焊接接頭的性能和影響因素

第

八

章焊

接

接

頭

的

性

能

及

其

影

響

因

素一節(jié)焊接

接

頭二節(jié)焊

接

熱

循

環(huán)三節(jié)

焊縫的

金

屬

組

織

和

性能四節(jié)熔合區(qū)和

熱

影響區(qū)的

組

織

和

性

能五

節(jié)

影響焊

接

接

頭

性

能的因

素

及

其處理方

法主要第第

第

第第內(nèi)

容第

一

節(jié)

焊

接

接

頭焊

接

接

頭

是

基

本

金

屬

或

基

本

金

屬

和

填

充

金

屬

在

高

溫

熱

源

的

作

用

下

，

經(jīng)

過

加

熱

和

冷

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

母

材

組

織

及

性

能

發(fā)

生

變

化

的

區(qū)

域

共

同

組

成焊

接

接

頭

。斃

一.

焊

接

接

頭的

組

成聚—

一糞焊接接頭一般由三個區(qū)域組成

：漿

(

1

)

焊縫漿

(

2

)

熔

合

區(qū)漿

(

3

)

熱

影

響

區(qū)1.

焊

縫卷焊縫是焊接接頭的主體，張

焊

縫

金

屬

是

焊

接

時

由

填

充

金

屬

(

焊

條

、

焊

絲

)

和

部

分

基

本

金

屬

經(jīng)

過

熔

化、結(jié)晶凝固而形成的。漿焊

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)漿—--糞

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

。斃

熱

影響

區(qū)

的

寬

度

主

要

取

決

于

焊

接

線能量的大小。張3.熔合區(qū)器熔合區(qū)是焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的交

界

處

，

在

焊

接

過

程

中

，

處

于

固

、液

狀

態(tài)

的

半熔

化

區(qū)

。漿

熔

合

區(qū)

一

般很窄,約有0.1～0.4mm

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)

。

焊

接

接

頭

的

特

點

：(

1

)

具

有

組

織

和

性

能

的

不

均

勻(

2

)

易

產(chǎn)

生

各

種

焊

接

缺

陷

，(

3

)

存

在

著

應

力

集

中

、

焊

接

殘

焊

接

變

形

等

。性

，余

應

力

、第

二

節(jié)

焊

接

熱

循

環(huán)

.焊接熱循環(huán)的特點1.

概

念焊

接熱

循

環(huán)

是

指

在

焊

接

熱

源的

作

用下

，焊件

上

某點的

溫

度隨

著時間由低

而

高、

又由

高

而

低

的

變

化

過

程

。在加熱

和

冷

卻

過

程中，焊

件上

不

同位

置

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

，

越

遠

的

位

置

被

加

熱

的

最

高

溫

度

越

低

。2

.

.

基

本

要

素(1)

加

熱

速

度(

2

)

最

高

加

熱

溫

度(

3

)

高

溫

停

留

時

間

(

4

)

冷

卻

速

度t8-/5

焊接接頭由8

0

0℃冷

卻到

5

0

0℃所需的時

，這

個

溫

度

區(qū)

域

是

焊

縫

金

屬

固

態(tài)

相變過程

，

其值

大

小

，對

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。間●心3.焊

接

熱

循

環(huán)

特

性

指

標反映

焊

接

熱

循

環(huán)

特

性

的

指

標

主

要

有

-

2

個

過和ts/s。焊

接

接

頭

在11

0

0℃以

上

高

溫的

停

留

時

其值

越大，

焊

接

接

頭的組

織

與

性

能

越4.焊

接

熱

循

環(huán)

的

主

要

特

點—-*-——-*-——-*--—-*----*--———

.—-*-——

--—1

)

急

劇

加

熱

且

溫

度

高

，

熔

池

(

焊

縫

)

附

近

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

大

粗

化嚴重

。

2

)

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

接

冷

裂

紋

的

產(chǎn)

生

。

、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

、焊接規(guī)范*焊接線能量、預熱和層何溫度、*焊件

厚

度

和

接

頭

型

式

及

材

料

本

身

的

導

熱

性

等

。1.焊

接

方

法焊接方

法

不同，加熱

速

度、高溫

停留時間和

焊

后冷卻

速

度

都

會

有

所

不同。氣

焊

加熱

速

度

慢，

冷卻速

度

也

慢，高

溫

停留時間長；而

鎢極

氬

弧

焊

，

則

加熱

速

度

快，

冷

卻

速

度

也

快，高

溫

停留

時間

較短

。2

。

焊

接

規(guī)

范

及

線

能

量

的

影

響_

焊接規(guī)范指焊接時的主要工藝參數(shù)，

_也就是保證煜接質(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。焊接線能量是單位長度焊縫內(nèi)輸入的焊接能量，對電弧焊常用

下式表示：Q=IU/uQ-----線能量，J/cmI----

焊接電流，AU-焊接電壓，V

v—焊速，cm/s焊接線能量越大，熱影響區(qū)越寬，加熱到1100℃以上高溫區(qū)域也就越寬，而且t和ts/s越大，焊接線能量偏小時，不利于焊縫的熔透和成形，因此焊接線能量必須在一個合理的范圍才能保證焊接接頭具有良好的性能。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)范條件下，焊接線能量的差別較大，埋弧焊時焊接線能量較大，手工電弧焊次之、鎢極氬弧焊最小。3.

預

熱

與

層

間

溫

度

的

影

響----焊接性差的鋼材，

--般要采取預熱和保持屎-

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)

生

。金屬材料預熱溫度一

般不

超

過350℃,在低

溫

(600℃)時對冷卻

速

度能起到顯著的降低作

用

，對t值影響

不

大

，所

以預熱對焊接線

能量

不

起

增強

作

用，

對

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

高于預熱溫度，控制層間溫度的

目的在于降低焊

接

接

頭

在

低

溫

時

的

冷

卻

速

度

，

有

利

于

焊

接

熱

循

環(huán)

的

作

用

。4.

連

接

結(jié)

構(gòu)

和

鋼

材

性

能

的

影

響---焊縫處的連接結(jié)構(gòu)是由焊件厚度和按頭型

式--

決

定

的

，

焊

件

厚

度

越

大

，

焊

接

接

頭

的

相

對

冷

卻速度越大，tgs越??；當焊縫為角接接頭時，其冷卻速度比對接接頭速度要大，

tys比對接接頭焊縫要小鋼材的導熱性能對焊接熱循環(huán)具有直接的影響，導熱性不同的鋼材在相同的線能量條件下，

焊接接頭的t過和tgs是不同的，導熱性好的鋼材t

和ts/s都小手導熱性差的鋼材。糞第三節(jié)

焊縫的金屬組織和性能漿熔

池中的

金

屬

從

液

態(tài)

變

為固

態(tài)的

這

種

過

-----程稱為熔池的一次結(jié)晶。器熔池凝固后的焊縫金屬從高溫冷卻到室

溫時，還會發(fā)生固態(tài)的相變，

產(chǎn)

生

不同

。固

態(tài)

相

變

過

程

稱

為漿焊

縫

金

屬

組

織除

與

化

學

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

。結(jié)這二縫屬。縫組漿一、焊接熔池的一次結(jié)晶器

1

.

結(jié)晶

過

程

的

特

點—-4-——-漿

(1

)

熔

池

的

體

積

小

、

冷

卻

速

度

快

；漿

(

2

)

液

態(tài)

金

屬

溫

度

高

；漿

(

3

)

運

動

狀

態(tài)

下

結(jié)晶

；漿

(4

)以散熱

方向向焊縫中呈柱

狀

生

長

。漿2.

組

織

特

征

與

組

織

偏

析--

-

柱

狀

晶是

一次

結(jié)

喆的

組

織

特

征張由于冷卻速度極快，

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

勻性，

這種不均勻性就是晶內(nèi)偏析，漿二、焊縫金屬的二次結(jié)晶蔡焊縫熔池金屬二次結(jié)晶后的組織基不是

柱

狀奧氏

體，

在

冷

卻

至

室

溫的

過

程中

，

。組?？?/p>

轉(zhuǎn)

變

，

這

就

是

焊晶生二還屬金糞1.低碳鋼的焊縫組織糞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

停留時間

過

長(如氣

焊、電渣

焊

)

焊

縫

還

會出

現(xiàn)

魏氏

組

織。多

層

多

道

焊

時

，

后

一

層

焊

道

對

前

一

層

焊

道

有

熱

處

理

作

用

，

部分柱狀晶可轉(zhuǎn)化為細小的等軸晶，其

金屬組織為細小的鐵素體和少量的珠光

體

。糞2.低合金高強度鋼的焊縫組織糞低

合金

鋼

合

金

元

素

含

量

較

小

時，

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

，冷速過大時，

也會產(chǎn)生粒狀貝氏體。漿合金

元

素

含

量

較

高

時，

淬

硬

性

較

好的

低合金高強

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。柴3.鉻鉬和鉻鉬釩耐熱鋼的焊縫組織紫合金含量較少(Cr<5%)的耐熱鋼在焊

----前預熱--焊后緩冷的條件下，

-得到的是-珠光體和部分淬硬組織，高溫回火后可

得到完全的珠光體組織柒合金

含

量

較

多(Cr5%~9%)

的

耐

熱

鋼

在

焊

接

材

料

化

學

成

分

與

母

材

成

分

相

近

、焊前

預

熱

和

焊

后

緩

冷

條

件

下，

其

焊

縫

組

織為貝氏

體，

有時

可能出

現(xiàn)

馬氏

體，高

溫回火后可得到回火索氏體，當采用奧氏

體

焊

接

材

料時，

焊

縫

組

織

主

要

為奧氏

體

。器

4

.不銹

鋼

焊

縫

組織張

奧

氏

體

不

銹

鋼

一

般

為

奧

氏

體

加

少

量--

(

2

%

～

6

%

)

-

鐵

素

體-----

糞鐵

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

成

分

相

近

時

，

其

焊

縫

組

織

為

鐵

素

體

，

焊

接

材

料

為

鉻

鎳

奧

氏

體

時

其

焊

縫

組

織

為

奧

氏

體

。張馬氏體不

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

成

分

相

近

時

，

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

奧氏體時，焊縫組織為奧氏體。-

一柴三、焊縫金屬組織與性能的關(guān)系

張1.一次結(jié)晶組織與性能的關(guān)系--

-

焊

縫

一

次

結(jié)

晶

組

織

中

細

柱

狀

晶

比粗

柱

狀

-

晶好，胞狀晶比樹枝晶好，

因為粗晶體

金屬的強

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

對熱裂紋的敏感傾向很強。性變

差，偏

析

越

嚴

重，力

學

性

能

和

蝕性的不

均

勻

程

度

就

越

大，

偏

析

使

聚集

在

焊

縫中心，

就

容易

產(chǎn)

生

熱

裂漿由于偏

析、

化

學

成

分

極

不

均

勻，

焊

縫的抗

裂

抗

腐

S、P

紋

。糞2.二次結(jié)晶組織與性能的關(guān)系張二次結(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。

-漿1)強

度

高

低馬氏體比其它組織的強度都高，

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

無

明

顯

脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，塑性和韌性

比其他組織好，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度和

一定的塑性和韌性。賬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----體和馬氏體對冷裂紋的敏感性最大。

-----裝4)晶粒度，晶粒越細，

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

度

較

低，

而塑

性

和

韌

性

好，抗裂

性

好

；

珠

光

體

的

強

度

比

鐵

素

體

高，塑性和韌性比鐵素體差；馬氏體強度高，高

碳馬氏體硬

而

脆，

低碳

馬氏體

具

有

相當高的

強度和較良好的塑性、韌性相結(jié)合的特點；

粒狀貝氏體的強度和塑性、韌性介于馬氏體

和鐵

素

體

加

珠

光

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。o糞

3

.

焊

縫的

性

能焊縫

金

屬的性

能

決

定

于

化

學

成

分

和

組

織

，

--焊縫的特點是碳低。但有三定數(shù)量的合金元素，一

般

來

說

焊

縫的

化

學

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

度

可以達

到母材，但塑性、韌性比母材差。漿五、焊接區(qū)域的氣體對焊縫金屬的影響漿

焊

接

時

焊

接

區(qū)

域

中

主

要

有

一

氧

化

碳-*--cCO)-

、-

二

氧

化

碳

-(C-O,)-

、-氫(H?)

、

水

蒸

汽(H?O)

、

氧

(O?)、氮(N?)

等氣體，其中氧、氮、氫對焊接質(zhì)量的影響最大。張1.

氧(O?)

的影響強氧在焊縫中的存在形式主要是FeO

夾雜物。在焊接過程中，

FeO與碳生成CO,

會產(chǎn)生氣孔，引起飛濺，影一響焊接過程的穩(wěn)定性。

焊縫中的氧來源有2個：

一是高溫條件下氧向熔池金屬里溶解，冷卻時來不及逸出；二是一些合金元素氧化后形成氧化物殘留在焊縫中。數(shù)焊接過

程

的

氧

化

作

用

，

將

導

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條件下與碳生成CO氣孔，殘留在焊縫中的氧會降低焊縫金屬的力學性能和耐腐蝕性。數(shù)

防止措施：

加強保護，選用合適的氣體流量、短弧焊，

防止空氣進入；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

。一

-—■

■——紫2.氮的影響柴氮在高溫時與液態(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；

一

另

→

-方

面

與

氧

生

成

氧

化

氮(NO)

被溶解到

焊

縫中，當?shù)窟^多時，容易產(chǎn)生N,氣孔。

凝固時，

氮的溶

解

度

急

劇降

低，

析出

氮

氣，來不及逸出熔池表面便形成氣孔。張主

要

來源

是空氣，防

止

措

施只有加強熔池的

保

護

。張

氮

在

焊

縫中

存

在

會

使

焊

縫

金

屬

變

脆，塑

性

和

韌

性

變

劣

。類3.

氫的影響張氫侵入焊縫的主要原因各種形態(tài)的水分：

-

-

-

焊

接

材

料

潮

濕

、

-

坡日

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

。糞氫的存在危害極大，它使焊縫金屬變脆，

塑

性

和

韌

性顯

著降

低，

導

致

氫

致

裂

紋

、氫白點和氫氣孔缺陷?？刂茪涞拇胧汉娓珊笚l、焊劑，清除銹、水

、

油

污。

選

用

低

氫

型

焊

條，

采

用

后

熱、

消

氫

處

理

等

。糞

六、

焊

接

材

料

化

學

成

分的

影

響漿

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。這些元素的存在對焊接冶金和焊

縫金屬性能有很大的影響。糞

1

.

碳C糞碳是焊芯、焊絲的主要元素，它對焊縫性能起主導作用，碳量越高，焊縫的強度和硬度越高，但塑性越低，

淬硬性越大，裂紋傾向越大。下

焱碳在焊接過程中是一個良好的脫氧劑，減少O?

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，還會由于強烈的還原反應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。碳量過高，焊縫金屬凝固點變低，對仰焊操作不利，因而焊芯、焊絲的

碳含量一般控制在0.2%以下，常用低碳鋼焊芯、焊絲碳含量小于0.10%

。襲對低合金焊芯、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，且聚集長大，對抗蠕變能力和持久強度起不良作用。————

一

單張2

.

錳(Mn)張錳是一個良好的合金劑，當焊縫含錳量在2%-----以下時-,-錳量越高。

-焊縫的力學性能越好，

-特別是強度和韌性的提高最為明顯，

當錳量>2%時，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。強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，能提高熔渣的流

動性，減少金屬飛

濺，改善焊條的工藝性能

。襲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，焊接時浮于焊縫表面，減少焊縫硫的含量。類3.

硅Si漿

硅

含

量

不高

時

，

硅

是

一

個

較

好

的

合

金

劑

，能

提高

焊

縫

金

屬的

強

度

和

彈

性，

而

塑

性降

低

不明顯

，

但

含

量

超

過

2

%

時

，

塑

性

和

韌

性

顯

著

降

低

。張

Si和Si

O?過多時，會引起焊接飛濺，惡

化

操

作性

能，

所以

在

焊

條、

焊

絲中

希

望Si含量適當少些，除合金鋼焊絲外，

一

般

控

制

在

0

.

0

3

%

以

下

。発

4

.

鉻Cr張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

性

。張鉻能在鋼的表面形成一層

附著性很強

的氧化鉻

薄膜

(Cr,O?),顯著降低金屬的氧化速度，鉻含

量

超

過12

%

時，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，

能顯著提高再結(jié)晶溫度和熱

強性，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

。糞對低碳鋼而言，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%。張5

.

鉬

(Mo)鉬是鐵素

體

形

成

元

素，

可

提高

鋼

及

其

焊

縫的_

進石墨化過程，張鉬含量較小時，可提高焊縫金屬力學性能，對

焊

接

性

無

大的

影

響

。6.鎳

(Ni)5

%，為強量熱金

鋼

中

常

用

含結(jié)晶溫度和合要強鎳主要

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

強度、塑性和韌性，降低鋼中高鉻的不

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。但鎳能促進石墨化，有它不利的影響張7

.

釩(V)漿釩是良好的脫氧元素，能去除焊縫中的氧，----它又是強碳化物形成元素，其碳化物在650℃-以下是相當穩(wěn)定的，釩能阻止晶粒在高溫下的長大，改善焊縫組織和力學性能，但釩提高了焊縫金屬的淬硬傾向。張

8

.

鈦Ti

與

鈮Nb斃鈦、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。漿

9

.

鋁(Al)器鋁是非常強的脫氧劑，少量鋁可細化晶

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

接

頭獲得良好的耐

熱

性

能，

鋁

會

促

使

石墨化，在

鋼

及

其

焊

接

接頭中

容易形

成

夾

渣

。漿1

0

.

鎢(W

)漿

鎢的熔點

很

高，能

大

大

提

高

金

屬的

再

結(jié)

晶溫

度

和

熱

強

性，

鎢

在

鋼中的含

量

很

低，

過高對加工性能不利。張

1

1

.

硼(

B

)強

硼

可

提高

鋼的

熱強

性

，

在

低

合

金

鋼中

含

量

不

-----超過0-007%,-它是強脫氧劑，

-能細化晶粒，

--含

硼

鋼

焊

接

性

較

差

，

焊

接

時

易出

現(xiàn)

裂

紋

。張12

.

稀

土

(Re)

元素漿稀土元素能強化晶界，提高焊縫抗蠕變能力

和

持

久強

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

動性，

減

少

焊

接

飛

濺，

有

利

于

操

作

工

藝

。張

1

3

.

硫(S)硫是

有害

雜

質(zhì)

，

溫

度

較

高

時

，

會

降

低

焊

接

接

頭

強

度

，產(chǎn)生熱脆性，這是因為S與鐵在高溫化合成低熔點的-

-

-

-

-

硫

化

亞

鐵(FeS);-并與

其

他

化

合

物形成

低

熔點

共晶

-體

(980℃)

,

當

結(jié)

晶

時

，

這些

低熔點

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

度

很低，在組織應力下會被拉裂。在優(yōu)質(zhì)鋼材中S含量控制嚴格，焊芯和焊絲一般在

0

.

0

3

%以

下，

氬

弧

焊

打

底

焊

絲

更

嚴，

控

制

在

0

.

0

1

5

%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(Fe,P

、Fe?P)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

能

使

金

屬晶粒粗化，引起冷脆性，焊接時和其他物質(zhì)形成低熔點共晶體，亦能產(chǎn)生熱裂紋，所以對磷和硫一樣，在焊芯和焊絲中的含量控制的相當嚴格。聚第四節(jié)熔

合區(qū)

和熱

影響區(qū)的組織

和

性

能集熔合區(qū)和熱影響區(qū)

的組織和性能與基本金屬化

學

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。器

一

、熔合區(qū)的組織與性能數(shù)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

不

完

全襲焊接材料和鋼材都為化學成分相近的低碳鋼時，該區(qū)化學

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，晶粒粗大

，金屬

塑

性

和

韌

性

較

低

。

是

焊

接

接

頭

中

性能最差的區(qū)域。漿當焊

縫

金

屬

與

基

本

金

屬

化

學

成

分、

線

膨

脹

系數(shù)和組

織

狀

態(tài)

相

差

較

大

時，

就

會

導

致

合

金

元素再分配，可能同時存在著較大的熱應力和嚴重的淬

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區(qū)。的熔化區(qū)。張一、熱影響區(qū)的組織和性能襲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)、

再

結(jié)

晶

區(qū)

和

藍

脆

區(qū)張

(

1

)

過熱區(qū)強

過熱區(qū)是處于1100℃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，

奧氏體晶

粒

急

劇

長

大

，

冷

卻

后

成

為

粗

大

的

過

熱

組

織

。尤其在1300℃以上晶粒十分粗大，焊后快冷時產(chǎn)生魏氏組織，魏氏體塑性、韌性比基本金

屬

低

2

5

%

~

3

0

%

。斃過熱區(qū)是焊接接頭的最危險的易破壞區(qū)段，

其性能最差張

(2)正火區(qū)糞正火區(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，高溫停留時間短，奧

氏

體

來不

及

長

大，

冷

卻

下

來

得

到的

是

細

小的

鐵

素

體

和

珠

光

體

組

織

。糞

焊

接

熱

循

環(huán)

對

這

部

分

金

屬的

影響

相當

于

熱處

理中的

正

火

工

藝，

冷

卻

后的

組

織比

原

基

本

金

屬

細小，

力

學

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

。張

(

3

)

部分相變區(qū)漿該區(qū)段金屬被加熱到AC1~AC3

溫度之間

，

珠--*--光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，

-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)榧毿〉闹楣怏w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)。漿部分相變區(qū)金屬隨著溫度的升高晶粒略有長大，其晶粒的大小不均勻

，而且相互混雜在一起，成為焊接接頭強度最低的部位。張

(4)

再結(jié)晶區(qū)糞

再

結(jié)晶區(qū)

金

屬

加

熱的

溫

度

為

500℃~AC1,對經(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

會發(fā)

生

再

結(jié)晶

過

程，

再

結(jié)晶

的

結(jié)

果

，

晶粒重新稍有長大，塑性稍有改變，對

于無冷塑性變形的金屬則不發(fā)生任何變化。漿

O強由上可知，低碳鋼焊接接頭性能受到近縫區(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。蔡熱影響區(qū)的寬度取決于焊祥的最高溫度分布、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

2

5mm,

氣焊約為27mm。漿熱影響區(qū)的

寬

窄對焊接接頭性能

是有影

響

的，

熱影響區(qū)越

窄

，

焊接

產(chǎn)

生

的

應

力

越

大

，

越

容

易產(chǎn)生焊接裂紋

；熱影

響

區(qū)越

寬

，內(nèi)

應

力

越

小，變形越大，但對于常用焊接結(jié)構(gòu)，單純

的焊接應力還不足

以形

成裂

紋

，

因

此

總

希

望

熱

影響區(qū)

越小

越

好

。漿2.合金鋼焊接接頭熱影響

區(qū)

的組

織

和

性能蒸焊接時合金

鋼

和

低

碳

鋼

一

樣，熱影響區(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

會出現(xiàn)

馬氏體

等組織，其硬度高，脆性大，易開裂。張易淬火鋼的焊接接頭熱影響區(qū)可分為三個區(qū)

段

：張

1

)

淬

火

區(qū)—-裂一淬火區(qū)是被加熱到1100℃以土的金屬部在，“該區(qū)金屬在冷卻時，

高碳當量的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，室溫下其組織是硬而脆的馬氏體。張2)不完全淬火區(qū)張該區(qū)被加熱在AC1至AC3之間的溫度范圍內(nèi)，冷卻時其金屬部分

奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，未轉(zhuǎn)變的鐵素體保留下來，室溫時是馬氏體加粗大的鐵素體。張

3

)

回

火

區(qū)器該區(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

這個部位的影響相當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。案從上述三個區(qū)段來說，易淬火鋼接頭熱影響區(qū)出現(xiàn)的淬硬組織對焊接質(zhì)量是不利的，對此必須采取預熱和熱處理工藝措施，調(diào)節(jié)焊接時的熱循環(huán)，清除硬化組織，改善接頭性能。聚o張

3.

不銹鋼焊接接頭熱影響區(qū)的組織與性能襲奧氏體不銹鋼熱影響區(qū)可劃分為：過熱區(qū)、σ

相脆化區(qū)和敏化區(qū)三個部分；

*

*

·張鐵素體不銹鋼熱影響區(qū)可劃分為：過熱區(qū)、σ

相脆化區(qū)和475℃脆性區(qū)三個部分。張1)過熱區(qū)襲該區(qū)被加熱的溫度在1100℃~1500℃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，

晶粒

長大嚴重，溫度越高，高溫時間越長，晶粒

越粗大，嚴重的晶粒長大使金屬塑性和韌性下降2)

σ相脆化區(qū)這個區(qū)段被加熱的溫度在650~850℃之間，在這一溫度范圍時如

停留的時間長，鐵素體不銹鋼就析出一種脆性相---o

相，一些奧

氏體不銹鋼在一定的條件下也可能析出σ相，a相的析出，_割斷_

了晶間的聯(lián)系，σ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450~850℃之間，金屬在該溫度區(qū)間停留一定時間后，奧氏體不銹鋼中的碳和鉻在晶粒邊界形成碳化鉻(Cr??C?),

使晶界處奧氏體貧鉻，從而失去抗晶間腐蝕的能力。張

4

)

475℃脆

性

區(qū)這個區(qū)的加熱溫度在400~600℃之間，在該溫度區(qū)間停留一定時間后，鐵素體不銹鋼的硬度顯著提高，沖擊韌性顯著下降，因此把鋼在這個溫度停留一定時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)—漿

從

上

可

知：σ

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)

)-

-

-

-

小

出

現(xiàn)

的

；

因

此

只

要

焊

接

規(guī)

范

適

當

是

可

-

以

避免的，

其

關(guān)

鍵

在

于

控

制

溫

度的

存

在

時間，希望越短越好，這就需要通過焊

接

規(guī)范的

掌

握

來

實

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

。漿

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

。張

第

五

節(jié)

影

響

焊

接

接

頭

性

能

的

因

素及其處理方法糞一、焊接材料的選擇一聚焊接材料的選擇首先應以基本金屬的化

學成分和性能為前提，根據(jù)結(jié)構(gòu)和接頭的剛

性、

材

料的

焊

接

特點、

焊

接

過

程

本

身的

特點

等

要

求

來

進

行，

一

經(jīng)

確

定，

不

得隨意用其他材料代用，更不能錯用，因

為

焊

條

焊

絲

是

決

定

焊

縫

性

能

的

主

要

因

素。張焊條焊絲的選用主要從以下幾方面考慮：1)焊條、焊絲的化學成分和性能要與基本金屬的化學成分和性能相當，焊接工藝性能良好。--卷-2)-對耐熱鋼和-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

成

分

應

與

基

本

金

屬

的

化

學

成

分

大致相同，對于18-8(18Cr-9Ni)型奧氏體不銹鋼的焊接，為提高抗裂性能，應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)等強原則。

一般情況下，考慮到焊接過程的一些可能工藝缺

陷，所選用的焊接材料，其抗拉強度應略高于基本金屬，但對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力時的蠕變塑性，焊接材料的抗拉強度以稍低于基本金屬為宜。張4)對重要結(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，應采用低氫型堿性材料。賬5)在異種鋼焊接時，因基本金屬與焊縫金屬的化學成分差異較大，需要考慮熔合線的特點，其焊接材料的選用原則是：

當焊縫兩側(cè)基本金屬均非奧氏體不銹鋼時，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，當焊縫兩側(cè)之一為奧氏體不銹鋼時，可選用含鎳量較高的不銹鋼焊條或焊絲，如奧307、

奧407等。柴二、線能量對焊接接頭性能的影響裝

線能量是指焊接過程中，單位長度的焊縫上_-__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。它的大小對焊接接頭影響是很明顯的。張當采用小規(guī)范時，如小電流、高焊速等可以減小熱影響區(qū)的寬度，減少晶粒長大傾向，排除過熱組織的危害，提高焊縫的塑性和韌性，但

對

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，對每一種焊接方法具有一個最佳的規(guī)范，如不照這個最佳規(guī)范進行焊接，可能導致接頭性能變差。漿

三

、

操

作

方

法的

影

響蔡操作方法的區(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

有

小電

流、

快

速

、

不

擺

動

焊

和

大

電

流、

慢

焊

速、

擺

動

焊

法

等。

這

些

操

作

方

法

對

焊

縫

性

能

有

如

下的

影

響

：1.

單道大功率慢速擺動焊法的特點是焊接線能量大，

操作時在坡口兩側(cè)的高溫停留時間長，熱影響區(qū)加寬、

接頭晶粒粗化，塑性和韌性降低，同時雜質(zhì)元素的偏--*--析易集中在焊縫中心，

-有導致熱裂紋的可能，

---------

糞2.多層多道小電流、快速小擺動焊法的特點是線能量小，這種焊法熱影響區(qū)窄，接頭晶粒較細，塑性和韌性較好，雜質(zhì)元素分布彌散，有害作用小。效