材料焊接性知识点整理

1、材料焊接性复习第二章焊接性及其试验评定1. 焊接性概念：焊接性是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。焊接性包括两个方面的含义：一是结合性能，即在给定的焊接工艺条件下对 形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，指一定的材料在规定的焊接工艺条件下 所形成焊接接头适应使用性能的要求。焊接性影响因素：1）材料因素：焊材、母材；2）工艺因素：焊接方法、焊 接工艺；3）结构因素：结构形式、接头形式；4）使用因素：工况环境、负载等 条件、要求。2. 焊接性分析方法：焊接性试验方法：（1）直接试验法；（2）间接分析法 1）根据金属的特 性一一a）利用化学成分分析（

2、Ceq）、b）利用CCT图或SHCC图分析；2）根据工 艺条件3. 碳当量法：钢材的化学成分对焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向有直接影响。碳是各元素中对冷裂敏感性影响最显著的，因而人们就将各种元素都按相当与若干含碳量折 合叠加起来求得所谓碳当量（CE或Q）,用来估计冷裂倾向的大小。焊接性与碳当量的关系I II HE IV50 100 . V250 131(1JL1(0.10,20,30.40,50.60.70.80.9不同条件下的预热要求(参见课本第23页表2-6)4. 焊接性试验:（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 ）焊缝及热影响区金属抵抗产生 冷裂纹的能力;3 )焊

3、接接头金属抵抗 脆性转变 能力；4 )焊接接头的 使用能力 。(2)斜 Y 坡口对接裂纹试验(小铁研试验)斜 Y 坡口对接裂纹试验主要用于评价打底焊缝及其热影响区 冷裂纹 倾向。试 验焊缝只有一道，目的是鉴定第一层焊道根部裂纹敏感性。试验焊缝两端都不得与拘束焊缝相连，应各相距2-3mm熔敷焊缝试验以 后，至少 放置 24 小时，然后进行裂纹检验。(3) 插销试验：插销试验是一种 简便又省材料的试验方法 ,主要用于考核材料的 氢致延迟裂 纹敏感性。当加载试棒时， 插销可能在载荷持续时间内发生断裂， 记下承载时间。 在不 预热条件下，载荷保持 16h 而试棒未断裂即可卸载。预热条件下，载荷保持至

4、少 24h 才可卸载。 可用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂。经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力 (7 cr，根据临 界应力7 cr的大小可相对比较材料抵抗产生冷裂纹的能力。(4) 压板对接(FISCO焊接裂纹试验法：此法主要用于 评定热裂纹敏感性 ，也可以做钢材与焊条匹配性的试验。( 5)可调拘束裂纹试验法1) 用途： 评定热裂纹敏感性 ；2) 试验方法：纵向可调拘束裂纹试验法横向可调拘束裂纹试验法试验原理：改变模块的R即可改变应变量，而达到一定值时，就会在焊缝或热影响区发 生热裂纹，随着增加，裂纹的数目及长度的总和也增加，从而获得一定的规律。( 6)拉伸拘束裂纹

5、试验( TRC)基本原理是 模拟焊接接头承受的 平均拘束应力 ，主要评定 冷裂纹敏感性。( 7)刚性拘束裂纹试验( RRC)基本原理是 模拟焊接接头承受 外部拘束 ，由于接头冷却时金属收缩所产生的应力 而引起裂纹。可以用作评价冷裂纹敏感性的尺度。此试验比TRC试验的恒载拉伸 更接近实际焊接情况 。( 8)刚性固定对接裂纹试验(巴东试验)此法主要用于测定 焊缝的冷裂纹和热裂纹 倾向，但也可以测定 热影响区 的冷 裂纹倾向。( 9)窗形拘束裂纹试验此法主要用于测定多层焊时焊缝 横向冷裂纹及热裂纹 的敏感性。焊后放置 24小时再检查， 一般以有无裂纹为准 ，也可以裂纹率为相对比较。( 10)Z 向拉

6、伸试验此法用于测定 层状撕裂敏感性 。试棒拉伸破坏后， 以 Z 向断面收缩率 为层状 撕裂敏感性的 判据。 <58%时层状撕裂敏感性严重； >1525%时，才能较好地抵 抗层状撕裂。( 11)Z 向窗口试验此法也是测试 层状撕裂敏感性 的试验方法。焊接顺序：先焊 1、2 两条拘束 焊缝，再焊 3、4 两条试验焊缝。第三章 合金结构钢的焊接5. 合金结构钢的分类 凡是用做机械零件和各种工程结构的钢材都称为结构钢。 合金结构钢可分两 类：（1）强度用钢；（2）专用钢。强度用钢主要应用在一些要求常规条件下能承受静载和动载的机械零件和 工程结构，主要性能是力学性能。专用钢主要应用在特殊条件

7、下工作的机械零件和工程结构， 除满足力学性能 外，还要满足特殊性能要求。6. 热轧、正火钢的主要介绍热轧钢：强化机理一一固溶强化；屈服强度为294343MPa合金系C-Mn或 Mn-Si系；主合金化元素：Mn Mn-Si ;辅合金化元素：V、Nb代替部分Mr;典 型钢种： 16Mn。正火刚： 强化机理 固溶强化沉淀强化或细晶强化 ；屈服强度为 343490MPa 合金系：C-Mn或 Mn-Si （ V、Nb Ti、Mo）系；主合金化元素：Mn Mn-Si ;辅合金化元素：V、Nb Ti、Mo （碳化物、氮化物元素）；热处理状态： 正火，充分发挥碳化物形成元素的作用；典型钢种： 15MnVN。7

8、. 热轧、正火钢的焊接性分析（1）焊缝中的热裂纹：热轧、正火钢一般含碳量较低，而Mn含量较高，因此Mn/S比能达到要求， 具有较好的抗热裂性能。 焊接过程中的热裂纹倾向较小， 正常情况下焊缝中不会 出现热裂纹。 但个别情况下也会在焊缝中出现热裂纹， 这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。（2）冷裂纹：从材料本身看，淬硬组织 是引起冷裂纹的 决定因素。热轧钢的含碳量并不高， 但含有少量的合金元素， 其淬硬倾向比低碳钢要大些， 但冷裂纹敏感性不大； 正 火钢由于含合金元素较多， 淬硬倾向有所增加。 强度级别及碳当量较低的正火钢 冷裂纹倾向不大， 但随着正火钢碳当量及板厚

9、的增加， 淬硬性及冷裂倾向随之增 大。（3）再热裂纹 ：一般C-Mn和Mn-Si系的热轧钢由于不含碳化物形成元素，对再热裂纹不敏 感。正火钢中的18MnMoN和14MnMo有一定的再热裂纹倾向，这是因为Mn-Mo-Nb 和Mn-Mo-V系低合金钢对再热裂纹的产生有一定的敏感性。（4）层状撕裂：一般板厚在16mm以下就不会产生层状撕裂，从钢材本身的来讲，主要取决 于冶炼条件，钢中的片状硫化物等杂质。层状撕裂两个基本条件是厚板焊接， 且 在厚度方向上存在拉应力。（5）热影响区的性能变化： 主要是过热区的脆化 ，及还有可能是 热应变脆化 问题。1）过热区脆化：主要原因有：a ）大线能量时奥氏体严重长

10、大，得到魏氏体 和粗大马氏体或混合组织、M-A组元；b）难溶质点的溶入。2）热应变脆化： 热应变脆化 和室温下预应变后的 应变时效脆化 ，本质上都 是由固溶氮引起的。热应变脆化容易发生于一些固溶氮含量较高的低碳钢和强度 级别不高的低合金钢中，若加入足够的 N化物形成元素（Ai、Ti、V ）后，脆化 倾向就减弱。8. 热轧、正火钢的焊接工艺参数热轧及正火钢焊接对 焊接方法的选择无特殊要求 ，可根据材料厚度、 产品结 构、使用性能要求及生产条件等选择。（1）焊接材料的选择：考虑两个问题： 1）焊缝没有缺陷 ；2）满足使用性能要求。对于热轧、 正火钢， 裂纹一般不会产生， 主要根据使用性能要求来选择

11、焊接 材料。注意以下问题：1）选择相应强度等级的焊接材料为达到焊缝与母材的 力学性能匹配 ，在选择焊接材料时应考虑从母材的 力学 性能 出发，而不是从化学成分出发。2）必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响3）必须考虑到热处理对焊缝力学性能的影响（2）焊接工艺参数的确定： 焊接线能量的确定，取决于： 1）过热区的脆化； 2）冷裂纹。热轧钢，线能量没有特别限制，但一般小于50KJ正火钢，小线能量+预热。对于碳当量小于0.40%的热轧及正火钢，女口 Q295、09Mn2Si和Q345,焊接 热输入的选择可 适当放宽。碳当量大于 0.40%的钢种，由于淬硬倾向加大，马氏 体含量也增加， 小热输入时冷裂

12、倾向会增大， 过热区的脆化也变得严重， 在这种 情况下热输入宁可偏大一些比较好。但在加大热输入、 降低冷速的同时， 会引起接头区过热的加剧 （增大线能量 对冷速的降低效果有限，但对过热的影响较明显） 。在这种情况下采用大热输入 的效果不如采用 小热输入预热 更有效。 预热温度控制恰当时， 既能避免产生裂 纹，又能防止晶粒的过热。预热温度与钢材的 淬硬性、板厚、拘束度和氢含量 有关。焊后热处理的原则： 1）不要超过母材原来的回火温度； 2）对于有回火脆性 的材料，要避开出现回火脆性的温度区域。9. 低碳调质钢强化机理一一相变强化；屈服强度为 4901000MPa;合金系：低 C、 Mn-Ni-C

13、rMo系；主合金化元素： Mn-Ni-Cr-Mo ；辅合金化元素：V、Nb、Ti、B Cu。10. 低碳调质钢的焊接性分析（1）焊缝中的热裂纹：一般无热裂纹。由于采用了先进的冶炼工艺，钢中气体含量及 S、P等杂质 明显降低，氧、氮、氢含量均较低。高纯洁度使这类钢的热裂纹倾向较低。（2）热影响区的液化裂纹：一般无液化裂纹，但对 高 Ni 低 Mn 类型的钢种有一定的液化裂纹敏感性， 如 HY-80、 HY-130 。主要是 因为Ni与S P杂质易形成低熔点共晶。（3）冷裂纹：由于有 低碳马氏体的自回火作用 ，冷裂纹的敏感性较小。但是在焊接厚板， 且冷却速度过大时，也会产生冷裂纹。（4）再热裂纹：

14、有一定的再热裂纹倾向，特别是 V、 Mo 存在时，再热裂纹敏感性更大。（5）层状撕裂： 低碳调质钢多数属于高强钢，冶炼技术水平较高，层状撕裂敏感性很低， 到目前为止还没有发现层状撕裂现象。（6）热影响区的性能变化：1）过热区的脆化：（参见课本 7879 页）除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要由于 上贝氏体和 M A组元。M-A 组元一般在中等冷速下形成，是 奥氏体中碳含量升高 的结果。因此，M-A组元的存在导致脆化，M-A组元数量越多脆化越严重。M-A组元 实质上成为 潜在的裂纹源 ，起了应力集中的作用。因此 M-A 组元的产生对低碳 调质钢热影响区韧性有不利的影响。2）热影响区的软化：（参见

15、课本 7980页） 热影响区峰值温度高于母材回火温度会导致软化； 碳化物沉淀和聚集长大也 会导致母材软化。11. 低碳调质钢的焊接工艺特点这类钢的特点是 碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的 低碳马氏体下 贝氏体，这对焊接有利。但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回火 温度，性能就会发生变化。 因此焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下 降几乎是不可避免的。因此，焊接时应注意两个基本问题：1）要求马氏体转变时的 冷却速度不能太快 ，使马氏体有一 “自回火 ”作用， 以防止冷裂纹的产生；2）要求在800500C之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。（1）焊接方法：为了消除裂

16、纹和提高焊接效率，一般采用 MIG焊或MAG;对于焊后不能再 进行调质处理的， 要限制焊接过程中热量对母材的作用。 低碳调质钢常用的焊接 方法有焊条电弧焊、CO2焊和A叶CQ混合气体保护焊等。（2）焊接材料的选择：低碳调质钢焊后一般不再进行热处理， 在选择焊接材料时要求焊缝金属在焊 态下应 接近母材的力学性能 。特殊条件下， 如结构的刚度很大， 冷裂纹很难避免 时，应选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属。（3）焊接工艺参数的选择：焊接线能量和预热的选择 原则：不出现裂纹和脆化 。低碳调质高强高韧性钢对接头区强韧性要求较高， 这类钢对焊接热输入、 预 热温度、层间温度的控制更为严格，应采用

17、较小焊接热输入的多层多道焊工艺 。12. 中碳调质钢强化机理一一相变强化；屈服强度：880MPa1200MPa；合金系：中C、Cr -Mn -Ni-Mo-Si系；主合金化元素： Cr-Mn-Ni-Mo-Si;辅合金化元素：V13. 中碳调质钢的焊接性分析（1）焊缝中的热裂纹： 中碳调质钢含碳、硅及合金元素较多，焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析倾向严重，焊接时易产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹倾向。（2）冷裂纹： 中碳调质钢因含碳较高，合金元素多，淬硬倾向明显，冷裂纹倾向大。（3）热影响区的性能变化：1）过热区的脆化： 中碳调质钢因为碳含量较高，合金元素较多，淬硬倾向 大，马氏体无“自

18、回火”过程，因此在焊接热影响区容易出现大量的高碳马氏体， 导致热影响区脆化，生成的高碳马氏体越多，脆化越严重。2）热影响区的软化： 焊前为调质态焊接时， 被加热到该钢回火温度以上时， 焊接热影响区将出现软化；而退火态焊接时，则没有软化问题。14. 中碳调质钢的焊接工艺特点（1）退火态下焊接时的工艺特点：因可焊后热处理， 所以焊接材料 要选择成分与母材相当 ，以便得到热处理所 要的性能。 焊接工艺及焊接参数要求不严。 焊接参数的确定主要是保证在调质处 理之前不出现裂纹，接头性能由焊后热处理来保证。（2）调质态焊接时的工艺特点：因焊后不再进行调质处理， 此时的主要问题是防止裂纹和避免软化， 以及热

19、 影响区高碳马氏体引起的硬化和脆化。 因此为了防止延迟裂纹， 要适当采用预热、 曾间温度控制、 中间热处理等； 焊接材料应选用塑韧性好的奥氏体焊条。 为了避 免软化，应选用小焊接线能量，使其峰值温度在回火温度以下。第四章 不锈钢及耐热钢的焊接15. 不锈钢、耐热钢的类型和特性（1）不锈钢分类（参见课本 114115 页）：按用途分：1）不锈钢（耐腐蚀，但对强度要求不高） ；2）抗氧化钢（耐高温抗氧化性） ；3）热强刚（高温抗氧化、高温强度）1）奥氏体不锈钢： 18-8型、25-20 型、 25-35型；2）铁素体不锈钢：无 Ni；3）马氏体不锈钢： Cr 含量少，低于 17%；4）铁素体 -奥

20、氏体双相不锈钢：含碳量很低，耐蚀性好；5）沉淀硬化钢。（2）不锈钢腐蚀形式：1）均匀腐蚀： 氧化性酸（硝酸）不易腐蚀；还原性酸（硫酸）马氏体钢， 铁素体钢不耐腐蚀；奥氏体钢耐腐蚀；含氯离子的介质，只有含 Mo 的钢耐腐蚀。2）点腐蚀：一般不锈钢耐点蚀都不理想。提高 Cr、Ni、Mo、S、Cu可改善 耐点蚀性能。超低碳也有利。点蚀指数： Pl= Cr+ 3.3Mo +（1316） N, 般希 望 PI 大于 3540。3）缝隙腐蚀： 缝隙腐蚀和点蚀具有共同性质的腐蚀现象。耐点蚀的钢都耐 缝隙腐蚀，也可以用点蚀指数来衡量耐缝隙腐蚀的倾向。4）晶间腐蚀： 多半与晶界层“贫铬”现象有联系。不锈钢固溶处

21、理后再经 450850C（敏化加热）会沿晶界沉淀出 Cr3C6或（Fe, Cr） 23C6 ，以至使晶界 边界层含Cr量低于12%,即发生“贫铬”。（3）贫铬造成的晶间腐蚀奥氏体不锈钢会发生晶间腐蚀是由于这类钢加热到450C850C温度区间会发生 敏化，其机理是过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散， 与晶界附近的铬结合成Cr23C6或（Fe,Cr）23C6（常写成MkC6）,并在晶界析出，由于碳比铬的扩散快得多， 铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于临近晶界的晶粒周边层 Cr 的质量分数 小于 12%，即所谓的“ 贫铬”现象，从而造成 晶间腐蚀 。450C850E温度区间称为 敏化温度区。当温度低于敏

22、化温度区时，C,Cr元素没有足够的扩散能力；当温度超出敏化温度区时 形成的碳化物沉淀相因 温度过高又重新溶解。 以上两种情况均不易产生贫铬现象 , 因而不会形成晶间腐 蚀。贫铬现象的防止措施 ：1）降低钢中的含碳量： 若钢中含碳量低于其溶解度， 就不致有 Cr23C6 析出，因而不会有贫铬现象； 2）加入能形成稳定碳化物的元素 Nb或Ti，稳定化处理，使之优先形成 NbC或TiC，也不会产生贫铬现象。（4）高铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀 高铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀， 其原理和奥氏体不锈钢一样， 但其敏化温度区和奥氏体不锈钢相反 ，这是由于碳在铁素体组织中的溶解度小， 扩散速度又快， 因此在高温阶段

23、就已沉淀析出碳化物，因而造成贫铬现象。（5）奥氏体不锈钢中铁素体相 S对晶间腐蚀性能的影响：奥氏体不锈钢中铁素体相 S对提高其耐晶间腐蚀性能是有利的，这是由于：1）Cr在S相中溶解度大，扩散速度又快，因而有良好的供 Cr条件，可减少 g相晶粒形成贫Cr层；2）S相在g相中呈弥散分布，因而使得 Cr也在g相 较均匀分布（6）超低碳不锈钢的晶间腐蚀：没有Cr23C6组织，也没有经过敏化加热。这时 贫铬”理论无法解释。主要是 P、Si 等杂质沿晶界偏析而导致晶间腐蚀 。（ 7）应力腐蚀：应力腐蚀是在应力和腐蚀介质 双重因素 作用下产生的， 由于焊接结构都在一 定程度上存在一些 残余应力 ，这是诱发应

24、力腐蚀的力的因素。16. 奥氏体钢的焊接：奥氏体钢的焊接性问题主要有： 热裂纹、接头耐蚀性、脆化（ 1 ）耐蚀性问题：1 ）晶间腐蚀（参见课本 121123 页）：a）焊缝区晶间腐蚀：防止焊缝区晶间腐蚀的发生：第一采用超低碳焊缝或 含足够稳定化元素Nb;第二调整焊缝成分获得一定数量的铁素体（3。）焊缝中铁素体（S的作用：其一，可打乱单一 g相拄状晶的方向性，不形成 连续贫Cr层；其二，铁素体（S富Cr,有良好的供Cr条件，可减少g相晶粒形 成贫Cr层，一般铁素体（在 412%左右。b）HAZ敏化区晶间腐蚀：发生在600 1000T的敏化区，碳化物沉淀引起的。C）刀口腐蚀：在熔合区，经历1200

25、C的高温过热作用，由于 TiC固溶使C 重新以原子的形式存在，并在经 450 850C的中温敏化加热与Cr结合形成碳化 物 沉淀相形成贫Cr层。2）应力腐蚀开裂：焊接结构中的残余应力是引起应力腐蚀开裂的力的因素。3）点蚀：奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，即使耐点蚀性能优异的双相不锈 钢有时也会有点蚀产生。（2）热裂纹问题：1）奥氏体钢焊接易于热裂的原因：a）导热系数小、线膨胀系数大，焊缝凝固时产生的拉应力较大；b）奥氏体焊缝为方向性强的柱状晶，易形成偏析；c）焊缝成分复杂，易形成多种低熔共晶。2）热裂纹与凝固模式：a） S相对热裂纹的改善作用：S相可打乱奥氏体组织柱状晶的方向性；S相比？ 相能溶解

26、更多的硫、磷等杂质元素；S相可以改变低熔点夹杂物的形态。b） 奥氏体焊缝的凝固模式： 全铁素体凝固模式（F）晶粒界面：8-5;铁素 体凝固模式（FA）晶粒界面：8?;先奥氏体凝固模式（AF）晶粒界面：?- 8；全奥氏 体凝固模式（A）晶粒界面：？-?。建固携式瓯衍Io5购203图 3-2伪二元相圏（團中标出鮭同檎式FA 不会有热裂倾向；单纯F, A 有热裂倾向；AF 有一定的热裂倾向。（3）奥氏体焊缝的脆化：1）焊缝中S相对脆化的影响a）低温脆化：由于S相的晶体结构为体心立方，存在一脆性转变温度，因 而在低温下易导致脆化。b）高温脆化：S相在650850C高温下长期运行易析出脆性的 c相因而导

27、 致脆化。2） 防止措施：严格限制Cr、Mo、S、Nb等铁素体形成元素，控制 S相的 含量。17. 双相不锈钢的焊接（1 ）耐蚀性特点：1 ）双相不锈钢屈服强度比奥氏体不锈钢高，在应力作用下表面氧化膜不易 破裂；2）双相不锈钢中第二相（S或丫相）对裂纹扩展具有机械屏障或阻挡作用， 这在一定程度上降低了应力腐蚀裂纹扩展的程度；3）在腐蚀介质中S相对丫相具有阴极保护作用；4）由于各元素（其余还有 Mo、 N 等）组合的特点，耐孔蚀能力比 18-8型奥 氏体不锈钢优越，不易形成孔蚀，减少了以孔蚀为起点的应力腐蚀裂纹源。（ 2）双相不锈钢焊接接头相比例失调问题：双相不锈钢焊接时， 不论是焊缝还是热影响

28、区， 由于焊接热循环的非平衡特 性，使得在加热过程中发生 丫 相变，随后在急速冷却过程中又发生 S 逆 相变过程未能充分进行， 因而导致奥氏体和铁素体两相比例的失调 （奥氏体相减 少），进而影响双相不锈钢焊接接头的塑性及耐蚀性能。因此，对于双相钢焊缝应当用奥氏体元素（Ni、N）进行超合金化，以保证 焊缝中S/有适当的比例。（ 3 ）奥氏体钢、双相钢焊接工艺注意事项：1 ）焊接材料选择：a）焊接材料类型繁多，牌号复杂，应对应标准；b）坚持适用原则；c）必须根据具体成分，而不能按名义成分；d）根据焊接方法和工艺考虑熔合比；e）根据焊接性要求确定合金化程度，常超合金化；f）不仅考虑使用要求，还要考虑

29、焊接性要求。2）焊接工艺要点 ：a）合理选择最适用的焊接方法；b）必须控制焊接参数，避免接头产生过热现象；c）接头设计的合理性；d）尽量控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定；e）控制焊缝成形；f）保护焊件的工作表面处于正常状态。第五章有色金属的焊接18. 铝及铝合金的分类及性能（1）铝合金的分类:1*纯铝1070(L1); 1060(L2)2*Al-Cu2024(LY12) 2014(LD10)3*Al-Mn3003(LF21； 3004(LF1)4*Al-Si4043(LC1)5*Al-Mg5083(LF4) 5456(LF5)6*Al-Mg-Si6061(LD2); 6063(LD31)

30、7*Al-Zn-Mg7075(LC4) 7005(7A05)8*其他元素（2）物理性能:密度小、电阻率小、线胀系数大、导热系数大。19. 铝及其合金的焊接性分析铝及其合金的化学活性很强，表面极易形成难熔氧化膜（AI2O3熔点约为2050C, MgO熔点约为2500C）,加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成不熔 合现象。由于氧化膜密度与铝的密度接近， 也易成为焊缝金属的 夹杂物。氧化膜 （特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸收较多水分而成为焊缝 气孔的 重要原因之一。铝及其合金的线膨胀系数大，焊接时容易产生翘曲变形。（1）焊缝中的气孔：1）易产生气孔的原因：氢是铝及其合金熔焊是产生气孔的主

31、要原因。氢在铝中溶解度随温度变化剧 烈。铝合金形成的熔池凝固速度过快，造成已经形成的气泡无法浮出。进而造成 气孔。2）氢的来源：弧柱气氛中的水份；氧化膜中的水份 氧化膜不致密、吸水性强的铝合金 （如Al-Mg合金），比纯铝具有更大的气孔倾向。因为Al-Mg合金的氧化膜由AI2O3 和MgO构成，MgO膜疏松，易氧化、吸附，MgO比例越大，气孔倾向越大。（2）防止气孔的工艺措施：1）限制氢的溶入：焊接材料以及坡口周围，清洗，去膜，烘干；2）调整焊接规范：焊接线能量增大，高温停留时间长，气泡容易逸出，但高温熔氢量也增大。TIG焊：大电流+高速焊（减少高温停留时间，减少溶氢 量）；MIG焊薄板：大电

32、流+低速焊（增加高温停留时间，气泡容易逸出）；MIG焊厚板：预热+大电流+低速焊（减少冷却速度）；3）正反面全面保护，配以坡口刮削是有效防止气孔的措施。将坡口下端根部刮去一个倒角（成为倒 V形小坡口），对防止根部氧化膜引起的气孔很有效。 焊接时铲焊根有利于减少焊缝气孔的倾向。在MIG焊时，采用粗直径焊丝，比用细直径焊丝时的气孔倾向小，这是由于焊丝及熔滴比表面积降低所致。4）调整焊接位置：尽量在平焊位置，避免仰焊，有利与气泡的逸出。5）调整焊接保护气体：采用He气或混合气体，可以使气孔率降低 99%。（3）焊接热裂纹：1）冶金因素 ：铝合金属于共晶型合金 ；铝合金中有较多的低熔点共晶；2）力的因

33、素 ：铝合金线膨胀系数大，因而焊缝凝固时收缩应力大。（4）防止热裂纹的途径：1）调整焊缝合金系， 控制适量的易溶共晶并缩小结晶温度区间使其产生愈 合效应。 对铝合金的焊接而言， 如果低熔点共晶过多， 反而可较好地填冲裂纹从 而产生愈合效应。2）变质处理：向焊缝过渡 Ti、 Zr、V、B 以细化晶粒，提高塑性和韧性， 提高其抗裂性能；3）在焊接工艺上采用能量密度高的焊接方法； 在焊接参数的选取上采用小 电流、低焊速。（5）焊接接头的软化：1）非时效强化铝合金 HAZ的软化：一般条件下不存在软化问题，主要是 冷作硬化铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度（ 200300C）的区域，就 会产生软化。

34、2）时效强化铝合金 HAZ的软化：主要是焊接热影响区“过时效”软化， 这在熔焊条件下很难避免。 软化程度取决于合金第二相的性质， 最根本的就是第 二相对时效反应的敏感性， 第二相越容易脱溶析出并聚集长大时， 就越容易发生“过时效”。（6）焊接接头的耐蚀性： 铝合金焊接结构一般使用在腐蚀介质下，由于焊接加热使得接头组织不均匀、产生杂质偏析以及析出新相这些均有可能形成应力腐蚀开裂。改善措施：1）改善接头组织成分的不均匀性；2）消除焊接应力；3）采取保护措施。（7）铝及其合金的焊接工艺的一般特点：1）导热性强，采用能量集中的热源；2）熔点低、高温强度小，线膨胀系数大。采用垫板和夹具；3）高温不变色，

35、操作困难；4）元素烧损，焊接材料上解决；5）氧化膜问题，最主要的问题；（ 8）氧化膜解决办法：1）酸碱洗：碱洗：5%NaoH水溶液，5060C，水冲，烘干；酸洗：15% 磷酸水溶液，5060C，水冲，烘干。2）机械去除：有时间限制，一般 4 小时之内；3）采用交流电弧，利用“阴极雾化”作用，去除氧化膜。20. 铜及铜合金的分类和性能（ 1 ）性能：导电、导热、耐腐蚀。（2）分类：纯铜；黄铜一一Cu-Zn合金；青铜一一CsSn合金；白铜一一Cu-Ni 合金21. 铜及其合金的焊接性分析（1）难熔合及易变性 铜及铜合金导热系数大，母材散热太快，很难熔合，导致未熔合；另外，铜 及其合金焊后变形也较严

36、重， 这与铜及铜合金的热导率、 线膨胀系数和收缩率有 关；液态铜及铜合金的表面张力小，流动性好，致使其表面成形能力较差。（2）热裂纹：铜与杂质形成多种低熔点共晶，如（Cu+B）共晶、（Cu+Pb共晶、（Cu+CuO） 共晶、（Cu+CuS）共晶等，这些都降低了焊缝金属抗热裂纹能力。氧对铜的危害性最大， 它不但在冶炼时以杂质的形式存在于铜中， 还会在焊 接过程中以 Cu2O 的形式溶入。当焊缝中含有质量分数为 0.2%以上的 Cu2O 时会 出现热裂纹。（ 3 ）气孔：1 ）扩散气孔：由氢引起的气孔。 原因：铜的热导率很高，铜焊缝结晶过程进行得特别快，氢不易析出，熔池 内的气泡不易上浮逸出， ，

37、促使焊缝中形成气孔；平衡状态下，氢在铜中的溶解 度随温度升高而增大，直到2180 C时氢在铜中的溶解度达到饱和。2）反应气孔：通过冶金反应生成的气体引起。原因：高温时铜与氧生成 CitO, C12O又与溶解在液态铜中的氢或 CO发生 反应：CutO+2HK 2Cu+H2OtCutO+CO> 2Cu+CQT生成的水蒸气和 CO2 不溶于铜。由于铜导热性强，熔池凝固快，水蒸气和CQ来不及逸出而形成气孔。防止反应气孔的主要措施就是减少氧、氢来源，对熔池进行脱氧。（ 4）焊接接头性能的变化：1）接头塑性降低：焊缝及热影响区晶粒粗大；为了防止裂纹及气孔，加入 一定量的脱氧元素（如 Si、 Mn 等

38、），也在一定程度上降低了焊缝的塑性。2）接头导电性下降。Pb的加入不会降低接头导电性和强度， 但是Pb有毒。22. 铜及铜合金的焊接工艺（ 1 ）焊接方法： 原则：大功率、高能束。可根据板厚适当选择焊接方法：薄板一一TIG,手工电弧焊、气焊；中厚板一一埋弧焊（SAW MIG焊;厚板一一MIG电渣焊。（2）焊接材料： 选用焊接材料时，最重要的是控制杂质的含量和提高其脱氧能力，防止焊缝出现热裂纹及气孔等缺陷。常用的脱氧元素有Si、Mn、P等,但对导电性要求高的纯铜不宜选用含 P的焊接材料。（3）黄铜焊接时，Zn容易氧化与蒸发，Zn的沸点为907C锌蒸汽对人体有 害，须采取有效地通风措施。 为了防止锌的氧化和蒸发， 可采取含硅的填充金属。23. 钛及钛合金的分类和性能（参见课本 183185页）（ 1 ）工业纯钛（同素异构）B钛（体心立方）a钛（密排六方）一882.5C（2）钛合金：钛合金根据其退火组织分为三大类：a钛合金、B钛合金、a