材料焊接性全

1、蘭州理工大學(xué)蘭州理工大學(xué)王曉軍王曉軍Q345E,16Mnq（南京長江大橋）（南京長江大橋）以以“渤海渤海8號(hào)號(hào)”自升式鉆井平自升式鉆井平臺(tái)為例，懸臂臺(tái)為例，懸臂梁選用梁選用588MPa級高強(qiáng)級高強(qiáng)度鋼，牌號(hào)為度鋼，牌號(hào)為WELLEN60。Q235AQ460，化學(xué)成分，化學(xué)成分16Mn鋼為基礎(chǔ)，不添加鋼為基礎(chǔ)，不添加V元素，添加約元素，添加約0.02的的Nb元素，采用元素，采用控軋控冷工藝控軋控冷工藝(TMCP)主要依靠晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化提高鋼材強(qiáng)度。主要依靠晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化提高鋼材強(qiáng)度。（鳥巢）（鳥巢）S355K2G3 （16Mn）銅合金螺旋槳銅合金螺旋槳ZQAl10-3Fe-1.5Mn課程

2、基本信息課程基本信息n課程英文名稱：課程英文名稱：Materials WeldabilityMaterials Weldabilityn課程編號(hào)：課程編號(hào)：301501301501n課程學(xué)時(shí)課程學(xué)時(shí)/ /學(xué)分：學(xué)分：32/1.532/1.5，其中講課：其中講課：2828；實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：4 4n課程類別：專業(yè)課課程類別：專業(yè)課n考試方式：筆試、閉卷考試方式：筆試、閉卷n試題類型：選擇、判斷、填空、簡答、綜試題類型：選擇、判斷、填空、簡答、綜合分析合分析n成績評定方式：平時(shí)成績成績評定方式：平時(shí)成績30%+30%+期末考試期末考試70%70%焊接金屬學(xué)焊接金屬學(xué)焊接工藝學(xué)焊接工藝學(xué)焊接力學(xué)焊接力學(xué)焊

3、接工程學(xué)焊接工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)新技術(shù)新技術(shù)焊接系統(tǒng)工程學(xué)焊接系統(tǒng)工程學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)材料材料施工施工試驗(yàn)檢驗(yàn)試驗(yàn)檢驗(yàn)性能評價(jià)性能評價(jià)材料選擇材料選擇生產(chǎn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理生產(chǎn)管理質(zhì)量管理質(zhì)量管理人為因素人為因素生產(chǎn)性生產(chǎn)性經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性可靠性可靠性安全性安全性焊焊 接接 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)焊接網(wǎng)絡(luò)圖焊接網(wǎng)絡(luò)圖 材料焊接性課程要解決的問題材料焊接性課程要解決的問題 如何解決實(shí)際工程中的焊接技術(shù)、焊接質(zhì)量問如何解決實(shí)際工程中的焊接技術(shù)、焊接質(zhì)量問題？這就是材料焊接性課程要解決的問題。即要解題？這就是材料焊接性課程要解決的問題。即要解決以下兩個(gè)問題：決以下兩個(gè)問題： 1. 從工程實(shí)際提取理論研究對象；從工程實(shí)際提取理

4、論研究對象； 2. 如何把理論應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。如何把理論應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。理論與實(shí)踐結(jié)合焊接工作者的兩大努力方向焊接工作者的兩大努力方向1、如何把材料、如何把材料焊得好焊得好！ 解決材料的焊接性，研究焊接接頭的性能解決材料的焊接性，研究焊接接頭的性能和工藝方法，焊接參數(shù)之間的關(guān)系。和工藝方法，焊接參數(shù)之間的關(guān)系。2、如何、如何焊得快焊得快！ 在保證焊接接頭性能的前提下，研究采用在保證焊接接頭性能的前提下，研究采用什么工藝手段，使焊接的效率提高。什么工藝手段，使焊接的效率提高。好而快主要參考資料主要參考資料1、李亞江李亞江，金屬焊接性，機(jī)械工業(yè)出版社金屬焊接性，機(jī)械工業(yè)出版社2、陳伯蠡陳伯

5、蠡，金屬焊接性基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社金屬焊接性基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社3、顧鈺熹顧鈺熹，焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖及其應(yīng)用焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社第第1章章 概述概述n1.11.1材料在工程中的發(fā)展及應(yīng)用材料在工程中的發(fā)展及應(yīng)用 發(fā)展及應(yīng)用發(fā)展及應(yīng)用石器石器 青銅器青銅器 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代先進(jìn)材料先進(jìn)材料中國中國6.267億噸，河北，寶鋼，鞍本，武鋼，沙鋼，首鋼億噸，河北，寶鋼，鞍本，武鋼，沙鋼，首鋼世界世界14.14億噸，米塔爾，浦項(xiàng)，新日鐵，億噸，米塔爾，浦項(xiàng)，新日鐵，JFE 生產(chǎn)生產(chǎn)工具工具是生是生產(chǎn)力產(chǎn)力發(fā)展發(fā)展水平水平的標(biāo)的標(biāo)志志 1.1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)

6、的發(fā)展及應(yīng)用表表1-1 1-1 國外近幾年在不同結(jié)構(gòu)上使用低合金鋼的比例國外近幾年在不同結(jié)構(gòu)上使用低合金鋼的比例表表1-2 主要工業(yè)部門對低合金鋼的需求主要工業(yè)部門對低合金鋼的需求1 、低合金鋼的發(fā)展、低合金鋼的發(fā)展 鉚接；設(shè)計(jì)參數(shù)鉚接；設(shè)計(jì)參數(shù):抗拉強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度； 鋼的強(qiáng)化鋼的強(qiáng)化:碳、單一合金元素。碳、單一合金元素。采用焊接技術(shù)；設(shè)計(jì)參數(shù)：采用焊接技術(shù)；設(shè)計(jì)參數(shù)：屈服強(qiáng)度、韌性和焊接性屈服強(qiáng)度、韌性和焊接性低合金高強(qiáng)鋼快速發(fā)展，低合金高強(qiáng)鋼快速發(fā)展，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.1%以下以下20世紀(jì)20年代以前20世紀(jì)20-60年代20世紀(jì)70年代以后2 2、合金結(jié)構(gòu)鋼

7、的應(yīng)用、合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用 低合金鋼低合金鋼 鍋爐和壓力容器用鋼鍋爐和壓力容器用鋼 船舶用低合金鋼船舶用低合金鋼 低溫鋼低溫鋼建筑、橋梁、建筑、橋梁、工程機(jī)械等工程機(jī)械等 可以熱軋、退火、正火、可以熱軋、退火、正火、回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨 船舶用鋼的合金系統(tǒng)基本船舶用鋼的合金系統(tǒng)基本上為上為C-Mn和和C-Mn-V-Nb用各種液態(tài)烯烴用各種液態(tài)烯烴低溫貯存設(shè)備低溫貯存設(shè)備1.1.2 有色金屬的發(fā)展及應(yīng)用有色金屬的發(fā)展及應(yīng)用 當(dāng)前全世界金屬材料的總產(chǎn)量約當(dāng)前全世界金屬材料的總產(chǎn)量約8億億t，其中有色金屬材料約占其中有色金屬材料約占5，處于補(bǔ)充地位，處于補(bǔ)充地位，但有色金屬的特殊作用卻

8、是鋼鐵材料無法但有色金屬的特殊作用卻是鋼鐵材料無法代替的。代替的。 航天航天電子、信息、汽車、電子、信息、汽車、交通、輕工等交通、輕工等 有色金屬及合金分類：有色金屬及合金分類： 合金組分總合金組分總 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)組成合根據(jù)組成合金元素?cái)?shù)目金元素?cái)?shù)目 按基體金屬按基體金屬鋁合金、銅合金、鋁合金、銅合金、鈦合金、鎳合金等鈦合金、鎳合金等二元合金、二元合金、三元合金和多元合金三元合金和多元合金小于小于2.5%的為低合金，的為低合金，2.5%-10%的為中合金，的為中合金，大于大于10的為高合金。的為高合金。1.1.鋁及鋁及 鋁合金鋁合金特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用 密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕密度低、強(qiáng)

9、度高、耐腐蝕導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、可焊接及導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、可焊接及加工性能好，應(yīng)用僅次于加工性能好，應(yīng)用僅次于鋼鐵，成為第二大金屬。鋼鐵，成為第二大金屬。航空航天航空航天 、汽車、高速、汽車、高速列車、地鐵車輛、飛機(jī)列車、地鐵車輛、飛機(jī)、艦船等艦船等2.銅及銅及 銅合金銅合金較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、抗磁性、耐蝕性、抗磁性、耐蝕性、加工性。加工性。特點(diǎn)特點(diǎn)分類分類純銅純銅黃銅（銅鋅合金）黃銅（銅鋅合金）青銅（青銅（ 黃銅、白銅黃銅、白銅 以外的銅合金以外的銅合金 ）白銅（銅鎳合金）白銅（銅鎳合金）3.鈦及鈦及 鈦合金鈦合金日本神戶日本神戶制鋼公司制鋼公司美國汽車美國汽車 公司公司在飛機(jī)機(jī)在飛機(jī)

10、機(jī) 體制造體制造轎車和運(yùn)動(dòng)摩托車排氣轎車和運(yùn)動(dòng)摩托車排氣系統(tǒng)用新型鈦合金，系統(tǒng)用新型鈦合金，最高溫度可達(dá)最高溫度可達(dá)800。汽車彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿汽車彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿和閥門上也采用了和閥門上也采用了鈦合金材料。鈦合金材料。樹脂基復(fù)合材料和樹脂基復(fù)合材料和 鈦合金用量增加。鈦合金用量增加。1.1.3 先進(jìn)材料的發(fā)展及應(yīng)用先進(jìn)材料的發(fā)展及應(yīng)用 根據(jù)其使用性能可分為結(jié)構(gòu)材料和功能根據(jù)其使用性能可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具有高強(qiáng)度、高韌性、耐高溫、抗材料，具有高強(qiáng)度、高韌性、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。 先進(jìn)陶瓷先進(jìn)陶瓷 優(yōu)點(diǎn)：耐更高溫，但焊接難優(yōu)點(diǎn)：耐更高溫，但焊接難度很大。在新能源、航天以度很

11、大。在新能源、航天以及海洋開發(fā)等特殊領(lǐng)域及海洋開發(fā)等特殊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。具有廣泛的應(yīng)用前景。金屬間金屬間化合物化合物 先進(jìn)復(fù)先進(jìn)復(fù)合材料合材料具有許多獨(dú)特的具有許多獨(dú)特的物理、化學(xué)和力物理、化學(xué)和力學(xué)性能，是一種學(xué)性能，是一種很有發(fā)展前景的很有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。高溫結(jié)構(gòu)材料?？朔我徊牧峡朔我徊牧系木窒扌缘木窒扌訲i3Al在航空在航空航天應(yīng)用十航天應(yīng)用十分廣泛。分廣泛。Fe3A1能夠在熔能夠在熔爐高溫裝置以及爐高溫裝置以及航空航天、電航空航天、電力等的應(yīng)用力等的應(yīng)用。1.2 本課程本課程的任的任務(wù)、內(nèi)容和特點(diǎn)務(wù)、內(nèi)容和特點(diǎn) 1.2.1 本課程的目的和任務(wù)本課程的目的和任務(wù)目的目

12、的培養(yǎng)學(xué)生掌培養(yǎng)學(xué)生掌握對材料進(jìn)握對材料進(jìn)行焊接性分行焊接性分析的基本方析的基本方法法任務(wù)任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生對專培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)基本概念的業(yè)基本概念的理解理解,加強(qiáng)學(xué)生加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立歸納整理獨(dú)立歸納整理 和分析的能力。和分析的能力。1.2.2 本課程的內(nèi)容和教學(xué)要求本課程的內(nèi)容和教學(xué)要求 內(nèi)內(nèi)容容由概述、焊接性及其試驗(yàn)由概述、焊接性及其試驗(yàn) 評定、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接、評定、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接、不銹鋼及耐熱鋼的焊接、不銹鋼及耐熱鋼的焊接、有色金屬的焊接、鑄鐵焊有色金屬的焊接、鑄鐵焊接、先進(jìn)材料的焊接和異接、先進(jìn)材料的焊接和異 種材料的焊接等章節(jié)組成。種材料的焊接等章節(jié)組成。思考題：思考題： 根據(jù)本章所述內(nèi)容，

13、舉根據(jù)本章所述內(nèi)容，舉例說明低合金鋼焊接在工程例說明低合金鋼焊接在工程結(jié)構(gòu)中的重要作用。結(jié)構(gòu)中的重要作用。第第1章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法 由于在焊接過程中由于在焊接過程中, 焊接接頭中的各種物理化學(xué)焊接接頭中的各種物理化學(xué)反應(yīng)反應(yīng), 在溫度和化學(xué)成分都處于極不平衡的特定條件在溫度和化學(xué)成分都處于極不平衡的特定條件下進(jìn)行的下進(jìn)行的, 引起兩方面的后果引起兩方面的后果:1. 在焊接區(qū)內(nèi)產(chǎn)生各種類型的缺陷在焊接區(qū)內(nèi)產(chǎn)生各種類型的缺陷,使焊接接頭喪失其使焊接接頭喪失其連續(xù)性連續(xù)性;2. 即使沒有產(chǎn)生缺陷即使沒有產(chǎn)生缺陷, 也可能也可能降低降低了某些必要的了某些必要的性能性能,

14、影響焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命。影響焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命。第第1章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法章金屬焊接性及其試驗(yàn)方法 因此，因此，金屬本身固有的基本性能金屬本身固有的基本性能，還不能，還不能直接表明它在焊接時(shí)出現(xiàn)什么問題，以及焊后直接表明它在焊接時(shí)出現(xiàn)什么問題，以及焊后接頭性能是否滿足使用要求。這樣就要求人們接頭性能是否滿足使用要求。這樣就要求人們從焊接的角度來分析研究金屬某些特有的性從焊接的角度來分析研究金屬某些特有的性能能焊接性焊接性。1 焊接性及影響因素焊接性及影響因素一、焊接性概念一、焊接性概念 焊接性焊接性同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預(yù)工藝

15、條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預(yù)期使用要求的能力。期使用要求的能力。討論：討論：1. 正確區(qū)別正確區(qū)別“焊接焊接”和和“焊接性焊接性”；2. 分析研究焊接性的目的。分析研究焊接性的目的。1、工藝焊接性、使用焊接性、工藝焊接性、使用焊接性 工藝焊接性工藝焊接性是指金屬或材料在一定的焊接工藝是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷和具有一定使條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭的能力。用性能的焊接接頭的能力。 使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種性能的程度，包括常規(guī)的力技術(shù)條件所規(guī)定的

16、各種性能的程度，包括常規(guī)的力學(xué)性能學(xué)性能(強(qiáng)度、塑性、韌性等強(qiáng)度、塑性、韌性等)或特定工作條件下的或特定工作條件下的使用性能，如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強(qiáng)度、使用性能，如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。持久強(qiáng)度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。2、冶金焊接性、熱焊接性冶金焊接性、熱焊接性焊接過程焊接過程熱過程熱過程,HAZ冶金過程冶金過程,WM熱焊接性熱焊接性冶金焊接性冶金焊接性2、冶金焊接性、熱焊接性、冶金焊接性、熱焊接性(1)冶金焊接性冶金焊接性 冶金焊接性是指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、冶金焊接性是指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣等相之間發(fā)生

17、化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變?nèi)墼认嘀g發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變化。化。 (2)熱焊接性熱焊接性 焊接過程中要向接頭區(qū)域輸人很多熱量，對焊焊接過程中要向接頭區(qū)域輸人很多熱量，對焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過程，這對靠近焊縫的縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過程，這對靠近焊縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱影響熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱影響區(qū)硬度、強(qiáng)度、韌性、耐蝕性等的變化。區(qū)硬度、強(qiáng)度、韌性、耐蝕性等的變化。二、二、影響焊接性的因素影響焊接性的因素四大因素：材料、設(shè)計(jì)、工藝及服役環(huán)境。四大因素：材料、設(shè)計(jì)、工藝及服役環(huán)境。1、材料、材料母材和焊材以一定熔合比形成熔池，正確

18、選用母材和焊材是母材和焊材以一定熔合比形成熔池，正確選用母材和焊材是保證焊接性良好的重要因素。若選擇不當(dāng)，影響化學(xué)成分，保證焊接性良好的重要因素。若選擇不當(dāng)，影響化學(xué)成分，力學(xué)性能等性能，甚至導(dǎo)致焊接缺欠。力學(xué)性能等性能，甚至導(dǎo)致焊接缺欠。2、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響應(yīng)力狀態(tài)，從而對焊接性產(chǎn)生影焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響應(yīng)力狀態(tài)，從而對焊接性產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)時(shí)注意減少焊接缺陷、多向應(yīng)力和應(yīng)力集中。響。設(shè)計(jì)時(shí)注意減少焊接缺陷、多向應(yīng)力和應(yīng)力集中。1. 材料因素如：焊接材料材料因素如：焊接材料焊焊接接材材料料種類種類供應(yīng)方式供應(yīng)方式電極電極藥芯焊絲藥芯焊絲實(shí)心焊絲實(shí)心焊絲燒結(jié)型燒結(jié)型熔煉型熔

19、煉型焊條焊條焊絲焊絲焊劑焊劑保護(hù)氣體保護(hù)氣體焊炬保護(hù)氣體焊炬保護(hù)氣體背面保護(hù)氣體背面保護(hù)氣體控制熔池用氣體控制熔池用氣體控制電弧用氣體控制電弧用氣體自保護(hù)自保護(hù)連續(xù)供給連續(xù)供給手工手工固定固定填入填入熔化熔化非熔化非熔化2. 設(shè)計(jì)因素：結(jié)構(gòu)類型、接頭形式設(shè)計(jì)因素：結(jié)構(gòu)類型、接頭形式接接頭頭形形式式對接接頭對接接頭T型接頭型接頭十字接頭十字接頭角接接頭角接接頭搭接接頭搭接接頭堆堆 焊焊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)類類型型圓筒結(jié)構(gòu)圓筒結(jié)構(gòu)球形結(jié)構(gòu)球形結(jié)構(gòu)管管 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)平板結(jié)構(gòu)平板結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)裝配結(jié)構(gòu)裝配結(jié)構(gòu)完全焊透完全焊透部分焊透部分焊透雙面焊雙面焊單面焊單面焊襯墊焊襯墊焊 無襯墊無襯墊水冷銅壁板水冷銅壁板

20、3 3、工藝、工藝 對于同一母材，采用不同的焊接方法和工藝措施，所表對于同一母材，采用不同的焊接方法和工藝措施，所表現(xiàn)出來的焊接性有很大的差異?，F(xiàn)出來的焊接性有很大的差異。 焊接方法焊接方法的影響首先表現(xiàn)在焊接熱源能量密度、溫度以的影響首先表現(xiàn)在焊接熱源能量密度、溫度以及熱量輸入上，其次表現(xiàn)在保護(hù)熔池及接頭附近區(qū)域的方式及熱量輸入上，其次表現(xiàn)在保護(hù)熔池及接頭附近區(qū)域的方式上，如渣保護(hù)、氣體保護(hù)、渣上，如渣保護(hù)、氣體保護(hù)、渣-氣聯(lián)合保護(hù)以及在真空中焊氣聯(lián)合保護(hù)以及在真空中焊接等。接等。 工藝措施工藝措施（預(yù)熱、層溫、緩冷和焊后熱處理）對防止焊（預(yù)熱、層溫、緩冷和焊后熱處理）對防止焊接缺陷，提高接

21、頭使用性能有重要的作用。接缺陷，提高接頭使用性能有重要的作用。3. 工藝因素如：熔焊方法工藝因素如：熔焊方法熔熔焊焊方方法法手工電弧焊手工電弧焊自動(dòng)買弧焊自動(dòng)買弧焊MIG/MAGTIG等離子弧焊等離子弧焊氣電立焊氣電立焊自保護(hù)電弧焊自保護(hù)電弧焊電渣焊電渣焊電子束焊電子束焊激光焊激光焊氣焊氣焊其它其它焊焊接接位位置置平焊平焊橫焊橫焊立焊立焊仰焊仰焊水平固定管水平固定管（全位置）（全位置）11A1C橫看：橫看：沒有一種母材所有焊接方法都適用沒有一種母材所有焊接方法都適用豎看：豎看：沒有一種焊接方法所有母材都適用沒有一種焊接方法所有母材都適用4、服役環(huán)境、服役環(huán)境 焊接結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境多種多樣，如焊接

22、結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境多種多樣，如工作溫度工作溫度高低、高低、工作工作介質(zhì)種類介質(zhì)種類、載荷性質(zhì)載荷性質(zhì)等都屬于使用條件。工作溫度高時(shí)，可等都屬于使用條件。工作溫度高時(shí)，可能產(chǎn)生蠕變；工作溫度低或載荷為沖擊載荷時(shí)，容易發(fā)生脆能產(chǎn)生蠕變；工作溫度低或載荷為沖擊載荷時(shí)，容易發(fā)生脆性破壞；工作介質(zhì)有腐蝕性時(shí)，接頭要求具有耐腐蝕性。使性破壞；工作介質(zhì)有腐蝕性時(shí)，接頭要求具有耐腐蝕性。使用條件越不利，焊接性就越不易保證。用條件越不利，焊接性就越不易保證。2 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容1. WM，熱裂紋？，熱裂紋？2 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則焊接

23、性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容2. WM，HAZ冷裂紋？冷裂紋？淬硬傾向淬硬傾向氫的作用氫的作用拘束度拘束度冷裂紋冷裂紋2 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容3. 焊接接頭，脆性轉(zhuǎn)變能力？焊接接頭，脆性轉(zhuǎn)變能力？2 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容一、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容4. 焊接接頭，使用能力？焊接接頭，使用能力？2 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則二、評定焊接性的原則二、評定焊接性的原則1 1、評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定合理的焊接工藝

24、提供依據(jù)；、評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定合理的焊接工藝提供依據(jù)；2 2、評定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求。、評定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求。選擇已有的或設(shè)計(jì)新的焊接性試驗(yàn)方法應(yīng)符合下述原則：選擇已有的或設(shè)計(jì)新的焊接性試驗(yàn)方法應(yīng)符合下述原則：1 1、可比性、可比性 盡可能接近實(shí)際焊接條件盡可能接近實(shí)際焊接條件2 2、針對性、針對性 應(yīng)針對具體的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)針對具體的焊接結(jié)構(gòu)3 3、再現(xiàn)性、再現(xiàn)性 結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有很好的再現(xiàn)性結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有很好的再現(xiàn)性4 4、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性 力求少耗材，易加工，短周期，低費(fèi)用力求少耗材，易加工，短周期，低費(fèi)用2 焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評

25、定原則焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容及評定原則三、焊接性評定方法的分類三、焊接性評定方法的分類1. 模擬類模擬類2. 實(shí)焊類實(shí)焊類3. 理論分析和計(jì)算類理論分析和計(jì)算類利用利用CCT圖或圖或SHCCT圖分析圖分析1、模擬類、模擬類Gleeble 35002、實(shí)焊類方法、實(shí)焊類方法 在一定條件下進(jìn)行焊接，通過實(shí)焊過程來評價(jià)焊接性。主在一定條件下進(jìn)行焊接，通過實(shí)焊過程來評價(jià)焊接性。主要有：裂紋敏感性試驗(yàn)、焊接接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)、低溫脆性要有：裂紋敏感性試驗(yàn)、焊接接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)、低溫脆性試驗(yàn)、斷裂韌性試驗(yàn)、高溫蠕變及持久強(qiáng)度試驗(yàn)等。試驗(yàn)、斷裂韌性試驗(yàn)、高溫蠕變及持久強(qiáng)度試驗(yàn)等。(1)焊接冷裂紋試驗(yàn)焊接冷裂紋試

26、驗(yàn) “小鐵研小鐵研” 試驗(yàn)、插銷試驗(yàn)、試驗(yàn)、插銷試驗(yàn)、TRH、RRC等。等。(2)焊接熱裂紋試驗(yàn)焊接熱裂紋試驗(yàn) 可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)、可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)、FISCO等。等。(3)消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn) “小鐵研小鐵研” 試驗(yàn)、試驗(yàn)、H形拘束試驗(yàn)、插銷形拘束試驗(yàn)、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)法等。式消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)法等。(4)層狀撕裂試驗(yàn)層狀撕裂試驗(yàn) Z向拉伸試驗(yàn)、向拉伸試驗(yàn)、Z向窗口試驗(yàn)等。向窗口試驗(yàn)等。(5)應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn)應(yīng)力腐蝕裂紋試驗(yàn) U形彎曲試驗(yàn)、缺口試驗(yàn)等。形彎曲試驗(yàn)、缺口試驗(yàn)等。3、理論分析和計(jì)算類方法、理論分析和計(jì)算類方法利用物理性能分析利用物理性能分析Tm、利利用化學(xué)成分分析用

27、化學(xué)成分分析CE Ceq利用化學(xué)性能分析利用化學(xué)性能分析（Ti+O2TiO 4Al+3O22Al2O3）利用利用CCT圖或圖或SHCCT圖分析圖分析利用合金相圖利用合金相圖根據(jù)金屬的特性根據(jù)金屬的特性3 焊接性的評定及試驗(yàn)方法焊接性的評定及試驗(yàn)方法間接分析法間接分析法直接試驗(yàn)法直接試驗(yàn)法焊接性試驗(yàn)方法焊接性試驗(yàn)方法 碳碳是各元素中對冷裂敏感性影響最顯著是各元素中對冷裂敏感性影響最顯著的，因而人們就將各種元素都按相當(dāng)與若干的，因而人們就將各種元素都按相當(dāng)與若干含碳量折合疊加起來求得所謂含碳量折合疊加起來求得所謂碳當(dāng)量碳當(dāng)量（CE或或Ceq），用來估計(jì)冷裂傾向的大小。），用來估計(jì)冷裂傾向的大小。加

28、權(quán)、權(quán)重一、焊接性的間接評定一、焊接性的間接評定1、碳當(dāng)量法、碳當(dāng)量法 碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法u國際焊接協(xié)會(huì)（國際焊接協(xié)會(huì)（IIW）u此式適用于中、高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高此式適用于中、高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)鋼。強(qiáng)鋼。CE0.45，焊接，焊接25mm的板可以不的板可以不預(yù)熱。預(yù)熱。C 0.207時(shí)，焊接厚度時(shí)，焊接厚度37mm的板的板可以不預(yù)熱?？梢圆活A(yù)熱。 %5156VMoCrCuNiMnCCE碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法u日本日本JISu此式適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分范此式適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼，其化學(xué)成分范圍：圍：C0.2或或0.18；Si 0.55；Mn1.5%；Cu 0.5%；Ni2.5%；Cr1.2

29、5%；Mo 0.7%；V0.1%；B0.006%。 %144540246VMoCrNiSiMnCCeq根據(jù)鋼材強(qiáng)度和碳當(dāng)量確定預(yù)熱要求根據(jù)鋼材強(qiáng)度和碳當(dāng)量確定預(yù)熱要求鋼材強(qiáng)度級別鋼材強(qiáng)度級別b/MPa碳當(dāng)量碳當(dāng)量Ceq（JIS）/%工藝措施工藝措施5000.46焊時(shí)不需預(yù)熱焊時(shí)不需預(yù)熱6000.52焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱757000.52焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱1008000.62焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱150鋼板厚度小于鋼板厚度小于25mm，采用焊條電弧焊，焊接熱輸入，采用焊條電弧焊，焊接熱輸入17KJ/cm。碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法u美國焊接學(xué)會(huì)美國焊接學(xué)會(huì)AWSu此式適合化學(xué)成分范圍：此式適合化學(xué)成分范圍：C0.6；

30、Mn1.6%；Ni 3.3%；Cr 1.0%；Mo0.6%；P：0.050.15%。Cu：0.51.0%；當(dāng)；當(dāng)Cu0.5或或P0.05時(shí)不計(jì)入。時(shí)不計(jì)入。 %2134515246PCuMoCrNiSiMnCCeq焊接性與碳當(dāng)量的關(guān)系焊接性與碳當(dāng)量的關(guān)系不同條件下的預(yù)熱要求不同條件下的預(yù)熱要求焊接性焊接性用普通酸性焊條用普通酸性焊條用低氫焊條用低氫焊條消除應(yīng)力消除應(yīng)力 敲擊處理敲擊處理 優(yōu)良優(yōu)良不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需不需不需不需 較好較好預(yù)熱預(yù)熱40100-10 以上不需預(yù)熱以上不需預(yù)熱任意任意任意任意 尚好尚好預(yù)熱預(yù)熱150預(yù)熱預(yù)熱40100希望希望希望希望 可以可以預(yù)熱預(yù)熱1

31、50200預(yù)熱預(yù)熱100必須必須希望希望2、焊接冷裂紋敏感指數(shù)法、焊接冷裂紋敏感指數(shù)法 除除碳當(dāng)量碳當(dāng)量外，焊縫外，焊縫含氫量含氫量和和接頭拘束度接頭拘束度都都對冷裂紋傾向有很大影響。對冷裂紋傾向有很大影響。 T0=1440Pc-39260600HPPcmcBVMoCrNiCuMnSiCPcm5101520602020303、熱裂紋敏感性指數(shù)法、熱裂紋敏感性指數(shù)法(1) 熱裂紋敏感系數(shù)熱裂紋敏感系數(shù)HCS HCS4，無熱裂紋；，無熱裂紋；HCS越大，熱裂紋越敏感。越大，熱裂紋越敏感。 臨界應(yīng)變增長率臨界應(yīng)變增長率CST(2) CST6.510-4，無裂紋。，無裂紋。310310025VMoCr

32、MnNiSiPSCHCS4100 . 75 .6187 .659 . 30 . 18 . 02 .972 .19BNbMnNiCuSCCST4、消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法、消除應(yīng)力裂紋敏感性指數(shù)法(1) G法法 （%） G0時(shí)，對裂紋不敏感；時(shí)，對裂紋不敏感； G 0時(shí)，敏感。時(shí)，敏感。 （%） G1.5時(shí)，對裂紋不敏感；時(shí)，對裂紋不敏感； G2時(shí)，敏感。時(shí)，敏感。 PSR法法 （%）(2) PSR 0，對裂紋敏感。，對裂紋敏感。21 . 83 . 3VMoCrGCVMoCrCGG1021 . 83 . 310210752VNbTiMoCuCrPSR5、層狀撕裂敏感性指數(shù)法、層狀撕裂敏感性指數(shù)法

33、SHPPcmL660BVMoCrNiCuMnSiCPcm5101520602020306、焊接、焊接HAZ最高硬度法最高硬度法 L=200mm；B=150mm；=20mm；l=125mmGB 4675.5-1984焊接性試驗(yàn)焊接性試驗(yàn) 焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法二、焊接性的直接試驗(yàn)方法二、焊接性的直接試驗(yàn)方法1、焊焊接接冷冷裂裂紋紋試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法1). 斜斜Y坡口對接裂紋試驗(yàn)（小鐵研試驗(yàn)）坡口對接裂紋試驗(yàn)（小鐵研試驗(yàn)） 主要用于評價(jià)打底焊縫及其熱影響區(qū)冷裂紋傾向。試主要用于評價(jià)打底焊縫及其熱影響區(qū)冷裂紋傾向。試驗(yàn)焊縫只有一道，目的是鑒定第一層焊道根部裂紋敏感性。

34、驗(yàn)焊縫只有一道，目的是鑒定第一層焊道根部裂紋敏感性。斜斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)形坡口焊接裂紋試驗(yàn)斜斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)形坡口焊接裂紋試驗(yàn) 焊接規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，焊條直徑焊接規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，焊條直徑4mm，I=170A，U=24V，V焊焊=150mm/min。試驗(yàn)焊縫試驗(yàn)焊縫兩端都不得與拘束焊縫相連兩端都不得與拘束焊縫相連，應(yīng)各相距，應(yīng)各相距2-3mm。 熔敷焊縫試驗(yàn)以后，至少放置熔敷焊縫試驗(yàn)以后，至少放置24小時(shí)小時(shí)，然，然后進(jìn)行裂紋檢驗(yàn)。后進(jìn)行裂紋檢驗(yàn)。 表面裂紋率表面裂紋率lf/L100% 根部裂紋率根部裂紋率lr/L100% 斷面裂紋率斷面裂紋率Hs/H100%斜斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)形坡

35、口焊接裂紋試驗(yàn)2). TRC試驗(yàn)和試驗(yàn)和RRC試驗(yàn)試驗(yàn)拉伸拘束裂紋試驗(yàn)（拉伸拘束裂紋試驗(yàn)（TRC） 基本原理是模擬焊接接頭承受的平均拘基本原理是模擬焊接接頭承受的平均拘束應(yīng)力，主要評定冷裂紋敏感性。束應(yīng)力，主要評定冷裂紋敏感性。 此法設(shè)備較大而復(fù)雜，所需試板也很大。此法設(shè)備較大而復(fù)雜，所需試板也很大。試驗(yàn)結(jié)果常與插銷試驗(yàn)結(jié)果一致，現(xiàn)在用的試驗(yàn)結(jié)果常與插銷試驗(yàn)結(jié)果一致，現(xiàn)在用的不多。不多。剛性拘束裂紋試驗(yàn)（剛性拘束裂紋試驗(yàn)（RRC） 基本原理是模擬焊接接頭承受外部拘束，基本原理是模擬焊接接頭承受外部拘束，由于接頭冷卻時(shí)金屬收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力而引由于接頭冷卻時(shí)金屬收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力而引起裂紋。起裂紋。

36、 可以用作評價(jià)冷裂紋敏感性的尺度。此可以用作評價(jià)冷裂紋敏感性的尺度。此試驗(yàn)比試驗(yàn)比TRC試驗(yàn)的恒載拉伸更接近實(shí)際焊接試驗(yàn)的恒載拉伸更接近實(shí)際焊接情況。情況。3)、剛性固定對接裂紋試驗(yàn)（巴東試驗(yàn)）、剛性固定對接裂紋試驗(yàn)（巴東試驗(yàn)） 此法主要用于測定焊此法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，但也可以測定熱影響區(qū)的但也可以測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向。冷裂紋傾向。4). 窗形拘束裂紋試驗(yàn)窗形拘束裂紋試驗(yàn) 此法主要用于測定多層焊時(shí)焊縫橫向冷裂紋及熱裂紋的敏感性焊后此法主要用于測定多層焊時(shí)焊縫橫向冷裂紋及熱裂紋的敏感性焊后放置放置24小時(shí)再檢查，一般以有無裂紋為準(zhǔn)，也可以裂紋率為相

37、對比較。小時(shí)再檢查，一般以有無裂紋為準(zhǔn)，也可以裂紋率為相對比較。5).插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn) 插銷試驗(yàn)是一種簡便又省材料的試驗(yàn)方法主要用于插銷試驗(yàn)是一種簡便又省材料的試驗(yàn)方法主要用于考核材料的氫致延遲裂紋敏感性?？己瞬牧系臍渲卵舆t裂紋敏感性。 一種模擬的方法一種模擬的方法 切口效應(yīng)切口效應(yīng) 不同板厚、不同冷卻速度、切口尖端的組織和抗裂性不同板厚、不同冷卻速度、切口尖端的組織和抗裂性 拘束應(yīng)力的大小、應(yīng)力開始作用時(shí)間拘束應(yīng)力的大小、應(yīng)力開始作用時(shí)間插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果斷裂時(shí)間斷裂時(shí)間tF及及Cr的關(guān)系；的關(guān)系； 找出找出Cr=s的施工條件；

38、的施工條件； 可調(diào)節(jié)的工藝因素可調(diào)節(jié)的工藝因素 HD； T0； TP；填充金屬材料。填充金屬材料。6).搭接接頭焊接性試驗(yàn)，搭接接頭焊接性試驗(yàn)，CTS2、焊接熱裂紋試驗(yàn)方法、焊接熱裂紋試驗(yàn)方法1)、壓板對接（、壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗(yàn)法）焊接裂紋試驗(yàn)法 此法（此法（GB4675.4-84）主要用于評定熱裂）主要用于評定熱裂紋敏感性，也可以做鋼材與焊條匹配性的試紋敏感性，也可以做鋼材與焊條匹配性的試驗(yàn)。驗(yàn)。壓板對接（壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗(yàn)法）焊接裂紋試驗(yàn)法（2）焊接按生產(chǎn)中的工藝焊接）焊接按生產(chǎn)中的工藝焊接4條約條約40mm長的焊縫長的焊縫（3）計(jì)算裂紋率）計(jì)算裂紋率lF裂

39、紋長度之和；裂紋長度之和；LF焊縫長度之和。焊縫長度之和。%100FFFLlC2)、可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法、可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法1、用途：評定熱裂紋敏感性（美國焊接專家、用途：評定熱裂紋敏感性（美國焊接專家Savage1965年提出）年提出）2、試驗(yàn)方法：、試驗(yàn)方法： 縱向可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法縱向可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法 橫向可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法橫向可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)法試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理 改變模塊的改變模塊的R即可改變應(yīng)變量，而達(dá)到即可改變應(yīng)變量，而達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)在焊縫或熱影響區(qū)發(fā)生熱裂一定值時(shí)，就會(huì)在焊縫或熱影響區(qū)發(fā)生熱裂紋，隨著增加，

40、裂紋的數(shù)目及長度的總和也紋，隨著增加，裂紋的數(shù)目及長度的總和也增加，從而獲得一定的規(guī)律。增加，從而獲得一定的規(guī)律。3、焊接消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)方法、焊接消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)方法1、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)法、插銷式消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)法2、H形拘束試驗(yàn)形拘束試驗(yàn)3、斜、斜Y形坡口消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)形坡口消除應(yīng)力裂紋試驗(yàn)4、層狀撕裂試驗(yàn)方法、層狀撕裂試驗(yàn)方法1)、Z向拉伸試驗(yàn)向拉伸試驗(yàn) 此法用于測定層狀撕裂敏感性。試棒拉伸此法用于測定層狀撕裂敏感性。試棒拉伸破壞后，以破壞后，以Z向斷面收縮率向斷面收縮率為層狀撕裂敏感為層狀撕裂敏感性的判據(jù)。性的判據(jù)。 1525%時(shí)，才能較好地抵抗層狀撕裂。時(shí)，才能較好地抵抗層狀

41、撕裂。2)、Z向窗口試驗(yàn)向窗口試驗(yàn)2)、Z向窗口試驗(yàn)向窗口試驗(yàn) 此法也是測試層狀撕裂敏感性的試驗(yàn)方法焊接順此法也是測試層狀撕裂敏感性的試驗(yàn)方法焊接順序：先焊序：先焊1、2兩條拘束焊縫，再焊兩條拘束焊縫，再焊3、4兩條試驗(yàn)焊縫。兩條試驗(yàn)焊縫。 計(jì)算裂紋率計(jì)算裂紋率lF裂紋長度之和；裂紋長度之和；LF焊縫長度之和。焊縫長度之和。%100FFFLlC第一章第一章 思考題思考題1、什么是焊接性、什么是焊接性? 包含哪幾個(gè)方面包含哪幾個(gè)方面?2、不同的焊接方法是如何影響材料焊接性的？、不同的焊接方法是如何影響材料焊接性的？3、小鐵研實(shí)驗(yàn)的條件是什么、小鐵研實(shí)驗(yàn)的條件是什么? 裂紋率如何測量與計(jì)算裂紋率如

42、何測量與計(jì)算?4、插銷試驗(yàn)的目的是什么？如何利用插銷試驗(yàn)確定預(yù)、插銷試驗(yàn)的目的是什么？如何利用插銷試驗(yàn)確定預(yù)熱溫度？熱溫度？5、產(chǎn)生層狀撕裂的主要原因是什么？如何用試驗(yàn)的方、產(chǎn)生層狀撕裂的主要原因是什么？如何用試驗(yàn)的方法確定材料層狀撕裂的敏感性？法確定材料層狀撕裂的敏感性？第三章第三章 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳素鋼碳素鋼+合金元素合金元素=合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼綜合性能好（強(qiáng)度高、韌性、塑性和焊接性好）綜合性能好（強(qiáng)度高、韌性、塑性和焊接性好）應(yīng)用廣泛（壓力容器、工程機(jī)械、石油化工、橋梁、船舶等）應(yīng)用廣泛（壓力容器、工程機(jī)械、石油化工、橋梁、船舶等）第三章第三章 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)

43、構(gòu)鋼的焊接1 分類和性能分類和性能一、分類一、分類 按合金元素含量分類：按合金元素含量分類：合金鋼合金鋼低合金鋼：低合金鋼：合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%中合金鋼：中合金鋼：合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%高合金鋼：高合金鋼：合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類 凡是用做機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)的鋼凡是用做機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)的鋼材都稱為材都稱為結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼。 合金結(jié)構(gòu)鋼可分兩類：合金結(jié)構(gòu)鋼可分兩類： 1、強(qiáng)度用鋼、強(qiáng)度用鋼 2、特殊用鋼、特殊用鋼強(qiáng)度用鋼

44、強(qiáng)度用鋼 凡是屈服強(qiáng)度大于凡是屈服強(qiáng)度大于295MPa的強(qiáng)度用鋼的強(qiáng)度用鋼均可稱為均可稱為高強(qiáng)鋼高強(qiáng)鋼。 一般有熱軋鋼、正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和一般有熱軋鋼、正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼、微合金化鋼、焊接無裂紋鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼、微合金化鋼、焊接無裂紋鋼、抗層狀撕裂鋼和大線能量鋼。抗層狀撕裂鋼和大線能量鋼。第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能1. 熱軋及正火鋼熱軋及正火鋼 凡是屈服強(qiáng)度為凡是屈服強(qiáng)度為295490MPa的低合金的低合金高強(qiáng)鋼，一般都在熱軋或正火狀態(tài)下供貨使高強(qiáng)鋼，一般都在熱軋或正火狀態(tài)下供貨使用，故稱用，故稱熱軋鋼及正火鋼熱軋鋼及正火鋼。是一種非熱處理。是一種非熱處理強(qiáng)化鋼。強(qiáng)化鋼。 C

45、F鋼、鋼、Z向鋼、大線能量鋼、向鋼、大線能量鋼、TMCP鋼、鋼、UFG鋼。鋼。第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能CF鋼鋼 日本的日本的610U2，屬于低碳調(diào)質(zhì)鋼中的，屬于低碳調(diào)質(zhì)鋼中的焊接焊接無裂紋鋼無裂紋鋼(CF鋼鋼)，其特點(diǎn)是含碳量低，其特點(diǎn)是含碳量低 (0.09)、總碳當(dāng)量低總碳當(dāng)量低(CEQ2=0.39%)、裂紋敏感系數(shù)低、裂紋敏感系數(shù)低(PCM0.19)。由于在鋼材生產(chǎn)過程中采用新技。由于在鋼材生產(chǎn)過程中采用新技術(shù)，如在線余熱淬火等，在碳當(dāng)量不大情況下，術(shù)，如在線余熱淬火等，在碳當(dāng)量不大情況下，增加其淬透性，并加入多種微量元素，所以能增加其淬透性，并加入多種微量元素，所以能在保證高強(qiáng)度

46、的同時(shí)提高其塑性和韌性在保證高強(qiáng)度的同時(shí)提高其塑性和韌性(-40時(shí)其時(shí)其AKv200J甚至達(dá)甚至達(dá)300以上以上)。Z向鋼向鋼 Z向鋼向鋼是在某一等級結(jié)構(gòu)鋼（稱為母級是在某一等級結(jié)構(gòu)鋼（稱為母級鋼）的基礎(chǔ)上，經(jīng)過特殊冶煉、鎮(zhèn)靜處理和鋼）的基礎(chǔ)上，經(jīng)過特殊冶煉、鎮(zhèn)靜處理和適當(dāng)熱處理的鋼材。厚度方向承受拉伸載荷適當(dāng)熱處理的鋼材。厚度方向承受拉伸載荷而對厚度方向有性能要求的厚度不小于而對厚度方向有性能要求的厚度不小于15mm的鋼材與扁鋼（簡稱的鋼材與扁鋼（簡稱Z向鋼向鋼）。）。大線能量鋼大線能量鋼 Ti作為微合金元素提高鋼的大線能量焊作為微合金元素提高鋼的大線能量焊接的可焊性接的可焊性，這是由于，這

47、是由于Ti的氮化物和氧化物的氮化物和氧化物在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，Ti微合金鋼合微合金鋼合金化的經(jīng)典觀點(diǎn)是金化的經(jīng)典觀點(diǎn)是Ti和和N的含量應(yīng)保持在理想的含量應(yīng)保持在理想化學(xué)比化學(xué)比Ti/N=3.42附近。附近。TMCP鋼鋼 熱機(jī)械控制處理熱機(jī)械控制處理(TMCP:Thermo Mechanical Control Process，也稱控軋控冷工藝，在日本被，也稱控軋控冷工藝，在日本被譯為加工熱處理譯為加工熱處理)工藝。將工藝。將“控軋控軋”(CR: Controlled Rolling; 軋制溫度比普通軋制低軋制溫度比普通軋制低)技術(shù)技術(shù)與隨后的與隨后的“加速冷卻加

48、速冷卻”(AcC: Accelerated Cooling，快于空冷快于空冷)結(jié)合起來，在盡量減少合金元素添加的結(jié)合起來，在盡量減少合金元素添加的情況下，依靠細(xì)化晶粒能得到正火或淬火、回火情況下，依靠細(xì)化晶粒能得到正火或淬火、回火等熱處理不可能得到的強(qiáng)度和低溫韌性，實(shí)現(xiàn)了等熱處理不可能得到的強(qiáng)度和低溫韌性，實(shí)現(xiàn)了非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的開發(fā)。非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的開發(fā)。UFG鋼鋼 超細(xì)晶粒鋼超細(xì)晶粒鋼(Utrafine-Grained Steel，簡稱，簡稱UFG鋼，目標(biāo)粒徑約鋼，目標(biāo)粒徑約1m)作為作為21世紀(jì)的代表性先進(jìn)高性世紀(jì)的代表性先進(jìn)高性能金屬結(jié)構(gòu)材料，其強(qiáng)化思路具有鮮明的特點(diǎn)，即通能金屬結(jié)構(gòu)材料，其

49、強(qiáng)化思路具有鮮明的特點(diǎn)，即通過晶粒的超細(xì)化同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化，完全不同于傳統(tǒng)的過晶粒的超細(xì)化同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化，完全不同于傳統(tǒng)的以合金元素添加及熱處理為主要手法的強(qiáng)化思路。其以合金元素添加及熱處理為主要手法的強(qiáng)化思路。其優(yōu)點(diǎn)在于：能同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化；可盡量少用合金元素優(yōu)點(diǎn)在于：能同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化；可盡量少用合金元素降低碳當(dāng)量、改善焊接性，并利于循環(huán)利用以降低對降低碳當(dāng)量、改善焊接性，并利于循環(huán)利用以降低對環(huán)境的損害。環(huán)境的損害。2. 低碳調(diào)質(zhì)鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼 屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為490980MPa，是熱處理強(qiáng)，是熱處理強(qiáng)化鋼，一般都在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨，含碳量小化鋼，一般都在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨，含碳量小于于0. 22

50、。第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能3、中碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼 屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為8801176MPa以上，含碳量以上，含碳量較高，約較高，約0.250.5%。 這類鋼通常在退火狀態(tài)下焊接，然后再這類鋼通常在退火狀態(tài)下焊接，然后再通過熱處理來達(dá)到需要的性能。通過熱處理來達(dá)到需要的性能。第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能特殊用鋼特殊用鋼1、珠光體耐熱鋼、珠光體耐熱鋼 具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化的特具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化的特性。用于工作溫度為性。用于工作溫度為500600的高溫設(shè)備的高溫設(shè)備等。合金化主要元素是：等。合金化主要元素是：Cr、Mo為基礎(chǔ)，為基礎(chǔ)，再加再加V、W、Nb和和B等

51、合金元素。焊后進(jìn)行等合金元素。焊后進(jìn)行高溫回火處理。高溫回火處理。第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能2、低溫鋼、低溫鋼 具有非常好的低溫韌性。用于各種低具有非常好的低溫韌性。用于各種低溫裝置溫裝置( -40-196)。 合金化主要元素是：合金化主要元素是： Ni元素。元素。3、低合金耐蝕鋼、低合金耐蝕鋼第第1節(jié)節(jié) 分類、性能分類、性能二、合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能二、合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能1、化學(xué)成分、化學(xué)成分低碳鋼：低碳鋼：C：0.10%-0.25%，提高強(qiáng)度，提高強(qiáng)度，但引起淬硬和裂紋，應(yīng)在保證強(qiáng)度的條件但引起淬硬和裂紋，應(yīng)在保證強(qiáng)度的條件下，越少越好。下，越少越好。Si：0.3 ；Mn：0.5%-

52、0.8%。P、S含量要低。含量要低。 合金化元素：合金化元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等。等。VNiMnTiCoCrSiwwwwwwwA3105365287201Ni組元素：組元素：Ni、Mn、 Co；Cr組元素：組元素：Cr、Si、P、A1、Ti、V、Mo、W。N：作用與作用與C相似，擴(kuò)大相似，擴(kuò)大A區(qū)。與其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化區(qū)。與其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細(xì)化晶粒，提高物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細(xì)化晶粒，提高鋼的屈服點(diǎn)和抗脆斷能力。為了充分發(fā)揮氮作為合金元素的作鋼的屈服點(diǎn)和抗脆斷能力。為了充分發(fā)揮氮作為合金

53、元素的作用，鋼中必須同時(shí)加入用，鋼中必須同時(shí)加入Al、V和和Ti等氮化物形成元素。等氮化物形成元素。C：為了保證良好的綜合性能和焊接性，要求鋼中碳的質(zhì)量分為了保證良好的綜合性能和焊接性，要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于數(shù)不大于0.22%（實(shí)際上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在（實(shí)際上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在0.18%以下）。以下）。 此外，添加一些合金元素，如此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。等，主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。PTiVCuNiCrSiMnCswwwwwwwww5407553537844545582274122

54、5230hPTiVCuNiCrSiMnCbwwwwwwwww450529314563373907868623054 . 121h2、力學(xué)性能、力學(xué)性能 屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比3、顯微組織、顯微組織第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接一、熱軋、正火鋼的成分及性能一、熱軋、正火鋼的成分及性能熱軋鋼：熱軋鋼：強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化 屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度：295390MPa級級 合金系：合金系：C-Mn或或Mn-Si系系 主合金化元素：主合金化元素： Mn、Mn-Si 輔合金化元素：輔合金化元素：V、Nb代替部分代替部分Mn 典型鋼種：典型鋼種：Q345(16Mn)第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火

55、鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接正火鋼：正火鋼：強(qiáng)化機(jī)理：強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化或細(xì)晶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化或細(xì)晶強(qiáng)化屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度：為為390490MPa合金系：合金系：C-Mn或或Mn-Si ( V、Nb、Ti、Mo ) 系系主合金化元素：主合金化元素： Mn、Mn-Si輔合金化元素：輔合金化元素：V、Nb、Ti、Mo (碳化物碳化物,氮化物元素氮化物元素) 熱處理狀態(tài)：熱處理狀態(tài)：正火，充分發(fā)揮碳化物形成元素的作用正火，充分發(fā)揮碳化物形成元素的作用典型鋼種：典型鋼種：15MnVN第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接 正火狀態(tài)下使用鋼正火狀態(tài)下使用鋼 除除15MnTi外，主要是

56、外，主要是V、Nb鋼。鋼。15MnV、15MnVN。 正火回火狀態(tài)使用的含正火回火狀態(tài)使用的含Mo鋼鋼 18MnMoNb，第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接 微合金化控軋鋼微合金化控軋鋼 采用微合金化采用微合金化(加入微量加入微量Nb、V、Ti) 和控制軋和控制軋制技術(shù)達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果，同制技術(shù)達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果，同時(shí)從冶煉冶煉工藝上采取了降時(shí)從冶煉冶煉工藝上采取了降C降降S，改變夾雜物形，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純度等措施，使鋼具有均勻的細(xì)晶粒態(tài)，提高鋼的純度等措施，使鋼具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體。等軸鐵素體基體。X70、X80。 X70除

57、加微量除加微量Nb、V、Ti 外，還加入外，還加入Ni、Cr、Cu、Mo。第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接二、熱軋、正火鋼的焊接性分析二、熱軋、正火鋼的焊接性分析主要是：各類裂紋、脆化問題主要是：各類裂紋、脆化問題冷裂紋冷裂紋 從材料本身看，淬硬組織是引起冷裂紋的決定從材料本身看，淬硬組織是引起冷裂紋的決定因素。焊接時(shí)是否形成對氫致裂紋敏感的組織是評因素。焊接時(shí)是否形成對氫致裂紋敏感的組織是評定材料焊接性的一個(gè)重要指標(biāo)。定材料焊接性的一個(gè)重要指標(biāo)。第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接1. 碳當(dāng)量碳當(dāng)量 %1556NiCuVMoCrMnCCE第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的

58、焊接熱軋、正火鋼的焊接144540246VMoCrNiSiMnCCeqCE 為國際焊接學(xué)會(huì)的碳當(dāng)量公式為國際焊接學(xué)會(huì)的碳當(dāng)量公式Ceq為日本常用的碳當(dāng)量公式為日本常用的碳當(dāng)量公式Pcm為合金元素的裂紋敏感指數(shù)為合金元素的裂紋敏感指數(shù)BVMoNiCrCuMnSiCPcm51015602030第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接 CE和和Ceq適用于含碳量較高的鋼適用于含碳量較高的鋼(C0.18)以及抗拉強(qiáng)度在以及抗拉強(qiáng)度在400700MPa的鋼材；對的鋼材；對于含碳量較低的鋼于含碳量較低的鋼(C0.18)以及抗拉強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度在在400900MPa的鋼材則用的鋼材則用Pcm更合適。

59、更合適。第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接 在實(shí)際中，在實(shí)際中， CE應(yīng)用相當(dāng)普遍，應(yīng)用相當(dāng)普遍， CE0.4%無淬無淬硬傾向，焊接性好；硬傾向，焊接性好； CE =0.4 % 0.6%淬硬傾向增淬硬傾向增加，屬于有淬硬傾向的鋼，加，屬于有淬硬傾向的鋼， CE0.5 % ，淬硬傾向，淬硬傾向嚴(yán)重，嚴(yán)重， 18MnMoNb屬于此類。焊接屬于此類。焊接18MnMoNb要嚴(yán)要嚴(yán)格控制線能量、采取預(yù)熱和焊后熱處理等工藝。格控制線能量、采取預(yù)熱和焊后熱處理等工藝。第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接2、淬硬傾向、淬硬傾向 不同成分鋼材的冷裂紋敏感性，可以通過反不同成分鋼材的冷裂

60、紋敏感性，可以通過反映鋼材焊接熱影響區(qū)淬硬傾向的模擬焊接熱影響映鋼材焊接熱影響區(qū)淬硬傾向的模擬焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變( SHCCT) 曲線來進(jìn)行分析比較。曲線來進(jìn)行分析比較。第第2節(jié)節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接熱軋、正火鋼的焊接 熱軋鋼的淬硬傾向與冷裂紋敏感性熱軋鋼的淬硬傾向與冷裂紋敏感性 熱軋鋼的含碳量并不高，但含有少量的合金熱軋鋼的含碳量并不高，但含有少量的合金元素，其淬硬傾向比低碳鋼要大些。但冷裂紋敏元素，其淬硬傾向比低碳鋼要大些。但冷裂紋敏感性不大。其感性不大。其SHCCT圖如圖圖如圖3-4所示。所示。 正火鋼的淬硬傾向與冷裂紋敏感性正火鋼的淬硬傾向與冷裂紋敏感性第第2節(jié)節(jié)