編輯：章敏
§金屬焊接性及其試驗方法
一、金屬焊接性的定義： 金屬材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度以及該接頭能否在使用條件下可靠執行。它包括兩方面的內容：
工藝焊接性和使用焊接性。工藝焊接性是指在一定焊接工藝條件下，能否獲得優質、無缺陷的焊接接頭的能力。使用焊接性是指焊接接頭或整體結構滿足各種使用效能的程度，其中包括常規的力學效能、低溫韌性、高溫蠕變、疲勞效能、持久強度，以及抗腐蝕性和耐磨性等。
二、 影響焊接性的因素內因+外因 1. 材料因素母材、焊接材料 2. 工藝因素焊接方法、焊接工藝引數和焊接順序、焊後熱處理等 3 .
結構因素結構形式、接頭形式、介面斷面的過渡、焊縫的位置，以及某些部位焊縫的集中程度造成多向應力的狀態等 4. 使用條件工作溫度、受載類別和工作環境等。
三、常用焊接性試驗方法 ：斜y形坡口焊接裂紋試驗法主要用於評定母材金屬焊接熱影響區的冷裂紋傾向。拘束焊縫為雙面焊縫，事先焊好，實驗焊縫可在不同溫度下施焊，焊後靜置24h再檢測解剖計算裂紋率。
§合金結構鋼的焊接
1、熱軋正火鋼（熱軋：σs=294～343n/mm2，基本上屬於c-mn和mn-si系鋼種；正火:σs=343～490n/mm2,c-mn，mn-si系基礎上加v，nb，ti，mo等,在固溶強化基礎上，通過沉澱強化和細化晶粒來↑σb，保證韌性。
0（一）熱裂紋一般含碳量都較低，含mn量較高，mn/s比達要求，抗裂熱性好，正常情況下不會出現熱裂紋。當材料成分不合格，或嚴重偏析使區域性c、s偏高時，mn/s可能低於要求而出現熱裂紋。
解決辦法：工藝上設法減小熔合比。選用低碳焊絲，降低焊縫含碳量提高含錳量。
（二）冷裂紋與鋼材化學成分（主要是c）、淬硬組織與冷裂傾向三者間存在著密切的聯絡。a、在低合金高強鋼中，熱軋鋼的淬硬傾向最小，只有在快冷的情況下才可能出現冷裂紋。而且隨著鋼材強度級別的提高，它的淬硬傾向增大。
正火鋼的強度級別較高，合金元素含量也較多，與低碳鋼相比，冷裂紋傾向較大。b、碳當量與裂紋敏感性的關係。降低含碳量對焊接性有很大的改善，熱軋鋼不需預熱和嚴格控制線能量。
正火鋼ce在0.5%以上的要嚴格控制線能量、預熱、焊後熱處理。c、熱影響區最高硬度值與裂紋敏感性的關係。
最高硬度允許值就是焊接不出現冷裂紋的臨界硬度值。
（三）再熱裂紋焊後焊件在一定溫度範圍內再次加熱（消除應力熱處理或其它加熱過程）而產生的裂紋稱為再熱裂紋。鋼中cr、mo、v、nb、ti等元素會促使形成再熱裂紋。熱軋鋼對再熱裂紋不敏感。
正火鋼有輕微再熱裂紋，可通過預熱或焊後後熱處理來解決。
（四）層狀撕裂影響因素（不受σs級別限制）1）z向拘束力（與板厚有關，<16mm不易產生）2）鋼材本身 （取決於冶煉條件、夾雜物，片狀s化物等）一般冶煉條件下生產的熱軋和正火鋼都達不到要求。
（五）熱影響區脆化熱軋鋼與正火鋼在選擇線能量的差別主要在於合金化方式不同，熱軋鋼屬於固溶強化，合金元素在全部固溶的情況下能保證良好的效能，正火鋼除固溶強化外還有沉澱強化，因此必須正火才能保證效能。正火鋼的過熱敏感性比熱軋鋼大。
熱軋鋼的脆化與含碳量有關，當含碳量低時，採用大線能量會使奧氏體粗大，冷卻時形成粗大的魏氏組織。小線能量可避免粗化現象，並且由於低碳，即使快冷也是形成低碳馬氏體，可避免脆化。當含碳高時，小線能量會形成淬硬的馬氏體而發生脆化。
正火鋼的強化方式是固溶強化加沉澱強化，加熱時沉澱相如tic溶入奧氏體，位錯釘扎作用消失，奧氏體粗化，冷卻時來不及析出而使鐵素體硬度公升高，脆性下降。隨熱輸入越大，脆化越嚴重。
（6）焊接工藝熱軋正火鋼具有良好的焊接性，適合於各種焊接方法。1）焊接材料的選擇a、選擇與母材強度（不是化學成分）匹配的材料，焊接強度較低，裂紋傾向較大的熱軋鋼可選用鈦鈣型焊條，也可以用低氫型，對於強度級別高的鋼，應用低氫型焊條;b避免焊縫出現缺陷，主要是裂紋，同時考慮熔合比和冷卻速度的影響c）如果有熱處理，必須考慮到對焊縫的影響2)焊接工藝引數：小線能量+預熱3）焊後熱處理：
一般不需要，容器需高溫回火（目的）消除應力：①提高抗應力腐蝕力，②提高低溫效能，③防層裂等
2、低碳調質鋼
（一）熱裂紋低碳調質鋼含碳量比較低，並且嚴格控制了s、p，所以熱傾向比較小。
（二）液化裂紋液化裂紋的敏感性主要取決於mn/s比和含碳量，避免這類裂紋的關鍵在於控制碳、硫的含量，保證高的mn/s比。此外，液化裂紋傾向隨焊接熱輸入的增大而增大，因此工藝上採用小線能量的方法。
（三）冷裂紋低碳調質鋼是一種熱處理強化鋼，由於加入了多種合金成分，因此淬透性大，焊接時容易得到馬氏體或貝氏體組織。但由於含碳低，得到的是低碳馬氏體。而低碳馬氏體的ms點較高，若在ms附近緩冷，可以使生成的馬氏體來得及進行一次「自回火」，形成韌性較好的回火馬氏體，即可避免冷裂紋。
但若是快冷，則容易產生冷裂紋。
（四）再熱裂紋在為加強淬透性和抗回火性而加入的一些合金元素中，大多數易引起再熱裂紋。v影響最大、mo次之（同時加入更加嚴重），cr的影響與含量有關。
（五）層狀撕裂由於採用現代冶金技術，嚴控夾雜物，純淨度較高，因此敏感性較低。
（六）熱影響區脆化低碳調質鋼的合金化原理是通過提高淬透性來保證獲得高強度高韌性的低碳馬氏體和下貝氏體，所以強度高、韌性好。但當冷卻速度t8/5增加時，韌性降低，脆性增大。其原因除奧氏體晶粒粗大引起脆化外，主要原因是由於形成了上貝氏體和m-a組元。
（七）熱影響區軟化熱影響區凡是加熱溫度高於母材回火溫度至ac1的區域，由於碳化物的聚集長大而使鋼材軟化。對焊後不再進行調質處理的c鋼
尤為重要。軟化區的寬度與焊接工藝有關，用小線能量基本解決。
（八）工藝特點馬氏體轉變時的冷卻速度不能太快，避免冷裂，保證自回火作用。要求800～500℃的冷卻速度》產生脆性混合組織的臨界冷卻速度。1）焊接方法為減少熱影響區的脆化、軟化及液化裂紋，選擇能量密度高，熱源集中的焊接方法，如鎢極和熔化極氣體保護焊。
2）焊接材料調質態焊接，焊後不熱處理，選焊材時，要求焊縫性解接近母材的機械效能等強，當結構剛度大時，冷裂難免，低強度匹配。焊條電弧焊選用低氫型焊條。3）焊接工藝在滿足韌性的要求下，盡量採用大的線能量。
同時考慮是否預熱。4）焊後熱處理
正常情況下，低碳調質鋼不必焊後熱處理。
§不鏽鋼的焊接
一、鉻當量：為把每一鐵素體化元素，按其鐵素體化的強烈程度折合成相當若干鉻元素後的總和。鎳當量：為把每一奧氏體化元素折合成相當若干鎳元素後的總和。
二、舍夫勒圖：化學成分對不鏽鋼基體組織的影響可用舍弗勒圖來研究，它以、分別作為橫縱座標，再根據熔合比就能確定其組織組成。
三、貧鉻理論：固溶處理後室溫下c溶解度只有0.02～0.
03%，因而c過飽和，再次中溫加熱（450～850℃）【所謂敏華處理】，多餘c向晶界擴散，與cr形成沉澱。造成靠近晶界一薄層嚴重缺cr，將發生明顯腐蝕。
四、刀狀腐蝕：是熔合區產生的晶間腐蝕，只發生在含有ti、nb等穩定化元素的奧氏體不鏽鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發展，處於haz的過熱區，由於區域很窄，形狀有如刀削切口，故稱為刀狀腐蝕。
高溫過熱和中溫敏化是導致焊接接頭過熱區產生刀狀腐蝕的重要條件。
五、δ相作用： a)打亂單一奧氏體方向性、以免形成連續貧cr層 b)δ富cr,有良好的供cr條件。
§鑄鐵的焊接
二、 灰鑄鐵的焊接性焊接接頭白口及淬硬組織 1） 焊縫區焊縫主要由共晶滲碳體、二次滲碳體及珠光體組成，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。 2） 半熔化區該區域很窄，溫度處於液相線和固相線之間，其範圍為1150～1250℃，是固相奧氏體與部分液相並存的區域。該區冷卻速度快，有些組織轉變為馬氏體或萊氏體或二次滲碳體等，形成白口。
3） 奧氏體區該區處於共晶轉變溫度下限與共析轉變溫度上限之間，加熱溫度範圍約為820～1150℃，此區無液相出現。加熱後冷卻時，如果冷卻速度較快，會從奧氏體中析出一些二次滲碳體，在共析轉變快時，奧氏體轉變為珠光體型別的組織；冷卻更快時，會產生馬氏體與殘餘奧氏體。由於以上的原因，該區硬度比母材有一定的提高。
2、 灰口鑄鐵焊接材料及工藝——同質，異質。
（一）同質（鑄鐵型）焊縫的熔化焊（電弧熱焊、氣焊、電弧冷焊工藝）
1）電弧熱焊將工件整體或有缺陷的區域性位置預熱到600~700℃（暗紅色）然後進行焊接，焊後進行緩冷的鑄鐵焊補工藝。對結構複雜、剛度大的工件，宜採用整體預熱，對結構簡單，焊接處剛度小的工件，宜用區域性預熱。
2）氣焊：加熱過程較慢（相當於先區域性預熱），冷卻速度慢，有利於石墨化，焊縫易得灰口鑄鐵組織，haz不易發生白口或其他淬硬組織。
3）焊縫為鑄鐵型的電弧冷焊特點：焊前對焊補工件不預熱 ，解決白口問題的途徑：
①進一步提高焊縫石墨化元素的含量（通過焊接及藥皮的調整）
②提高焊接熱輸入量以降低冷卻速度，如大直徑焊條、大電流連續焊有助消除或減少haz的m組織。
（二）異質(非鑄鐵型)焊縫的弧冷焊工藝特點四句話：「準備工作要做好，焊接電流適當小，短段斷續分散焊，焊後立即小錘敲。」
1、做好焊前準備工作
清除工件及缺陷上的油汙等其它雜質，正確觀察缺察情況（如裂紋長度）及將缺陷製成適當的坡口，以備焊接。
1) 對於油汙，可以鹼水刷洗，汽油擦洗或氣焊火焰清除
2) 裂紋缺陷可用肉眼放大鏡觀察，可借助水壓，滲煤油試驗。
3) 為防止裂紋擴張，端部3-5mm鑽止裂孔(φ5-φ8mm)
4) 開坡口原則：保證順利施焊及質量前提下儘量減少坡口角度及母材的熔化量，
降低焊接應力及焊縫中s、p量，防止裂紋發生。
2、在保證電弧穩定及焊透的情況下，採用合適的最小電流焊接
1）可減少有害雜質進入焊縫，有利於防止熱裂紋。2）小電流減少了接頭的應力。一般採用小直徑焊條採用小電流，適當提高焊速，不作橫向擺動。
3、採用短段焊、斷續分散焊及焊後鎚擊工藝
焊縫越長，拉應力越大，裂紋可能性越大。鎚擊有利於鬆弛應力。為避免工件區域性過熱以增大焊接應力，可採用分散焊法。一般10-20mm(薄件)；30-40mm(厚件)
焊接冶金學複習
一 名詞解釋 1 金屬焊接性 p11 金屬焊接性是指同質或異質金屬材料在製造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭並滿足預期使用要求的能力。2 碳當量 p22 把鋼中合金元素的含最按相當於若干碳含量折算並疊加起來，作為粗略評定鋼材冷裂紋傾向的引數指標，該引數指標就是碳當量。3 焊接線能量 熔焊時由焊接熱源...
大學焊接冶金學複習
一 名詞解釋 1 金屬焊接性 p11 金屬焊接性是指同質或異質金屬材料在製造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭並滿足預期使用要求的能力。2 碳當量 p22 把鋼中合金元素的含量按相當於若干碳含量折算並疊加起來，作為粗略評定鋼材冷裂紋傾向的引數指標，該引數指標就是碳當量。3 焊接線能量 熔焊時由焊接熱源...
焊接冶金學 考試要點
二 焊接接頭的形成 熔焊時焊接接頭的形成，一般都要經歷加熱 熔化 冶金反應 凝固結晶 固態相變，直至形成焊接接頭。二 氮對焊接質量的影響 1 在碳鋼焊縫中氮是有害的雜質。氮是促使焊縫產生氣孔的主要原因之一。2 氮是提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強度 降低塑性和韌性的元素。3 氮是促使焊縫金屬時效脆化的...