焊接接頭的性能及其影響因素

1、 第第 八八 章章 焊接接頭的性能及其影響因素焊接接頭的性能及其影響因素主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié) 焊 接 接 頭第二節(jié) 焊 接 熱 循 環(huán)第三節(jié) 焊縫的金屬組織和性能 第四節(jié) 熔合區(qū)和熱影響區(qū)的組織和性能 第 五節(jié) 影響焊接接頭性能的因素及其處理方法 第一節(jié) 焊 接 接 頭 焊接接頭是基本金屬或基本金屬和填充焊接接頭是基本金屬或基本金屬和填充金屬在高溫?zé)嵩吹淖饔孟?，?jīng)過加熱和冷金屬在高溫?zé)嵩吹淖饔孟?，?jīng)過加熱和冷卻過程而形成不同組織和性能的不均勻體。卻過程而形成不同組織和性能的不均勻體。 在熔化焊的條件下，焊縫及其鄰近的在熔化焊的條件下，焊縫及其鄰近的母材組織及性能發(fā)生變化的區(qū)域共同組成母材組織

2、及性能發(fā)生變化的區(qū)域共同組成焊接接頭。焊接接頭。一焊接接頭的組成 焊接接頭一般由三個(gè)區(qū)域組成：（1）焊縫）焊縫（2）熔合區(qū)）熔合區(qū)（3）熱影響區(qū)）熱影響區(qū)1焊縫焊縫焊縫是焊接接頭的主體，焊縫金屬是焊接時(shí)由填充金屬（焊焊縫金屬是焊接時(shí)由填充金屬（焊條、焊絲）和部分基本金屬經(jīng)過熔條、焊絲）和部分基本金屬經(jīng)過熔化、結(jié)晶凝固而形成的化、結(jié)晶凝固而形成的。焊縫區(qū)的寬度取決于坡口型式和焊接線能量。2熱影響區(qū) 受焊接熱循環(huán)作用，組織和性能受焊接熱循環(huán)作用，組織和性能發(fā)生變化的基本金屬部分發(fā)生變化的基本金屬部分。熱影響區(qū)的寬度主要取決于焊接線能量的大小。3熔合區(qū)熔合區(qū)是焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的交熔合區(qū)是焊縫區(qū)和熱影

3、響區(qū)的交界處，在焊接過程中，處于固、界處，在焊接過程中，處于固、液狀態(tài)的半熔化區(qū)。液狀態(tài)的半熔化區(qū)。 熔 合 區(qū) 一 般 很 窄 ， 約 有0.10.4mm寬，常稱熔合線，在合金鋼焊接接頭中很難區(qū)分出熔合區(qū)。 二焊接接頭的特點(diǎn)：二焊接接頭的特點(diǎn)：（1）具有組織和性能的不均勻性，）具有組織和性能的不均勻性，（2）易產(chǎn)生各種焊接缺陷，）易產(chǎn)生各種焊接缺陷，（3）存在著應(yīng)力集中、焊接殘余應(yīng)力、）存在著應(yīng)力集中、焊接殘余應(yīng)力、焊接變形等。焊接變形等。第二節(jié)第二節(jié) 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán) 一、焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)一、焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)1概念概念 焊接熱循環(huán)是指在焊接熱源的作用下，焊接熱循環(huán)是指在焊接熱源的作用下

4、，焊件上某點(diǎn)的溫度隨著時(shí)間由低而高、又焊件上某點(diǎn)的溫度隨著時(shí)間由低而高、又由高而低的變化過程。由高而低的變化過程。 在加熱和冷卻過程中，焊件上不同位置在加熱和冷卻過程中，焊件上不同位置所經(jīng)受的熱循環(huán)狀態(tài)是不同的，靠焊縫越所經(jīng)受的熱循環(huán)狀態(tài)是不同的，靠焊縫越近的位置，被加熱的最高溫度越高，反之，近的位置，被加熱的最高溫度越高，反之，越遠(yuǎn)的位置被加熱的最高溫度越低。越遠(yuǎn)的位置被加熱的最高溫度越低。 2基本要素基本要素 （1） 加熱速度加熱速度 （2）最高加熱溫度）最高加熱溫度 （3）高溫停留時(shí)間）高溫停留時(shí)間 （4）冷卻速度）冷卻速度 3焊接熱循環(huán)特性指標(biāo)焊接熱循環(huán)特性指標(biāo)反映焊接熱循環(huán)特性的指標(biāo)

5、主要有反映焊接熱循環(huán)特性的指標(biāo)主要有2個(gè)：個(gè)：t過過和和t8/5。t過過：焊接接頭在：焊接接頭在1100以上高溫的停留時(shí)以上高溫的停留時(shí)間，其值越大，焊接接頭的組織與性能越間，其值越大，焊接接頭的組織與性能越差。差。 t 8 /5：焊接接頭由：焊接接頭由800冷卻到冷卻到500所需所需的時(shí)間，這個(gè)溫度區(qū)域是焊縫金屬固態(tài)相的時(shí)間，這個(gè)溫度區(qū)域是焊縫金屬固態(tài)相變過程，其值大小，對(duì)焊縫金屬的充分轉(zhuǎn)變過程，其值大小，對(duì)焊縫金屬的充分轉(zhuǎn)變、過熱過程或淬硬傾向均有一定影響。變、過熱過程或淬硬傾向均有一定影響。4焊接熱循環(huán)的主要特點(diǎn)焊接熱循環(huán)的主要特點(diǎn)1）急劇加熱且溫度高，熔池（焊縫）附近）急劇加熱且溫度高

6、，熔池（焊縫）附近最高加熱溫度比一般熱處理加熱溫度都高，最高加熱溫度比一般熱處理加熱溫度都高，故發(fā)生過熱，致使該區(qū)晶粒長(zhǎng)大粗化嚴(yán)重。故發(fā)生過熱，致使該區(qū)晶粒長(zhǎng)大粗化嚴(yán)重。2）急速冷卻且速度快，從而致使焊接接頭）急速冷卻且速度快，從而致使焊接接頭容易發(fā)生淬硬，形成淬硬組織，加劇了焊容易發(fā)生淬硬，形成淬硬組織，加劇了焊接冷裂紋的產(chǎn)生接冷裂紋的產(chǎn)生。二、影響焊接熱循環(huán)的因素二、影響焊接熱循環(huán)的因素 影響焊接熱循環(huán)的因素主要有焊接方法、影響焊接熱循環(huán)的因素主要有焊接方法、焊接規(guī)范、焊接線能量、預(yù)熱和層間溫度、焊焊接規(guī)范、焊接線能量、預(yù)熱和層間溫度、焊件厚度和接頭型式及材料本身的導(dǎo)熱性等。件厚度和接頭型

7、式及材料本身的導(dǎo)熱性等。 1焊接方法焊接方法不同，加熱速度、高溫停留時(shí)間和焊后冷卻速度都會(huì)有所不同。氣焊加熱速度慢，冷卻速度也慢，高溫停留時(shí)間長(zhǎng)；而鎢極氬弧焊，則加熱速度快，冷卻速度也快，高溫停留時(shí)間較短。 2。焊接規(guī)范及線能量的影響。焊接規(guī)范及線能量的影響 焊接規(guī)范指焊接時(shí)的主要工藝參數(shù)，也就是保證焊接質(zhì)量而選焊接規(guī)范指焊接時(shí)的主要工藝參數(shù)，也就是保證焊接質(zhì)量而選定的各物理量，如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等。定的各物理量，如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等。 焊接線能量是單位長(zhǎng)度焊縫內(nèi)輸入的焊接能量，對(duì)電弧焊常用焊接線能量是單位長(zhǎng)度焊縫內(nèi)輸入的焊接能量，對(duì)電弧焊常用下式表示：

8、下式表示：Q= IU/Q-線能量，線能量，J/cm I-焊接電流，焊接電流，A U-焊接電壓，焊接電壓，V 焊速，焊速，cm/s 焊接線能量越大，熱影響區(qū)越寬，加熱到焊接線能量越大，熱影響區(qū)越寬，加熱到1100以上高溫區(qū)域也以上高溫區(qū)域也就越寬，而且就越寬，而且t過過和和t8/5越大，焊接線能量偏小時(shí)，不利于焊縫的熔透越大，焊接線能量偏小時(shí)，不利于焊縫的熔透和成形，因此焊接線能量必須在一個(gè)合理的范圍才能保證焊接接頭和成形，因此焊接線能量必須在一個(gè)合理的范圍才能保證焊接接頭具有良好的性能。具有良好的性能。一般通過焊接規(guī)范來調(diào)整焊接線能量，不同的焊接方法，在常規(guī)規(guī)一般通過焊接規(guī)范來調(diào)整焊接線能量，

9、不同的焊接方法，在常規(guī)規(guī)范條件下，焊接線能量的差別較大，埋弧焊時(shí)焊接線能量較大，手范條件下，焊接線能量的差別較大，埋弧焊時(shí)焊接線能量較大，手工電弧焊次之、鎢極氬弧焊最小。工電弧焊次之、鎢極氬弧焊最小。3預(yù)熱與層間溫度的影響預(yù)熱與層間溫度的影響 焊接性差的鋼材，一般要采取預(yù)熱和保持層焊接性差的鋼材，一般要采取預(yù)熱和保持層間溫度的技術(shù)措施，以降低焊接接頭的冷卻速間溫度的技術(shù)措施，以降低焊接接頭的冷卻速度，降低焊接過程的淬硬傾向，防止裂紋的產(chǎn)度，降低焊接過程的淬硬傾向，防止裂紋的產(chǎn)生。生。 金屬材料預(yù)熱溫度一般不超過金屬材料預(yù)熱溫度一般不超過350，在低，在低溫（溫（600）時(shí)對(duì)冷卻速度能起到顯著的

10、降低作）時(shí)對(duì)冷卻速度能起到顯著的降低作用，對(duì)用，對(duì)t過過值影響不大，所以預(yù)熱對(duì)焊接線能量值影響不大，所以預(yù)熱對(duì)焊接線能量不起增強(qiáng)作用，對(duì)焊接熱循環(huán)是有利的。不起增強(qiáng)作用，對(duì)焊接熱循環(huán)是有利的。 在多層多道焊接中，層間溫度一般等于或略在多層多道焊接中，層間溫度一般等于或略高于預(yù)熱溫度，控制層間溫度的目的在于降低高于預(yù)熱溫度，控制層間溫度的目的在于降低焊接接頭在低溫時(shí)的冷卻速度，有利于焊接熱焊接接頭在低溫時(shí)的冷卻速度，有利于焊接熱循環(huán)的作用。循環(huán)的作用。 4連接結(jié)構(gòu)和鋼材性能的影響連接結(jié)構(gòu)和鋼材性能的影響 焊縫處的連接結(jié)構(gòu)是由焊件厚度和接頭型式焊縫處的連接結(jié)構(gòu)是由焊件厚度和接頭型式?jīng)Q定的，焊件厚度

11、越大，焊接接頭的相對(duì)冷卻決定的，焊件厚度越大，焊接接頭的相對(duì)冷卻速度越大，速度越大，t8/5越??；當(dāng)焊縫為角接接頭時(shí)，其越??；當(dāng)焊縫為角接接頭時(shí)，其冷卻速度比對(duì)接接頭速度要大，冷卻速度比對(duì)接接頭速度要大，t8/5比對(duì)接接頭比對(duì)接接頭焊縫要小焊縫要小 鋼材的導(dǎo)熱性能對(duì)焊接熱循環(huán)具有直接的影鋼材的導(dǎo)熱性能對(duì)焊接熱循環(huán)具有直接的影響，導(dǎo)熱性不同的鋼材在相同的線能量條件下，響，導(dǎo)熱性不同的鋼材在相同的線能量條件下，焊接接頭的焊接接頭的t過過和和t8/5是不同的，導(dǎo)熱性好的鋼材是不同的，導(dǎo)熱性好的鋼材t過過和和t8/5都小于導(dǎo)熱性差的鋼材都小于導(dǎo)熱性差的鋼材。第三節(jié) 焊縫的金屬組織和性能熔池中的金屬?gòu)囊?/p>

12、態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的這種過程稱為熔池的一次結(jié)晶。熔池凝固后的焊縫金屬?gòu)母邷乩鋮s到室溫時(shí)，還會(huì)發(fā)生固態(tài)的相變，產(chǎn)生不同的組織。焊縫的這種固態(tài)相變過程稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。焊縫金屬組織除與化學(xué)成分有關(guān)外，在很大程度上取決于這兩次結(jié)晶的特征，而焊縫金屬的性能與其組織有密切關(guān)系。一、焊接熔池的一次結(jié)晶1結(jié)晶過程的特點(diǎn)（1）熔池的體積小、冷卻速度快；（2）液態(tài)金屬溫度高；（3）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶；（4）以散熱方向向焊縫中呈柱狀生長(zhǎng)。2組織特征與組織偏析柱狀晶柱狀晶是一次結(jié)晶的組織特征。由于冷卻速度極快，相內(nèi)的成分來不及趨于由于冷卻速度極快，相內(nèi)的成分來不及趨于一致，所以保持著結(jié)晶先后而產(chǎn)生成分不均一致，所以保持著

13、結(jié)晶先后而產(chǎn)生成分不均勻性勻性，這種不均勻性就是晶內(nèi)偏析， 二、焊縫金屬的二次結(jié)晶焊縫熔池金屬一次結(jié)晶后的組織基本是柱狀?yuàn)W氏體，在冷卻至室溫的過程中，焊縫金屬還會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，這就是焊縫金屬的二次結(jié)晶。1低碳鋼的焊縫組織 低碳鋼的焊縫組織含碳量低，組織一般為粗大的柱狀鐵素體和少量珠光體，如果高溫停留時(shí)間過長(zhǎng)（如氣焊、電渣焊）焊縫還會(huì)出現(xiàn)魏氏組織。多層多道焊時(shí)，后一層焊道對(duì)前一層焊道有熱處理作用，部分柱狀晶可轉(zhuǎn)化為細(xì)小的等軸晶，其金屬組織為細(xì)小的鐵素體和少量的珠光體。2低合金高強(qiáng)度鋼的焊縫組織低合金鋼合金元素含量較小時(shí)，其焊縫組織與低碳鋼相似，在一般冷速條件下為鐵素體加少量珠光體鐵素體加少量珠光

14、體，冷速過大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生粒狀貝氏體。 合金元素含量較高時(shí)，淬硬性較好的低合金高強(qiáng)度鋼焊縫金屬組織為貝氏體或低碳馬氏體，高溫回火后為回火索氏體。3鉻鉬和鉻鉬釩耐熱鋼的焊縫組織合金含量較少（Cr5%）的耐熱鋼在焊前預(yù)熱、焊后緩冷的條件下，得到的是珠光體和部分淬硬組織珠光體和部分淬硬組織，高溫回火后可高溫回火后可得到完全的珠光體組織得到完全的珠光體組織 合金含量較多（Cr5%9%）的耐熱鋼在焊接材料化學(xué)成分與母材成分相近、焊前預(yù)熱和焊后緩冷條件下，其焊縫組織為貝氏體，有時(shí)可能出現(xiàn)馬氏體，高溫回火后可得到回火索氏體，當(dāng)采用奧氏體焊接材料時(shí)，焊縫組織主要為奧氏體。4不銹鋼焊縫組織奧氏體不銹鋼一般為奧氏體

15、加少量奧氏體不銹鋼一般為奧氏體加少量（2%6%）鐵素體）鐵素體鐵素體不銹鋼組織與采用的焊接材料有關(guān)，焊接材料與母材金屬化學(xué)成分相近焊接材料與母材金屬化學(xué)成分相近時(shí)，其焊縫組織為鐵素體，焊接材料為時(shí)，其焊縫組織為鐵素體，焊接材料為鉻鎳奧氏體時(shí)其焊縫組織為奧氏體。鉻鎳奧氏體時(shí)其焊縫組織為奧氏體。馬氏體不銹鋼焊縫組織與焊接材料和熱處理狀態(tài)有關(guān)，焊接材料與母材金屬化學(xué)成分相近時(shí)，焊態(tài)組織為馬氏體，回，焊態(tài)組織為馬氏體，回火后為回火馬氏體，焊接材料為鉻鎳奧火后為回火馬氏體，焊接材料為鉻鎳奧氏體時(shí)，焊縫組織為奧氏體。氏體時(shí)，焊縫組織為奧氏體。三、焊縫金屬組織與性能的關(guān)系1一次結(jié)晶組織與性能的關(guān)系焊縫一次結(jié)

16、晶組織中細(xì)柱狀晶比粗柱狀焊縫一次結(jié)晶組織中細(xì)柱狀晶比粗柱狀晶好，胞狀晶比樹枝晶好晶好，胞狀晶比樹枝晶好，因?yàn)榇志w金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性都較低，而且熱裂紋敏感性大，尤其是粗大的樹枝晶對(duì)熱裂紋的敏感傾向很強(qiáng)。由于偏析、化學(xué)成分極不均勻，焊縫的抗裂性變差，偏析越嚴(yán)重，力學(xué)性能和抗腐蝕性的不均勻程度就越大，偏析使S、P聚集在焊縫中心，就容易產(chǎn)生熱裂紋。2二次結(jié)晶組織與性能的關(guān)系二次結(jié)晶組織的類型、特征和形態(tài)不同，則焊縫金屬的性能也不同。1）強(qiáng)度高低 馬氏體比其它組織的強(qiáng)度都高，鐵素體、奧氏體較低，貝氏體介于馬氏體和鐵素體加珠光體之間。2）塑性和韌性 奧氏體在溫度下降時(shí)無明顯脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，塑性和韌性比

17、其他組織好，鐵素體加珠光體次之，粒狀貝氏體具有較低的強(qiáng)度和較好的韌性，高碳馬氏體硬而脆，幾乎無韌性，低碳馬氏體具有較高的強(qiáng)度和一定的塑性和韌性。3）抗裂性 鐵素體加珠光體和奧氏體抗裂性能好，奧氏體加少量鐵素體的雙向組織比單向奧氏體具有更好的抗裂性。貝氏體加馬氏體和馬氏體對(duì)冷裂紋的敏感性最大。4）晶粒度，晶粒越細(xì)，組織越均勻，其性能比粗大的不均勻組織要好。 鐵素體、奧氏體的強(qiáng)度較低，而塑性和韌性好，抗裂性好；珠光體的強(qiáng)度比鐵素體高，塑性和韌性比鐵素體差；馬氏體強(qiáng)度高，高碳馬氏體硬而脆，低碳馬氏體具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和較良好的塑性、韌性相結(jié)合的特點(diǎn)；粒狀貝氏體的強(qiáng)度和塑性、韌性介于馬氏體和鐵素體加珠光

18、體之間。低碳鋼焊縫過熱形成的粗大的魏氏組織，使塑性、韌性降低。3焊縫的性能焊縫金屬的性能決定于化學(xué)成分和組織，焊縫的特點(diǎn)是碳低。但有一定數(shù)量的合金元素，一般來說焊縫的化學(xué)成分比較理想。但焊縫的組織較差（晶粒粗大、組織疏松、成分偏析），沒有軋制的母材組織均勻，因此，焊縫的強(qiáng)度可以達(dá)到母材，但塑性、韌性比母材差。五、焊接區(qū)域的氣體對(duì)焊縫金屬的影響焊接時(shí)焊接區(qū)域中主要有一氧化碳（CO）、二氧化碳（C O2）、氫（H2 ）、水蒸汽（H2O）、氧（O2）、氮（N2）等氣體，其中氧、氮、氫對(duì)焊中氧、氮、氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響最大。接質(zhì)量的影響最大。1氧（O2）的影響氧在焊縫中的存在形式主要是氧在焊縫中的存在形

19、式主要是FeO夾雜物。夾雜物。在焊接過程中，F(xiàn)eO與碳生成CO，會(huì)產(chǎn)生氣孔會(huì)產(chǎn)生氣孔，引起飛濺，影響焊接過程的穩(wěn)定性。焊縫中的氧來源焊縫中的氧來源有2個(gè)：一是高溫條件下氧向熔池金屬里溶解，冷卻時(shí)來不及逸出；二是一些合金元素氧化后形成氧化物殘留在焊縫中。焊接過程的氧化作用，將導(dǎo)致焊縫中有益合金元素（如錳、硅等）的燒損；溶解在焊縫中的氧在適當(dāng)條件下與碳生成CO氣孔，殘留在焊縫中的氧會(huì)降低焊縫金屬的力學(xué)性能和耐腐蝕性。防止措施防止措施：加強(qiáng)保護(hù)，選用合適的氣體流量、短弧焊，防止空氣進(jìn)入；焊前清理坡口及兩側(cè)的銹及水；烘干焊條、焊劑；冶金處理，從焊條藥皮或焊絲中加入鐵合金（錳、硅）脫氧。2氮的影響氮在高

20、溫時(shí)與液態(tài)金屬接觸，一方面以原子狀態(tài)直接溶解到液態(tài)金屬中；另一方面與氧生成氧化氮（NO）被溶解到焊縫中，當(dāng)?shù)窟^多時(shí)，容易產(chǎn)生N2氣孔。凝固時(shí)，氮的溶解度急劇降低，析出氮?dú)?，來不及逸出熔池表面便形成氣孔。主要來源主要來源是空氣，防止措施防止措施只有加?qiáng)熔池的保護(hù)。氮在焊縫中存在會(huì)使焊縫金屬變脆，塑性和韌性變劣。3氫的影響氫侵入焊縫的主要原因各種形態(tài)的水分：焊接材料潮濕、坡口表面附近有油銹水分，或焊接環(huán)境介質(zhì)的濕度太大，氫在高溫條件下是以原子狀態(tài)溶解到熔化的金屬中。氫的存在危害極大，它使焊縫金屬變脆，塑性和韌性顯著降低，導(dǎo)致氫致裂紋、氫白點(diǎn)和氫氣孔缺陷?？刂茪涞拇胧┛刂茪涞拇胧汉娓珊笚l、焊劑，

21、清除銹、水、油污。選用低氫型焊條，采用后熱、消氫處理等。六、焊接材料化學(xué)成分的影響焊條焊絲和鋼材一樣，由于冶煉的原因，除含鐵（Fe）、碳(C)元素外，還含有錳(Mn)、硅Si、硫S、磷P等，為獲得某一性能，焊接材料中需加入一些其他合金元素。這些元素的存在對(duì)焊接冶金和焊縫金屬性能有很大的影響。1碳C碳是焊芯、焊絲的主要元素，它對(duì)焊縫性能起主導(dǎo)作用，碳量越高，焊縫的強(qiáng)度和硬度越高，但塑性越低，淬硬性越大，裂紋傾向越大。碳在焊接過程中是一個(gè)良好的脫氧劑，減少O2在焊縫中的含量。但碳的含量不能過高，除淬硬性使焊接性變差外，還會(huì)由于強(qiáng)烈的還原反應(yīng)引起焊接過程中的較大金屬飛濺，產(chǎn)生來不及逸出的CO氣體。碳

22、量過高，焊縫金屬凝固點(diǎn)變低，對(duì)仰焊操作不利，因而焊芯、焊絲的焊芯、焊絲的碳含量一般控制在碳含量一般控制在0.2%以下，常用低碳鋼焊芯、焊以下，常用低碳鋼焊芯、焊絲碳含量小于絲碳含量小于0.10%。對(duì)低合金焊芯、焊絲，碳在高溫下與碳化物形成元素形成的碳化物容易分解，且聚集長(zhǎng)大，對(duì)抗蠕變能力和持久強(qiáng)度起不良作用。2錳(Mn)錳是一個(gè)良好的合金劑，當(dāng)焊縫含錳量在2%以下時(shí)，錳量越高。焊縫的力學(xué)性能越好，特別是強(qiáng)度和韌性的提高最為明顯，當(dāng)錳量2%時(shí)，可提高焊縫金屬耐磨性，但卻增加了焊縫的淬硬和過熱的敏感性。錳是一種較好的脫氧劑，能減少焊縫中的含氧量，含量為0.4%0.6%時(shí)，能提高熔渣的流動(dòng)性，減少金

23、屬飛濺，改善焊條的工藝性能。錳還是一種極好的脫硫劑，能與S化合形成不溶于液態(tài)金屬的硫化錳（MnS）熔渣，焊接時(shí)浮于焊縫表面，減少焊縫硫的含量。3硅Si硅含量不高時(shí)，硅是一個(gè)較好的合金劑，能提高焊縫金屬的強(qiáng)度和彈性，而塑性降低不明顯，但含量超過2%時(shí)，塑性和韌性顯著降低。Si和Si O2過多時(shí)，會(huì)引起焊接飛濺，惡化操作性能，所以在焊條、焊絲中希望Si含量適當(dāng)少些，除合金鋼焊絲外，一般控制在0.03%以下。4鉻Cr鉻是重要的合金元素，常被用來配制耐熱鋼和不銹鋼及其焊接材料，以提高耐腐蝕性和熱強(qiáng)性。鉻能在鋼的表面形成一層附著性很強(qiáng)的氧化鉻薄膜（Cr2O3）,顯著降低金屬的氧化速度，鉻含量超過12%時(shí)

24、，能顯著提高鋼的電極電位，使鋼及其焊接接頭具有良好的耐腐蝕性，鉻含量小于2%時(shí)，能顯著提高再結(jié)晶溫度和熱強(qiáng)性，鉻還能阻止鋼中的石墨化過程，降低碳化物的球化速度，含鉻鋼及其焊縫具有回火脆性，其含量越高，焊接性能越差。對(duì)低碳鋼而言，鉻是一種雜質(zhì)，易產(chǎn)生夾渣缺陷，因而碳素鋼焊芯、焊絲含鉻量不超過0.2%。5鉬（Mo） 鉬是鐵素體形成元素，可提高鋼及其焊縫的再結(jié)晶溫度和熱強(qiáng)性，它能促進(jìn)石墨化過程，合金鋼中常用含量為0.5%1.0%鉬含量較小時(shí)，可提高焊縫金屬力學(xué)性能，對(duì)焊接性無大的影響。6鎳（Ni）鎳主要作用在于形成和穩(wěn)定奧氏體組織，提高鋼的耐腐蝕性能，鎳還可提高鋼及焊縫的強(qiáng)度、塑性和韌性，降低鋼中高

25、鉻的不良影響，改善焊接性，這就是鎳為不銹鋼和耐氧化鋼及其焊接材料幾乎不可少的元素的基本原因。但鎳能促進(jìn)石墨化，有它不利的影響 7釩（V）釩是良好的脫氧元素，能去除焊縫中的氧，它又是強(qiáng)碳化物形成元素，其碳化物在650以下是相當(dāng)穩(wěn)定的，釩能阻止晶粒在高溫下的長(zhǎng)大，改善焊縫組織和力學(xué)性能，但釩提高了焊縫金屬的淬硬傾向。8鈦Ti與鈮Nb鈦、鈮都是碳化物形成元素，比釩還穩(wěn)定，它們與碳結(jié)合作為穩(wěn)定劑，防止奧氏體鋼在高溫或焊后產(chǎn)生晶間腐蝕。它們都能提高鋼的再結(jié)晶溫度和高溫性能，改善鋼的焊接性。 9 鋁（Al）鋁是非常強(qiáng)的脫氧劑，少量鋁可細(xì)化晶粒，提高鋼的抗氧化性能力，鋁與氮可形成穩(wěn)定的氮化物，使某些鋼的焊接

26、接頭獲得良好的耐熱性能，鋁會(huì)促使石墨化，在鋼及其焊接接頭中容易形成夾渣。10鎢（W）鎢的熔點(diǎn)很高，能大大提高金屬的再結(jié)晶溫度和熱強(qiáng)性，鎢在鋼中的含量很低，過高對(duì)加工性能不利。11 硼（B）硼可提高鋼的熱強(qiáng)性，在低合金鋼中含量不超過0.007%，它是強(qiáng)脫氧劑，能細(xì)化晶粒，含硼鋼焊接性較差，焊接時(shí)易出現(xiàn)裂紋。12稀土（Re）元素稀土元素能強(qiáng)化晶界，提高焊縫抗蠕變能力和持久強(qiáng)度，焊絲中加入適量稀土元素能去除焊縫金屬中的S、P，顯著改善焊縫的沖擊韌性，亦能細(xì)化晶粒，減少樹枝晶偏析和回火脆性，焊接過程中稀土元素可以改善鋼水的流動(dòng)性，減少焊接飛濺，有利于操作工藝。13硫（S）硫是有害雜質(zhì)，溫度較高時(shí)，會(huì)降

27、低焊接接頭強(qiáng)度，產(chǎn)生熱脆性，這是因?yàn)镾與鐵在高溫化合成低熔點(diǎn)的硫化亞鐵（FeS），并與其他化合物形成低熔點(diǎn)共晶體（980），當(dāng)結(jié)晶時(shí)，這些低熔點(diǎn)物質(zhì)集聚在晶界處，由于晶內(nèi)已凝固，而晶界還處于液態(tài)，強(qiáng)度很低，在組織應(yīng)力下會(huì)被拉裂。在優(yōu)質(zhì)鋼材中S含量控制嚴(yán)格，焊芯和焊絲一般在0.03%以下，氬弧焊打底焊絲更嚴(yán)，控制在0.015%以下。14磷（P）磷是影響焊接性的有害雜質(zhì)元素，它是以磷化鐵（Fe2P 、Fe3P）形態(tài)存在于鋼及焊縫中，降低了鋼和焊縫金屬的性能，特別是沖擊韌性，低溫時(shí)能使金屬晶粒粗化，引起冷脆性，焊接時(shí)和其他物質(zhì)形成低熔點(diǎn)共晶體，亦能產(chǎn)生熱裂紋，所以對(duì)磷和硫一樣，在焊芯和焊絲中的含量控

28、制的相當(dāng)嚴(yán)格。第四節(jié) 熔合區(qū)和熱影響區(qū)的組織和性能熔合區(qū)和熱影響區(qū)的組織和性能與基本金屬化學(xué)成分及焊接熱循環(huán)特征有關(guān)，不同鋼材在不同焊接熱循環(huán)作用下，其金屬組織與性能有極大的差異。一、熔合區(qū)的組織與性能熔合區(qū)是焊縫到熱影響區(qū)的過渡段，加熱過程中的溫度為固、液線之間，是一個(gè)不完全的熔化區(qū)。焊接材料和鋼材都為化學(xué)成分相近的低碳鋼時(shí)，該區(qū)化學(xué)成分無明顯變化，但靠近基本金屬一側(cè)可能具有過熱組織的特點(diǎn)，晶粒粗過熱組織的特點(diǎn)，晶粒粗大，金屬塑性和韌性較低。是焊接接頭中性大，金屬塑性和韌性較低。是焊接接頭中性能最差的區(qū)域。能最差的區(qū)域。當(dāng)焊縫金屬與基本金屬化學(xué)成分、線膨脹系數(shù)和組織狀態(tài)相差較大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致合

29、金元素再分配，可能同時(shí)存在著較大的熱應(yīng)力和嚴(yán)重的淬硬組織，所以熔合區(qū)是產(chǎn)生裂紋、發(fā)生局部脆性破壞的危險(xiǎn)區(qū)。一、熱影響區(qū)的組織和性能1低碳鋼焊接熱影響區(qū)的組織和性能熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)、熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)、再結(jié)晶區(qū)和藍(lán)脆區(qū)再結(jié)晶區(qū)和藍(lán)脆區(qū)（1） 過熱區(qū)過熱區(qū)過熱區(qū)是處于過熱區(qū)是處于1100至固相線間的高溫部位，至固相線間的高溫部位，這部分加熱溫度大大超過相變溫度，奧氏體這部分加熱溫度大大超過相變溫度，奧氏體晶粒急劇長(zhǎng)大，冷卻后成為粗大的過熱組織。晶粒急劇長(zhǎng)大，冷卻后成為粗大的過熱組織。尤其在尤其在1300以上晶粒十分粗大，焊后快冷以上晶粒十分粗大，焊后快冷時(shí)

30、產(chǎn)生魏氏組織，魏氏體塑性、韌性比基本時(shí)產(chǎn)生魏氏組織，魏氏體塑性、韌性比基本金屬低金屬低25%30%。過熱區(qū)是焊接接頭的最危險(xiǎn)的易破壞區(qū)段，過熱區(qū)是焊接接頭的最危險(xiǎn)的易破壞區(qū)段，其性能最差其性能最差 （2） 正火區(qū)正火區(qū)處于AC3至1100間的部分金屬，其鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，由于焊接速度快，高溫停留時(shí)間短，奧氏體來不及長(zhǎng)大，冷卻下來得到的是細(xì)小的鐵素體和珠光體組織。焊接熱循環(huán)對(duì)這部分金屬的影響相當(dāng)于熱處理中的正火工藝，冷卻后的組織比原基本金屬細(xì)小，力學(xué)性能比原金屬高，故而正火區(qū)是焊接接頭組織和性能最佳的部位。 （3） 部分相變區(qū)該區(qū)段金屬被加熱到AC1AC3溫度之間，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏

31、體，鐵素體部分溶入奧氏體，在加熱過程中，隨著溫度的升高奧氏體的轉(zhuǎn)變隨著增多，未溶入奧氏體的鐵素體減少，在冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的珠光體和鐵素體，而未被溶入奧氏體鐵素體不發(fā)生轉(zhuǎn)變，可見，重結(jié)晶過程是不完全的，該區(qū)又稱不完全重結(jié)晶區(qū)。部分相變區(qū)金屬隨著溫度的升高晶粒略有長(zhǎng)大，其晶粒的大小不均勻，而且相互混雜在一起，成為焊接接頭強(qiáng)度最低的部位。（4） 再結(jié)晶區(qū)再結(jié)晶區(qū)金屬加熱的溫度為500AC1，對(duì)經(jīng)過冷塑性變形而產(chǎn)生碎晶和晶格扭曲缺陷的基本金屬，在該區(qū)的加熱溫度范圍會(huì)發(fā)生再結(jié)晶過程，再結(jié)晶的結(jié)果，晶粒重新稍有長(zhǎng)大，塑性稍有改變，對(duì)于無冷塑性變形的金屬則不發(fā)生任何變化。 由上可知，低碳鋼焊接接

32、頭性能受到近縫區(qū)影響最大的是過熱區(qū)，除正火區(qū)外，其它各區(qū)都有不同程度的不良影響。熱影響區(qū)的寬度取決于焊件的最高溫度分布、焊接規(guī)范、焊接方法、焊件大小及厚薄、接頭型式等。如焊接方法對(duì)熱影響區(qū)的寬度影響：在正常規(guī)范下，鎢極氬弧焊約為1.5mm，埋弧焊約為2.5mm，手工電弧焊約為6mm，電渣焊約為25mm，氣焊約為27mm。熱影響區(qū)的寬窄對(duì)焊接接頭性能是有影響的，熱影響區(qū)越窄，焊接產(chǎn)生的應(yīng)力越大，越容易產(chǎn)生焊接裂紋；熱影響區(qū)越寬，內(nèi)應(yīng)力越小，變形越大，但對(duì)于常用焊接結(jié)構(gòu)，單純的焊接應(yīng)力還不足以形成裂紋，因此總希望熱影響區(qū)越小越好。2合金鋼焊接接頭熱影響區(qū)的組織和性能焊接時(shí)合金鋼和低碳鋼一樣，熱影響

33、區(qū)被加熱到高溫，然后冷卻，使各區(qū)段都有加熱和冷卻的過程，一般淬硬傾向小的普通低合金鋼，其熱影響區(qū)的組織特征和性能變化與低碳鋼相似，而淬硬傾向大的合金鋼熱影響區(qū)將會(huì)出現(xiàn)馬氏體等組織，其硬度高，脆性大，易開裂。易淬火鋼的焊接接頭熱影響區(qū)可分為三個(gè)區(qū)段：1）淬火區(qū)淬火區(qū)是被加熱到1100以上的金屬部位，該區(qū)金屬在冷卻時(shí)，高碳當(dāng)量的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，室溫下其組織是硬而脆的馬氏體。2）不完全淬火區(qū)該區(qū)被加熱在AC1至AC3之間的溫度范圍內(nèi)，冷卻時(shí)其金屬部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，未轉(zhuǎn)變的鐵素體保留下來，室溫時(shí)是馬氏體加粗大的鐵素體。3）回火區(qū)該區(qū)被加熱到AC1以下溫度，并緊鄰AC1溫度區(qū)，焊接熱循環(huán)對(duì)這個(gè)

34、部位的影響相當(dāng)于熱處理中的回火作用，室溫下其顯微組織為回火的索氏體或回火屈氏體。從上述三個(gè)區(qū)段來說，易淬火鋼接頭熱影響區(qū)出現(xiàn)的淬硬組織對(duì)焊接質(zhì)量是不利的，對(duì)此必須采取預(yù)熱和熱處理工藝措施，調(diào)節(jié)焊接時(shí)的熱循環(huán)，清除硬化組織，改善接頭性能。3不銹鋼焊接接頭熱影響區(qū)的組織與性能奧氏體不銹鋼熱影響區(qū)可劃分為：過熱區(qū)、相脆化區(qū)和敏化區(qū)三個(gè)部分；鐵素體不銹鋼熱影響區(qū)可劃分為：過熱區(qū)、相脆化區(qū)和475脆性區(qū)三個(gè)部分。1）過熱區(qū)該區(qū)被加熱的溫度在11001500之間，不銹鋼在加熱和冷卻過程中不發(fā)生相變，因此該區(qū)金屬無論是高溫還是室溫，均為奧氏體或鐵素體，由于溫度很高，接近熔點(diǎn)，晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，溫度越高，高溫時(shí)間

35、越長(zhǎng)，晶粒越粗大，嚴(yán)重的晶粒長(zhǎng)大使金屬塑性和韌性下降 2）相脆化區(qū)這個(gè)區(qū)段被加熱的溫度在6508 50之間，在這一溫度范圍時(shí)如停留的時(shí)間長(zhǎng)，鐵素體不銹鋼就析出一種脆性相-相，一些奧氏體不銹鋼在一定的條件下也可能析出相，相的析出，割斷了晶間的聯(lián)系，相本身又是硬而脆的，所以金屬塑性和韌性下降的厲害，使抗腐蝕能力也有所下降。3）敏化區(qū)敏化區(qū)的加熱溫度在4508 50之間，金屬在該溫度區(qū)間停留一定時(shí)間后，奧氏體不銹鋼中的碳和鉻在晶粒邊界形成碳化鉻（Cr23C6），使晶界處奧氏體貧鉻，從而失去抗晶間腐蝕的能力。4）475脆性區(qū)這個(gè)區(qū)的加熱溫度在400600之間，在該溫度區(qū)間停留一定時(shí)間后，鐵素體不銹鋼的

36、硬度顯著提高，沖擊韌性顯著下降，因此把鋼在這個(gè)溫度停留一定時(shí)間后而引起硬度提高、塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為475脆性區(qū)從上可知：相脆化區(qū)、敏化區(qū)、475脆性區(qū)是在一定條件下（焊接熱循環(huán)）才出現(xiàn)的，因此只要焊接規(guī)范適當(dāng)是可以避免的，其關(guān)鍵在于控制溫度的存在時(shí)間，希望越短越好，這就需要通過焊接規(guī)范的掌握來實(shí)現(xiàn)，采用小規(guī)范、快速冷卻等工藝措施，不使焊件溫度過高。第五節(jié)第五節(jié) 影響焊接接頭性能的因素影響焊接接頭性能的因素及其處理方法及其處理方法影響焊接接頭性能的主要因素有焊接材料、結(jié)構(gòu)特征、坡口型式、焊接工藝、操作方法、焊接規(guī)范和焊后熱處理等。一、焊接材料的選擇焊接材料的選擇首先應(yīng)以基本金屬的化學(xué)成分和

37、性能為前提，根據(jù)結(jié)構(gòu)和接頭的剛性、材料的焊接特點(diǎn)、焊接過程本身的特點(diǎn)等要求來進(jìn)行，一經(jīng)確定，不得隨意用其他材料代用，更不能錯(cuò)用，因?yàn)楹笚l焊絲是決定焊縫性能的主要因焊條焊絲是決定焊縫性能的主要因素素。焊條焊絲的選用主要從以下幾方面考慮：1）焊條、焊絲的化學(xué)成分和性能要與基本金屬的化學(xué)成分和性能相當(dāng)，焊接工藝性能良好。2）對(duì)耐熱鋼和不銹鋼的焊接，為保證焊接接頭的高溫性能和抗腐蝕性能，焊條、焊絲的化學(xué)成分應(yīng)與基本金屬的化學(xué)成分大致相同，對(duì)于18-8（18Cr-9Ni）型奧氏體不銹鋼的焊接，為提高抗裂性能，應(yīng)選用含有少量鐵素體形成元素的焊接材料，以獲得奧氏體加少量鐵素體的雙相組織焊縫。3）等強(qiáng)原則。一

38、般情況下，考慮到焊接過程的一些可能工藝缺陷，所選用的焊接材料，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)略高于基本金屬，但對(duì)某些有再熱裂紋傾向的鋼種，或外拘束度大的焊接結(jié)構(gòu)，為了提高焊接接頭在消除應(yīng)力時(shí)的蠕變塑性，焊接材料的抗拉強(qiáng)度以稍低于基本金屬為宜。4）對(duì)重要結(jié)構(gòu)和高溫高壓容器及管道的焊接，為減少接頭的冷裂紋傾向，應(yīng)采用低氫型堿性材料。5）在異種鋼焊接時(shí)，因基本金屬與焊縫金屬的化學(xué)成分差異較大，需要考慮熔合線的特點(diǎn)，其焊接材料的選用原則是：當(dāng)焊縫兩側(cè)基本金屬均非奧氏體不銹鋼時(shí)，可選用成分與低合金一側(cè)相配或介于兩者之間的焊條或焊絲，當(dāng)焊縫兩側(cè)之一為奧氏體不銹鋼時(shí)，可選用含鎳量較高的不銹鋼焊條或焊絲，如奧307、奧407等

39、。二、線能量對(duì)焊接接頭性能的影響線能量是指焊接過程中，單位長(zhǎng)度的焊縫上所能得到的熱能量，這種熱能量就是電弧的熱能或火焰的熱能，線能量是由焊接規(guī)范確定的。它的大小對(duì)焊接接頭影響是很明顯的。當(dāng)采用小規(guī)范時(shí)，如小電流、高焊速等可以減小熱影響區(qū)的寬度，減少晶粒長(zhǎng)大傾向，排除過熱組織的危害，提高焊縫的塑性和韌性，但對(duì)某些重要的焊接接頭，能量大些有利于氫的逸出，減少冷裂紋的傾向。所以線能量的大小，對(duì)每一種焊接方法具有一個(gè)最佳的規(guī)范，如不照這個(gè)最佳規(guī)范進(jìn)行焊接，可能導(dǎo)致接頭性能變差。三、操作方法的影響操作方法的區(qū)分，有單道焊和多層多道焊（包括焊道布置和焊接次序），在手工焊時(shí)有小電流、快速、不擺動(dòng)焊和大電流、慢焊速、擺動(dòng)焊法等。這些操作方法對(duì)焊縫性能有如下的影響： 1單道大功率慢速擺動(dòng)焊法的特點(diǎn)是焊接線能量大，操作時(shí)在坡口兩側(cè)的高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，熱影響區(qū)加寬、接頭晶粒粗化，塑性和韌性降低，同時(shí)雜質(zhì)元素的偏析易集中在焊縫