1、第1章 概 述一、課程的目的1. 掌握材料焊接性的概念和試驗方法；2. 掌握常用材料的焊接性及改善焊接性的途徑，3. 培養分析材料焊接性的能力和正確制定常用材料焊接工藝的能力。二、課程的內容1. 焊接性及其試驗方法 2. 合金結構鋼的焊接3. 不銹鋼、耐熱鋼的焊接 4. 鑄鐵的焊接。 灰鑄鐵和球墨鑄鐵5. 有色金屬的焊接。 鋁及其合金、銅及其合金、鈦及其合金6. 先進材料的焊接。 陶瓷、金屬間化合物的焊接7. 異種材料的焊接。 異種鋼的焊接、鋼與有色金屬實驗: 高強鋼冷裂傾向的測定和分析三、參考資料1. 焊接冶金學（金屬焊接性），周振豐主編，索書號 TG113.26 / 12. 焊接冶金與焊接

2、性，劉會杰編，機械工業出版社，2007。索書號TG40-43 / 33. 金屬材料焊接工藝，霍玉成，化學工業出版社，2007。索書號TG457.1-43 / 3第2章 焊接性及其試驗方法教學目的：1掌握焊接性的概念 2了解焊接性試驗的內容、試驗方法分類3熟悉常用的焊接性試驗方法第1節 焊接性概念及影響因素一、焊接性概念1. 焊接性：材料能否通過焊接加工而形成完整的、并滿足預期使用性能的焊接接頭的能力。包含兩方面內容：材料在焊接加工中是否容易形成接頭或產生缺陷結合性能工藝焊接性焊接完成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力使用性能使用焊接性2. 工藝焊接性和使用焊接性工藝焊接性：材料在一定的焊接

3、工藝條件下，能否獲得優質致密、無缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭的能力。 使用焊接性：指焊接接頭或整體焊接結構滿足技術條件所規定的各種性能的程度。提問：焊接工藝過程包括那兩個過程 （分析焊接性不能脫離焊接工藝條件）3. 冶金焊接性和熱焊接性冶金焊接性：指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣等相之間發生化學冶金反應對焊縫性能和產生缺陷的影響程度。熱焊接性：指焊接熱作用對HAZ組織性能及產生缺陷的影響程度。熱焊接性研究熱循環對HAZ的影響。 提問：焊接熱循環二. 焊接性的影響因素1. 材料因素 化學成分、軋制狀態、熱處理狀態、力學性能2. 設計因素 焊接接頭的結構設計3. 焊接工藝因素 焊接方法、線能

4、量、焊材、預熱、焊接順序、焊后熱處理4. 服役環境 工作溫度、負荷條件、工作環境三、焊接性的分析方法1. 從材料本身的特性分析焊接性（1）利用材料的成分進行分析。 碳當量法和焊接裂紋敏感指數（2）利用材料的物理性能進行分析。熔點、導熱系數、線膨脹系數、密度等等（3）利用材料的化學性能進行分析。（4）利用合金相圖或SHCCT圖分析2. 從焊接工藝條件分析焊接性（1）焊接熱源的特點（2）保護方法 渣保護、氣保護、真空（3）熱循環控制（4）其它工藝因素 焊前清理、焊接順序、焊接規范第2節 焊接性試驗及其常用方法一、焊接性試驗的內容1. 焊縫金屬抗熱裂紋的能力2. 焊縫和HAZ抗冷裂的能力3. 焊接接

5、頭抗脆性轉變的能力4. 焊接接頭的使用性能二、焊接性試驗方法分類1. 直接模擬試驗類 焊接冷裂紋試驗、熱裂紋試驗、再熱裂紋試驗2. 間接模擬類熱模擬法、焊接熱-力模擬法3. 使用性能試驗拉伸、彎曲、沖擊三、焊接性試驗方法的選用原則1. 可比性 2. 針對性 3. 再現性 4. 經濟性 四、常用焊接性試驗方法1. 斜Y坡口對接裂紋試驗（小鐵研試驗）優點是不需要專用設備，在施工現場可以應用。缺點是要進行大量的解剖檢查。2. 插銷試驗優點是：節省材料熱循環接近實際焊接熱循環方便、靈活、實用。缺點是：需要專用設備，不適合現場用。3. 剛性固定對接裂紋試驗 4. 壓板對接焊接裂紋試驗法5. HAZ最高硬

6、度試驗 思考題：1. 什么叫焊接性，焊接性包括那幾方面內容？2. 何謂冶金焊接性及熱焊接性？3. 焊接性試驗的主要內容有哪些？4. 常用的焊接性試驗方法有哪些？第3章 合金結構鋼的焊接第1節 合金結構鋼的分類和性能一、強度用鋼1. 熱軋及正火鋼s294-490MPa熱軋鋼： 1300左右軋制空冷正火鋼： 1300左右軋制空冷900空冷（正火處理）特點：價格便宜、良好的綜合力學性能、加工工藝性能用途：壓力容器、動力設備、工程機械、橋梁等舉例： 16Mn, 15MnVN, 18MnMoNb、14MnNb 微合金控軋鋼：微合金化控制軋制X70管線鋼、X80 70PSI（美國石油學會標準） 70

7、15;6.9MPa483MPa調質鋼： 1300左右軋制空冷900水淬600回火 （從正火鋼引申）2. 低碳調質鋼特點：s441-980MPa， C0.25，高的強度，兼有良好的塑性和韌性用途：大型工程機械、壓力容器、艦船制造例：14MnMoVN, 14MnMoNbB, T-1, HT-80, HY-803. 中碳調質鋼特點：s880-1176MPa ，C0.25%0.5%，很高的硬度和強度，韌性較低用途：火箭發動機殼體、飛機起落架例：35CrMoA, 30CrMnSiA, H-11二、專用鋼1. 珠光體耐熱鋼 Cr、Mo為基礎，用于工作溫度500600，較好的高溫強度和高溫抗氧化性2. 低溫

8、鋼含Ni或無Ni的低合金鋼，低溫裝置（-40-196），有足夠高的低溫韌性3. 合金耐蝕鋼大氣、海水、石油化工等腐蝕介質中工作第2節 熱軋及正火鋼的焊接一、成分和性能1. 熱軋鋼s294392MPa，C0.2%，Si0.55%，Mn1.5%， Mn、Si固溶強化典型鋼種：16Mn、12MnV、14MnNb、16MnNb2. 正火鋼s392MPa， 固溶強化 + V、Nb、Ti和Mo沉淀強化（1）正火狀態下使用： 含V、Nb、Ti的鋼 如15MnV、14MnNb、15MnTi（2）正火回火狀態使用： 含Mo鋼，如14MnMoV、18MnMoNb等。二、焊接性分析1. 焊接接頭的裂紋（1）焊縫熱裂

9、紋一般： 熱軋及正火鋼Mn含量較高Mn/S熱裂傾向特殊： 母材C、S、P偏高或嚴重偏析 例： 16Mn 不同部位的碳：0.16%0.24%（2）冷裂紋 主要問題合金元素 碳當量 淬硬傾向防止措施：控制焊接線能量、降低擴散氫含量、預熱、焊后熱處理（3）再熱裂紋熱軋鋼： 不含強碳化物形成元素 不敏感。正火鋼： 含Cr、Mo、Nb、V、Ti， 有一定的敏感性防止措施：提高預熱溫度或焊后立即后熱例： 18MnMoNb 預熱180 防冷裂紋 預熱220 防再熱裂紋2. 熱影響區脆化（1）過熱區脆化 熱軋鋼脆化原因：粗晶脆化 組織脆化C低：E 過熱區晶粒長大粗晶脆化 E生成低碳馬氏體，韌性好 防止措施：小

10、線能量（E）C高：E 粗晶脆化 E生成高碳馬氏體，很脆（脆性比E高時大） 防止措施：適當增加線能量，降低冷卻速度 正火鋼脆化原因： 粗晶脆化 沉淀相過飽和脆化 E 脆化傾向防止措施：采用小焊接線能量。（2） 熱應變脆化原因： 熱和應變同時作用， 200400 最嚴重 部位：熔合區、TpAc1防止措施： 加入Al、Ti、V 例：15MnVN比16Mn的熱應變脆化傾向小退火處理 例：16Mn 經600´1h退火處理，脆化傾向明顯減小三、焊接工藝要點1焊接方法的選擇無特殊要求， 常用：手工電弧焊、CO2氣保焊2. 焊接材料的選擇（1） 選擇與母材匹配的焊接材料（2） 同時考慮熔合比和冷卻速

11、度的影響（3） 考慮焊后熱處理對焊縫力學性能的影響 焊后正火處理的焊縫：選強度高的焊材3. 焊接工藝參數的確定（1） 焊接線能量E熱軋鋼： C低： 小E C高：大E正火鋼：小E（2）預熱預熱溫度： 鋼材的淬硬性、板厚、拘束度、氫含量例： 16Mn，板厚大于30mm時需要預熱到100-150（3）焊后熱處理 一般不需要但：抗應力腐蝕或低溫下使用的結構，要消應力回火回火溫度： 不要超過母材原來的回火溫度 避開材料出現回火脆性的溫度區間第3節 低碳調質鋼的焊接一、成分、性能及種類成分：C0.18 Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb 提高淬透性和M回火穩定性性能：s441-980MPa，有較高的強度和良

12、好的塑性、韌性和耐磨性種類： 高強度結構鋼（sb 600800MPa） 14MnMoNbB、HQ70、HQ80C 高強度耐磨鋼（sb1000MPa） HQ100、HQ130 高強高韌性鋼（sb700MPa） 12Ni3CrMoV以及 HY80、HY130二、焊接性分析1. 焊縫中的熱裂紋 Mn/S比較高，S、P少 傾向較小 提問：熱裂紋產生原因和措施2. 冷裂紋 合金元素多淬硬性大有冷裂紋傾向 但實際上 Ms點較高冷卻速度較慢有 “自回火”可以避免 冷卻速度較快無“自回火”冷裂傾向大3. 再熱裂紋 Cr、Mo、V、Nb、Ti 再熱裂紋較敏感4. 熱影響區性能變化 同時存在脆化和軟化（1）過熱區

13、脆化 原因：晶粒粗化、組織脆化（上貝氏體和M-A組元）M-A組元：中等冷速下形成防止措施： 調整工藝參數控制冷卻速度減少M-A組元（2）熱影響區軟化軟化區域：TpT回火AC1防止措施：減小焊接線能量 縮小軟化區寬度三、 低碳調質鋼的焊接工藝要點注意兩個基本問題：冷卻速度不能太快，使馬氏體有一個“自回火”作用 在800500之間的冷卻速度大于產生脆性組織的臨界速度。1. 焊接方法的選擇限制焊接過程中熱量對母材的作用減輕軟化s686MPa最好：熔化極氣體保護焊和鎢極氬弧焊， 實際上：手工電弧焊2.焊接材料的選擇焊后一般不再進行熱處理等強匹配例：14MnMoVN，sb700MPa，E7015焊條或H

14、08Mn2SiA焊絲HQ100，sb1000MPa，E10015焊條或H08Mn2Ni3SiCrMo焊絲3. 焊接工藝參數的選擇兼顧兩者 （1）焊接線能量E的確定 防止冷裂紋出發冷卻速度慢防止脆化冷卻快較好（2）預熱溫度的確定 板厚小于10mm的HQ60、HQ70鋼，可以進行不預熱焊接。厚板：采用較低的預熱溫度（T0200）。（3）焊后熱處理 正常情況下不進行焊后熱處理結構受力大或承受應力腐蝕：焊后熱處理溫度比母材原調質處理的回火溫度低30左右。第4節 中碳調質鋼的焊接一、成分、性能和分類成分： 含碳量較高C=0.25%0.5%，Mn、Ni、Cr、Mo、B、Si及V、Ti 、W性能：88011

15、76MPa、比強度高、高硬度分類（合金系不同）：（1）Cr鋼：良好的綜合力學性能、較高的淬透性和較高的疲勞強度 例如：40Cr。用于制造齒輪和軸類（2）Cr-Mo鋼：制造承受較高負荷、截面較大的重要零部件，如汽輪機葉輪和發電機轉子。例如：35CrMoA。（3）Cr-Mn-Si鋼：例如：30CrMnSiA（4）Cr-Ni-Mo鋼：有良好的綜合性能，如強度高、韌性好、淬透性大等優點。例如：40CrNiMoA， 噴氣式客機的起落架和火箭發動機外殼（5）超高強度鋼：強度可高達1960MPa。例如H-11二、焊接性分析1. 焊縫中的熱裂紋 合金元素含量較高，結晶偏析傾向嚴重較大的熱裂紋敏感性防止措施：采

16、用低碳低硅焊絲嚴格限制母材及焊絲中的S、P含量注意填滿弧坑和保證良好的焊縫成形2. 冷裂紋 淬硬傾向明顯，易出現脆硬的馬氏體組織 冷裂紋傾向大防止措施：采用低氫焊接材料和焊接方法，盡量降低焊接接頭的含氫量。采取焊前預熱、焊后及時進行回火處理。3. 熱影響區的脆化和軟化（1）過熱區脆化 碳含量較高，合金元素較多高碳馬氏體脆化嚴重防止措施：采用小線能量，避免形成粗大的馬氏體（2）熱影響區軟化 軟化最明顯的部位：溫度處于Ac1Ac3之間的區段防止措施：盡可能減小焊接線能量。采用熱源越集中的焊接方法。三、中碳調質鋼的焊接工藝特點1. 退火狀態下焊接（1）焊接方法。幾乎沒有限制。（2）焊接材料。焊縫金屬

17、的主要合金組成應與母材相似。調質處理規范應與母材的一致 （3）焊接工藝參數。保證：調質處理之前不出現裂紋2. 調質狀態下焊接（1）焊接方法。熱量越集中、能量密度越大的方法：鎢極氬弧焊（2）焊接材料。低碳合金系，降低焊縫金屬的S、P雜質含量（3）預熱及焊后回火處理。預熱溫度一般為200350。層間溫度控制和焊后回火處理的溫度控制應比母材淬火后的回火溫度至少低50。第5節 珠光體耐熱鋼的焊接一、珠光體耐熱鋼的成分及性能成分：Cr-Mo基，主要元素Cr、Mo、V，少量Ti、Nb、W、BCr0.5%9%，Mo0.5%或1%，合金元素添加總量小于10%合金系基本上是：Cr-Mo、Cr-Mo-V、Cr-M

18、o-W-V、Cr-Mo-W-V-B、Cr-Mo-V-Ti-B 性能：在500600具有良好的耐熱性、工藝性能好、抗硫和氫腐蝕二、珠光體耐熱鋼的焊接性分析1. 焊縫中產生熱裂紋 弧坑處凝固溫度區間大熱裂紋傾向大2. HAZ冷裂紋Cr、Mo多提高鋼的淬硬性冷裂傾向大 Cr、Mo 冷裂傾向防止措施：焊前預熱、控制層間溫度、焊后去氫處理、減小和消除應力3. 再熱裂紋 粗晶區含Cr、Mo、V、Ti、Nb，高溫下使用再熱裂紋傾向大防止措施： 限制焊接材料V、Ti、Nb等合金元素的含量到最低的程度； 將預熱溫度提高到250以上，層間溫度控制在300左右； 采用小線能量的焊接工藝，減小焊接過熱區寬度，細化晶粒

19、； 選擇合適的熱處理制度、避免在敏感溫度區間停留較長時間。4. 回火脆化現象 Cr-Mo耐熱鋼在350500溫度區間長期運行過程中發生脆變原因：雜質元素在晶界上偏析晶界脆化， Mn和Si是回火脆化元素防止措施：嚴格控制母材有害雜質元素的含量，降低Mn和Si含量。三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝要點1. 焊接方法 常用方法均可2. 焊接材料的選用原則：焊縫金屬的合金成分與強度性能應與母材相應的指標一致或應達到產品技術條件提出的最低性能指標。 焊縫成分應與母材相近、焊縫碳含量要求比母材低防止焊縫熱裂3. 焊接工藝參數 主要是確定合適的預熱及焊后熱處理結合具體條件，如焊接結構、板厚等條件，通過試驗來確定預

20、熱及焊后熱處理溫度第6節 低溫鋼的焊接一、低溫鋼的分類和化學成分1. 分類 按使用溫度等級：分為-10-40、-50-90、-100-120、-130-196 按合金含量和組織：分為低合金鐵素體低溫鋼、中合金低溫鋼和高合金奧氏體低溫鋼。 按有無Ni、Cr元素：分為無Ni、Cr低溫鋼和含Ni、Cr低溫鋼。 按熱處理方法：分為非調質低溫鋼和調質低溫鋼。2. 化學成分（1）低合金低溫鋼：無Ni，Si、Mn，Al 少量Nb、V、Ti。 如16MnR（2）中合金低溫鋼：含Ni，1.5%Ni鋼、2.5%Ni鋼、3.5%Ni鋼以及5%Ni、9%Ni鋼合金元素總含量為5%10%。二、低溫鋼的焊接性分析1. 無

21、Ni低溫鋼的焊接性特點含碳量約0.06%0.20%，合金元素總含量5%，碳當量0.27%0.57%，焊接性良好。在用鋁脫氧時形成了穩定的AlN，阻止了接頭區脆化. 存在兩個問題（1）接頭過熱，粗晶脆化，降低韌性；（2）產生回火脆性。2. 含Ni低溫鋼的焊接性特點（1）含Ni較低：2.5%Ni和3.5%Ni低溫鋼。含碳量較低、含Ni較低，裂紋傾向不大（2）9%Ni鋼：含Ni多，淬硬性很大，有冷裂紋傾向。采用奧氏體焊材，冷裂傾向不大有回火脆性傾向。有較大的線膨脹系數。 磁偏吹現象。接頭過熱粗晶脆化。3. 低溫鋼的焊接工藝要點（1）嚴格控制焊接線能量。（2）正確選擇焊接材料。鋁鎮靜鋼：低碳鋼和C-M

22、n鋼類焊條、低鎳焊條低合金鐵素體低溫鋼：含有鎳13外，還含有鉬0.20.5。低鎳鋼：焊條的含鎳量應與母材相同或高于母材。9Ni鋼：含鎳在60以上的Ni-Cr-Mo系合金、鎳約40的Fe-Ni-Cr系合金、含13Ni-16Cr-Mn-W的奧氏體不銹鋼。第4章 不銹鋼、耐熱鋼的焊接（1）原義型不生銹的鋼。（2）習慣型原義型+耐酸不銹鋼=耐腐蝕鋼 *（3）廣義型耐腐蝕鋼和耐熱鋼的總稱。第1節 不銹鋼、耐熱鋼的分類及特性一、不銹鋼及耐熱鋼的類型1. 按化學成分分類 （1）高Cr鋼：Cr12%30，如Cr13、Cr17等。（2）Cr-Ni鋼：高Cr鋼612Ni，如1Cr18Ni9、1Cr18Ni12Mo

23、3等。（3）鉻錳氮不銹鋼：Cr、Mn、N，少Ni型如Cr17Mn13Mo2N等。2. 按用途分類 （1）不銹鋼：習慣型不銹鋼，要求耐腐蝕，工作溫度一般不超過500。有Cr13系列不銹鋼和低碳Cr-Ni鋼（如1Cr18Ni9Ti）或超低碳Cr-Ni鋼（如00Cr25Ni22Mo2）。（2）抗氧化鋼：在高溫下具有抗氧化性能，工作溫度9001100。高Cr鋼和Cr-Ni鋼。（3）熱強鋼：在高溫下抗氧化能力，又要有高溫強度，工作溫度600800。Cr-Ni3. 按組織分類（1）奧氏體鋼。高Cr-Ni鋼最為典型。主要分為18-8系列、25-20系列兩大類。（2）鐵素體鋼。含Cr11.5%32%，主要用作

24、耐熱鋼，也用作耐蝕鋼，如1Cr17、1Cr25Si2。（3）馬氏體鋼。以Cr13系列最為典型，如1Cr13、2Cr13等。退火，或者是淬火回火狀態。（4）沉淀硬化鋼。經過時效強化處理以形成析出硬化相的高強鋼。例如：0Cr17Ni7Al（5）鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼。鋼中鐵素體占60%40%，奧氏體占40%60%，二、不銹鋼及耐熱鋼特性1. 不銹鋼的耐蝕性能 Cr1325，耐蝕性才很好（1）均勻腐蝕：表面全部產生腐蝕。（2）點蝕：穿孔性或蝕坑性局部腐蝕，氯離子引起（3）縫隙腐蝕：縫隙中發生的斑點狀或潰瘍狀宏觀腐蝕，氯離子引起。（4）晶間腐蝕：發生在晶粒邊界附件的一種選擇性腐蝕原因：晶界貧Cr（C

25、r12）。 450850（敏化溫度區間）：C+CrCr23C6 C比Cr的擴散快的多，晶內的Cr來不及補充到晶界晶界貧Cr（5）應力腐蝕（簡稱SCC）：拉伸應力特定介質：含Cl，高濃度的堿和硫酸水溶液Ni含量越高，耐應力腐蝕開裂的性能越好2. 耐熱鋼的高溫性能（1）抗氧化性。Cr、Si、Al等與氧形成致密的氧化膜（2）熱強性。高溫持久強度和蠕變強度。（3）高溫脆化。 550附近的回火脆性。如Cr13鋼在550附近的回火脆性。 粗晶脆化。主要是高Cr鐵素體鋼中發生的晶粒長大導致的粗晶脆化。 475脆化。Cr15的鐵素體鋼，475附近長期加熱并緩冷，而強度升高韌性下降。 相脆化。由于硬而脆的相產生

26、的脆化。相：硬脆而無磁性的FeCr金屬間化合物。3. 不銹鋼及耐熱鋼的物理性能 導熱系數小：A導熱系數約為低碳鋼的1/3，M和F的導熱系數約為低碳鋼的1/2線膨脹系數大：奧氏體不銹鋼的線膨脹系數大約是低碳鋼的1.5倍 第2節 奧氏體不銹鋼的焊接一、奧氏體不銹鋼焊接性分析1. 焊接接頭的耐蝕性 （1）晶間腐蝕 焊縫晶間腐蝕。前層焊縫，加熱到敏化溫度(6001000)的區域防止：a盡量減少焊縫中C的含量，采用超低碳焊絲。b. 焊縫添加足夠的穩定化元素Nb。 Nb、TiCNbC、TiC，奪取了C，因此不會形成Cr23C6。c. 獲得適量的相。 熱影響區敏化區腐蝕。 不含Ti或Nb的不銹鋼 焊接熱影響

27、區加熱到6001000a. 采用超低碳不銹鋼b. 工藝上應減少HAZ處于敏化溫度的時間，采用小線能量、快速焊，加快冷卻速度。c. 焊后固溶處理。 熔合區“刀蝕”。 含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb不銹鋼機理：高溫過熱中溫敏化的相繼作用是產生刀蝕的必要條件。焊前：Cr固溶，游離態TiC（NbC） TiC（NbC）向A中溶解，C呈間隙原子C向A晶界擴散，Ti（Nb）來不及擴散而留在原地， 晶界C+CrCr23C6越緊鄰熔合線，峰值溫度越高，晶間腐蝕越嚴重防止措施為：a. 母材最好采用超低碳，含Ti的希望C<0.06%。b. 減少過熱區或不讓過熱區受中溫敏化作用。c. 焊后熱處理。在8

28、50930保溫后空冷，即穩定化處理。總之：超低碳不發生敏化區腐蝕，也不會有刀蝕，采用超低碳焊材焊縫也不晶腐，應優先發展。（2）應力腐蝕開裂（SCC） 多發生在焊縫表面，深入焊縫金屬內部。防止措施： 合理設計焊接接頭。不銹鋼杯子的例子 減少或消除焊接殘余應力。采用超合金化的焊接材料。Cr、Mo、Ni等含量高于母材（3）點蝕 產生部位：焊縫中的不完全混合區。原因：耐點蝕Cr、Mo等元素發生了偏析。防止措施： 減少Cr、Mo的偏析 采用超合金化焊接材料：2. 焊接接頭的熱裂紋 焊縫：凝固裂紋，熱影響區：液化裂紋。（1）產生熱裂紋的原因：線膨脹系數大，導熱系數小，承受較大的拉伸應力與應變。成分復雜，S

29、、P、Ni、B等元素均能形成易熔共晶體。焊縫易形成方向性很強的柱狀晶，雜質元素易在柱狀晶之間偏析，促使形成晶界液膜。（2）防止焊接熱裂紋的措施 嚴格控制母材中S、P、C雜質的含量。 控制焊縫金屬的組織，盡可能采用雙相組織。調整焊縫金屬的化學成分。減少Ni、C、S和P，增加Cr、Mo、Si及Mn 采用小線能量，盡量減小焊縫的過熱。3. 奧氏體鋼焊縫的脆化（1）焊縫低溫脆化 相的存在會惡化低溫韌性（2）焊縫相脆化 產生溫度：550-875。二、奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點1. 焊接方法 充分考慮質量、效率和成本因素手工焊：適用板厚>1.5。特點是方便靈活。鎢極氬弧焊：適用板厚0.53。特點是焊

30、縫成形美觀。熔化極氬弧焊：適用板厚>3。特點是可焊接薄板，也可焊接厚板，適應性強， 生產效率高。2. 焊接材料 按“等成分原則”選擇焊材，以滿足接頭的耐蝕性手工電弧焊：通常采用鈦鈣型和低氫型焊條氬弧焊的焊絲一般為：H0Cr21Ni10、H0Cr19Ni12Mo2、H0Cr20Ni14Mo33. 焊接工藝參數（1）控制焊接參數，避免接頭產生過熱現象。 焊接電流比低碳鋼低20%（2）控制焊縫成形。避免產生應力集中引起應力腐蝕開裂。（3）保護焊接的工作表面處于正常狀態。 弧擊、鐵錘敲擊產生腐蝕根源（4） 焊后熱處理 消除應力處理。固溶處理。加熱到10001180范圍內的某一溫度，然后快速冷卻。

31、 穩定化處理。在850930保溫后空冷，即穩定化處理。對于含Ti或Nb的奧氏體鋼。第3節 鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接一、鐵素體不銹鋼的焊接1. 鐵素體不銹鋼的類型 普通鐵素體不銹鋼和高純鐵素體不銹鋼兩大類普通鐵素體不銹鋼有：低Cr（Cr1214%）鋼。如：00Cr12、0Cr13中Cr（Cr1618%）鋼。如：0Cr17Ti、1Cr17Mo 高Cr（Cr2530%）鋼。如：1Cr25Ti、1Cr28高純鐵素體鋼：主要是在化學成分上限制C+N的含量，也有三種： C+N0.0350.045 比如 00Cr18Mo2 C+N0.03 比如 00Cr18Mo2Ti C+N0.010.015 比如 00

32、0Cr18Mo2Ti2. 鐵素體不銹鋼的焊接性（1）粗晶脆化。950以上焊縫和熱影響區，產生晶粒嚴重長大，導致粗晶脆化防止措施：縮短在950以上高溫的停留時間。（2）相脆化。焊后在850到650區間的冷卻速度緩慢，鐵素體會向相轉化。防止措施：控制850到650區間的冷卻速度（3）475脆化。Cr15%，Cr脆化防止措施：采用小E，縮短430到480時間。后熱處理：在600以上短時加熱，然后空冷。（4）焊接接頭晶間腐蝕普通鐵素體不銹鋼。900以上快速冷卻，將產生敏化腐蝕高純鐵素體不銹鋼。 防止晶間腐蝕措施有：a. 控制化學成分。采用超低碳母材（C0.03%）和超低碳焊絲（C0.02%）；在母材中

33、加入強碳化物元素。b. 工藝措施。采用小的線能量、強制冷卻等方法，降低熱影響區敏化溫度區的停留時間。c. 焊后熱處理。固溶處理：加熱到10501150。穩定化處理：加熱850，保溫2小時，然后空冷。3. 鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點（1）焊接方法。普通鐵素體不銹鋼：手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊、等離子弧、電子束等。超純鐵素體不銹鋼：采用氬弧焊、等離子弧焊、電子束焊等獲得良好保護的焊接方法。（2）焊接材料。同質鐵素體型、奧氏體不銹鋼型和鎳基合金。（3） 焊前預熱。要求預熱，70150范圍內有明顯的效果。鉻含量越高，預熱溫度應越高。（4） 焊接工藝參數。小電流、快速度，焊條不橫向擺動，多層焊，并且

34、嚴格控制層間溫度（5）焊后熱處理a. 在750800加熱后空冷的退火處理，使組織均勻化，可以提高韌性和抗腐蝕性能。b. 在900以下加熱水淬，使析出脆性相重新溶解，得到均一的鐵素體組織，提高接頭的韌性。二、馬氏體不銹鋼的焊接1. 馬氏體不銹鋼的類型（1）Cr13系馬氏體不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。（2）熱強馬氏體不銹鋼：Cr12為基、加入Ni、Mo、W、V等元素。耐蝕性、高溫強度、抗氧化性。例如：2Cr12WMoV。（3）超低碳復相馬氏體不銹鋼：降低碳含量，Ni4%6%的范圍，少量的Mo、Ti等元素。高強度、高韌性及良好的抗腐蝕性能。2. 馬氏體不銹鋼的焊接性（1

35、）焊接冷裂紋 硬而脆的馬氏體組織；鐵素體在粗大的馬氏體晶間冷裂紋更加敏感防止焊接冷裂紋的措施：正確選擇焊接材料：可采用Cr-Ni奧氏體型填充金屬；焊前預熱：一般為200400，含碳量越高，預熱溫度也越高。提高焊接線能量：采用較大的焊接電流，減緩冷卻速度。焊后處理：焊后緩冷到150200進行熱處理：消除應力，去除擴散氫，改善組織和性能。（2）熱影響區脆化 冷卻速度較小：粗大的鐵素體和碳化物；冷卻速度較大：粗大的馬氏體防止措施：正確選擇預熱溫度，預熱溫度不應超過450，以避免產生475脆化；合理選擇焊接材料、調整焊縫的成分，避免焊縫中產生粗大的鐵素體組織。3. 馬氏體不銹鋼的焊接工藝要點（1）焊接

36、方法 常用手工電弧焊、氣體保護焊和埋弧焊等方法焊接馬氏體不銹鋼。（2）焊接材料選用同質材料Cr13型焊條和焊絲 焊縫強度較高Cr-Ni奧氏體型焊條和焊絲 防止冷裂紋、具有良好的塑性（3）焊前預熱 根據材料厚度、構件的拘束度等來選擇，但不能超過450（4）工藝參數 一是保證全部焊透、二是注意填滿弧坑（5）嚴格控制層間溫度，以防止在熔敷后續焊道前發生冷裂紋。（6）焊后熱處理 一種是焊后進行調質處理、另一種是焊后高溫回火（焊前已調質）第4節 雙相不銹鋼的焊接一、雙相不銹鋼的焊接性分析焊接雙相不銹鋼的關鍵問題：焊縫能否保持合理的相組成比例/1. 雙相不銹鋼焊接冶金特性（1）焊縫金屬的組織轉變 冷卻速度

37、相, 相焊縫韌性，氫脆敏感性（2）熱影響區的組織轉變Tp低于固溶處理溫度的加熱區，、相的比例無顯著變化。Tp超過原固溶處理溫度，晶粒長大，相明顯減少，形態仍為軋制態的條狀組織。熔合線區，粗大的單相等軸組織，相數量通常較少。無軋制方向呈羽毛狀的成相2. 雙相不銹鋼焊接接頭的耐蝕性（1）點蝕。相含量對點蝕的敏感性很小，具有優異的耐點蝕性能（2）應力腐蝕開裂。耐氯化物應力腐蝕開裂性能較好，但焊縫耐H2S應力腐蝕開裂性能較差。（3）晶間腐蝕。晶間腐蝕抗力較好。3. 雙相不銹鋼焊接接頭的脆化問題（1）雙相不銹鋼的相脆化（2）焊接接頭的氫脆。氫脆主要發生于相，HAZ 的Tp氫脆4. 雙相不銹鋼焊接接頭的抗

38、裂性抗熱裂紋能力好：含Ni低，不含其它易形成低熔點液膜的成分。氫致裂紋敏感性：相50時，氫致裂紋不敏感；相50，相氫致裂紋敏感性。四、雙相不銹鋼的焊接工藝要點1. 焊接方法 除電渣焊外2. 焊接材料選擇 采用奧氏體相比例較多的焊接材料以提高焊縫中奧氏體相的比例。電弧焊：選用相應的酸性和堿性不銹鋼焊條。不銹鋼焊條的國標是GB983-85。氣體保護焊：實心焊絲，要保證焊縫金屬具有良好耐腐蝕性與力學性能 藥芯焊絲，紅石型或鈦鈣型藥芯焊絲，焊縫光滑，成形美觀焊絲的國標GB4242-84 較高的藥芯焊絲，較高的沖擊韌性或在較大的拘束條件下焊接3. 焊接線能量 控制接頭的冷卻速度獲得滿意的/比及力學性能和

39、耐腐蝕性能冷卻速度太快：會引起過多的相含量以及Cr2N的析出增加。冷卻速度過慢：會引起晶粒嚴重粗大，甚至有可能析出一些脆性的金屬間化合物，如相。4. 焊前預熱一般不需要5. 焊后熱處理一般不提倡6. 焊接順序 接觸腐蝕介質的焊縫要先焊，使最后一道焊縫非接觸介質的一面第5章 鑄鐵的焊接鑄鐵焊接的應用：1） 鑄造缺陷的焊補；2） 已損壞的鑄鐵成品件的焊補；3）零件的生產。第1節 鑄鐵的種類和性能一、鑄鐵的分類碳的存在狀態： 1. 灰口鑄鐵（HT） 碳以片狀石墨形態存在、斷口呈灰色成分：C2.73.5，Si12.7，Mn0.51.2，P<0.3，S<0.15性能：強度低、硬度低，塑性幾乎

40、為零；有優良的耐磨性和切削加工性，抗壓強度高，收縮率低、流動性好用途：應用最廣；機床的床身，拖拉機、汽車發動機的缸體、缸蓋牌號：HT100，b100 MPa； HT150，b150 MPa, 主要用于機床底座、工作臺等； HT300，b300 MPa，強度較高，2. 球墨鑄鐵(QT) 用球化劑進行球化處理，石墨呈球狀成分：C34，Si23，Mn0.41.0，P<0.1，S0.04及少量球化元素（稀土鎂合金）性能： 較高的強度和韌性，能通過熱處理來改善力學性能用途：用于制造承受較大動載荷的重要零件，如柴油機的曲軸、連桿和齒輪等；牌號：QT400-18，b400 MPa，延伸率18% QT7

41、00-2，b700 MPa，延伸率2%3. 白口鑄鐵(BT) 碳以滲碳體(Fe3C)狀態存在，斷口呈白色化學成分為C2.1%3.8%，Si1.2%，有時添加Cr、Mo、W等合金元素提高其力學性能性能：白口鑄鐵由于存在滲碳體，硬而脆，不易進行機械加工。用途：應用較少，主要用于軋輥。4. 可鍛鑄鐵(KT) 白口鑄鐵毛坯經9001000幾十小時退火，使滲碳體分解，成團絮狀石墨鐵素體可鍛鑄鐵：C2.22.6，Si1.01.3，Mn0.30.4，P0.12，S0.18珠光體可鍛鑄鐵：C2.83.2，Si0.61.1，Mn0.45，P0.10，S0.15性能：組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用途

42、：用于制造形狀復雜、能承受強動載荷的零件。鐵素體可鍛鑄鐵主要用于扳手、管接頭、低壓閥門等。 珠光體可鍛鑄鐵主要用于曲軸、連桿、齒輪、搖臂、活塞環等。牌號：KTH300-06，b300 MPa，延伸率6% KTZ450-05，b450 MPa，延伸率5%5. 蠕墨鑄鐵(RT) 石墨形似蠕蟲蠕墨鑄鐵的顯微組織由蠕蟲狀石墨和基體組成。蠕墨鑄鐵有三種類型：鐵素體蠕墨鑄鐵；鐵素體珠光體蠕墨鑄鐵；珠光體蠕墨鑄鐵。性能：力學性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。常用蠕鐵的抗拉強度為300500MPa，延伸率為1%6%。蠕墨鑄鐵的抗拉強度、塑性、疲勞強度等均優于灰口鑄鐵，而接近鐵素體基體的球墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵的導熱性

43、、鑄造性、可切削加工性均優于球墨鑄鐵，而與灰口鑄鐵相近。第2節 鑄鐵的焊接性最常用的鑄鐵是灰口鑄鐵和球墨鑄鐵一、 灰鑄鐵的焊接性（C高，S，P高，冷、熱裂，強度低，基本無塑性，焊接性差。）1. 白口組織 灰口鑄鐵組織中出現了鐵的碳化物(Fe3C)（1）石墨化的影響因素： 冷卻速度和化學成分冷卻速度c c石墨化趨勢化學成分 促進石墨化元素： C石墨自發形核多，C原子間結合力石墨化程度 Si碳在液相和固相的溶解度石墨化程度 阻礙石墨化元素（促進白口化元素）：S、Mn、Mg、Y（2）焊接區白口組織產生原因接頭的冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度。焊接過程中，碳和硅等石墨化元素被大量燒失，因此石墨

44、化程度低。（3）防止白口的措施 增加熔池金屬中C、Si等的含量。 調焊接工藝（如預熱），降低接頭的冷卻速度。2. 焊縫冷裂紋（1）產生條件：當焊縫金屬為鑄鐵型（同質焊縫）。（2）產生原因： 片狀石墨。片狀石墨的尖端極易成為裂紋。拉應力。使微裂紋發展成宏觀裂紋。白口組織。白口的收縮率比灰口鑄鐵大，易產生裂紋。（3）防止措施： 減小焊接應力整體預熱，預熱550700，降低焊接應力。 加熱減應區法，減弱焊接處所受的應力。焊縫中加入Mn、Ni、Cu，相變塑性、體積膨脹產生的焊縫應力松弛效應3. 熱影響區冷裂紋（1）產生條件：異質焊縫（2）產生原因：熱影響區含有滲碳體及馬氏體等脆硬組織時，其強度差、塑性

45、差。熱影響區白口組織的收縮率比相鄰的奧氏體的收縮率大得多，因此存在較大的切應力。（3）防止措施：焊前預熱、焊后緩冷。采用屈服點較低且塑性良好的焊接材料。4. 熱裂紋（1）產生條件：異質焊縫 （2）產生原因：C，S，P高，形成低熔點共晶體。（3）防止措施： 調整焊縫金屬的化學成分，使其脆性溫度區間縮小。加入稀土元素，增強焊縫脫硫、脫磷冶金反應。加入適量細化晶粒元素，使焊縫晶粒細化。采用正確的焊接工藝，降低焊接應力，使母材的有害雜質較少的熔入焊縫。二、 球墨鑄鐵的焊接性 和灰口鑄鐵類似，主要問題是白口、淬硬組織與焊接裂紋。自身的特點：1.焊接接頭白口化傾向及淬硬傾向比灰口鑄鐵大。2.焊縫組織、性能

46、與母材匹配困難第3節 鑄鐵的焊接材料及工藝一、灰口鑄鐵的焊接方法1. 熔化焊 同質焊縫（鑄鐵型焊縫）：電弧熱焊、電弧冷焊、氣焊 異質焊縫：鋼焊縫：碳鋼焊條焊接、高釩焊條焊接 CO2氣體保護焊 有色金屬焊縫：Ni基焊條焊接、銅基焊條焊接2. 釬焊：火焰釬焊、擴散焊等選擇焊接方法主要依據為： 鑄鐵件的狀況焊接部位缺陷情況 焊后質量的要求 現場設備和經濟性等要求來選擇。二、灰口鑄鐵同質焊縫的熔化焊1.電弧熱焊（1）定義：焊前將鑄鐵件預熱到600700進行焊接，焊接過程焊件溫度不能低于450。（2）優點：焊件受熱均勻，冷卻速度緩慢，有利于石墨化，有利于減低焊接熱應力，防止裂紋。（3）缺點：勞動條件惡劣

47、，加熱費用大，工件變形大，表面易氧化，薄件易燒穿。（4）工藝要點：根據缺陷的部位處剛度大小，采用整體或局部預熱；焊縫C+Si含量應稍大于母材。采用大直徑焊條、大電流、長弧、連續焊接。注意母材熔化不能過多。高出母材表面58mm時，撒上一薄層煤粉，對重要鑄件進行600900消除應力處理。注意采取一定的工藝措施：在補焊處兩端打上止裂孔2.氣焊（1）優點：設備簡單，操作工藝不復雜；火焰溫度（<3400）比電弧溫度低，熱量不集中，加熱速度慢，加熱區較大，有利于防止白口和減小焊接應力。焊前清理要求不高，可以用火焰直接進行清理。（2）缺點：加熱時間長，工件受熱面積大，收縮應力大，剛度大的缺陷處易形成裂

48、紋等。3. 電弧冷焊 （1）定義：焊前鑄件不進行預熱。（2）優點：不預熱、勞動條件好、工件變形小。（3）缺點：接頭冷卻速度快白口和淬硬組織，受熱不均熱應力較大，易產生冷裂紋。（4）電弧冷焊的工藝要點：采用細焊絲、小電流、快速焊，交流或直流反接法以減小熔深、降低熔合比以利于防止熱裂紋、降低淬硬傾向，也利于降低焊接應力，防止冷裂。采用短段焊、斷續焊、分散焊等；每焊1015mm左右長度后錘擊焊縫；待焊縫冷卻到約60時，再焊下一道，以降低焊接應力，防止裂紋的產生。采用合理的焊接順序：后層焊縫對前層焊縫和熱影響區有熱處理的作用。注意焊接方向。一般應先從剛度大的部位起焊，剛度小的部位后焊。（5）大型厚壁受力鑄鐵電弧冷焊補焊方法簡介：栽絲法。主要用于承受沖