材料焊接性-每章總結(jié)

②只有普通18-8鋼才會(huì)有敏化區(qū)存在，含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳的18-8鋼，不易有敏化區(qū)出現(xiàn)。防止18-8鋼敏化區(qū)腐蝕，在焊接工藝上應(yīng)采取快速過程，以減少處于敏化加熱去區(qū)間。（3）熔合區(qū)刀口腐蝕在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，有如刀削切口形式，故稱為“刀口腐蝕”。刀口腐蝕只發(fā)生在含Nb或含Ti的18-8Nb或18-8Ti鋼的熔合區(qū)。其實(shí)質(zhì)是因M23C6沉淀而形成貧鉻層。18-8Ti在焊接時(shí)熔合區(qū)高溫過熱，大部分TiC溶解，冷卻時(shí)，碳在晶界附近成為過飽和狀態(tài)，再經(jīng)過450～850℃中溫加熱，在晶界將發(fā)生M23C6沉淀而形成晶界貧鉻。越靠近熔合線，貧鉻越嚴(yán)重，因此形成“刀口腐蝕”。2.應(yīng)力腐蝕SCC（1）腐蝕介質(zhì)的影響：應(yīng)力腐蝕的最大特點(diǎn)之一是腐蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性，在此特定組合之外不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。如在Cl－的環(huán)境中，18-8不銹鋼的應(yīng)力腐蝕不僅與溶液中Cl－離子有關(guān)，而且還與其溶液中氧含量有關(guān)。Cl－離子濃度很高、氧含量較少或Cl－離子濃度較低、氧含量較高時(shí)，均不會(huì)引起應(yīng)力腐蝕。（2）焊接應(yīng)力的作用：應(yīng)力腐蝕開裂的拉應(yīng)力，來源于焊接殘余應(yīng)力的超過30%。焊接拉應(yīng)力越大，越易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。在含氯化物介質(zhì)中，引起奧氏體鋼SCC的臨界拉應(yīng)力σcr≈σs。在高溫高壓水中，引起奧氏體鋼SCC的σcr＜＜σs；而在H2SχO6介質(zhì)中，由于晶間腐蝕領(lǐng)先，應(yīng)力則起到了加速作用，此時(shí)可認(rèn)為σcr≈0。（防SCC根本上是退火消殘余應(yīng)力）（3)合金元素的作用材質(zhì)與介質(zhì)有一定的匹配性才會(huì)發(fā)生SCC。焊縫中含有一定量的δ有利于提高氯化物介質(zhì)中耐SCC性能。在氯化物介質(zhì)中提高鎳含量有利。Si能使氧化膜致密而有利。如果SCC的根源是點(diǎn)蝕坑，Mo有利于防止。超低碳有利于防止SCC。綜上所述，引起應(yīng)力腐蝕開裂須具備三個(gè)條件：首先是金屬在該環(huán)境中具有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向；其次是由這種材質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)接觸或處于選擇性的腐蝕介質(zhì)中；最后是有高于一定水平的拉應(yīng)力。點(diǎn)蝕奧氏體鋼焊接接頭有點(diǎn)蝕傾向，其實(shí)即使耐點(diǎn)蝕性優(yōu)異的雙相鋼有時(shí)也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。點(diǎn)蝕指數(shù)PI（PI=WCr+3.3WMo+(13～16)WN）越小，點(diǎn)蝕傾向越大。最容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕的部位是焊縫中的不完全混合區(qū)，其化學(xué)成分與母材相同，但卻經(jīng)歷了熔化與凝固過程，應(yīng)屬焊縫的一部分。焊接材料選擇不當(dāng)時(shí)，焊縫中心部位也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生，其主要原因應(yīng)歸結(jié)為耐點(diǎn)蝕成分Cr與Mo的偏析。例如，奧氏體鋼Cr22Ni25Mo中Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～12%，在鎢極氬弧焊（TIG）時(shí)，枝晶晶界Mo量與其晶軸Mo量之比（即偏析度）達(dá)1.6，Cr偏析度達(dá)1.25。因而晶軸負(fù)偏析部位易于產(chǎn)生點(diǎn)蝕?？傊琓IG自熔焊接所形成的焊縫均易形成點(diǎn)蝕，甚至填送同質(zhì)焊絲時(shí)也是如此，仍不如母材。為提高耐點(diǎn)蝕性能，一方面須減少Cr、Mo的偏析；一方面采用較母材更高Cr、Mo含量的所謂“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負(fù)偏析顯著減少，因此采用高Ni焊絲應(yīng)該有利。由此可以得出結(jié)論：1.為提高耐點(diǎn)蝕性能而不能進(jìn)行自熔焊接；2.焊接材料與母材必須“超合金化”匹配；3.必須考慮母材的稀釋作用，以保證足夠的合金含量；4.提高Ni量有利于減少微觀偏析，必要時(shí)可考慮采用Ni基合金焊絲二、熱裂1.奧氏體鋼焊接時(shí)，在焊縫及近縫區(qū)都有產(chǎn)生裂紋的可能性，主要是熱裂紋。最常見的是焊縫結(jié)晶裂紋。HAZ近縫區(qū)的熱裂紋大多是所謂液化裂紋。在大厚度焊件中也有時(shí)見到焊道下裂紋奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因：（1）奧氏體鋼的熱導(dǎo)率小和線膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中可形成較大的拉應(yīng)力。焊縫金屬凝固期間存在較大拉應(yīng)力是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。（2）奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強(qiáng)的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜質(zhì)偏析，而促使形成晶間液膜，顯然易于促使產(chǎn)生凝固裂紋。（3）奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復(fù)雜，不僅S、P、Sn、Sb之類雜質(zhì)可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、鈮化物共晶。這樣，焊縫及近縫區(qū)都可能產(chǎn)生熱裂紋。凝固模式對(duì)熱裂紋的影響凝固裂紋最易產(chǎn)生于單相奧氏體（γ）組織的焊縫中，如果為γ＋δ雙相組織，則不易于產(chǎn)生凝固裂紋。通常用室溫下焊縫中δ相數(shù)量來判斷熱裂傾向。如圖4-13所示，室溫δ鐵素體數(shù)量由0%增至100%，熱裂傾向與脆性溫度區(qū)間（BTR）大小完全對(duì)應(yīng)。這說明用室溫δ相數(shù)量做判據(jù)是可以說明問題的。凝固裂紋產(chǎn)生于真實(shí)固相線之上的凝固過程后期，必須聯(lián)系凝固模式來進(jìn)行考慮。圖4-14為Fe-Cr-Ni三元合金一個(gè)70%Fe的偽二元相圖。圖中標(biāo)出的虛線①合金，其室溫平衡組織為單相γ，實(shí)際冷卻得到的室溫組織可能含5%～10%δ相。但凝固開始到結(jié)束都是單相δ相組織，只是在繼續(xù)冷卻時(shí)，由于發(fā)生δ→γ相變，δ數(shù)量越來越少，在平衡條件下直至為零。晶粒潤濕理論指出，偏析液膜能夠潤濕γ-γ、δ-δ界面，不能潤濕γ-δ異相界面。以FA模式形成的δ鐵素體呈蠕蟲狀，防礙γ枝晶支脈發(fā)展，構(gòu)成理想的γ-δ界面，因而不會(huì)有熱裂傾向。凝固裂紋與凝固模式有直接關(guān)系。單純F或A模式凝固時(shí)，只有γ-γ或δ-δ界面，所以會(huì)有熱裂傾向。以AF模式凝固時(shí)，由于是通過包晶/共晶反應(yīng)面形成γ+δ，這種共晶δ不足以構(gòu)成理想的γ-δ界面，所以仍然可以呈現(xiàn)液膜潤濕現(xiàn)象，以至還會(huì)有一定的熱裂傾向。化學(xué)成分對(duì)熱裂紋的影響任何鋼種都是一個(gè)復(fù)雜的合金系統(tǒng)，某一元素單獨(dú)作用和其他元素共存時(shí)發(fā)生的作用，往往不盡相同，甚至可能相反。1）Mn：在單相奧氏體鋼中Mn的作用有利，但若同時(shí)存在Cu時(shí)，Mn與Cu可以相互促進(jìn)偏析，晶界易于出現(xiàn)偏析液膜而增大熱裂傾向。2）S、P：S、P在焊接奧氏體鋼時(shí)極易形成低熔點(diǎn)化合物，增加焊接接頭的熱裂傾向。在焊縫中，硫?qū)崃训拿舾行员攘兹酰@是因?yàn)樵诤缚p中硫形成MnS，熔點(diǎn)比Ni3P2高，且離散地分布在焊縫中。在HAZ中，硫比磷對(duì)裂紋敏感性更強(qiáng)，這是因?yàn)榱虮攘椎臄U(kuò)散速度快，更容易在晶界偏析。焊縫中硫、磷的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)限制在0.015%以內(nèi)。3）Si：Si是鐵素體形成元素，焊縫中wSi>4%之后，碳的活動(dòng)能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，為防晶間腐蝕，應(yīng)使焊縫中C%≤0.02%。Si在18-8鋼中有利于促使產(chǎn)生δ相，可提高抗裂性，可不必過分限制；但在25-20鋼中，Si的偏析強(qiáng)烈，易引起熱裂。4）Nb：鈮可與磷、鉻及錳一起形成低熔點(diǎn)磷化物，而與硅、鉻和錳則可形成低熔點(diǎn)硫化物－氧化物雜質(zhì)。鈮在晶粒邊界富集，可形成富鈮、鎳的低熔點(diǎn)相，其結(jié)晶溫度甚至低于1160℃。含鈮的低熔點(diǎn)相在鐵素體和奧氏體中的溶解度不同，從而對(duì)熱裂影響不同。5）Ti鈦也可以形成低熔點(diǎn)相，如在1340℃時(shí)，焊縫中就可以形成鈦碳氮化物的低熔點(diǎn)相。含鈦低熔點(diǎn)相的形成對(duì)抗裂性的影響不如鈮的明顯，因?yàn)殁伵c氧有強(qiáng)的結(jié)和力，因此鈦通常不用于焊縫金屬的穩(wěn)定化，而是用于鋼的穩(wěn)定化。鈦主要是對(duì)母材及熱影響區(qū)的液化裂紋的形成有影響。6）C碳對(duì)于熱裂敏感性的影響僅在一次結(jié)晶為奧氏體的單相奧氏體化的焊縫金屬中，碳對(duì)熱裂敏感性的影響很復(fù)雜，還取決于合金成分。7）B：硼是對(duì)抗熱裂性影響最壞的元素。高溫時(shí)硼在在奧氏體中的溶解度非常低，只有0.005%，硼與鐵、鎳都能形成低熔點(diǎn)共晶。因此，要限制焊縫中的硼含量?？傊彩侨芙舛刃《芷鲂纬梢兹酃簿У某煞?，都可能引起熱裂紋的產(chǎn)生。凡可無限固溶的成分（如Cu在Ni中）或溶解度大的成分（如Mo、W、V），都不會(huì)引起熱裂。奧氏體鋼焊縫，提高Ni含量時(shí)，熱裂傾向會(huì)增大；而提高Cr含量，對(duì)熱裂不發(fā)生明顯影響。在含Ni量低的奧氏體鋼加Cu時(shí)，焊縫熱裂傾向也會(huì)增大。凡促使出現(xiàn)A或AF凝固模式的元素，該元素必會(huì)增大焊縫的熱裂傾向。焊接工藝的影響在合金成分一定的條件下，焊接工藝對(duì)是否會(huì)產(chǎn)生熱裂紋也有一定影響。為避免焊縫枝晶粗大和過熱區(qū)晶粒粗化，以致增大偏析程度，應(yīng)盡量采用小焊接熱輸入快速焊工藝，而且不應(yīng)預(yù)熱，并降低層間溫度。不過，為了減小焊接熱輸入，不應(yīng)過分增大焊接速度，而應(yīng)適當(dāng)降低焊接電流。增大焊接電流，焊接熱裂紋的產(chǎn)生傾向也隨之增大。過分提高焊接速度，焊接時(shí)反而更易產(chǎn)生熱裂紋。這是因?yàn)殡S著焊接速度增大，冷卻速度也要增大，于是增大了凝固過程的不平衡性，凝固模式將逐次變化為FA→AF→A，相當(dāng)于圖4-14中A點(diǎn)向右移動(dòng)，因此熱裂傾向增大。析出現(xiàn)象在SS中，σ相通常只有在鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于16%時(shí)才會(huì)析出，由于鉻有很高的擴(kuò)散性，σ相在鐵素體中的析出比奧氏體中的快。δ→σ的轉(zhuǎn)變速度與δ相的合金化程度有關(guān)，而不單是δ相的數(shù)量。凡鐵素體化元素均加強(qiáng)δ→σ轉(zhuǎn)變，即被Cr、Mo等濃化了的δ相易于轉(zhuǎn)變析出σ相。σ相是指一種脆硬而無磁性的金屬間化合物相，具有變成分和復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。σ相的析出使材料的韌性降低，硬度增加。有時(shí)還增加了材料的腐蝕敏感性。σ相的產(chǎn)生，是δ→σ或是γ→σ。式中帶“+”的元素由于σ相的析出，加速材料的810℃低溫脆化為了滿足低溫韌性要求，有時(shí)采用18-8鋼，焊縫組織希望是單一γ相，成為完全面心立方結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)δ相。δ相的存在，總是惡化低溫韌性。雖然單相γ焊縫低溫韌性比較好，但仍不如固溶處理后的1Cr18Ni9Ti鋼母材，例如aku(－196℃)≈230J/cm2，aku(20℃)≈280J/cm2?！拌T態(tài)”焊縫中的δ相因形貌不同，可以具有相異的韌性水平。奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn)焊接材料選擇不銹鋼及耐熱鋼用焊接材料主要有：藥皮焊條、埋弧焊絲和焊劑、TIG和MIG實(shí)芯焊絲以及藥芯焊絲。焊接材料的選擇首先決定于具體焊接方法的選擇。在選擇具體焊接材料時(shí)，至少應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:1)應(yīng)堅(jiān)持“適用性原則”。根據(jù)不銹鋼材質(zhì)、具體用途和使用條件（工作溫度、接觸介質(zhì)），以及對(duì)焊縫金屬的技術(shù)要求選用焊接材料，原則是使焊縫金屬的成分與母材相同或相近。2)根據(jù)所選各焊接材料的具體成分來確定是否適用，并應(yīng)通過工藝評(píng)定試驗(yàn)加以驗(yàn)收，絕不能只根據(jù)商品牌號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)的名義成分就決定取舍。3)考慮具體應(yīng)用的焊接方法和工藝參數(shù)可能造成的熔合比大小，即應(yīng)考慮母材的稀釋作用，否則將難以保證焊縫金屬的合金化程度。4)根據(jù)技術(shù)條件規(guī)定的全面焊接性要求來確定合金化程度，即是采用同質(zhì)焊接材料，還是超合金化焊接材料。不僅要重視焊縫金屬合金系統(tǒng)，而且要注意具體合金成分在該合金系統(tǒng)中的作用；綜合考慮使用性能和工藝焊接性要求。焊接工藝要點(diǎn)(1)合理選擇焊接方法：不銹鋼多采用藥芯焊絲電弧焊：效率高，成分可調(diào)，熱輸入小。(2)控制焊接參數(shù)：避免接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，奧氏鋼熱導(dǎo)率小，熱量不易散失，一般焊接所需的熱輸入比碳鋼低20%～30%。(3)接頭設(shè)計(jì)的合理性：僅以坡口角度為例，采用奧氏體鋼同質(zhì)焊接材料時(shí)，坡口角度取60°是可行的；但如采用Ni基合金作為焊接材料，由于熔融金屬流動(dòng)更為粘滯，坡口角度取60°很容易發(fā)生熔合不良現(xiàn)象。Ni基合金的坡口角度一般均要增大到80°左右。(4)控制焊接工藝穩(wěn)定：保證焊縫金屬成分穩(wěn)定，必須保證熔合比穩(wěn)定。(5)控制焊縫成形：表面成形是否光整，是否有易產(chǎn)生應(yīng)力集中。(6)防止焊件工作表面的污染：奧氏體不銹鋼焊縫受到污染，其耐蝕性會(huì)變差。焊前除油去污，潔凈干燥。第五章鋁及鋁合金的焊接1.鋁及鋁合金的分類以及鋁及鋁合金的特點(diǎn)（1）鋁及鋁合金的分類根據(jù)合金化系列分類：工業(yè)純鋁、鋁銅合金、鋁錳合金、鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁鎂硅合金、鋁鋅鎂銅合金等七大（2）鋁及鋁合金的特點(diǎn)（與低碳鋼比較）★密度?。?.72g/cm3），熔點(diǎn)低(660.4℃)，電阻率小，線膨脹系數(shù)α和導(dǎo)熱系數(shù)λ大★低溫力學(xué)性能好：Al為面心立方，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無“延—脆”轉(zhuǎn)變(由于溫度降低，使材料由延性斷裂(斷口為纖維狀)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔??！锬臀g性好：Al2O3(T熔=2050℃)在大氣中耐蝕，在鹽、堿水溶液中氧化膜易破壞★強(qiáng)度不高，但是比強(qiáng)度高：一般σb≤100MPa，熱處理強(qiáng)化后σb≥400MPa鋁及鋁合金的焊接性總體焊接性分析：①鋁及其合金的化學(xué)活性很強(qiáng)，常溫下表面極易形成難熔氧化膜（Al2O3熔點(diǎn)約為2050℃，MgO熔點(diǎn)約為2500℃），加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)易造成不熔合現(xiàn)象。②由于氧化膜密度與鋁的密度接近，也易成為焊縫金屬的夾雜物。③氧化膜（特別是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸收較多水分而成為焊縫氣孔的重要原因之一。④鋁及其合金的線膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)容易產(chǎn)生翹曲變形。這些都是焊接生產(chǎn)中頗感困難的問題。3.熔焊時(shí)的主要問題：氣孔、熱裂、接頭與母材等強(qiáng)性?氣孔：鋁及鋁合金熔焊時(shí)最常見的缺陷是焊縫氣孔，特別是對(duì)于純鋁和防銹鋁的焊接1）鋁及其合金熔焊時(shí)形成氣孔的原因:氫是鋁及其合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因，氫的來源是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分對(duì)焊縫氣孔的產(chǎn)生有重要的影響。①弧柱氣氛中水分的影響?；≈臻g或多或少存在一定量的水分，尤其在潮濕季節(jié)或濕度大的地區(qū)進(jìn)行焊接時(shí)，由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，溶入過熱的熔融金屬中，凝固時(shí)來不及析出稱為焊縫氣孔。這時(shí)所形成的氣孔具有白亮內(nèi)壁的特征。弧柱氣氛中的氫之所以能使焊縫形成氣孔，與它在鋁中的溶解度變化有關(guān)。高溫時(shí)，H在金屬中溶解度較大，冷卻時(shí)，H在鋁合金中的溶解度下降而來不及逸出殘留在焊縫中（與鋼中N氣孔類似）。②氧化膜中水分的影響。在正常的焊接條件下，對(duì)于氣氛中的水分已嚴(yán)格限制，這時(shí)，焊絲或工件氧化膜中所吸附的水分將是生成焊縫氣孔的主要原因。氧化膜不致密、吸水性強(qiáng)的鋁合金（如Al-Mg合金），比氧化膜致密的純鋁具有更大的氣孔傾向。因?yàn)锳l-Mg合金的氧化膜由AL2O3和MgO構(gòu)成，而MgO越多，形成的氧化膜越不致密，更易于吸附水分；純鋁的氧化膜只由AL2O3構(gòu)成，比較致密，相對(duì)來說吸水性要小。Al-Li合金的氧化膜更易吸收水分而促使產(chǎn)生氣孔。在MIG焊接時(shí)，焊絲表面氧化膜的作用將具有重要意義。MIG焊接時(shí)，由于熔深較大，工件坡口端部的氧化膜能迅速熔化掉，有利于氧化膜中水分的排除，坡口氧化膜對(duì)焊縫氣孔的影響就較小了。TIG焊時(shí)，在熔透不足的情況下，母材坡口根部未除凈的氧化膜所吸附的水分是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因。這種氧化膜不僅提供了氫的來源，而且使氣泡聚集附著。剛形成熔池時(shí)，如果坡口附近的氧化膜未能完全熔化而殘存下來。則氧化膜中水分因受熱而分解出氫，并在氧化膜上萌生氣泡；由于氣泡是附著在氧化膜上，不易脫離浮出，且因氣泡是在熔化早期形成的，有條件長大，所以常造成集中的大氣泡。這種氣孔在焊縫根部未熔合時(shí)就更嚴(yán)重。坡口端部氧化膜引起的氣孔，沿著熔合區(qū)原坡口邊緣分布，內(nèi)壁呈氧化色，這是其重要特征。由于Al-Mg合金比純鋁更容易形成疏松而吸水性強(qiáng)的厚氧化膜，所以Al-Mg合金比純鋁更容易產(chǎn)生這種集中的氧化膜氣孔。因此，焊接鋁鎂合金時(shí)，焊前須仔細(xì)清除坡口端部的氧化膜。Al-Mg合金氣焊或TIG焊慢速焊接條件下，母材表面氧化膜也會(huì)在近縫區(qū)引起“氣孔”。這種“氣孔”以表面密集的小顆粒狀的“鼓泡”形式呈現(xiàn)出來，也被認(rèn)為是“皮下氣孔”防止氣孔的途徑1）減少氫的來源焊前對(duì)焊材進(jìn)行除油去污、除氧化膜、干燥處理；焊接時(shí)對(duì)熔池進(jìn)行保護(hù)，減少吸氫時(shí)間?？刂坪附訁?shù)。焊接參數(shù)的影響可歸結(jié)為對(duì)熔池高溫存在的影響，也就是對(duì)氫熔入時(shí)間和氫析出時(shí)間的影響。熔池高溫存在時(shí)間增長，有利于氫的逸出，但也有利于氫的熔入；反之，熔池高溫時(shí)間存在時(shí)間減少，可減少氫的熔入，但不利于氫的逸出。焊接參數(shù)不當(dāng)時(shí)，如造成氫的溶入量多而又不利于逸出時(shí)，氣孔傾向勢(shì)必增大。TIG焊：大電流（保證焊縫根部熔合），高速度（減少吸氫時(shí)間）MIG焊：氧化膜吸水影響更突出，故要求低速度、高熱輸入，使H逸出?焊接熱裂紋鋁及其合金焊接時(shí)，常見的熱裂紋主要是焊縫凝固裂紋和近縫區(qū)液化裂紋。原因：①焊縫區(qū)的非平衡易熔共晶組織產(chǎn)生凝固裂紋（結(jié)晶裂紋）；近縫區(qū)易熔共晶組織產(chǎn)生液化裂紋（薄膜狀，熱裂傾向大；球狀，熱裂傾向?。贏l的線膨脹系數(shù)大，拘束條件下焊接應(yīng)力大，裂紋傾向大。防止焊接熱裂紋的途徑●合金系的影響——控制易熔共晶量，縮小結(jié)晶溫度區(qū)間：1.主合金元素的含量應(yīng)大于Xm(焊縫傾向最大時(shí)的成分)，產(chǎn)生“愈合”作用。P131,圖5-72.Mg和Cu不能共存：Mg降低Cu在Al中的溶解度，促使增大脆性溫度區(qū)間。3.Mg、Zn含量越高，合金強(qiáng)度越高，但是耐蝕性降低。Mn可提高再結(jié)晶溫度，防再熱裂紋，改善熱強(qiáng)性。圖5-84.Ti、Zr、V、B可作為變質(zhì)劑，細(xì)化晶粒，改善塑性、韌性、抗裂性。5、Fe%＞0.3%，降低強(qiáng)度和塑性；Si%＞0.2%，增大裂紋傾向，兩者同時(shí)存在更嚴(yán)重?！窈附z成分的影響不同的母材配不同的焊絲。焊絲成分與母材相同時(shí)，往往裂紋傾向大。圖5-9●焊接工藝參數(shù)的影響：焊接熱集中：利于快速焊接，可防止形成方向性粗大的柱狀晶，改善抗裂性焊接電流?。簻p少熔池過熱，改善抗裂性焊接速度高：增大接頭的應(yīng)變速率，熱烈傾向大。?焊接接頭的“等強(qiáng)性”a.一般說來，焊接熱輸入量越大，焊縫性能下降的趨勢(shì)也越大。b.對(duì)于熔合區(qū)，非時(shí)效強(qiáng)化的鋁合金的主要問題是晶粒粗化而降低塑性；時(shí)效強(qiáng)化鋁合金焊接時(shí)，出了晶粒粗化，還可能因?yàn)榫Ы缫夯a(chǎn)生顯微裂紋。c.無論是非時(shí)效強(qiáng)化的合金還是時(shí)效強(qiáng)化的合金，熱影響區(qū)都表現(xiàn)出強(qiáng)化效果的損失，即軟化。焊接接頭的耐蝕性鋁合金焊接接頭的耐蝕性一般低于母材，熱處理強(qiáng)化鋁合金接頭的耐蝕性降低尤其明顯。接頭組織越不均勻，越易降低耐蝕性。焊縫金屬的純度和致密性也是影響接頭耐蝕性的因素。雜質(zhì)較多、晶粒粗大以及脆性相析出等，耐蝕性會(huì)明顯下降，不僅產(chǎn)生局部表面腐蝕，而且會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。焊接應(yīng)力更是影響鋁合金耐蝕性的敏感因素。改善措施：a.改善接頭組織成分的不均勻性主要是通過焊接材料使焊縫合金化，細(xì)化晶粒并防止缺陷；同時(shí)通過限制焊接熱輸入以減少熱影響區(qū)，并防止過熱。b.消除焊接應(yīng)力表面拉應(yīng)力可以采用局部錘擊的辦法來消除；焊后熱處理有良好效果。c.采取保護(hù)措施例如陽極氧化處理或者是涂層等。5.鋁及鋁合金的焊接工藝工藝特點(diǎn)：①從物理性能上分析：α大、λ大、T熔?。?60℃）、高溫強(qiáng)度小，焊接困難。需采用能量集中的熱源；采用墊板和夾具，防止焊接變形。由固態(tài)變液態(tài)，無顏色變化，難以確定坡口是否熔化。同時(shí)Mg、Zn、Mn易揮發(fā)，影響焊縫性能②從化學(xué)性能上分析：Al易氧化，表面形成難熔的氧化膜，易夾雜，同時(shí)易吸水造成氣孔。需焊前清理，焊中保護(hù)，焊后清除殘?jiān)＃?）焊接方法鋁及鋁合金具有良好的冷熱加工性能和焊接性，可以采用常規(guī)的熔焊方法進(jìn)行焊接。常用的焊接方法有氬弧焊、等離子弧焊接、電阻焊和電子束焊等。也可采用冷壓焊、超聲波焊、釬焊等。熱功率大、能量集中和保護(hù)效果好的焊接方法對(duì)鋁及鋁合金的焊接較為合適。氣焊和電弧焊在鋁合金焊接中已經(jīng)被氬弧焊取代，僅用于修復(fù)和焊接不重要的焊接結(jié)構(gòu)。.焊接材料鋁及鋁合金焊絲分為同質(zhì)焊絲和異質(zhì)焊絲兩大類。母材為純鋁、LF21、LF6、LY16和Al-Zn-Mg合金時(shí)，可以采用同質(zhì)焊絲。異質(zhì)焊絲主要是為適應(yīng)抗裂性的要求而研制的，其成分與母材有較大差異。如用高M(jìn)g焊絲焊接低Mg的Al-Mg合金，用Al-5%Mg或Al-Mg-Zn焊絲焊接Al-Zn-Mg合金，用Al-5%Si焊絲焊接Al-Cu-Mg合金等。（3）焊前清理和預(yù)熱a.化學(xué)清理效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理焊絲以及尺寸不大、批量生產(chǎn)的工件。b.機(jī)械清理先用丙酮或汽油擦洗工件表面油污，然后根據(jù)零件形狀采用切削方法，如使用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)銑刀，也可使用刮刀、銼刀等。較薄的氧化膜可用不銹鋼鋼絲刷清理，不宜采用砂紙或砂輪打磨。c.焊前預(yù)熱焊前最好不進(jìn)行預(yù)熱，因?yàn)轭A(yù)熱可加大熱影響區(qū)的寬度，降低鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能。但對(duì)厚度超過5-8mm的厚大鋁件要進(jìn)行焊前預(yù)熱，以防止變形和未焊透，減少氣孔等缺陷。（4）焊接工藝要點(diǎn)①鋁及鋁合金的氣焊氣焊主要用于厚度較薄（0.5-10mm）的鋁及鋁合金，以及對(duì)質(zhì)量要求不高或補(bǔ)焊的鋁及鋁合金鑄件。②鋁及鋁合金的鎢極氬弧焊（TIG焊）最適宜的是采用交流TIG焊和交流脈沖TIG焊。③鋁及鋁合金的熔化極氬弧焊（MIG焊）MIG焊用于焊接鋁及鋁合金通常采用直流反極性。第八章：異種材料的焊接本章需掌握的概念：焊縫稀釋：焊接過程中，母材金屬熔化，溶入焊縫后使其合金元素比例發(fā)生改變，若焊縫中合金元素的比例減小則稱為“焊縫稀釋”；若比例增加，則稱為“焊縫合金化”二、異種材料焊接性分析①物理性能差異T熔不同→焊縫熔化和結(jié)晶狀態(tài)不一致，力學(xué)性能變壞；例如：低熔點(diǎn)金屬過早熔化而發(fā)生流淌或者與高熔點(diǎn)金屬產(chǎn)生未熔合。λ不同→接頭產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和變形，焊縫及HAZ易開裂。α和C不同→熱輸入失衡．熔化不均和改變焊縫及其兩側(cè)的結(jié)晶條件。例如：熱導(dǎo)率高的金屬熱影響區(qū)寬，冷卻速度快容易淬硬，而熱導(dǎo)率低的金屬則發(fā)生過熱電磁性不同→焊接電弧不穩(wěn)，焊縫成形差例如：有磁性金屬和無磁性金屬組合，當(dāng)采用直流電弧或電子束方法焊接時(shí)會(huì)因磁場的作用，使電弧偏吹或電子束偏離其軸線(偏向磁鐵體一側(cè))，其后果是磁鐵體金屬熔化量過大，產(chǎn)生過分稀釋，或無磁性金屬根部未熔合等缺陷。力學(xué)性能不同→接頭力學(xué)性能不均勻，惡化接頭質(zhì)量。②結(jié)晶化學(xué)性能差異結(jié)晶化學(xué)性差異（晶格類型、晶格常數(shù)、原子半徑、原子外層電子結(jié)構(gòu)等）決定兩種材料在冶金學(xué)上的相容性－無限固溶、有限固溶、形成化合物、產(chǎn)生中間相以及不能形成合金。當(dāng)兩種材料液固狀態(tài)下均互溶時(shí)，可形成一種新相(固溶體)，這兩種材料之間便具有冶金“相溶性”，原則上是可焊的。例如Cu-Ni（勻晶相圖）③材料的表面狀態(tài)材料的表面狀態(tài)（表面氧化層、結(jié)晶表面層、吸附的氧離子、水分、油污、雜質(zhì)等）直接影響材料的焊接。④過渡層的控制異種金屬焊接時(shí)，必產(chǎn)生一層成分、組織、及性能與母材不同的過渡層，其性能很大程度上決定了整個(gè)接頭的性能。例如：熔合比越大，焊縫金屬與母材的差異越大，過渡層越明顯；液態(tài)熔池停留時(shí)間越長，則焊縫金屬混合越均勻，過渡層不明顯。三、異種材料焊接方法：1、熔焊：對(duì)于互溶度有限，物理化學(xué)性相差大的異種材料，熔焊元素相互擴(kuò)散導(dǎo)致接頭的成分和組織不均勻或生成脆性化合物，因此，熔焊時(shí)應(yīng)降低稀釋率，采用小電流高速焊，或在坡口一側(cè)或兩側(cè)堆焊中間合金過渡層。2、壓焊：大多數(shù)壓焊方法是對(duì)母材加熱至塑性狀態(tài)或不加熱，在一定壓力下完成焊接的，一般不存在稀釋問題。例如冷壓焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊等方法在接頭處溫度低，一般也不發(fā)生金屬間化合物，這對(duì)異種金屬焊接很有利。3、釬焊：采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。四、異種材料焊接對(duì)填充金屬的要求：1)能夠承受母材的稀釋而不產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜物以及有害的金屬間化合物；2)形成的焊縫金屬其組織和性能保持穩(wěn)定。在使用條件下不會(huì)產(chǎn)生元素的遷移，脆性相析出等不良現(xiàn)象；3)具有與母村相適應(yīng)的物理性能。如線膨脹系數(shù)介于兩母材之間；熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率盡可能相近等；4)所形成的焊縫金屬，在使用各條件下其強(qiáng)度和塑性至少與兩母材中的一種相同；其耐腐蝕性能也應(yīng)等于或超過兩母材的耐蝕性能。在具體選擇中遇到兩種母材熔化溫度相差很大時(shí)，宜選擇常用于焊接低熔點(diǎn)母材的那種填充金屬。如果用了高熔點(diǎn)填充金屬就可能受到低熔點(diǎn)母材的過分稀釋；當(dāng)兩母材線膨脹系數(shù)相差較大，除了選用線膨脹系數(shù)介于兩母材之間的填充金屬外，也可以考慮選用具有高塑性的填充金屬，緩解因溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。五、焊接材料選取的一般原則：1.保證焊接接頭的使用性能，可根據(jù)接頭兩側(cè)焊接性較差或強(qiáng)度較低的材料選擇。如異種P鋼的焊接，按強(qiáng)度較低一側(cè)母材的要求選焊接材料，焊縫熔敷金屬成分與強(qiáng)度較低一側(cè)母材成分接近，焊縫熱強(qiáng)性≥母材。2.焊縫具有一定的致密性和良好的工藝性能4.保證焊縫金屬具有所要求的特性，如熱強(qiáng)性、耐熱性、耐蝕性和耐磨性等。如低合金鋼和不銹鋼的焊接，選用焊絲應(yīng)具有較高的抗裂和抗蝕性。5.加能形成中間過渡層的焊接材料：如陶瓷與金屬的焊接，一般應(yīng)加入中間過渡層，對(duì)兩母材的性能差異起緩沖作用。六、異種鋼的焊接性分析（1）焊縫成分的稀釋稀釋或合金化的程度取決于焊縫熔合比，基體金屬（母材）熔入焊縫后使其合金元素比例減小稱為“稀釋”。原因：珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時(shí)，母材熱導(dǎo)率不同，兩者熔化量不同，造成珠光體鋼一側(cè)焊縫的稀釋，焊縫的成分和組織發(fā)生變化。措施：采用合適的坡口設(shè)計(jì)，相應(yīng)的填充材料，較小的焊接熱輸入，從而控制焊縫熔合比及焊縫成分。熔合比越小，焊接裂紋的敏感性越低，焊縫金屬的力學(xué)性能越可控。（2）熔合過渡區(qū)馬氏體脆性層：原因：珠光體與奧氏體異種鋼焊縫中Cr、Ni元素向珠光體母材一側(cè)擴(kuò)散，而鄰近的母材中C由于受Cr的親和作用向焊縫中擴(kuò)散，導(dǎo)致熔合區(qū)的成分呈濃度梯度變化，這種成分上的過渡變化區(qū)是因熔池凝固特性造成的，故稱為凝固過渡層，當(dāng)該過渡層Nieq低于5%，即產(chǎn)生高硬的馬氏體脆性層。危害：熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體脆性層導(dǎo)致異種鋼接頭塑性和韌性降低。熔合區(qū)馬氏體脆性層的寬度與焊接工藝和填充材料等有關(guān)防止措施：①采用合適的焊接工藝，減小熔合區(qū)的寬度。采用高Ni含量、低Cr含量的焊條（奧氏體化能力強(qiáng)），減小馬氏體層的寬度。奧氏體化能力↑→Nieq↑→脆性層↓碳遷移擴(kuò)散層：定義：異種鋼焊接或焊后回火處理以后，存在碳的擴(kuò)散遷移，碳從低合金母材向高合金的焊縫中遷移，在低合金一側(cè)的母材上形成脫碳層，在高合金焊縫一側(cè)形成增碳層。這種脫碳層和增碳層總稱為碳遷移過渡層。形成原因：①碳原子擴(kuò)散能力很強(qiáng)，其擴(kuò)散性比其它溶質(zhì)元素大104～106倍。②在所有溫度下，碳在α－Fe中的擴(kuò)散活動(dòng)能力比在γ－Fe中大③碳在液態(tài)鐵中的溶解度大于固態(tài)鐵中的溶解度④奧氏體組織的焊縫含有更多的碳化物形成元素。（Cr與C形成Cr23C6化合物）危害：①靠近珠光體鋼一側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與內(nèi)部焊縫金屬成分不同的過渡層，降低熔合區(qū)塑性。②在靠近熔合區(qū)的珠光體鋼一側(cè)出現(xiàn)脫碳層（鐵素體）而軟化，在焊縫側(cè)出現(xiàn)增碳層而硬化。③隨著碳擴(kuò)散的發(fā)展，接頭在熔合區(qū)發(fā)生脆性斷裂的傾向增大。④在高溫下長期運(yùn)行過程中，在脫碳層上還容易產(chǎn)生晶間腐蝕。防止措施：1、采用過渡層；2、采用中間過渡段；3、采用Ni含量高的填充材料。（后面的工藝部分會(huì)具體講解）（3）焊接接頭的殘余應(yīng)力異種鋼接頭在回火加熱時(shí)發(fā)生了應(yīng)力松弛過程，但在隨后冷卻過程中，隨著彈性性能的恢復(fù)，異種鋼焊接接頭不均勻的熱收縮性會(huì)重新引起殘余應(yīng)力，這屬于“回火殘余應(yīng)力”。產(chǎn)生原因：珠光體鋼與奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)不同，在20~600℃危害：異種鋼接頭區(qū)殘余應(yīng)力的存在是影響接頭強(qiáng)度和使用性能的重要原因。特別是奧氏體鋼與珠光體鋼異種接頭在周期性加熱和冷卻條件下工作時(shí)承受嚴(yán)重的熱交變應(yīng)力，結(jié)果沿珠光體鋼一側(cè)熔合區(qū)產(chǎn)生熱疲勞裂紋，并沿著弱化了的脫碳層擴(kuò)展，導(dǎo)致接頭過早斷裂。防止措施：①應(yīng)盡量選用線膨脹系數(shù)介于珠光體鋼與奧氏體鋼之間的鎳基合金作為焊接材料，可以減輕熱應(yīng)力的產(chǎn)生。②此外，由于碳鋼或低合金鋼通過塑性變形降低應(yīng)力的能力較弱，高溫應(yīng)力集中在奧氏體鋼母材金屬一側(cè)有利。故應(yīng)選用線膨脹系數(shù)接近低合金鋼的鎳基填充材料。陶瓷與金屬的焊接陶瓷的定義：陶瓷是指以各種金屬的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物為原料，經(jīng)適當(dāng)配料、成形和高溫?zé)Y(jié)等人工合成的無機(jī)非金屬材料。性能：1、陶瓷有離子鍵或共價(jià)鍵構(gòu)成的多晶體，具有方向性，滑移小，脆性大2、離子