現(xiàn)代焊接及連接工程學(xué)(章3)

1、現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)Modern Welding and Joining Engineering2現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.1 先進(jìn)材料發(fā)展概述先進(jìn)材料發(fā)展概述3.1.1 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料 1) 1) 通過(guò)控軋、控冷、控制雜質(zhì)含量以及微合金化等措施生產(chǎn)出高強(qiáng)、通過(guò)控軋、控冷、控制雜質(zhì)含量以及微合金化等措施生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌和抗裂性能好的高強(qiáng)鋼。高韌和抗裂性能好的高強(qiáng)鋼。 2) 2) 通過(guò)定向結(jié)晶、單晶化和微晶化等控制凝固技術(shù)獲得的高級(jí)合金。通過(guò)定向結(jié)晶、單晶化和微晶化等控制凝固技術(shù)獲得的高級(jí)合金。 3) 3) 通過(guò)快速冷卻獲得非晶態(tài)金屬、微晶和納米晶。通過(guò)快速冷

2、卻獲得非晶態(tài)金屬、微晶和納米晶。 4) 4) 通過(guò)機(jī)械合金化生產(chǎn)出具有優(yōu)異性能的新型合金，如高熔點(diǎn)氧化通過(guò)機(jī)械合金化生產(chǎn)出具有優(yōu)異性能的新型合金，如高熔點(diǎn)氧化物彌散強(qiáng)化超級(jí)合金，表面納米化材料。物彌散強(qiáng)化超級(jí)合金，表面納米化材料。 5) 5) 通過(guò)合金成分設(shè)計(jì)及微量元素控制獲得的新型合金，如高比強(qiáng)度通過(guò)合金成分設(shè)計(jì)及微量元素控制獲得的新型合金，如高比強(qiáng)度鋁鋰合金，高熔點(diǎn)、抗氧化和低密度的金屬間化合物高溫合金等。鋁鋰合金，高熔點(diǎn)、抗氧化和低密度的金屬間化合物高溫合金等。第三章第三章 先進(jìn)材料的焊接性和質(zhì)量控制先進(jìn)材料的焊接性和質(zhì)量控制 Chapter 3 Weldability and Qual

3、ity Control for Advanced MaterialsWeldability and Quality Control for Advanced Materials3現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.1.2 先進(jìn)陶瓷先進(jìn)陶瓷 在組成、性能、制造工藝以及應(yīng)用等方面與傳統(tǒng)陶瓷截然不同。在組成、性能、制造工藝以及應(yīng)用等方面與傳統(tǒng)陶瓷截然不同。由原來(lái)的由原來(lái)的SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、MgOMgO等發(fā)展到了等發(fā)展到了Si Si3 3N N4 4、SiCSiC和和ZrOZrO2 2。具有特。具有特定的精細(xì)結(jié)構(gòu)和性能。這類(lèi)陶瓷又稱(chēng)定的精細(xì)結(jié)構(gòu)和性能。這類(lèi)陶瓷又稱(chēng)精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷。 根

4、據(jù)用途分為根據(jù)用途分為結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。功能陶瓷功能陶瓷使用最廣，使用最廣，除具有各種特殊電性能和磁性能外，還有對(duì)聲、光、熱、壓力等敏除具有各種特殊電性能和磁性能外，還有對(duì)聲、光、熱、壓力等敏感的陶瓷，在發(fā)展高新技術(shù)中占有極為重要的地位，產(chǎn)量約占精細(xì)感的陶瓷，在發(fā)展高新技術(shù)中占有極為重要的地位，產(chǎn)量約占精細(xì)陶瓷的陶瓷的9090。結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷由于高強(qiáng)度、耐磨、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)異由于高強(qiáng)度、耐磨、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)異特性而受到重視。與金屬和高分子材料相比，突出優(yōu)點(diǎn)就是能耐更特性而受到重視。與金屬和高分子材料相比，突出優(yōu)點(diǎn)就是能耐更高溫度，由于脆性限制了應(yīng)用。

5、目前做機(jī)械零件和切削刀具。高溫度，由于脆性限制了應(yīng)用。目前做機(jī)械零件和切削刀具。4現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.1.3 先進(jìn)復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料1) 1) 樹(shù)脂基復(fù)合材料樹(shù)脂基復(fù)合材料 由碳纖維和芳酰胺纖維等高性能纖維增強(qiáng)的耐熱性好的熱固由碳纖維和芳酰胺纖維等高性能纖維增強(qiáng)的耐熱性好的熱固性和熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。主要特點(diǎn)：高比強(qiáng)、高彈性模量、性和熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料。主要特點(diǎn)：高比強(qiáng)、高彈性模量、低膨脹系數(shù)、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)異的減振性和抗疲勞性能。低膨脹系數(shù)、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)異的減振性和抗疲勞性能。2) 2) 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 除了高強(qiáng)度、高彈性模量和低膨脹系數(shù)，與樹(shù)脂基復(fù)合材

6、料除了高強(qiáng)度、高彈性模量和低膨脹系數(shù)，與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，還具有優(yōu)良的韌性，抗沖擊，耐熱性高，橫向力學(xué)性能好，相比，還具有優(yōu)良的韌性，抗沖擊，耐熱性高，橫向力學(xué)性能好，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，耐輻射，高真空環(huán)境性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其中鋁導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，耐輻射，高真空環(huán)境性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其中鋁基復(fù)合材料發(fā)展最成熟，已成功用于航空航天和汽車(chē)制造業(yè)。目基復(fù)合材料發(fā)展最成熟，已成功用于航空航天和汽車(chē)制造業(yè)。目前正在研究鈦基復(fù)合材料以及能耐更高溫度的鎳基、金屬間化合前正在研究鈦基復(fù)合材料以及能耐更高溫度的鎳基、金屬間化合物基等復(fù)合材料。物基等復(fù)合材料。5現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3) 3) 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料

7、 陶瓷基復(fù)合材料中的纖維主要通過(guò)分散裂紋前端的應(yīng)力集中，陶瓷基復(fù)合材料中的纖維主要通過(guò)分散裂紋前端的應(yīng)力集中，改變裂紋走向和終止裂紋擴(kuò)展，起補(bǔ)強(qiáng)增韌作用。由于陶瓷基復(fù)改變裂紋走向和終止裂紋擴(kuò)展，起補(bǔ)強(qiáng)增韌作用。由于陶瓷基復(fù)合材料要求在更高溫度下使用，對(duì)增韌材料、成形工藝及界面設(shè)合材料要求在更高溫度下使用，對(duì)增韌材料、成形工藝及界面設(shè)計(jì)要求更高。這類(lèi)復(fù)合材料離實(shí)用化還有距離。計(jì)要求更高。這類(lèi)復(fù)合材料離實(shí)用化還有距離。4) 4) 碳碳- -碳復(fù)合材料碳復(fù)合材料 碳碳- -碳復(fù)合材料已不僅是一種很好的防燒蝕防熱材料和耐高溫、碳復(fù)合材料已不僅是一種很好的防燒蝕防熱材料和耐高溫、抗磨損材料，經(jīng)滲硅處理后

8、已具有一定的抗氧化能力，成功用于抗磨損材料，經(jīng)滲硅處理后已具有一定的抗氧化能力，成功用于航天飛機(jī)作為能重復(fù)使用的熱結(jié)構(gòu)材料。但強(qiáng)度和抗氧化性能還航天飛機(jī)作為能重復(fù)使用的熱結(jié)構(gòu)材料。但強(qiáng)度和抗氧化性能還不夠理想，主要受防護(hù)層抗氧化能力的限制。一旦這一問(wèn)題有所不夠理想，主要受防護(hù)層抗氧化能力的限制。一旦這一問(wèn)題有所突破，將成為能在突破，將成為能在20002000以上長(zhǎng)期工作的最好的耐熱結(jié)構(gòu)材料。以上長(zhǎng)期工作的最好的耐熱結(jié)構(gòu)材料。6現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.2 低合金高強(qiáng)鋼焊接低合金高強(qiáng)鋼焊接 -Welding of High Strength Low Alloy Steels 低合金鋼高強(qiáng)鋼簡(jiǎn)稱(chēng)低合

9、金鋼高強(qiáng)鋼簡(jiǎn)稱(chēng)HSLAHSLA鋼，在碳鋼基礎(chǔ)上加上總量不超過(guò)鋼，在碳鋼基礎(chǔ)上加上總量不超過(guò)5%5%的合金元素，一般不超過(guò)的合金元素，一般不超過(guò)3%3%。常常也指微合金化鋼。常常也指微合金化鋼。HSLAHSLA鋼的屈服鋼的屈服強(qiáng)度一般在強(qiáng)度一般在50130ksi50130ksi（350900MPa350900MPa），其用途十分廣泛：），其用途十分廣泛： 容器以容器以“R”R”表示，如表示，如16Mn 16Mn 16MnR 16MnR； 橋梁以橋梁以“q”q”表示，如表示，如16Mn 16Mn 16Mnq 16Mnq； 管線鋼以管線鋼以“X”X”打頭，打頭，X42X42X120X120； 海洋船

10、舶結(jié)構(gòu)；海洋船舶結(jié)構(gòu)； 建筑用鋼；建筑用鋼； 低溫用鋼；低溫用鋼； 高、中溫用鋼；高、中溫用鋼；7現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué) 鋼中雜質(zhì)元素主要是鋼中雜質(zhì)元素主要是S S、P P、OO、N N、H H及五害元素及五害元素PbPb（鉛）、（鉛）、SnSn（錫）、（錫）、AsAs（砷）、（砷）、SbSb（銻）、（銻）、Bi Bi（鉍）（鉍）。u 80 80年代第一代微合金沉淀硬化鋼（高強(qiáng)韌鋼）：純度年代第一代微合金沉淀硬化鋼（高強(qiáng)韌鋼）：純度N+O+P+SN+O+P+S 150ppm150ppm，細(xì)晶粒，細(xì)晶粒10-1510-15 mm，微碳微碳200-1000ppm200-1000ppm，微量微量Nb+

11、V+TiNb+V+Ti 150ppm150ppm。形成形成3-10nm3-10nm的彌散沉淀相；的彌散沉淀相；P Pcmcm 0.250.25。u 90 90年代，微合金高強(qiáng)高韌鋼：純度年代，微合金高強(qiáng)高韌鋼：純度N+O+P+SN+O+P+S 150ppm150ppm，晶，晶粒粒3-83-8 mm；CC 500ppm500ppm；P Pcmcm 0.200.20；u 目前，超純、超細(xì)、高均勻性的超級(jí)鋼研究有可能成為本世紀(jì)目前，超純、超細(xì)、高均勻性的超級(jí)鋼研究有可能成為本世紀(jì)的主要結(jié)構(gòu)用鋼：的主要結(jié)構(gòu)用鋼：S+O+P+NS+O+P+N 100ppm 100ppm，晶粒，晶粒2-52-5 mm。u

12、 軋制工藝發(fā)展趨勢(shì)：一般熱軋軋制工藝發(fā)展趨勢(shì)：一般熱軋控軋控軋TMCPTMCPF F區(qū)軋制。區(qū)軋制。8現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.2.1 焊接性試驗(yàn)焊接性試驗(yàn))(%)(51)(15161VMoCrCuNiMnCCeqBVMoNiCuCrMnSiCPCM5101151601)(201301*CM111111PCSi(MnCrCu)NiMoVNb23B30206015321、根據(jù)化學(xué)成分進(jìn)行焊接性評(píng)定根據(jù)化學(xué)成分進(jìn)行焊接性評(píng)定 焊接熱影響區(qū)硬度和冷裂傾向與鋼材化學(xué)成分有密切關(guān)系。焊接熱影響區(qū)硬度和冷裂傾向與鋼材化學(xué)成分有密切關(guān)系。IIWIIW規(guī)規(guī)定的碳當(dāng)量的公式定的碳當(dāng)量的公式是以是以4040年代生產(chǎn)

13、的鋼為基礎(chǔ)建立起來(lái)的年代生產(chǎn)的鋼為基礎(chǔ)建立起來(lái)的： 6060年代出現(xiàn)了焊接性良好的低碳低合金鋼與微合金化的高強(qiáng)鋼，年代出現(xiàn)了焊接性良好的低碳低合金鋼與微合金化的高強(qiáng)鋼，ItoIto提出了冷裂敏感指數(shù)提出了冷裂敏感指數(shù)P PCMCM公式：公式： TMCPTMCP鋼的出現(xiàn)考慮了鋼的出現(xiàn)考慮了NbNb、B B影響，影響，19851985年年ItoIto提出新的提出新的P PCMCM公式：公式：9現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)2、熱影響區(qū)最高硬度法熱影響區(qū)最高硬度法 判斷鋼材的淬硬傾向與冷裂紋敏感性。判斷鋼材的淬硬傾向與冷裂紋敏感性。 試板標(biāo)準(zhǔn)厚度為試板標(biāo)準(zhǔn)厚度為20mm20mm，長(zhǎng)、寬為，長(zhǎng)、寬為200mm2

14、00mm、75mm75mm。采用。采用 4.0mm4.0mm焊條，焊接電流焊條，焊接電流170170 10A10A，焊接速度，焊接速度150150 10 mm10 mm/min/min。寬度寬度75mm75mm的試件在室溫下焊接，如硬度超標(biāo)，則采用寬度的試件在室溫下焊接，如硬度超標(biāo)，則采用寬度150mm150mm的試件并進(jìn)行預(yù)熱焊接。試件焊后放置的試件并進(jìn)行預(yù)熱焊接。試件焊后放置1212小時(shí)以上切開(kāi)。小時(shí)以上切開(kāi)。 采用采用HVHV法法, , 測(cè)點(diǎn)間距測(cè)點(diǎn)間距0.5mm0.5mm。在硬度較低區(qū)域，可適當(dāng)放寬測(cè)定在硬度較低區(qū)域，可適當(dāng)放寬測(cè)定間距。硬度測(cè)定線必須與焊縫剖面間距。硬度測(cè)定線必須與焊

15、縫剖面熔合線相切。熔合線相切。10現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3、斜、斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)法型坡口焊接裂紋試驗(yàn)法 采用規(guī)定材料和溫度，檢測(cè)試驗(yàn)焊縫表面、根部和斷面裂紋數(shù)量，采用規(guī)定材料和溫度，檢測(cè)試驗(yàn)焊縫表面、根部和斷面裂紋數(shù)量，計(jì)算裂紋率，評(píng)價(jià)低合金高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性。裂紋率計(jì)算裂紋率，評(píng)價(jià)低合金高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性。裂紋率低于低于20%20%時(shí)認(rèn)為實(shí)際試件不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。時(shí)認(rèn)為實(shí)際試件不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。11現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)4、窗形拘束裂紋試驗(yàn)法、窗形拘束裂紋試驗(yàn)法 評(píng)定低合金鋼多層焊時(shí)焊縫的橫向裂紋敏感性（包括熱裂紋和冷評(píng)定低合金鋼多層焊時(shí)焊縫的橫向裂紋敏感性（包括熱裂紋

16、和冷裂紋裂紋) )，可作為選擇焊接材料和施焊工藝的試驗(yàn)方法。試件為兩塊，可作為選擇焊接材料和施焊工藝的試驗(yàn)方法。試件為兩塊500500 180mm180mm鋼板，先焊在窗口部位，然后用在坡口兩面填滿(mǎn)焊縫。鋼板，先焊在窗口部位，然后用在坡口兩面填滿(mǎn)焊縫。 焊后放置焊后放置4848小時(shí)以上，取下試板用小時(shí)以上，取下試板用X X射線探傷。再把試板沿焊縫射線探傷。再把試板沿焊縫金屬縱向剖開(kāi)，磨片后在縱斷面上檢查裂紋。評(píng)定方法一般以裂紋有金屬縱向剖開(kāi)，磨片后在縱斷面上檢查裂紋。評(píng)定方法一般以裂紋有無(wú)為據(jù)，亦可按斷面裂紋率進(jìn)行計(jì)算。無(wú)為據(jù)，亦可按斷面裂紋率進(jìn)行計(jì)算。12現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.2.2 焊縫

17、金屬的韌性控制焊縫金屬的韌性控制 焊縫是化學(xué)冶金與物理冶金的綜合產(chǎn)物。熔化焊接的特點(diǎn)：焊縫是化學(xué)冶金與物理冶金的綜合產(chǎn)物。熔化焊接的特點(diǎn)：（1 1）溫度高：弧柱溫度）溫度高：弧柱溫度5000-80005000-8000 CC；熔滴金屬的平均溫度；熔滴金屬的平均溫度2100-22002100-2200 CC；熔池溫度；熔池溫度1600-20001600-2000 CC；熔渣溫度；熔渣溫度16001600 CC。（2 2）焊接冶金過(guò)程分區(qū)進(jìn)行（分區(qū)連續(xù)反應(yīng)）：藥皮反應(yīng)區(qū)（造）焊接冶金過(guò)程分區(qū)進(jìn)行（分區(qū)連續(xù)反應(yīng)）：藥皮反應(yīng)區(qū)（造渣反應(yīng)區(qū)）；熔滴反應(yīng)區(qū)；熔池反應(yīng)區(qū)。渣反應(yīng)區(qū)）；熔滴反應(yīng)區(qū)；熔池反應(yīng)區(qū)。

18、（3 3）反應(yīng)界面大；）反應(yīng)界面大；（4 4）反應(yīng)過(guò)程短促，達(dá)不到平衡狀態(tài)；）反應(yīng)過(guò)程短促，達(dá)不到平衡狀態(tài)；（5 5）熔池的對(duì)流與攪拌。）熔池的對(duì)流與攪拌。 對(duì)于快速反應(yīng)的小熔池，化學(xué)冶金基本采用大冶金數(shù)據(jù)，不準(zhǔn)對(duì)于快速反應(yīng)的小熔池，化學(xué)冶金基本采用大冶金數(shù)據(jù)，不準(zhǔn)確，已出現(xiàn)數(shù)值模擬方法。下面主要介紹物理冶金方面內(nèi)容。確，已出現(xiàn)數(shù)值模擬方法。下面主要介紹物理冶金方面內(nèi)容。13現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)1 1、低合金鋼焊接接頭區(qū)域組成、低合金鋼焊接接頭區(qū)域組成（1 1）混合區(qū)）混合區(qū)1 1：焊縫金屬的主要部分，：焊縫金屬的主要部分，由填充金屬與熔化母材混合形成。由填充金屬與熔化母材混合形成。（2 2）

19、未混合區(qū)）未混合區(qū)2 2：未與填充金屬相混：未與填充金屬相混的熔化母材。是各種裂紋的發(fā)源地，的熔化母材。是各種裂紋的發(fā)源地，如液化裂紋，氫致裂紋等，韌性很差。如液化裂紋，氫致裂紋等，韌性很差。（3 3）部分熔化區(qū)）部分熔化區(qū)3 3：對(duì)于異種鋼來(lái)說(shuō)，除了未混合區(qū)與部分熔化區(qū)以：對(duì)于異種鋼來(lái)說(shuō)，除了未混合區(qū)與部分熔化區(qū)以外，還會(huì)存在一稀釋過(guò)渡區(qū)，在該區(qū)中可能出現(xiàn)脆性的馬氏體組織，外，還會(huì)存在一稀釋過(guò)渡區(qū)，在該區(qū)中可能出現(xiàn)脆性的馬氏體組織，有的還會(huì)出現(xiàn)冷裂紋。該區(qū)與熱影響區(qū)的交界稱(chēng)為有的還會(huì)出現(xiàn)冷裂紋。該區(qū)與熱影響區(qū)的交界稱(chēng)為熔合線熔合線5 5。（4 4）熱影響區(qū)）熱影響區(qū)4 4：包括粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)

20、、不完全重結(jié)晶區(qū)、回火或時(shí)：包括粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)、回火或時(shí)效脆化區(qū)。效脆化區(qū)。14現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)2、焊縫金屬的組織形態(tài)及定義、焊縫金屬的組織形態(tài)及定義（1 1）初共析鐵素體）初共析鐵素體( (簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)PFPF，Primary Ferrite)Primary Ferrite)：在原奧氏體晶界或：在原奧氏體晶界或晶內(nèi)首先形成的組織，形成溫度晶內(nèi)首先形成的組織，形成溫度1000-6501000-650 CC。如在晶界形成，稱(chēng)晶。如在晶界形成，稱(chēng)晶界鐵素體界鐵素體GBFGBF。如在晶內(nèi)形成，稱(chēng)晶內(nèi)多角形鐵素體。如在晶內(nèi)形成，稱(chēng)晶內(nèi)多角形鐵素體IPFIPF。（2 2）側(cè)板條鐵素體）側(cè)

21、板條鐵素體( (簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)FSFS，F(xiàn)errite Side Plate)Ferrite Side Plate)：形成溫度：形成溫度750-750-650650 CC，如板條間含排列的第二相，如，如板條間含排列的第二相，如M-AM-A組元，則稱(chēng)組元，則稱(chēng)FS(A)FS(A)。包括。包括魏氏組織、上貝氏體與粒狀貝氏體等組織。側(cè)向板條一般從晶界往魏氏組織、上貝氏體與粒狀貝氏體等組織。側(cè)向板條一般從晶界往晶內(nèi)生長(zhǎng)。晶內(nèi)生長(zhǎng)。（3 3）針狀鐵素體）針狀鐵素體( (簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)AFAF，Acicular Ferrite)Acicular Ferrite)：比較細(xì)小，長(zhǎng)寬比約：比較細(xì)小，長(zhǎng)寬比約4:14:1，寬

22、度為，寬度為1-31-3 mm。在奧氏體晶內(nèi)形成，形成溫度在。在奧氏體晶內(nèi)形成，形成溫度在650650 CC以下。以下。通過(guò)第二相質(zhì)點(diǎn)或夾雜形核，也可以在已形成的鐵素體上形核。通過(guò)第二相質(zhì)點(diǎn)或夾雜形核，也可以在已形成的鐵素體上形核。（4 4）含碳化物的鐵素體：如上貝氏體，下貝氏體及珠光體。）含碳化物的鐵素體：如上貝氏體，下貝氏體及珠光體。（5 5）馬氏體）馬氏體 15現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3、焊縫金屬韌性的影響因素、焊縫金屬韌性的影響因素 A A）焊縫金屬凝固組織）焊縫金屬凝固組織 受溶質(zhì)濃度、溫度梯度及凝固速度影響，焊縫一般為粗大胞狀受溶質(zhì)濃度、溫度梯度及凝固速度影響，焊縫一般為粗大胞狀晶、胞

23、狀枝晶或柱狀枝晶。細(xì)化晶粒是改善焊縫性能最有效辦法。晶、胞狀枝晶或柱狀枝晶。細(xì)化晶粒是改善焊縫性能最有效辦法?？衫每衫米冑|(zhì)劑、振動(dòng)法、電磁攪拌變質(zhì)劑、振動(dòng)法、電磁攪拌等方法來(lái)細(xì)化晶粒。等方法來(lái)細(xì)化晶粒。 由于焊縫的結(jié)晶是聯(lián)生生長(zhǎng)，阻止由于焊縫的結(jié)晶是聯(lián)生生長(zhǎng)，阻止或減少母材過(guò)熱區(qū)晶粒長(zhǎng)大的因素直接或減少母材過(guò)熱區(qū)晶粒長(zhǎng)大的因素直接影響焊縫晶粒大小，加微量元素影響焊縫晶粒大小，加微量元素Ti Ti的鋼，的鋼，過(guò)熱區(qū)晶粒細(xì)化。減少焊接熱輸入也能過(guò)熱區(qū)晶粒細(xì)化。減少焊接熱輸入也能減少過(guò)熱區(qū)晶粒的長(zhǎng)大。減少過(guò)熱區(qū)晶粒的長(zhǎng)大。 在多層焊中，下層焊縫部分區(qū)域已看不清柱狀晶的特征，即采在多層焊中，下層焊

24、縫部分區(qū)域已看不清柱狀晶的特征，即采用用多層焊多層焊能使焊縫組織得到一定程度的細(xì)化。能使焊縫組織得到一定程度的細(xì)化。結(jié)束結(jié)束 開(kāi)始開(kāi)始16現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)B）化學(xué)成分的影響）化學(xué)成分的影響碳碳：嚴(yán)格控制焊縫中的含碳量。嚴(yán)格控制焊縫中的含碳量。錳：錳：既是脫氧元素，又可提高強(qiáng)度。降低固態(tài)相變溫度、增加焊縫既是脫氧元素，又可提高強(qiáng)度。降低固態(tài)相變溫度、增加焊縫中針狀鐵素體含量，一定范圍內(nèi)可改善焊縫韌性。中針狀鐵素體含量，一定范圍內(nèi)可改善焊縫韌性。硅：硅：脫氧元素。大于脫氧元素。大于0.5%0.5%損害韌性。損害韌性。鉬：鉬：增加針狀鐵素體含量，改善焊縫金屬韌性。增加針狀鐵素體含量，改善焊縫金屬

25、韌性。鎳：鎳：細(xì)化焊縫組織，改善低合金鋼焊縫韌性，特別是低溫韌性。細(xì)化焊縫組織，改善低合金鋼焊縫韌性，特別是低溫韌性。鈦和硼鈦和硼：微量微量Ti Ti和和B B對(duì)焊縫金屬韌性有很大影響，出現(xiàn)加對(duì)焊縫金屬韌性有很大影響，出現(xiàn)加Ti Ti、B B的高的高韌性焊材。最佳含量韌性焊材。最佳含量Ti Ti為為0.01-0.05%0.01-0.05%，B B為為0.001-0.003%0.001-0.003%。Ti Ti在熔池中形成在熔池中形成TiOTiO成為針狀鐵素體形核核心，保護(hù)成為針狀鐵素體形核核心，保護(hù)B B不被氧化與不被氧化與N N化?； B與與N N形成形成BNBN，減少自由氮含量，阻止晶

26、界鐵素體形成。，減少自由氮含量，阻止晶界鐵素體形成。17現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)鈮與釩鈮與釩：造成回火脆性。：造成回火脆性。氣體元素氣體元素：焊縫中的氣體元素主要是：焊縫中的氣體元素主要是氮和氧氮和氧。N N對(duì)韌性有害影響的對(duì)韌性有害影響的原因之一是促進(jìn)了含原因之一是促進(jìn)了含M-AM-A組元的片狀組織產(chǎn)生。組元的片狀組織產(chǎn)生。OO與許多合金元素與許多合金元素形成第二相夾雜，降低了由微孔聚合引起的延性斷裂的抗力。形成第二相夾雜，降低了由微孔聚合引起的延性斷裂的抗力。夾雜夾雜：鋼中的夾雜物將降低它抗裂紋的擴(kuò)展能力。但焊縫中的夾雜：鋼中的夾雜物將降低它抗裂紋的擴(kuò)展能力。但焊縫中的夾雜起著雙重的作用。焊縫

27、中的夾雜來(lái)不及長(zhǎng)大，密度也比鋼材中高得起著雙重的作用。焊縫中的夾雜來(lái)不及長(zhǎng)大，密度也比鋼材中高得多，在一定程度上有利于針狀鐵素體的形成，如多，在一定程度上有利于針狀鐵素體的形成，如TiOTiO夾雜。夾雜。母材成分母材成分：母材中的一些元素將進(jìn)入焊縫中（特別是埋弧焊母材的：母材中的一些元素將進(jìn)入焊縫中（特別是埋弧焊母材的稀釋率可達(dá)稀釋率可達(dá)50%50%），要考慮可能進(jìn)入的），要考慮可能進(jìn)入的CC、Si Si、NbNb、V V等對(duì)焊縫性能等對(duì)焊縫性能的影響。的影響。18現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)CC）焊接工藝的影響）焊接工藝的影響熱輸入熱輸入：一般來(lái)說(shuō)，焊接熱輸入偏小對(duì)焊縫韌性有益。：一般來(lái)說(shuō)，焊接熱輸

28、入偏小對(duì)焊縫韌性有益。預(yù)熱與層間溫度預(yù)熱與層間溫度：對(duì)焊縫韌性的影響并不清晰。過(guò)高的預(yù)熱溫度與：對(duì)焊縫韌性的影響并不清晰。過(guò)高的預(yù)熱溫度與層間溫度會(huì)產(chǎn)生粗大的晶粒而使韌性變壞。層間溫度會(huì)產(chǎn)生粗大的晶粒而使韌性變壞。根部焊道根部焊道：韌性最差，施工中常把根部焊道全部清除。原因是：韌性最差，施工中常把根部焊道全部清除。原因是：1 1）由后繼焊道施加的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效；由后繼焊道施加的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效；2 2）母材的稀釋量大；）母材的稀釋量大；3 3）冷卻速）冷卻速度過(guò)快。度過(guò)快。4 4）背面保護(hù)效果差。）背面保護(hù)效果差。熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化：與焊接過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變、鋼中的自由：與焊接過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)

29、變、鋼中的自由CC、N N原原子的數(shù)量等因素有關(guān)。子的數(shù)量等因素有關(guān)。19現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)4、焊縫金屬韌性控制措施、焊縫金屬韌性控制措施1）選用合適的焊材選用合適的焊材 低合金鋼焊接一般根據(jù)強(qiáng)度的匹配來(lái)選用焊低合金鋼焊接一般根據(jù)強(qiáng)度的匹配來(lái)選用焊 接材料，不同廠家生產(chǎn)的同一類(lèi)型的焊條韌性會(huì)有差別。接材料，不同廠家生產(chǎn)的同一類(lèi)型的焊條韌性會(huì)有差別。2 2）選擇合適的焊接熱輸入）選擇合適的焊接熱輸入 焊接熱輸入不宜偏高，但焊接熱輸入焊接熱輸入不宜偏高，但焊接熱輸入 過(guò)小，生產(chǎn)率低，也易造成工藝缺陷。過(guò)小，生產(chǎn)率低，也易造成工藝缺陷。3 3）選擇合適預(yù)熱溫度與層間溫度。）選擇合適預(yù)熱溫度與層間溫

30、度。4 4）選擇合適的焊層厚度）選擇合適的焊層厚度 一般焊層厚度控制在一般焊層厚度控制在3-4mm3-4mm左右。左右。5 5）選擇合適的焊后熱處理制度。）選擇合適的焊后熱處理制度。6 6）控制電弧長(zhǎng)度）控制電弧長(zhǎng)度 電弧過(guò)長(zhǎng)，合金元素?zé)龘p大，氣體污染嚴(yán)重。電弧過(guò)長(zhǎng)，合金元素?zé)龘p大，氣體污染嚴(yán)重。7 7）仔細(xì)清除焊根）仔細(xì)清除焊根 除了清除缺陷外，把打底焊道全部清理干凈。除了清除缺陷外，把打底焊道全部清理干凈。8 8）焊前仔細(xì)清理坡口。）焊前仔細(xì)清理坡口。20現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.2.4 焊接熱影響區(qū)（粗晶區(qū)）韌性控制焊接熱影響區(qū)（粗晶區(qū)）韌性控制1 1、熱影響區(qū)相變特點(diǎn)及產(chǎn)物、熱影響區(qū)相變

31、特點(diǎn)及產(chǎn)物1 1）加熱速度高。電弧焊時(shí)，幾秒鐘加熱到各區(qū)的峰值溫度，相變）加熱速度高。電弧焊時(shí)，幾秒鐘加熱到各區(qū)的峰值溫度，相變點(diǎn)遠(yuǎn)偏離平衡狀態(tài)。點(diǎn)遠(yuǎn)偏離平衡狀態(tài)。2 2）高溫停留時(shí)間短。升溫相變后的奧氏體化學(xué)成分極不均勻，第）高溫停留時(shí)間短。升溫相變后的奧氏體化學(xué)成分極不均勻，第二相質(zhì)點(diǎn)溶解后來(lái)不及擴(kuò)散均勻。二相質(zhì)點(diǎn)溶解后來(lái)不及擴(kuò)散均勻。3 3）峰值溫度在很大范圍內(nèi)變化。從近縫區(qū)固相線溫度至母材熱應(yīng)）峰值溫度在很大范圍內(nèi)變化。從近縫區(qū)固相線溫度至母材熱應(yīng)變脆化溫度（變脆化溫度（300300 CC），近縫區(qū)的峰值溫度使晶粒急劇長(zhǎng)大。），近縫區(qū)的峰值溫度使晶粒急劇長(zhǎng)大。4 4）冷卻速度快。）冷卻

32、速度快。5 5）在加熱、冷卻循環(huán)過(guò)程中伴有應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)，對(duì)相變產(chǎn)生影響。）在加熱、冷卻循環(huán)過(guò)程中伴有應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)，對(duì)相變產(chǎn)生影響。6 6）在多層焊中，產(chǎn)生多次熱循環(huán)，使相變組織更為復(fù)雜。）在多層焊中，產(chǎn)生多次熱循環(huán)，使相變組織更為復(fù)雜。21現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)19Mn5鋼鋼SMAW接頭接頭正火區(qū)正火區(qū)母材母材粗晶區(qū)粗晶區(qū)焊縫焊縫熔合區(qū)熔合區(qū)不完全正火區(qū)不完全正火區(qū)22現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)粗晶區(qū)相變組織的類(lèi)型：粗晶區(qū)相變組織的類(lèi)型：1 1）網(wǎng)狀鐵素體網(wǎng)狀鐵素體 初共析鐵素體，奧氏體晶界產(chǎn)生，熱輸入偏大時(shí)出現(xiàn)。初共析鐵素體，奧氏體晶界產(chǎn)生，熱輸入偏大時(shí)出現(xiàn)。2 2）魏氏組織魏氏組織 從奧氏體晶界向

33、晶內(nèi)生長(zhǎng)的片狀鐵素體，損害材料韌性。從奧氏體晶界向晶內(nèi)生長(zhǎng)的片狀鐵素體，損害材料韌性。3 3）貝氏體貝氏體 上貝為較高溫度下條狀鐵素體與滲碳體混合組織，下貝為上貝為較高溫度下條狀鐵素體與滲碳體混合組織，下貝為較低溫度下轉(zhuǎn)變的針狀鐵素體，針間呈一定角度，針內(nèi)分布碳化物。較低溫度下轉(zhuǎn)變的針狀鐵素體，針間呈一定角度，針內(nèi)分布碳化物。 貝氏體三種形態(tài)：貝氏體三種形態(tài)：B BI I形成于形成于600-500600-500 CC高溫階段，為無(wú)碳貝氏體；高溫階段，為無(wú)碳貝氏體；B BII II形成于形成于500-450500-450 CC的溫度區(qū)間，在鐵素體條之間有碳化物析出，為的溫度區(qū)間，在鐵素體條之間有

34、碳化物析出，為上貝氏體。上貝氏體。B BIII III形成形成450450 CC-M-MS S溫度區(qū)間，在鐵素體條上析出碳化物，呈溫度區(qū)間，在鐵素體條上析出碳化物，呈板條狀。板條狀。 還常出現(xiàn)含有還常出現(xiàn)含有M-AM-A組元的中溫轉(zhuǎn)變組織，稱(chēng)為粒狀貝氏體（組元的中溫轉(zhuǎn)變組織，稱(chēng)為粒狀貝氏體（B Bg g）。）。M-AM-A組元的出現(xiàn)可能使材料韌性受到損害。組元的出現(xiàn)可能使材料韌性受到損害。23現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)2、影響熱影響區(qū)韌性的因素影響熱影響區(qū)韌性的因素A）組織影響組織影響 低碳微合金鋼低碳微合金鋼HAZHAZ中常出現(xiàn)的粒狀貝氏體，低溫韌性比低碳馬氏中常出現(xiàn)的粒狀貝氏體，低溫韌性比低碳馬

35、氏體、下貝氏體差。由于這類(lèi)鋼中含碳量低于體、下貝氏體差。由于這類(lèi)鋼中含碳量低于0.10%0.10%，比粗大的晶界鐵，比粗大的晶界鐵素體素體 珠光體或魏氏組織韌性要好。珠光體或魏氏組織韌性要好。 由由24現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)B）主要合金元素的影響）主要合金元素的影響 C對(duì)韌性影響很大。對(duì)韌性影響很大。C-MnC-Mn鋼中從鋼中從0.14%0.14%增加到增加到0.20%0.20%，母，母材和熱影響區(qū)的韌性變得很差。材和熱影響區(qū)的韌性變得很差。 影響：冷卻快時(shí)形成含影響：冷卻快時(shí)形成含碳量高的馬氏體，韌性差；碳量高的馬氏體，韌性差；冷卻慢時(shí)形成較多的碳化物冷卻慢時(shí)形成較多的碳化物或或M-AM-A組

36、元，韌性也變壞。組元，韌性也變壞。含碳量與冷卻速度對(duì)含碳量與冷卻速度對(duì)16Mn鋼粗晶區(qū)鋼粗晶區(qū)沖擊韌性的影響沖擊韌性的影響C 0.14% C 0.20% Mn Mn在鋼中的含量一般小于在鋼中的含量一般小于1.6%1.6%，對(duì)，對(duì)HAZHAZ韌性的影響遠(yuǎn)小于碳。韌性的影響遠(yuǎn)小于碳。 Ni Ni是低溫鋼中的重要元素，它會(huì)改善是低溫鋼中的重要元素，它會(huì)改善HAZHAZ的韌性。的韌性。25現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)CC）微量合金元素的影響）微量合金元素的影響 微量元素加入可以保證強(qiáng)度降低碳含量，降低冷裂敏感性。微量元素加入可以保證強(qiáng)度降低碳含量，降低冷裂敏感性。 Ti Ti、AlAl等等固定自由固定自由N

37、N，形成形成N N化物阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，促進(jìn)化物阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，促進(jìn)生成生成IPFIPF，使，使M-AM-A組元從條狀組元從條狀粒（塊）狀，粒（塊）狀，V V有類(lèi)似作用有類(lèi)似作用； B B降低晶界相變溫度，使晶內(nèi)、晶界相變溫度趨于一致，使降低晶界相變溫度，使晶內(nèi)、晶界相變溫度趨于一致，使F F有可能在晶內(nèi)析出，分割?yuàn)W氏體晶粒；有可能在晶內(nèi)析出，分割?yuàn)W氏體晶粒；D D）雜質(zhì)元素與氣體元素的影響）雜質(zhì)元素與氣體元素的影響 S S，P P雜質(zhì)元素含量對(duì)母材韌性有損害，對(duì)雜質(zhì)元素含量對(duì)母材韌性有損害，對(duì)HAZHAZ韌性影響研韌性影響研究不多。球狀硫化物增加熔合區(qū)韌性，長(zhǎng)條狀硫化物對(duì)韌性有究不多。

38、球狀硫化物增加熔合區(qū)韌性，長(zhǎng)條狀硫化物對(duì)韌性有害。氣體元素中自由害。氣體元素中自由N N會(huì)降低會(huì)降低HAZHAZ的韌性。的韌性。26現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)E E）焊接熱輸入影響）焊接熱輸入影響 取決于鋼的化學(xué)成分及強(qiáng)度級(jí)別取決于鋼的化學(xué)成分及強(qiáng)度級(jí)別。對(duì)。對(duì)600-800MPa600-800MPa強(qiáng)度級(jí)別的強(qiáng)度級(jí)別的鋼，熱輸入鋼，熱輸入15-55KJ/cm15-55KJ/cm時(shí)，隨著能量增加韌性惡化。鋼中含碳量時(shí)，隨著能量增加韌性惡化。鋼中含碳量不同，熱輸入的影響也不一樣。含碳量較低，熱輸入應(yīng)選小些，防不同，熱輸入的影響也不一樣。含碳量較低，熱輸入應(yīng)選小些，防止魏氏組織的產(chǎn)生。當(dāng)含碳量高時(shí)，熱輸

39、入應(yīng)選大一些，防止脆性止魏氏組織的產(chǎn)生。當(dāng)含碳量高時(shí)，熱輸入應(yīng)選大一些，防止脆性馬氏體的產(chǎn)生。馬氏體的產(chǎn)生。F F）焊后熱處理制度影響）焊后熱處理制度影響 焊后熱處理的主要目的是消除焊接殘余應(yīng)力。鋼中含有焊后熱處理的主要目的是消除焊接殘余應(yīng)力。鋼中含有CrCr、MoMo時(shí)，應(yīng)考慮二次硬化現(xiàn)象，含有時(shí)，應(yīng)考慮二次硬化現(xiàn)象，含有NbNb、V V時(shí)，應(yīng)考慮消應(yīng)處理可時(shí)，應(yīng)考慮消應(yīng)處理可能產(chǎn)生的再熱脆化現(xiàn)象。能產(chǎn)生的再熱脆化現(xiàn)象。27現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3、熱影響區(qū)韌性控制技術(shù)、熱影響區(qū)韌性控制技術(shù)1 1）根據(jù)使用要求選用適當(dāng)板材）根據(jù)使用要求選用適當(dāng)板材 如果母材韌性不良，焊接熱影響如果母材韌性不良

40、，焊接熱影響區(qū)韌性會(huì)更差。如在低溫使用，又要消除應(yīng)力熱處理，最好不選用區(qū)韌性會(huì)更差。如在低溫使用，又要消除應(yīng)力熱處理，最好不選用含含N N高的高的V V鋼或鋼或NbNb鋼。鋼。2 2）正確控制熱輸入）正確控制熱輸入 由工藝評(píng)定確定。還要考慮材料使用溫度，由工藝評(píng)定確定。還要考慮材料使用溫度，如如CF60CF60鋼使用溫度鋼使用溫度-20-20 CC，最大熱輸入可達(dá)，最大熱輸入可達(dá)50KJ/cm50KJ/cm。使用溫度。使用溫度- -4040 CC，最大熱輸入應(yīng)在，最大熱輸入應(yīng)在40KJ/cm40KJ/cm以下。以下。3 3）盡量采用多層焊）盡量采用多層焊 有時(shí)采用回火焊道可消除已有焊道過(guò)硬組織

41、。有時(shí)采用回火焊道可消除已有焊道過(guò)硬組織。4 4）正確選用焊后熱處理制度）正確選用焊后熱處理制度 對(duì)于調(diào)質(zhì)鋼，特別是含對(duì)于調(diào)質(zhì)鋼，特別是含NbNb、V V鋼，鋼，焊后消除應(yīng)力處理溫度應(yīng)偏低一些。焊后消除應(yīng)力處理溫度應(yīng)偏低一些。5 5）預(yù)熱與層間溫度的控制）預(yù)熱與層間溫度的控制 較高的預(yù)熱溫度可由后熱措施來(lái)代替，較高的預(yù)熱溫度可由后熱措施來(lái)代替，以免預(yù)熱溫度過(guò)高，以免預(yù)熱溫度過(guò)高，t t8/58/5增大而使組織變壞。增大而使組織變壞。28現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)本節(jié)思考題本節(jié)思考題1 1、新型金屬結(jié)構(gòu)材料的特征有哪些？給焊接帶來(lái)了什么樣、新型金屬結(jié)構(gòu)材料的特征有哪些？給焊接帶來(lái)了什么樣的問(wèn)題？的問(wèn)題

42、？2 2、金屬焊接性的試驗(yàn)方法有哪些？目的是什么？、金屬焊接性的試驗(yàn)方法有哪些？目的是什么？3 3、影響低合金鋼焊縫金屬韌性的因素有哪些，如何控制？、影響低合金鋼焊縫金屬韌性的因素有哪些，如何控制？4 4、影響低合金鋼熱影響區(qū)韌性的因素有哪些，如何控制？、影響低合金鋼熱影響區(qū)韌性的因素有哪些，如何控制？29現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.3 （雙相）不銹鋼的焊接（雙相）不銹鋼的焊接 The welding of dual-phase SS 抵抗大氣腐蝕的鋼叫不銹鋼，但不銹鋼常常用于耐腐蝕和耐高溫抵抗大氣腐蝕的鋼叫不銹鋼，但不銹鋼常常用于耐腐蝕和耐高溫場(chǎng)合。按用途分，不銹鋼包括耐蝕鋼（主要耐酸）和耐熱鋼

43、（高溫下場(chǎng)合。按用途分，不銹鋼包括耐蝕鋼（主要耐酸）和耐熱鋼（高溫下有好的能抗氧化能力和強(qiáng)度）兩類(lèi)。從制造和加工角度，常常從化學(xué)有好的能抗氧化能力和強(qiáng)度）兩類(lèi)。從制造和加工角度，常常從化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分類(lèi)。成分和組織結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分類(lèi)。不銹鋼不銹鋼（高）鉻不銹鋼（高）鉻不銹鋼鉻鎳奧氏體不銹鋼（鉻鎳奧氏體不銹鋼（18-818-8，25-2025-20）鉻錳氮奧氏體不銹鋼（鉻錳氮奧氏體不銹鋼（Cr17Mn13Mo2N (A4)Cr17Mn13Mo2N (A4)）鐵素體鐵素體- -奧氏體雙相不銹鋼（奧氏體雙相不銹鋼（Cr21Ni5TiCr21Ni5Ti，00Cr18Ni5Mo3Si200Cr

44、18Ni5Mo3Si2）馬氏體不銹鋼（馬氏體不銹鋼（Cr13Cr13系不銹鋼，系不銹鋼，Cr12Cr12基耐熱鋼）基耐熱鋼） 鐵素體不銹鋼（鐵素體不銹鋼（Cr17Cr17，Cr28Cr28）30現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.3.1 一般不銹鋼的焊接問(wèn)題一般不銹鋼的焊接問(wèn)題 馬氏體不銹鋼：淬硬傾向大，易開(kāi)裂，需預(yù)熱并采用大規(guī)范；馬氏體不銹鋼：淬硬傾向大，易開(kāi)裂，需預(yù)熱并采用大規(guī)范； 奧氏體不銹鋼：奧氏體不銹鋼：CrCr遷移形成貧遷移形成貧CrCr區(qū)的晶間腐蝕、熱裂紋和應(yīng)力區(qū)的晶間腐蝕、熱裂紋和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（腐蝕開(kāi)裂（SCCSCC）。為避免晶間腐蝕需要采用超低碳焊接材料并）。為避免晶間腐蝕需要采用超低碳

45、焊接材料并用小規(guī)范焊接，必要時(shí)作固溶處理。為避免熱裂紋需采用適當(dāng)?shù)挠眯∫?guī)范焊接，必要時(shí)作固溶處理。為避免熱裂紋需采用適當(dāng)?shù)暮附硬牧峡刂坪缚p的組織成分，同時(shí)采用小電流、快速焊工藝。焊接材料控制焊縫的組織成分，同時(shí)采用小電流、快速焊工藝。奧氏體不銹鋼的奧氏體不銹鋼的SCCSCC傾向要比馬氏體或鐵素體不銹鋼突出得多，傾向要比馬氏體或鐵素體不銹鋼突出得多，焊后消除應(yīng)力處理工藝往往十分必要；焊后消除應(yīng)力處理工藝往往十分必要； 鐵素體不銹鋼：粗晶脆化，焊接時(shí)需要預(yù)熱并防止過(guò)熱。鐵素體不銹鋼：粗晶脆化，焊接時(shí)需要預(yù)熱并防止過(guò)熱。 31現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.3.2 雙相不銹鋼概述雙相不銹鋼概述 強(qiáng)度高（強(qiáng)度

46、高（Cr-NiCr-Ni鋼的鋼的2 2倍）、韌性好、耐蝕性好、焊接性好的新倍）、韌性好、耐蝕性好、焊接性好的新型結(jié)構(gòu)材料。具有鐵素體加奧氏體（型結(jié)構(gòu)材料。具有鐵素體加奧氏體（ ）雙相組織（）雙相組織（1:11:1），廣），廣泛應(yīng)用于存儲(chǔ)和運(yùn)輸氯化物和硫化物的設(shè)備和管道，運(yùn)輸潮濕天然泛應(yīng)用于存儲(chǔ)和運(yùn)輸氯化物和硫化物的設(shè)備和管道，運(yùn)輸潮濕天然氣的高壓系統(tǒng)，海上冷卻系統(tǒng)，原子能工業(yè)再熱器和熱交換器。氣的高壓系統(tǒng)，海上冷卻系統(tǒng)，原子能工業(yè)再熱器和熱交換器。 主要成分為主要成分為CrCr、NiNi、MoMo和和N N。CrCr和和MoMo是鐵素體形成元素，是鐵素體形成元素，NiNi和和N N為穩(wěn)定奧氏體

47、元素，為穩(wěn)定奧氏體元素，N N同時(shí)又是固溶強(qiáng)化元素。同時(shí)又是固溶強(qiáng)化元素。CrCr、MoMo、N N對(duì)對(duì)提高雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能具有重要作用，常用提高雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能具有重要作用，常用耐點(diǎn)蝕當(dāng)量耐點(diǎn)蝕當(dāng)量表示：表示：PRENPRENCr+3.3Mo+16NCr+3.3Mo+16N。PREN40PREN40的鋼稱(chēng)為超級(jí)雙相不銹鋼。的鋼稱(chēng)為超級(jí)雙相不銹鋼。 雙相不銹鋼綜合了雙相不銹鋼綜合了 相（鐵素體）和相（鐵素體）和 相（奧氏體）的優(yōu)點(diǎn)，可相（奧氏體）的優(yōu)點(diǎn)，可簡(jiǎn)單認(rèn)為鐵素體提供了高的屈服強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕的性能，簡(jiǎn)單認(rèn)為鐵素體提供了高的屈服強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕的性能，奧氏體提供了

48、好的韌性和耐全面腐蝕性能。奧氏體提供了好的韌性和耐全面腐蝕性能。32現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.3.3 雙相不銹鋼焊接冶金雙相不銹鋼焊接冶金1、焊縫凝固和奧氏體相的形成焊縫凝固和奧氏體相的形成 保持合理的保持合理的 / / 比例是焊接比例是焊接雙相鋼最重要冶金問(wèn)題。供貨雙相鋼最重要冶金問(wèn)題。供貨態(tài)態(tài) 相以長(zhǎng)條狀分布在相以長(zhǎng)條狀分布在 相基體相基體中中，熔化后形成粗大鑄態(tài)組織，熔化后形成粗大鑄態(tài)組織. .含含Cr22%的雙相不銹鋼的母材組織的雙相不銹鋼的母材組織a) 和焊縫組織和焊縫組織b) 焊縫中焊縫中 相數(shù)量和形態(tài)與化學(xué)成分和冷卻速度有關(guān)。焊縫條件下相數(shù)量和形態(tài)與化學(xué)成分和冷卻速度有關(guān)。焊縫條件

49、下形成的形成的 相一般呈魏氏組織。冷卻速度增加相一般呈魏氏組織。冷卻速度增加 相含量減少。提高焊縫中相含量減少。提高焊縫中的的NiNi、MnMn、N N等奧氏體形成元素含量，促使等奧氏體形成元素含量，促使 相增加，相增加，N N的作用最顯著的作用最顯著。 通過(guò)通過(guò)CrCr、NiNi當(dāng)量組織相圖對(duì)焊縫室溫組織進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)當(dāng)量組織相圖對(duì)焊縫室溫組織進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè) 相含相含量的組織圖有量的組織圖有SchaefflerSchaeffler圖和圖和DeLongDeLong圖。圖。33現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)2、焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變、焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變 如何控制熱影響區(qū)組織構(gòu)成仍是一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)加熱

50、到接近如何控制熱影響區(qū)組織構(gòu)成仍是一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)加熱到接近熔化溫度時(shí)，熔化溫度時(shí)， 單相組織在隨后快冷過(guò)程中單相組織在隨后快冷過(guò)程中轉(zhuǎn)變來(lái)不及充分進(jìn)轉(zhuǎn)變來(lái)不及充分進(jìn)行，冷卻后行，冷卻后 相含量較多。相含量較多。N N含量較高時(shí)，含量較高時(shí)， 相的含量受冷卻速度的相的含量受冷卻速度的影響較小，所以含影響較小，所以含N N量較高的雙相不銹鋼可采用低的熱輸入。量較高的雙相不銹鋼可采用低的熱輸入。 粗晶區(qū)外的低溫?zé)嵊绊憛^(qū)組織變化稍弱。一般規(guī)律是隨著峰值粗晶區(qū)外的低溫?zé)嵊绊憛^(qū)組織變化稍弱。一般規(guī)律是隨著峰值溫度的提高，溫度的提高， 相增加，相增加， 相減少。相減少。 相的晶粒尺寸隨峰值溫度的升相的晶粒

51、尺寸隨峰值溫度的升高而增大。高而增大。 相晶界和晶內(nèi)析出相晶界和晶內(nèi)析出CrCr2 2N N碳化物的總量隨峰值溫度升高碳化物的總量隨峰值溫度升高或冷卻速度的增加而增加?；蚶鋮s速度的增加而增加。 雙相不銹鋼中雙相不銹鋼中CrCr、MoMo含量較高，在含量較高，在800800 CC附近停留時(shí)間較長(zhǎng)附近停留時(shí)間較長(zhǎng)有析出脆性金屬間化合物（有析出脆性金屬間化合物（ 相）的危險(xiǎn)。相）的危險(xiǎn)。 34現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.3.3 雙相不銹鋼的焊接性雙相不銹鋼的焊接性1、N含量對(duì)焊縫組織性能影響含量對(duì)焊縫組織性能影響 同樣同樣 相含量（相含量（60%60%），母材），母材的抗拉強(qiáng)度和延伸率均高于焊縫。的抗拉

52、強(qiáng)度和延伸率均高于焊縫。拉伸試樣的斷口表明，只有母材拉伸試樣的斷口表明，只有母材和含和含N N量高的焊縫金屬（接近量高的焊縫金屬（接近0.4%0.4%）才表現(xiàn)為明顯的韌窩斷裂。）才表現(xiàn)為明顯的韌窩斷裂。 焊縫金屬的沖擊功雖隨焊縫金屬的沖擊功雖隨N N的增加而增加，的增加而增加，但都低于母材，焊縫金屬的脆性轉(zhuǎn)變溫度也但都低于母材，焊縫金屬的脆性轉(zhuǎn)變溫度也都高于母材。這是由于焊縫中都高于母材。這是由于焊縫中 相的晶粒粗大，相的晶粒粗大，焊縫金屬的韌度受焊縫金屬的韌度受 相和相和CrCr2 2N N的影響所致。而的影響所致。而N N量增加會(huì)導(dǎo)致量增加會(huì)導(dǎo)致 相增多和相增多和CrCr2 2N N析出的

53、減少。析出的減少。35現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)2 2、熱輸入對(duì)熱影響區(qū)沖擊韌性影響、熱輸入對(duì)熱影響區(qū)沖擊韌性影響 熱影響區(qū)中熱影響區(qū)中N N含量不會(huì)發(fā)生變化，影響熱影響區(qū)組織性能的含量不會(huì)發(fā)生變化，影響熱影響區(qū)組織性能的因素主要是熱輸入。熱輸入太低，導(dǎo)致因素主要是熱輸入。熱輸入太低，導(dǎo)致 相含量增加以及相含量增加以及CrCr2 2N N析析出增多，沖擊韌度下降。熱輸入太高引起晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，同樣會(huì)出增多，沖擊韌度下降。熱輸入太高引起晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，同樣會(huì)使沖擊韌性降低。影響冷卻速度因素，如板厚和層間溫度等都會(huì)使沖擊韌性降低。影響冷卻速度因素，如板厚和層間溫度等都會(huì)影響沖擊韌性。影響沖擊韌性。3 3、雙

54、相不銹鋼及其焊縫的、雙相不銹鋼及其焊縫的 脆化脆化 研究研究750750 CC和和850850 CC加熱時(shí)間對(duì)加熱時(shí)間對(duì)SUS3291J1SUS3291J1雙相不銹鋼及焊雙相不銹鋼及焊縫金屬縫金屬 脆化時(shí)發(fā)現(xiàn)：脆化時(shí)發(fā)現(xiàn)：u 試件脆性開(kāi)裂都發(fā)生于試件脆性開(kāi)裂都發(fā)生于 相以及基體與相以及基體與 相的界面。相的界面。u 焊縫中析出焊縫中析出 相要比母材快得多，韌性下降也比母材劇烈。相要比母材快得多，韌性下降也比母材劇烈。u 母材有母材有很多很多 相時(shí)韌性才下降，焊縫有少量就引起韌性降低。相時(shí)韌性才下降，焊縫有少量就引起韌性降低。36現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)4、焊接接頭中的氫致破壞、焊接接頭中的氫致破壞

55、 包括氫脆、氫致裂紋和氫致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（包括氫脆、氫致裂紋和氫致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（HESCCHESCC）。）。 雙相不銹鋼焊接熱影響區(qū)中的雙相不銹鋼焊接熱影響區(qū)中的氫脆氫脆可在可在 相中產(chǎn)生，氫脆敏相中產(chǎn)生，氫脆敏感性隨峰值溫度提高而增加。主要是感性隨峰值溫度提高而增加。主要是 相減少、相減少、 相增多以及在相增多以及在 相內(nèi)部或邊界析出相內(nèi)部或邊界析出CrCr2 2N N。 相的體積分?jǐn)?shù)低于相的體積分?jǐn)?shù)低于50%50%時(shí)，焊縫金屬對(duì)時(shí)，焊縫金屬對(duì)氫致裂紋氫致裂紋不敏感，不敏感，大于大于50%50%后，敏感性明顯增加。后，敏感性明顯增加。 雙相不銹鋼本身只有達(dá)到拉斷強(qiáng)度的雙相不銹鋼本身只有達(dá)到拉斷

56、強(qiáng)度的90%90%才會(huì)發(fā)生才會(huì)發(fā)生氫脆型應(yīng)氫脆型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂力腐蝕開(kāi)裂。TIGTIG焊縫金屬的臨界開(kāi)裂應(yīng)力達(dá)到拉斷應(yīng)力的焊縫金屬的臨界開(kāi)裂應(yīng)力達(dá)到拉斷應(yīng)力的70%70%、屈服強(qiáng)度的屈服強(qiáng)度的95%95%。考慮到焊接接頭附近存在可達(dá)材料屈服點(diǎn)的殘?？紤]到焊接接頭附近存在可達(dá)材料屈服點(diǎn)的殘余拉伸應(yīng)力，因此焊接接頭中產(chǎn)生余拉伸應(yīng)力，因此焊接接頭中產(chǎn)生HESCCHESCC的可能性很大。的可能性很大。37現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.3.4 雙相不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn)雙相不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn) 為了獲得滿(mǎn)意的為了獲得滿(mǎn)意的 / / 比以及力學(xué)性能和耐腐蝕性能的最佳組合，比以及力學(xué)性能和耐腐蝕性能的最佳組合，需要控

57、制：焊縫化學(xué)成分、接頭冷卻速度。需要控制：焊縫化學(xué)成分、接頭冷卻速度。1 1、焊接方法的選擇、焊接方法的選擇 焊接含焊接含N N量不是很高（量不是很高（0.4%0.4%）的鋼時(shí)，盡量采用填充材料進(jìn)）的鋼時(shí)，盡量采用填充材料進(jìn)行焊接。若無(wú)填充材料，可采用行焊接。若無(wú)填充材料，可采用Ar+NAr+N2 2（1-21-2）的混合氣體。）的混合氣體。2 2、填充材料的選擇、填充材料的選擇 考慮到焊接冷速很大以及奧氏體形成元素考慮到焊接冷速很大以及奧氏體形成元素N N的損失等，對(duì)的損失等，對(duì)轉(zhuǎn)變的抑制作用引起轉(zhuǎn)變的抑制作用引起 含量嚴(yán)重不足，對(duì)于焊后不做熱處理的構(gòu)件，含量嚴(yán)重不足，對(duì)于焊后不做熱處理的構(gòu)

58、件，應(yīng)選擇比母材具有更高奧氏體形成元素含量的填充材料。如使焊應(yīng)選擇比母材具有更高奧氏體形成元素含量的填充材料。如使焊縫中的縫中的NiNi相對(duì)于母材高相對(duì)于母材高2-32-3，增加焊縫奧氏體化傾向。，增加焊縫奧氏體化傾向。38現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3 3、焊接熱過(guò)程控制、焊接熱過(guò)程控制 熱輸入、層間溫度、預(yù)熱及材料厚度都會(huì)影響焊接冷卻速度，熱輸入、層間溫度、預(yù)熱及材料厚度都會(huì)影響焊接冷卻速度，從而影響焊縫和熱影響區(qū)組織（如從而影響焊縫和熱影響區(qū)組織（如 / / 和和CrCr2 2N N析出）和性能。冷卻析出）和性能。冷卻速度太快會(huì)引起過(guò)多的速度太快會(huì)引起過(guò)多的 相及相及CrCr2 2N N析出；太

59、慢會(huì)造成晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，析出；太慢會(huì)造成晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，甚至可能析出金屬間脆性化合物（甚至可能析出金屬間脆性化合物（ 相）。相）。 焊接焊接Cr25%Cr25%雙相鋼和超級(jí)雙相不銹鋼時(shí)，最高層間溫度控制在雙相鋼和超級(jí)雙相不銹鋼時(shí)，最高層間溫度控制在100100 CC以?xún)?nèi)。要求焊后熱處理時(shí)，可不考慮控制層間溫度。以?xún)?nèi)。要求焊后熱處理時(shí)，可不考慮控制層間溫度。4 4、焊后熱處理、焊后熱處理 雙相不銹鋼焊后最好不進(jìn)行熱處理，當(dāng)焊態(tài)下雙相不銹鋼焊后最好不進(jìn)行熱處理，當(dāng)焊態(tài)下 相含量超過(guò)要相含量超過(guò)要求或析出求或析出 有害相時(shí)，可采用焊后固溶處理改善，熱處理溫度有害相時(shí)，可采用焊后固溶處理改善，熱處理溫度1

60、1001100 CC。熱處理時(shí)加熱速度應(yīng)盡可能快，退火溫度下的保溫時(shí)間。熱處理時(shí)加熱速度應(yīng)盡可能快，退火溫度下的保溫時(shí)間為為5-30min5-30min，采用惰性氣體保護(hù)防止氧化。，采用惰性氣體保護(hù)防止氧化。39現(xiàn)代焊接與連接工程學(xué)3.4 鈦合金的焊接鈦合金的焊接 The Welding of Titanium alloys 密度密度4.51g/cm3，高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度和密度之比），優(yōu)異的抗腐高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度和密度之比），優(yōu)異的抗腐蝕、耐高溫性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工等部門(mén)。蝕、耐高溫性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工等部門(mén)。 3.4.1 鈦及其合金的種類(lèi)和特性鈦及其合金的種類(lèi)和特性