序言與第一章

1、緒緒 論論一、概述一、概述 焊接技術(shù)在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，已經(jīng)成為一種重要的金屬加工工藝。已經(jīng)得到了極為廣泛的應(yīng)用。 2003年鋼材用量2.6億噸,焊材耗量200萬噸。 橋梁鋼結(jié)構(gòu)（什么材料）橋梁鋼結(jié)構(gòu)（什么材料）:艦船與海洋工程結(jié)構(gòu)艦船與海洋工程結(jié)構(gòu):航天航天(空空) （什么材料）（什么材料） :電力系統(tǒng)電力系統(tǒng): 建筑鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu): 微電子技術(shù)（例如集成電路板）以及石油化工工業(yè)；微電子技術(shù)（例如集成電路板）以及石油化工工業(yè)；車輛車輛: 焊接產(chǎn)品應(yīng)用相當(dāng)廣泛，使用材料的種類多（碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鋁合金、鑄鐵、鈦合金、銅合金等等），我們這門課程主要是學(xué)習(xí)相關(guān)材料怎樣進(jìn)行焊接，從而保證焊接

2、質(zhì)量，保證焊接產(chǎn)品的使用性能和可靠性。 二、學(xué)習(xí)本課程的目的、任務(wù)和要求二、學(xué)習(xí)本課程的目的、任務(wù)和要求 金屬焊接性課程是熱加工成型工藝（焊接技術(shù)類）的三大主干課程之一。 1學(xué)習(xí)的主要任務(wù)是：學(xué)習(xí)的主要任務(wù)是： 分析金屬材料在熔化焊條件下，各種常用金屬材料的焊接性，并選擇與制訂合理的焊接工藝。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：由于學(xué)生學(xué)時數(shù)有限，對原來的授課體系進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，突出重點，內(nèi)容如下：1）金屬焊接性分析的內(nèi)容及其實驗方法；2）合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接；3）不銹鋼的焊接；4）鑄鐵焊接；5）鋁及鋁合金的焊接；6）堆焊。學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：培養(yǎng)學(xué)生分析金屬焊接性的基本能力；學(xué)會實驗研究的基本方法；為金屬結(jié)構(gòu)

3、的焊接正確選擇焊接材料、工藝方法和制訂合理的焊接工藝打下堅實的基礎(chǔ)。三、焊接過程的物理本質(zhì)三、焊接過程的物理本質(zhì)在材料成型加工技術(shù)基礎(chǔ)課程中，大家已經(jīng)對焊接過程的物理本質(zhì)有了一個較為明確的概念。定義：定義：兩種或兩種以上的材質(zhì)（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，來達(dá)到原子之間的結(jié)合，從而形成永久性連接的工藝過程。四、研究發(fā)展四、研究發(fā)展社會的發(fā)展，人們對科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。新材料、新工藝與新設(shè)備需求較大。對不同種類的新材料焊接性的研究進(jìn)行了大量人力與物力的投入，從而推動許多重大的鋼結(jié)構(gòu)工程（橋梁、航天與石化）的應(yīng)用。五、兩條線的應(yīng)用五、兩條線的應(yīng)用一）學(xué)習(xí)過程焊縫金屬與母材母

4、材焊材接頭組織焊接熱循環(huán)接頭性 能工程應(yīng)用焊接方 法工藝規(guī)范 工藝措施二）能力培養(yǎng)過程工程應(yīng)用技術(shù)性能參數(shù)材料選擇優(yōu)化工藝及方法六、對學(xué)生的學(xué)習(xí)要求六、對學(xué)生的學(xué)習(xí)要求1.理解的記憶各類典型材料的焊接性分析，抓住規(guī)律性的東西； 2.一定的解決實際工程問題的能力的培養(yǎng)； 3.學(xué)會使用各類參考書，制定焊接工藝規(guī)范； 4.學(xué)會寫實驗報告。第七章 金屬焊接性及其試驗方法 前面大家已經(jīng)學(xué)過焊接冶金，知道了焊接過程的復(fù)雜性與不平衡性，都知道在焊接時間內(nèi)，每道焊縫、熱影響區(qū)金屬都要經(jīng)受快速的加熱、冷卻、熔化、結(jié)晶、物化反應(yīng)、相變，以及應(yīng)力、應(yīng)變等一系列過程。 在這個過程中，存在著嚴(yán)重的溫度分布和化學(xué)成分的不

5、平衡，引起兩方面后果： 1、焊接區(qū)各類缺陷 2、必要性能的降低 (將影響焊接結(jié)構(gòu)的使用要求將影響焊接結(jié)構(gòu)的使用要求) 因而必須從焊接的角度來分析研究金屬的某些特殊性能，即Weldability問題。(為什么要研究金屬的焊接性？)2-1 焊接性概念是相對的概念焊接性概念是相對的概念一、金屬的焊接性一、金屬的焊接性(解決能焊的問題解決能焊的問題) 金屬是否能適應(yīng)焊接加工而形成完整的，具備一定使用性能的焊接接頭的特性。 表現(xiàn)為： 1、焊接時對缺陷的敏感性 2、焊接接頭的可靠性能 如何分析金屬的焊接性？ 內(nèi)因(同、異種母材（不好焊接）) :可以從金屬的特性進(jìn)行分析(碳當(dāng)量、物理性能、化學(xué)性能（易氧化就

6、保護(hù)或則真空焊接）、合金相圖、CCT或SHCCT圖） 外因(工藝條件等)二、工藝焊接性（解決好焊的問題）二、工藝焊接性（解決好焊的問題） 金屬在一定的工藝條件下形成具有一定使用性能的焊接接頭的能力。 工藝焊接性好壞的評定標(biāo)準(zhǔn)：工藝焊接性好壞的評定標(biāo)準(zhǔn)： 獲得良好接頭的工藝條件的復(fù)雜程度。(簡單即焊接性良好；復(fù)雜即焊接性較差)。 焊接方法、電流（壓）、T預(yù)、T后、VH選擇等措施。(一一)、影響工藝焊接性的因素、影響工藝焊接性的因素 1、材料因素（內(nèi)因）、材料因素（內(nèi)因） 要求母材與焊接材料匹配得當(dāng)：（等強(qiáng)匹配、硬加軟與軟加硬）， 母材與焊材直接參與熔池或熔合區(qū)的物化反應(yīng)， 母材對HAZ的性能起決

7、定性作用， 對焊縫金屬的成分和性能是關(guān)鍵因素（考慮稀釋率影響）， 對焊縫金屬的成分匹配不當(dāng)， 會引起各種焊接缺陷，脆化、軟化、低耐蝕性等。 2、工藝因素、工藝因素(工藝焊接性方面工藝焊接性方面)外因外因 (1)焊接方法焊接方法： 應(yīng)針對不同的焊材選擇適當(dāng)?shù)姆绞?，簡介各種方法。 a. 熱源特點 對焊接方法的適應(yīng)性(焊接熱循環(huán)各項參數(shù)，El，t高溫，V相變冷卻、T高等，影響組織與性能) 影響焊接冶金過程，應(yīng)考慮母材與材料厚度等因素。 b.保護(hù)方式 影響焊接冶金過程，富Ar，飛濺少，可以決定接頭質(zhì)量、性能。 (2)工藝措施工藝措施 焊前預(yù)熱、焊后熱處理、殘、V冷、避免熱、冷裂紋， 嚴(yán)格烘干焊條(劑)

8、，清理焊材及坡口， 焊接順序、保證裝配工作精度與加工精度，減少應(yīng)力，減少缺陷。 (3)工藝參數(shù)的應(yīng)用工藝參數(shù)的應(yīng)用，T8/5控制 3、結(jié)構(gòu)因素、結(jié)構(gòu)因素(宏觀結(jié)構(gòu)綜合考慮宏觀結(jié)構(gòu)綜合考慮) 焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計影響受力狀態(tài)，材料厚度等。 該處的剛度、應(yīng)力集中，多軸應(yīng)力等因素。 應(yīng)避免大拘束度，高應(yīng)力集中等降低承載能力。 4、使用條件：、使用條件：(影響工藝焊接性影響工藝焊接性) 載荷的性質(zhì)、工作溫度的高低，工作介質(zhì)有無腐蝕性等。 高溫承載：元素擴(kuò)散，結(jié)構(gòu)蠕變（高溫耐熱鋼） 低溫承載：脆性斷裂的可能性(或沖擊下)，低溫鋼等Ak低溫。 應(yīng)力腐蝕(不銹鋼等) 交變載荷存在疲勞破壞問題（例如橋梁） 使用

9、條件越苛刻，接頭質(zhì)量更高，工藝焊接性難度大?？偨Y(jié)：1、2、3、4點不能單獨用來評價焊接性，結(jié)合因素。 (二)冶金焊接性與熱焊接性 均在一定的工藝條件下。 1冶金焊接性：冶金焊接性：(焊縫區(qū)化學(xué)治金) 氣孔、氧化、蒸發(fā)等， 熔池中金屬與渣、氣發(fā)生物化反應(yīng)，成分偏析以及凝固結(jié)晶的固態(tài)相變等過程中的焊接性的變化引起的焊接問題。 (1)合金的氧化，還原蒸發(fā)等易造成焊縫化學(xué)成分、組織、性能變化。 (2)O2、N2、H2等氣體溶入析出造成氣孔或影響性能。 (3)成分偏析，結(jié)晶方向可能導(dǎo)致熱裂紋 解決途徑：解決途徑：著重于開發(fā)新型焊材、焊接方法、改善保護(hù)條件。 2、熱焊接性、熱焊接性(HAZ) 焊接熱輸入對

10、鄰近焊縫的金屬形成熱冷的熱處理過程，使金屬發(fā)生因固態(tài)整相變引起的焊接性問題。 (1)性能變化（、AK、耐蝕性等） (2)由于脆化及應(yīng)力而造成裂紋等缺陷 (3)組織發(fā)生變化 (過熱區(qū)晶粒粗大而脆化，熔合區(qū)淬硬脆化，回火區(qū)軟化) 解決途徑：解決途徑：正確選擇母材，焊接方法、El等規(guī)范參數(shù)，工藝措施等。2-2 焊接性的試驗焊接性的試驗 針對特定的角度來考慮焊接性的某一方面，因而評定焊接性實驗較多。這些實驗有助于確定焊接方法。焊材，工藝規(guī)范等。 一、焊接性試驗內(nèi)容 1、焊縫金屬抵抗熱裂紋的能力(熱裂紋試驗) 2、焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力(冷裂紋試驗) 3、焊接接頭金屬抗脆性轉(zhuǎn)變能力(低溫

11、使用影響更大) 4、接頭的使用性能(機(jī)械性能，特殊要求) 5、專門焊接性試驗(如厚板層狀撕裂試驗、應(yīng)力腐蝕實驗、再熱裂紋實驗等) 二、方法分類 1、直接模擬類方法、直接模擬類方法 仿照實際焊接條件，直接觀察金屬在焊接時可能發(fā)生的變化和問題，直觀評價焊接性的優(yōu)劣，為實焊提供依據(jù)。 省材、省時，突出接頭某區(qū)域，但與實焊有差別 常用有插銷試驗、斜y坡口對接裂紋試驗、應(yīng)力腐蝕裂紋等。 2、使用性能實驗類、使用性能實驗類 (1)生產(chǎn)條件下進(jìn)行焊接，檢查接頭是否發(fā)生缺陷，性能等試驗。 (2)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試樣焊接，再進(jìn)行各種檢查。 焊接接頭（WZ、HAZ）的力學(xué)性能、斷裂韌性，耐腐蝕與耐磨實驗、疲勞實驗、低溫

12、脆性實驗等。 3、理論計算類方法（間接推算）、理論計算類方法（間接推算） 是在大量生產(chǎn)和科學(xué)研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的理論算法，主要是根據(jù)母材或焊縫金屬的化學(xué)成分，加上限制條件(拘束度等)，通過一定的經(jīng)驗公式計算，估計冷裂、熱裂，再熱裂的傾向大少。 應(yīng)用受限，間接、粗略地估計焊接性問題。 熱熱應(yīng)力模擬試驗應(yīng)力模擬試驗(Glable-1500 試驗機(jī)試驗機(jī))， CCT圖、焊接圖、焊接HAZ區(qū)最高硬度法、焊接區(qū)斷口金相分析等。區(qū)最高硬度法、焊接區(qū)斷口金相分析等。 碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法Ceq， Ceq=Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15 （%） IIW推薦） 冷裂紋敏感系數(shù)冷裂紋

13、敏感系數(shù)Pcm Pcm=C+Mn/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+Cu/20+5B 注意公式的應(yīng)用范圍！ 例如：例如：D6AC超高強(qiáng)鋼的焊接性超高強(qiáng)鋼的焊接性裂紋敏感性分析： A熱裂紋傾向熱裂紋傾向 根據(jù)Ocmpo公式(用于中碳鋼條件)： CE=C+2.5S+P/2.5+(Si-0.4)/5+(Mn-0.8)/6+Ni/6+Cu/8+(Cr-0.8)/80.35 將母材成分代入公式（1），可以得出：CE=0.4370.35 可以看出D6AC超高強(qiáng)鋼具有相當(dāng)高的熱裂紋傾向。 B冷裂紋敏感性分析：冷裂紋敏感性分析： 根據(jù)WES-135條件確定該鋼種的碳當(dāng)量公式(用于拉伸強(qiáng)度大于

14、900Mpa)： CE=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/140.76 將母材成分代入公式，可以得出：CE=1020.76 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B Pc=Pcm+H/60+B/600 T0=1440*Pc-392 C冷裂敏感指數(shù)冷裂敏感指數(shù)Pcm: Pcm= C+Si/30+Mn/20+ Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B0.36 將母材成分代入公式，可以得出：Pcm=0.6990.36 可以看出D6AC超高強(qiáng)鋼具有相當(dāng)高的冷裂紋傾向。 三、選定試驗方法的原則 1、針對性、針對性 試驗條件盡可能接近實際焊接時的條件，準(zhǔn)確說明焊接性問題。 2、可靠性、可靠性 試驗結(jié)果的再現(xiàn)性，數(shù)據(jù)不可過于分散，才能保證。 (1)嚴(yán)格試驗條件 (2)盡可能用機(jī)械化、自動化取代手工操作 3、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性 省材、省時、省成本。1-3 常用焊接性試驗方法常用焊接性試驗方法 1、斜、斜