第3章合金结构钢的焊接 第1节合金结构钢的分类和性 能一、强度用钢1.热轧及正火钢> A294-490MPa热轧钢1300 c左右轧制+空冷正火钢 1300 C左右轧制+空冷+900C+空冷（正火处理）特点价格便宜、良好的综合力学性能、加工工艺性能 用途压力容器、动力设备、工程机械、 桥梁等 举例 16Mn, 15MnVN, 18MnMoNb 、14MnNb 微合金 控轧钢微合金化+控制轧制X70管线钢、X80 70PSI （美国石油学会标准）706.9MPa

7、 = 483MPa调质钢1300 c左右轧制+空冷+ 900C+水淬+ 600c回火 （从正火钢引中）2.低碳调质钢 特点>/441-980MPa, CV0.25%,高的强度， 兼有良好的塑性和韧性用途大型工程机械、压力容器、舰船制造 例 14MnMoVN, 14MnMoNbB, T-1, HT-80, HY-80 3. 中碳调质钢 特点 °户880-1176MPa , C = 0.250.5,很高的硬度和强度，韧性较低用途火箭发动机壳体、飞机起落架例 35CrMoA, 30CrMnSiA, H-11二、专用钢1.珠光体耐热钢 Cr、Mo为基础，用于工作 温度500600 C,

8、较好的高温强度和高温抗氧化性 2.低温钢 含Ni或无Ni的低合金钢，低温装置(-40-196 C),有足够 高的低温韧性 3.合金耐蚀钢 大气、海水、石油化工等腐蚀 介质中工作 第2节 热轧及正火钢的焊接一、成分和性能1.热轧钢 。f 294392MPa , C< 0.2,Si < 0.55Mme 1.5, Mn、Si 固溶强化 典型钢种 16Mn、12MnV、 14MnNb、16MnNb 2.正火钢 os A 392Mp a 固溶强化 V、 Nb、Ti和Mg 沉淀强化 (1)正火状态下使用 含V、Nb、 Ti 的钢 如 15MnV、14MnNb、15MnTi (2)正火 十 回火

9、状 态使用 含Mo钢，如14MnMoV、18MnMoNb等。二、焊接性分析1.焊接接头的裂纹 (1)焊缝热裂纹 一 般 热轧及正火钢 Mn含量较高-Mn/ST-热裂倾向J特殊 母材C、S、P偏高或严重偏析 例16Mn不同部位的碳0.16 0.24 (2)冷裂纹 主要问题 合金元素T -碳当量T *硬 倾向T防止措施控制焊接线能量、降低扩散氢含量、预热、 焊后热处理(3)再热裂纹热轧钢不含强碳化物形成元素不敏感。正火钢 含Cr、Mo、Nb、V、Ti,f 有一定的敏感性 防止措施提高预热温度或焊后立即后热例18MnMoNb预热180c -防冷裂纹预热220c f防再热裂纹 2.热影响 区脆化（1）

10、过热区脆化热轧钢脆化原因粗晶脆化组织脆化C低ET -过热区晶粒长大 -粗晶月化EJ-生成 低碳马氏体，韧性好防止措施小线能量（E） C高ET f粗晶月化EJ-生成高碳马氏体，很脆（脆t比E高时大）防 止措施适当增加线能量，降低冷却速度 正火钢脆化原因粗晶脆化沉淀相过饱和脆化ET f脆化倾向T防止措施采用小焊接线能量。（2）热应变脆化 原因 热和应变同时作用，200400 C 最严重 部位熔合区、TpvAcI防止措施 加入Al、Ti、V 例15MnVN比16Mn的热应变脆化倾向小 退火处理 例 16Mn经600C'1h退火处理，脆化倾向明显减小三、焊接工艺要点1.焊接方法的选择 无特殊要

11、求，常用手工电弧焊、CO2气保焊2.焊接材料的选择（1）选择与母材匹配的焊接材料（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焊后正火处理的焊缝选强度高的焊材3.焊接工艺参数的确定（1）焊接线能量E热轧钢C低 小E C高大E正火钢 小E （2）预热 预热温度 钢材的淬硬性、板厚、拘束度、 氢含量 例16Mn,板厚大于30mm时需要预热到100-150 C（3）焊后热处理 一般不需要 但抗应力腐蚀或低温下使用的结构，要消应力回火回火温度 不要超过母材原来的回火温度 避开材料由现回火脆性的温度区间第3节低碳调质钢的焊接一、成分、性能及种类成分CV0.18% Mn、Cr

12、、Ni、Mo、V、Nb f 提高淬透性和 M回火稳定性 性能 >尸 441-980MPa ,有较高的强度和良好的塑性、 韧性和耐磨性 种 类 高强度结构钢（sb= 600800MPa） 14MnMoNbB、 HQ70、HQ80C 高强度耐磨钢（sb>1000MPa HQ100、 HQ130 高强高韧性钢（sb>700MPa 12Ni3CrMoV 以及 HY80、HY130二、焊接性分析1.焊缝中的热裂纹 Mn/S比较高，S、P 少-倾向较小 提问热裂纹产生原因和措施2.冷裂纹 合金元素多-淬硬性大-有冷裂纹倾向 但实际上 Ms点较高 冷却速度较慢 -有 自回火”-可以避免 冷

13、却速度较快 -无 自回火”一泠裂倾向大 3.再热裂纹 Cr、Mo、V、Nb、Ti - 再热裂纹较敏感4.热影响区性能变化同时存在脆化和软化（1）过热区脆化 原因晶粒粗化、组织脆化（上贝氏体 和M-A组元）M-A组元中等冷速下形成防止措施调整工艺参数-控制冷却速度 -减少M-A组元（2）热影响区软化 软化区域 Tp = T回火AC1防止措施减小焊接线能量-缩小软化区宽度三、 低碳调质钢的焊接工艺要点注意两个基本问题冷却速度不能太快，使马氏体有一个自回火”作用 在800500 C之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。1.焊接方法的选择 限制焊接过程中热量对母材的作用 -减轻软化 a s>

14、 686Mp最好熔化极气体保护焊和鸨极瀛弧 焊，实际上手工电弧焊 2.焊接材料的选择 焊后一般不再进 行热处理等强匹配 例14MnMoVN , sb=700MPa, E7015 焊条或 H08Mn2SiA 焊丝 HQ100, sb= 1000MPa, E10015 焊 条或H08Mn2Ni3SiCrMo焊丝3.焊接工艺参数的选择兼顾两者（1）焊接线能量 E的确定防止冷裂纹由发-冷却速 度慢 防止脆化-冷却快较好 （2）预热温度的确定 板厚小 于10mm的HQ60、HQ70钢，可以进行不预热焊接。厚板采用较低的预热温度（T0< 200c） o（3）焊后热处理正常情况下不进行焊后热处理结构受

15、力大或承受应力腐蚀焊后热处理温度比母材原调质处理 的回火温度低30 c左右。第4节中碳调质钢的焊接一、成分、性能和分类 成分 含碳量较高C0.250.5, Mn、 Ni、Cr、Mo、B、Si 及 V、Ti、W 性能 8801176MPa、比 强度高、高硬度 分类（合金系不同）（1） Cr钢良好的综合 力学性能、较高的淬透性和较高的疲劳强度例如40Cr。用于制造齿轮和轴类（2） Cr-Mo钢制造承受较高负荷、截面较大的重要零部件，如汽轮机叶轮和发电机转子例如 35CrMoA。(3) Cr-Mn-Si 钢例如 30CrMnSiA (4) Cr-Ni-Mo 钢有 良好的综合性能，如强度高、韧性好、淬

16、透性大等优点。例如40CrNiMoA ,喷气式客机的起落架和火箭发动机 外壳 (5)超高强度钢强度可高达1960MPa。例如H-11二、焊接性分析1.焊缝中的热裂纹 合金元素含量较高， 结晶偏析倾向严重 -较大的热裂纹敏感性防止措施采用低碳低硅焊丝严格限制母材及焊丝中的S、P含量注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形2.冷裂纹 淬硬倾向明显，易由现脆硬的马氏体组织-冷裂纹倾向大 防止措施采用低氢焊接材料和焊接方法，尽量降低焊接接头的含氢量。采取焊前预热、焊后及时进行回火处理。3.热影响区的脆化和软化(1)过热区脆化 碳含量较高，合金元素较多 -高碳马氏体-脆化严重 防止措施采用 小线能量，避免形成粗

17、大的马氏体(2)热影响区软化 软化最明显的部位温度处于Ac1Ac3之间的区段 防止措施尽可能减小焊接线能量。采用热源越集中的焊接方法。三、中碳调质钢的焊接工艺特点1.退火状态下焊接 (1)焊接方法几乎没有限制。（2）焊接材料。焊缝金属的主要合金组成应与母材相似。调质处理规范应与母材的一致（3）焊接工艺参数。保证调质处理之前不由现裂纹2.调质状态下焊接（1）焊接方法。热量越集中、能量密度越大的方法鸨极瀛弧焊（2）焊接材料。低碳合金系，降低焊缝金属的S、P杂质含量（3）预热及焊后回火处理。预热温度一般为200350 Co层间温度控制和焊后回火处理的温度控制应比母材淬火 后的回火温度至少低 50 C

18、o第5节珠光体耐热钢的焊接一、珠光体耐热钢的成分及性能成分Cr-Mo基，主要元素 Cr、Mo、V,少量 Ti、Nb、W、B Cr = 0.59, Mo =0.5 或 1,合金元素添加总量小于10合金系基本上是Cr-Mo、Cr-Mo-V、Cr-Mo-W-V、Cr-Mo-W-V-B、Cr-Mo-V-Ti-B 性能 在500600 C具有良好的耐热性、工艺性能好、抗硫和氢腐蚀二、珠光体耐热钢的焊接性分析1.焊缝中产生热裂纹弧坑处 凝固温度区间大 -热裂纹倾向大2. HAZ冷裂纹Cr、Mo多-提高钢的淬硬性 冷裂倾向大 Cr、MoT f 冷裂倾向T防止措施焊前预热、控制层间温度、焊后去氢处理、 减小和

19、消除应力 3.再热裂纹 粗晶区 含Cr、Mo、V、Ti、 Nb,高温下使用-再热裂纹倾向大 防止措施 限制焊接材 料V、Ti、Nb等合金元素的含量到最低的程度； 将预热温度提高到250 c以上，层间温度控制在300 c左右； 采 用小线能量的焊接工艺，减小焊接过热区宽度，细化晶粒； 选择合适的热处理制度、避免在敏感温度区间停留较长 时间。4.回火脆化现象 Cr-Mo耐热钢在350500C温度区间长 期运行过程中发生脆变原因杂质元素在晶界上偏析f晶界脆化，Mn和Si是回火脆化元素 防止措施严格控制母材有 害杂质元素的含量，降低 Mn和Si含量。三、珠光体耐热钢的焊接工艺要点1.焊接方法 常用方法

20、均可2.焊接材料的选用原则焊缝金属的合金成分与强 度性能应与母材相应的指标一致或应达到产品技术条件提 由的最低性能指标。焊缝成分应与母材相近、焊缝碳含量要求比母材低-防止焊缝热裂 3.焊接工艺参数主要是确定合适的预热及焊 后热处理 结合具体条件，如焊接结构、板厚等条件，通过试验来确定预热及焊后热处理温度第6节低温钢的焊接一、低温钢的分类和化学成分1.分类 按使用温度等 级分为-10-40 C、-50-90 C、-100-120 C、-130 -196 C 按 合金含量和组织分为低合金铁素体低温钢、中合金低温钢和 高合金奥氏体低温钢。 按有无Ni、Cr元素分为无 Ni、Cr低温钢和含 Ni、 C

21、r低温钢。按热处理方法分为非调质低温钢和调质低温钢。2.化学成分（1）低合金低温钢无 Ni, Si、Mn, Al少量 Nb、V、Tio如16MnR （2）中合金低温钢含Ni, 1.5Ni钢、2.5Ni钢、3.5Ni钢以及5Ni、9Ni钢合金元素总含量为 510。二、低温钢的焊接性分析 1.无Ni低温钢的焊接性特点 含碳量约 0.060.20,合金元素总含量 <5,碳当量 0.270.57, 焊接性良好。在用铝脱氧时形成了稳定的 AlN ,阻止了接头区脆化.存 在两个问题 （1）接头过热，粗晶脆化，降低韧性；（2）产生回火脆性。2.含Ni低温钢的焊接性特点（1）含Ni较低2.5Ni和3.5

22、Ni低温钢。含碳量较低、含 Ni较低，裂纹倾向不大（2） 9Ni钢含Ni多，淬硬性很大，有冷裂纹倾向。采用奥氏体焊材，冷裂倾向不大有回火脆性倾向。有较大的线膨胀系数。磁偏吹现象。接头过热粗晶脆化。3.低温钢的焊接工艺要点(1)严格控制焊接线能量。(2)正确选择焊接材料。铝镇静钢低碳钢和 C-Mn钢类焊条、低银焊条低合金铁素体低温钢含有镇1%3%外，还含有铝0.2%0.5%。低银钢焊条的含镁量应与母材相同或高于母材。9Ni钢含银在60%以上的Ni-Cr-Mo系合金、银约40% 的Fe-Ni-Cr系合金、含13Ni-16Cr-Mn-W 的奥氏体不锈钢。第4章 不锈钢、耐热钢的焊接(1)原义型不生锈

23、的钢。(2)习惯型-原义型耐酸不锈钢耐腐蚀钢* (3)广义型-耐腐蚀钢和耐热钢的总称。第1节 不锈钢、耐热钢的分类及特性一、不锈钢及耐热钢的类型1.按化学成分分类(1)高Cr 钢 Cr= 1230%,如 Cr13、Cr17 等。(2) Cr-Ni 钢高 Cr 钢+6%12%Ni,如 1Cr18Ni9、 1Cr18Ni12Mo3 等。(3)铭镒氮不锈钢Cr、Mn、N ,少Ni型如 Cr17Mn13Mo2N 等。2 .按用途分类(1)不锈钢习惯型不锈钢，要求耐腐蚀,工作温度一般不超过 500 C有Cr13系列不锈钢和低碳 Cr-Ni钢(如1Cr18Ni9Ti )或 超低碳 Cr-Ni 钢(如 00

24、Cr25Ni22Mo2 )。(2)抗氧化钢在高温下具有抗氧化性能，工作温度9001100 Co高Cr钢和Cr-Ni钢。(3)热强钢在高温下抗氧化能力，又要有高温强度，工作温度600800 C。Cr-Ni 3.按组织分类(1)奥氏体钢。高Cr-Ni钢最为典型。主要分为18-8系列、25-20系列两大类。(2)铁素体钢。含Cr= 11.532,主要用作耐热钢，也用作耐蚀钢，如1Cr17、1Cr25Si2o(3)马氏体钢。以Cr13系列最为典型，如 1Cr13、2Cr13等。退火，或者是淬火回火状态。(4)沉淀硬化钢。经过时效强化处理以形成析由硬化相的高强钢。例如0Cr17Ni7Al (5)铁素体-

25、奥氏体双相不锈钢。钢中6铁素体占6040,奥氏体 丫占4060,二、不锈钢及耐热钢特性 1.不锈钢的耐蚀性能Cr =1325%,耐蚀性才很好 （1）均匀腐蚀表面全部产生腐蚀。（2）点蚀穿孔性或蚀坑性局部腐蚀，氯离子引起（3）缝隙腐蚀缝隙中发生的斑点状或溃疡状宏观腐蚀，氯离子引 起。（4）晶间腐蚀发生在晶粒边界附件的一种选择性腐蚀 原因晶界贫Cr （Crv12%）。450850c （敏化温度区间） CCrf Cr23C6 J C比Cr的 扩散快的多，晶内的Cr来不及补充到晶界 -晶界贫Cr （5） 应力腐蚀（简称SCC）拉伸应力+特定介质含 Cl ,高浓度 的碱和硫酸水溶液 Ni含量越高，耐应力

26、腐蚀开裂的性能越 好2.耐热钢的高温性能（1）抗氧化性。Cr、Si、Al等与氧形成致密的氧化膜（2）热强性。高温持久强度和蠕变强度。（3）高温脆化。550 c附近的回火脆性。如Cr13钢在550c附近的回火脆性。粗晶脆化。主要是高 Cr铁素体钢中发生的晶粒长大导致的粗晶脆 化。475c脆化。Cr > 15 %的铁素体钢，475 C附近长期加热并缓冷，而强 度升高韧性下降。b相脆化。由于硬而脆的 b相产生的脆化。相硬脆而无磁性的 FeCr金属间化合物。3 .不锈钢及耐热钢的物理性能导热系数小 入A导热系数约为低碳钢的1/3, M和F的导热系数约为低碳钢的1/2线膨胀系数大奥氏体不锈钢的线膨

27、胀系数大约是低碳钢 的1.5倍第2节奥氏体不锈钢的焊接一、奥氏体不锈钢焊接性分析1.焊接接头的耐蚀性 （1）晶间腐蚀焊缝晶间腐蚀。前层焊缝，加热到敏化温度 6001000C的区域 防止a.尽 量减少焊缝中C的含量，采用超低碳焊丝。b.焊缝添加足够的稳定化元素Nb oNb、Ti+C- NbC、TiC,夺取了 C,因此不会形成 Cr23C6。c.获得适量的6相。热影响区敏化区腐蚀。不含Ti或Nb的不锈钢 焊接热影响区加热到 6001000 C a.采用超低碳不锈钢 b.工艺上应减少 HAZ处于敏化温度 的时间，采用小线能量、快速焊，加快冷却速度。c.焊后固溶处理。熔合区刀蚀”。含Ti或Nb的18-

28、8Ti或18-8Nb不锈钢 机理高温过热十 中温敏化的相继作用是产生刀蚀的必要条件。焊前Cr固溶，游离态 TiC (NbC) TiC (NbC)向A中 溶解，C呈间隙原子 C向A晶界扩散，Ti (Nb)来不及扩散而留在原地， 晶界CCCr23C6j越紧邻熔合线，峰值 温度越高，晶间腐蚀越严重 防止措施为a.母材最好采用超 低碳，含Ti的希望C1.5。特点是方便灵活。鸨极瀛弧焊适用板厚 0.53。特点是焊缝成形美观。熔化极瀛弧焊适用板厚 3。特点是可焊接薄板，也可焊接厚板，适应性强， 生产效 率高。2.焊接材料 按 等成分原则”选择焊材，以满足接头的 耐蚀性手工电弧焊通常采用钛钙型和低氢型焊条瀛

29、弧焊的焊丝一般为 H0Cr21Ni10 、 H0Cr19Ni12Mo2 、 H0Cr20Ni14Mo3 3.焊接工艺参数 (1)控制焊接参数，避 免接头产生过热现象。焊接电流比低碳钢低 20 (2)控制焊缝成形。避免产生应力集中引起应力腐蚀开裂。(3)保护焊接的工作表面处于正常状态。弧击、铁锤敲击产生腐蚀根源(4)焊后热处理 消除应力处理。固溶处理。加热到10001180 C范围内的莫一温度，然后快速冷却。 稳定化处理。在850930C保温后空冷，即稳定化处理。对于含Ti或Nb的奥氏体钢。第3节 铁素体及马氏体不锈钢的焊接一、铁素体不锈钢的焊接1.铁素体不锈钢的类型 普通铁素体不锈钢和高纯铁素

30、体不锈钢两大类普通铁素体不锈钢有低Cr (Cr1214)钢。如 00Cr12、0Cr13 中 Cr (Cr1618)钢。如 0Cr17Ti、1Cr17Mo 高 Cr (Cr2530)钢。如1Cr25Ti、1Cr28高纯铁素体钢主要是在化学成分上限制 CN的含量，也有三种 CN = 0.035 %0.045% 比如00Cr18Mo2 CN< 0.03 % 比如 00Cr18Mo2Ti CN = 0.01%0.015% 比如000Cr18Mo2Ti 2.铁素体不锈钢的焊 接性(1)粗晶脆化。950 c以上焊缝和热影响区，产生晶粒严重长大，导致粗 晶脆化 防止措施缩短在950c以上高温的停留时

31、间。(2)。相脆化。焊后在850 c到650 c区间的冷却速度缓慢，铁素体会向 CT相转化。防止措施控制 850c至U 650c区间的冷却速度 (3)475 C 脆化。Cr>15, CrT-脆化T防止措施采用小 E,缩短430c到 480 c时间。后热处理在600 c以上短时加热，然后空冷。(4)焊接接头晶间腐蚀普通铁素体不锈钢。900 C以上快速冷却，将产生敏化腐蚀高纯铁素体不锈钢。 防止晶间腐蚀措施有 a.控制化学成分。采用超低碳母材(C< 0.03和超低碳焊丝(C< 0.02；在 母材中加入强碳化物元素。b.工艺措施。采用小的线能量、强制冷却等方法，降低热影响区敏化 温

32、度区的停留时间。c.焊后热处理。固溶处理加热到 1050 c 1150C。稳定化处理加热850C,保温2小时，然后空冷。3.铁素体不锈钢的焊接工艺要点(1)焊接方法。普通铁素体不锈钢手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、等离子弧、电子束等。超纯铁素体不锈钢采用瀛弧焊、等离子弧焊、电子束焊 等获得良好保护的焊接方法。(2)焊接材料。同质铁素体型、奥氏体不锈钢型和银基合金。(3)焊前预热要求预热，70150 c范围内有明显的效果。铭含量越高，预热温度应越高。(4)焊接工艺参数。小电流、快速度，焊条不横向摆动，多层焊，并且严格 控制层间温度 (5)焊后热处理 a.在750800 C加热后空冷 的退火处理，

33、使组织均匀化，可以提高韧性和抗腐蚀性能。b.在900 c以下加热水淬，使析生脆性相重新溶解，得 到均一的铁素体组织，提高接头的韧性。二、马氏体不锈钢的焊接 1.马氏体不锈钢的类型(1)Cr13 系马氏体不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13 等。(2)热强马氏体不锈钢 Cr12为基、加入Ni、Mo、W、 V等元素。耐蚀性、高温强度、抗氧化性。例如 2Cr12WMoV。(3)超低碳复相马氏体不锈钢降低碳含量，Ni=46的范围，少量的 Mo、Ti等元素。高强度、高韧性及良好的抗腐蚀性能。2 .马氏体不锈钢的焊接性(1)焊接冷裂纹 硬而脆的马氏体组织；铁素体在粗大的马氏体晶间冷裂纹更

34、加敏感 防止焊接冷裂纹的措施正确选择焊接材料可采用Cr-Ni奥氏体型填充金属；焊前预热一般为 200400 C,含碳量越高，预热温度也越高。提高焊接线能量采用较大的焊接电流，减缓冷却速 度。焊后处理焊后缓冷到 150200 C进行热处理消除应力， 去除扩散氢，改善组织和性能。(2)热影响区脆化 冷却速度较小粗大的铁素体和碳化 物；冷却速度较大粗大的马氏体防止措施正确选择预热温度，预热温度不应超过 450 C,以避免产生475 c脆化； 合理选择焊接材料、调整焊缝的成分，避免焊缝中产生粗大 的铁素体组织。3 .马氏体不锈钢的焊接工艺要点(1)焊接方法 常用手工电弧焊、气体保护焊和埋弧焊等方法焊接

35、马氏体不锈 钢。(2)焊接材料选用同质材料Cr13型焊条和焊丝 焊缝强度较高Cr-Ni奥氏体型焊条和焊丝 防止冷裂纹、具 有良好的塑性(3)焊前预热 根据材料厚度、构件的拘束度等来选择，但不能超过 450 c (4)工艺参数 一是保证全 部焊透、二是注意填满弧坑(5)严格控制层间温度，以防止在熔敷后续焊道前发生冷裂纹。(6)焊后热处理 一种是焊后进行调质处理、另一种是 焊后高温回火(焊前已调质)第4节 双相不锈钢的焊接一、双相不锈钢的焊接性分析焊接双相不锈钢的关键问题焊缝能否保持合理的相组成比例8/ y叔相不锈钢焊接冶金特性（1）焊缝金属的组织转变 冷却速度T -心目J ,相T - 焊缝韧性工

36、氢脆敏感性T （2）热影响区的组织转变 Tp 低于固溶处理温度的加热区，6、Y相的比例无显著变化。Tp超过原固溶处理温度，晶粒长大，Y相明显减少，形态仍为轧制态的条状组织。熔合线区，粗大的单相等轴6组织，Y相数量通常较少。无轧制方向呈羽毛状的成 Y相2.双相不锈钢焊接接头的 耐蚀性 （1）点蚀。8相含量对点蚀的敏感性很小，具有优异的耐点蚀性能 （2）应力腐蚀开裂。耐氯化物应力腐蚀开裂性能较好，但焊缝耐H2s应力腐蚀开裂性能较差。（3）晶间腐蚀。晶间腐蚀抗力较好。3.双相不锈钢焊接接头的脆化问题（1）双相不锈钢的°相脆化 （2）焊接接头的氢脆。氢脆主要发生于 6相，HAZ的Tpf一氢脆

37、T 4.双相不锈 钢焊接接头的抗裂性 抗热裂纹能力好含 Ni低，不含其它易 形成低熔点液膜的成分。氢致裂纹敏感性 6相v 50%时，氢致裂纹不敏感；6相>50%, 6相T致裂纹敏感性 K四、双相不锈钢的焊接工艺要点1.焊接方法 除电渣焊外2.焊接材料选择 采用奥氏体相比例较多的焊接材料以 提高焊缝中奥氏体相的比例。电弧焊选用相应的酸性和碱性不锈钢焊条。不锈钢焊条的国标是 GB983-85。气体保护焊实心焊丝，要保证焊缝金属具有良好耐腐蚀 性与力学性能 药芯焊丝，红石型或钛-钙型药芯焊丝，焊 缝光滑，成形美观 焊丝的国标GB4242-84较高的药芯焊丝， 较高的冲击韧性或在较大的拘束条件下

38、焊接3.焊接线能量控制接头的冷却速度-获得满意的8/就及力学性能和耐腐 蚀性能 冷却速度太快会引起过多的6相含量以及Cr2N的析由增加。冷却速度过慢会引起晶粒严重粗大，甚至有可能析由一 些脆性的金属间化合物，如°相。4.焊前预热一般不需要 5.焊后热处理一般不提倡6.焊接顺序接触腐蚀介质的焊缝要先焊，使最后一道焊缝非 接触介质的一面 第5章 铸铁的焊接 铸铁焊接的应用1）铸 造缺陷的焊补；2）已损坏的铸铁成品件的焊补；3）零件的生产。第1节铸铁的种类和性能一、铸铁的分类 碳的存在状态 1.灰口铸铁（HT） 碳 以片状石墨形态存在、断口呈灰色成分C= 2.73.5%, Si =12.7

39、%, Mn = 0.51.2%, P0.3%, S0.15% 性能强度低、硬度 低，塑性几乎为零；有优良的耐磨性和切削加工性，抗压强度高，收缩率低、流动性好用途应用最广；机床的床身，拖拉机、汽车发动机的缸体、缸盖 牌号HT100 , ab>100 MP a HT150, a b>15（MPa,主要用于机床底座、工作台等； HT300, a b>300 MP a强度较高，2.球墨铸铁 QT用球化剂进行球化处理，石墨呈球状成分C=34%, Si = 23%,Mn =0.41.0%, P0.1, S< 0.0磔少量球化元素（稀土镁合金） 性能较高的强度和韧性，能通过热处理来改

40、善力学性能 用 途用于制造承受较大动载荷的重要零件，如柴油机的曲轴、 连杆和齿轮等；牌号QT400-18, ab>400 MP a延伸率 8 >18QT700-2 , ° bn 700 Mpa延伸率 8 > 2剪口铸铁 BT 碳以渗 碳体Fe3c状态存在，断口呈白色化学成分为 C = 2.13.8,Si < 1.2有时添加Cr、Mo、W等合金元素提高其力学性能性能白口铸铁由于存在渗碳体，硬而脆，不易进行机械加工。用途应用较少，主要用于轧辐。4.可锻铸铁KT白口铸铁毛坯经 9001000C几十小时退 火，使渗碳体分解，成团絮状石墨铁素体可锻铸铁C =2.22.6

41、%, Si=1.01.3%, Mn =0.30.4%, P< 0.12 S< 0.18 珠 光体可锻铸铁 C= 2.83.2%, Si = 0.61.1 %, Mg 0.45%, P< 0.1% , S< 0.1%性能组织性能均匀，耐磨损，有良好的 塑性和韧性。用途用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。铁素体可锻铸铁主要用于扳手、管接头、低压阀门等。珠光体可锻铸铁主要用于曲轴、连杆、齿轮、摇臂、活 塞环等。牌号 KTH300-06 , b bn 300 MP诞伸率 8 > 6 KTZ4505, b bn 450 MP a延伸率 8 > 5 5fl墨铸铁 R

42、T石墨形似蠕虫 蠕 墨铸铁的显微组织由蠕虫状石墨和基体组成。蠕墨铸铁有三种类型铁素体蠕墨铸铁；铁素体+珠光体 蠕墨铸铁；珠光体蠕墨铸铁。性能力学性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。常用蠕铁的抗拉强度为 300500MPa,延伸率为16。蠕墨铸铁的抗拉强度、塑性、疲劳强度等均优于灰口铸 铁，而接近铁素体基体的球墨铸铁。蠕墨铸铁的导热性、铸造性、可切削加工性均优于球墨 铸铁，而与灰口铸铁相近。第2节 铸铁的焊接性 最常用的铸铁是灰口铸铁和球墨 铸铁一、灰铸铁的焊接性(C高，S, P高，冷、热裂，强度低，基本无塑性，焊接性差。)1.白口组织 灰口铸铁组织中由现了铁的碳化物Fe3c(1)石墨化的影响因素冷

43、却速度和化学成分冷却速度3 c a cT有墨化趋势J化学成分 促进石墨化元素C T- 石墨自发形核多，C原子间结合力T石墨化程度T Si 嵌 在液相和固相的溶解度石墨化程度T阻碍石墨化元素(促进白口化元素)S、Mn、Mg、Y (2)焊接区白口组织产生原因 接头的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却 速度。焊接过程中，碳和硅等石墨化元素被大量烧失，因此 石墨化程度低。(3)防止白口的措施 增加熔池金属中 C、Si等的 含量。 调焊接工艺(如预热)，降低接头的冷却速度。2.焊缝冷裂纹 (1)产生条件当焊缝金属为铸铁型(同 质焊缝)。(2)产生原因 片状石墨。片状石墨的尖端极易成为裂纹。拉应力。使微裂

44、纹发展成宏观裂纹。白口组织。白口的收缩率比灰口铸铁大，易产生裂纹。(3)防止措施减小焊接应力整体预热，预热550700 C,降低焊接应力。加热减应区法，减弱焊接处所受的应力。焊缝中加入 Mn、Ni、Cu,相变塑性、体积膨胀产生 的焊缝应力-松弛效应3.热影响区冷裂纹（1）产生条件异质焊缝 （2）产生原因热影响区含有渗碳体及马氏体等 脆硬组织时，其强度差、塑性差。热影响区白口组织的收缩率比相邻的奥氏体的收缩 率大得多，因此存在较大的切应力。（3）防止措施焊前预热、焊后缓冷。采用屈服点较低且塑性良好的焊接材料。4.热裂纹 （1）产生条件异质焊缝（2）产生原因C,S, P高，形成低熔点共晶体。（3）

45、防止措施 调整焊缝金属的化学成分，使其脆性 温度区间缩小。加入稀土元素，增强焊缝脱硫、脱磷冶金反应。加入适量细化晶粒元素，使焊缝晶粒细化。采用正确的焊接工艺，降低焊接应力，使母材的有害 杂质较少的熔入焊缝。二、 球墨铸铁的焊接性 和灰口铸铁类似，主要问题是 白口、淬硬组织与焊接裂纹。自身的特点1.焊接接头白口化倾向及淬硬倾向比灰口铸 铁大。2.焊缝组织、性能与母材匹配困难第3节 铸铁的焊接材料及工艺一、灰口铸铁的焊接方法1.熔化焊 同质焊缝(铸铁型焊缝)电弧热焊、电弧冷焊、气焊异质焊缝钢焊缝碳钢焊条焊接、高机焊条焊接CO2气体保护焊有色金属焊缝 Ni基焊条焊接、铜基焊条焊接 2.钎焊火焰钎焊、

46、扩散焊等 选 择焊接方法主要依据为 铸铁件的状况焊接部位缺陷情况焊后质量的要求现场设备和经济性等要求来选择。二、灰口铸铁同质焊缝的熔化焊1.电弧热焊 (1)定义焊前将铸铁件预热到 600700 C进行焊接，焊接过程焊件温度 不能低于450 C。(2)优点焊件受热均匀，冷却速度缓慢，有利于石墨 化，有利于减低焊接热应力，防止裂纹。(3)缺点劳动条件恶劣，加热费用大，工件变形大， 表面易氧化，薄件易烧穿。(4)工艺要点根据缺陷的部位处刚度大小，采用整 体或局部预热；焊缝CSi含量应稍大于母材。采用大直径焊条、大电流、长弧、连续焊接。注意母材熔化不能过多。高由母材表面58mm时，撒上一薄层煤粉，对重

47、要铸 件进行600900 C消除应力处理。注意采取一定的工艺措施在补焊处两端打上止裂孔2.气焊(1)优点设备简单，操作工艺不复杂；火焰温度 (3400C)比电弧温度低，热量不集中，加热速度慢，加热 区较大，有利于防止白口和减小焊接应力。焊前清理要求不高，可以用火焰直接进行清理。(2)缺点加热时间长，工件受热面积大，收缩应力大， 刚度大的缺陷处易形成裂纹等。3.电弧冷焊 (1)定义焊前铸件不进行预热。(2)优点不预热、劳动条件好、工件变形小。(3)缺点接头冷却速度快 -白口和淬硬组织，受 热不均-热应力较大，易产生冷裂纹。(4)电弧冷焊的工艺要点 采用细焊丝、小电流、快 速焊，交流或直流反接法

48、-以减小熔深、降低熔合比 -以利 于防止热裂纹、降低淬硬倾向，也利于降低焊接应力，防止 冷裂。采用短段焊、断续焊、分散焊等；每焊 1015mm左右 长度后锤击焊缝；待焊缝冷却到约60c时，再焊下一道，以降低焊接应力，防止裂纹的产生。采用合理的焊接顺序后层焊缝对前层焊缝和热影响 区有热处理的作用。注意焊接方向。一般应先从刚度大的部位起焊，刚度小的部位后焊。（5）大型厚壁受力铸铁电弧冷焊补焊方法简介栽丝法。主要用于承受冲击载荷，厚大铸件（如大型机器机座） 裂纹的焊补。加垫板焊补法。镶块焊补法。焊补处有多道交叉裂纹。三、灰铸铁异质焊缝的电弧冷焊1.焊接材料（1）银基焊条 焊条芯为银基合金，药皮含强石墨化元素。补焊铸铁应用最广的材料指导思想C在镇中溶解度大可防止焊缝中C与铁结合而形成白口 ；镇是促进石墨化元素。牌号纯银 Z308,银铁 Z408 （Ni55Fe45）,银铜Z508 （Ni70Cu30 ）。加工性 Z308 > Z508 > Z408 抗裂性 Z408 > Z308 > Z508 价格Z308 > Z508 > Z408特点焊缝颜色与铸铁接近， 价格 贵；用于加工面的中、小缺陷焊补； Ni与S, P共晶热裂纹 比较敏感。焊接工艺短段、断续、分散、小电流、浅熔深（减小熔合比，防止母材过热）（2）铜基焊条 指导思想Cu不 与C合