金属熔焊性能复习

1、金属焊接性：指金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。2、金属焊接性包括两方面内容：(1)金属在焊接过程中是否容易形成缺陷(2)焊接接头在一定使用条件下可靠运行的能力。3、金属焊接工艺过程简单而接头质量高，性能好时，称作焊接性好，反之称作焊接性差。4、母材和焊接材料的成分以及焊接工艺条件都对焊接性有重要影响。5、如何分析金属焊接性：（一）从金属的特性分析：1、利用化学成分分析2、利用物理性能分析3、利用化学性能分析4、利用合金相图分析5、利用CCT图或SHCCT图分析（二）从焊接工艺条件分析：1、热源特点2、保护方法3、热循环控制4、其他工艺因素（清理坡口、合理安排焊接顺序、正确制定焊接规范等）6、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、焊接接头抗脆性转变能力4、焊接接头的使用性能7、合金结构钢：在碳钢的基础上加入一定量的合金元素以达到所需性能要求的一些钢种。8、合金结构钢分为强度用钢和专用钢9、高强钢：凡是屈服强度大于294MPa的强度用钢均可称为高强钢。10、高强钢分为：热轧钢、正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢、微合金化钢、焊接无裂纹钢抗层状撕裂钢和大线能量钢。11、热轧及正火钢：屈服强度为294～490MPa的低合金高强钢，一般都在热轧或正火状态下供货使用，故称热轧钢及正火钢。12、低碳调质钢：屈服强度为441～980MPa，是热处理强化钢，一般都在调质状态下供货，含碳量小于0.25％13、中碳调质钢：屈服强度为880～1176MPa以上，含碳量大于0.3％以上14、专用钢分为：珠光体耐热钢(合金化主要元素是：Cr、Mo为基础)、低温钢（-40—-196合金化主要元素是：Ni）、低合金耐蚀钢15、热轧钢：强化机理：固溶强化；屈服强度：294～392MPa；合金系：C-Mn或Mn-Si系；主合金化元素：Mn、Mn-Si；辅助合金化元素：V、Nb替代部分Mn；典型钢种：16Mn、09MnSi、15MnV；室温组织:细晶F+P16、正火钢：强化机理：固溶强化＋沉淀强化或细化晶粒，屈服强度：343～490MPa，合金系：C-Mn或Mn-Si主加合金化元素：Mn、Mn-Si，辅加合金化元素：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：15MnTi、15MnVN、WH53017、微合金化控轧钢：加入微量Nb、V、Ti，控制轧制温度，起沉淀强化和细化晶粒的目的。同时控制冶炼时C、S含量，使夹杂物形态改变，数量减少，提高钢的纯度等措施。使钢具有均匀的细晶粒等轴F基体或针状F，以提高钢的强度韧性和焊接性。18、热轧、正火钢焊接性分析：(1)焊缝中的热裂纹：因C﹤0.2%,含Mn较高，Mn/S↑抗热裂性能比较好。(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。1)热轧钢的淬硬倾向与冷裂纹敏感性：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2)正火钢的淬硬倾向与冷裂纹敏感性：正火钢的合金元素含量Me＞热轧钢Me，强度级别提高——淬硬倾向↑，冷裂倾向增大。冷裂纹敏感性一般随强度的提高而增加。(3)再热裂纹：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。(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。(5)热影响区的性能变化：主要是过热区的脆化，及热应变脆化问题。过热区的性能变化取决于焊接工艺（如焊接线能量）和钢材的化学成分①奥氏体严重长大→魏氏体、粗大马氏体、混合组织（塑性很低的F、高碳马氏体和贝氏体）、M－A组元；②钢中碳、氮化合物熔点高，在高温区溶入奥氏体中，随后的冷却过程中来不及析出使材料变脆。热应变脆化：在热和应变同时作用下产生的一种动态应变时效，s↑ak↓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。消除方法：①加入足够的N化物形成元素(Al、Ti、V)，②焊后消除应力退火19、热轧钢：焊接线能量过大：导致冷速过慢，过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低，焊接线能量过小：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。钢材化学成分：影响过热区性能的脆化。对含V、Nb的正火钢：线能量过大：除过热区奥氏体晶粒显著长大外，会导致过热区碳、氮沉淀相固溶，韧性降低。20、焊接含钛正火钢(Ti含量约O.22％)：焊接时线能量过大时：过热区的TiN、TiC都向奥氏体内熔入。由于钛的扩散能力低，在随后的冷却过程中，即使大线能量条件下也来不及析出而停留在铁素体中，显著提高了铁素体的显微硬度，降低了材料的冲击韧性。预防措施：采用小线能量21、焊接材料的选择：①选择相应强度等级的焊接材料、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22，焊接工艺参数的确定：1焊接线能量：对于热轧钢：焊接线能量无限制；只是不能过大；对于正火钢：小焊接线能量＋预热。2预热考虑以下因素：材料的淬硬倾向、焊接时的冷却速度、拘束度、扩散氢含量、焊后是否热处理3焊后热处理：母材ss≥490MPa焊后立即消应力退火或消氢处理23、低碳调质钢典型钢种成分及性能：强化机理：主要是相变强化（调质处理)，屈服强度：为490MPa～1000MPa，合金系：低C≤0.18%、Mn-Ni-Cr-Mo系，主合金化元素：Mn-Ni-Cr-Mo，辅合金化元素：V、Nb、Ti、B、Cu，热处理状态：淬火＋回火组织:回火低碳M或回火索氏体or回火(M+B下)典型钢种：14MnMoVN、WCF62HT60、HT80、HY130。24、低碳调质钢的焊接性分析：主要问题是裂纹、HAZ脆化及软化。㈠焊缝中的结晶裂纹：C≤0.18%,而含锰量高,S↓P↓一般热裂倾向小。㈡热影响区的液化裂纹：一般无液化裂纹，但在高Ni低Mn的钢中液化裂纹较敏感。㈢冷裂纹：C低，Ms点较高（400℃），如在Ms点附近冷速较慢，M存在自回火作用，冷裂纹倾向较小。反之较大。㈣再热裂纹：存在一定的再热裂纹倾向，特别是V，Mo存在时，Mo-V钢、Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感；㈤层状撕裂：一般无层状撕裂。㈥热影响区的性能变化：主要是过热区的脆化原因:奥氏体粗化、上贝氏体和M-A组元（在贝氏体中的铁素体之间形成M-A软化区：接头热影响区的强度和硬度低于母材焊前的强度和硬度的现象软化区:Ac1～T回火(焊前母材回火温度)原因:由于碳化物的积聚长大而使母材软化。焊前T回火越低，软化区越宽，强度下降幅度越大。对策：热量集中的焊接方法；小E25、焊接材料的选择：“等强原则”同时尽量使合金元素接近母材26、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。27、中碳调质钢典型钢种成分及性能：强化机理：相变强化（调质处理〕，屈服强度：为880MPa～1176MPa，合金系：C0.25～0.5%、Cr、Cr-Mo，Cr-Mn-Si、Cr-Ni-Mo系主合金化元素：Cr-Mn-Ni-Mo-Si，热处理状态：淬火＋回火典型钢种：40Cr,35CrMoA,30CrMnSi、434028、中碳调质钢的焊接性分析：㈠焊缝中的热裂纹：因含碳、硅较高，有较大的热裂纹倾向。㈡冷裂纹：含碳较高，合金元素多，淬硬倾向明显，冷裂纹倾向大。㈢热影响区的性能变化1.过热区的脆化：高碳马氏体。2.热影响区的软化：退火态焊接时，无软化问题；调质态焊接时，有软化问题。29、中碳调质钢的焊接工艺特点㈠退火态下焊接时的工艺特点：因可以焊后热处理，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。㈡调质态焊接时的工艺特点：有热裂纹、冷裂纹，高碳马氏体引起的硬化和脆化。防止延迟裂纹，要预热。防止软化，要选择小焊接线能量。防止延迟裂纹，焊接材料选择纯奥氏体焊条。30、焊接性分析：裂纹问题A.冷裂纹C:0.28～0.35%Me:2.4～3.8%Ceg:0.54～0.81%措施:焊前预热、减小接头冷速，有利H逸出；使接头在较高温度下进行组织转变。B.结晶裂纹：HAZ问题31、焊接材料：要满足焊缝和母材等强、保证焊缝调质后达到所要求的性能指标；C、Si、S、P在焊缝中尽量低预热：230～250℃热处理：焊后及时调质处理或及时进行中间消氢热处理32、珠光体耐热钢合金元素总含量一般不超过5％～7％，正火后得到珠光体组织，在500℃～600℃时具有良好的热强性33、珠光体耐热钢主要焊接问题是冷裂纹、再热裂纹、粗晶区脆化以及热影响区软化和回火脆性。34、㈠焊接冷裂纹:Cr,Mo含量↑钢的冷裂倾向大扩散氢含量↑,E小时常在焊缝和热影响区出现冷裂纹。措施:采用低氢焊条,控制适当E,增加预热和后热。㈡再热裂纹:取决于钢中沉淀强化元素MoVTiNb等敏感T:500～700℃㈢热影响区脆化:Cr,Mo↑钢的淬硬性及过冷A稳定性,E过大,HAZ粗化;E过小HAZ易淬硬。㈣软化:与焊前热处理状态,冷速有关措施:小E,低预热T;焊后正火+回火消除软化区㈤回火脆性:P耐热钢在350～500℃长期运行易发生剧烈脆变35、低温钢的焊接：低温钢的成分特点：含镍钢：2.5Ni,3.5Ni,5Ni,9Ni、Mn－Al合金系影响低温韧性的因素：化学成分、杂质含量、晶粒度、显微组织、热处理状态36、1不锈钢(耐腐蚀但对强度要求不高）1Cr13、2Cr13、0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti2抗氧化钢（耐高温抗氧化性）1Cr17、1Cr25Si2、2Cr25Ni203热强钢（高温抗氧化、高温强度）1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo6、1Cr12MoWV37、不锈钢按组织分类：奥氏体不锈钢：18-8型1Cr18Ni9TiCr18Ni825-20型2Cr25Ni20Si24Cr25Ni2025-35型0Cr21Ni32(Incoloy)4Cr25Ni354Cr25Ni35Nb铁素体不锈钢：高Cr钢，含Cr17～30%1Cr171Cr25Si2马氏体不锈钢：1Cr132Cr133Cr134Cr131Cr12WMoV铁素体-奥氏体双相不锈钢：00Cr18Ni5Mo3Si200Cr22Ni5Mo3N38、Cr的作用：形成Cr2O3保护膜、Cr→电极电位提高39、不锈钢腐蚀形式：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀40、奥氏体不锈钢中铁素体相δ对提高其耐晶间腐蚀性能是有利的，这是由于：1）Cr在δ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相晶粒边界形成贫Cr层；2）δ相在g相中呈弥散分布，因而使得Cr也在g相较均匀分布；以上两方面可抑制贫铬层的形成，因而对提高其耐晶间腐蚀性能是有利的。41、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，这是诱发应力腐蚀的力的因素。42、通常有两种应力腐蚀形式：1）伴随阳极溶解而产生的开裂（APC）即Fe-2e→Fe2+主要发生在奥氏体不锈钢中2）阴极氢脆开裂（HEC）即2H++2e→2H：主要发生在马氏体及铁素体不锈钢中43、耐热性能包括耐高温氧化和具有一定高温强度两个方面耐热钢的高温脆化：耐热钢在高温下长期运行，易于产生脆化，通常有两种：1）475℃脆化、2）σ相脆化44、不锈钢的物理性能对焊接性构成影响的主要有两方面：1.导热系数λ小，A钢仅为低碳钢的1/3，M和F是低碳钢的1/22.热膨胀系数大，比低碳钢大50%45、奥氏体钢的焊接性问题主要有：接头耐蚀性、热裂纹、接头脆化46、奥氏体钢焊缝区晶间腐蚀：原因：①因E大及多层焊情况下后道焊缝对前道焊缝有敏化处理作用。②焊后经受了敏化加热条件。防止措施：第一采用超低碳焊接材料；第二焊缝中加入碳的稳定化元素Ti、Nb；第三调整焊缝成分获得一定数量的铁素体()。第四采用固溶处理或稳定化处理第五合理制定焊接工艺焊缝中铁素体()的作用：其一，可打乱单一