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焊接冶金学—材料焊接性复习总结

按主要化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢（氮作为固溶强化元素） 不锈钢及耐热钢的特性 1) 2)

物理性能 和低碳钢有很大的差异

耐蚀性能 主要腐蚀方式有均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀、晶间腐蚀

晶间腐蚀与贫铬现象有联系 机理：过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散，与Cr形成铬的碳化物，在晶界析出，由于碳比铬扩散快得多，铬来不及补充到晶界附近，以至于临近晶界的Cr的质量分数小于12％。

固溶强化可以改善晶间腐蚀。 3)

高温性能 高温性能 合金化问题 高温脆化问题（475℃脆化和σ相脆化）、

475℃脆化主要出现在Cr的质量分数超过15％的铁素体钢中，在430℃-480℃之间长期加热并缓冷导致强度升高而韧性下降的现象。

σ相是Cr的质量分数约45％的FeCr金属间化合物，无磁性，硬而脆。贫铬下形成σ相，显著降低韧性。

4.1.4Fe-Cr、Fe-Ni相图及合金元素的影响 Cr是缩小奥氏体相区的元素，是强铁素体形成元素 Ni是强奥氏体形成元素

C是强奥氏体化元素，会使奥氏体相区增大，而铁素体相区减小 N是强奥氏体化元素，N在奥氏体不锈钢中不易形成脆性析出相 钼 Mo也是铁素体形成元素 锰 Mn是奥氏体化元素

4.2奥氏体不锈钢的焊接 4.2.2奥氏体不锈钢焊接性分析 1奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性

1) a)

晶间腐蚀 晶间腐蚀

贫铬理论 防止：通过焊接材料，使焊缝金属或超低碳情况或含有足够稳定化元素Nb；调整焊

缝成分以获得一定量的铁素体相。

b) c) 2) a) b) c) 生应力腐蚀。

焊接应力的作用 应力腐蚀开裂是应力和腐蚀介质共同作用的结果。 退火消除残余应力可以防合金元素的作用 晶界上合金元素偏析引起合金晶间开裂是应力腐蚀的主要因素之一。 引起应力腐蚀开裂需具备三个条件：首先金属在该环境具有高的引力腐蚀开裂的倾向；其次是由这种材质组成的接触或处于选择性的腐蚀介质中；最后是应有高于一定水平的拉应力。

3)

点蚀 最容易产生的部位是焊缝中的不完全混合区；提高点蚀性能，一方面须减少CrMo

的偏析，一方面采用较母材更高的CrMo含量的超合金化的材料。 止应力腐蚀开裂

热影响区敏化区晶间腐蚀 指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位 刀状腐蚀 在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式； 焊接时尽量减少过热，加入稀 应力腐蚀开裂

所发生的晶间腐蚀。焊接工艺上应采取小热输入，快速焊过程，以减少处于敏化加热的时间。 土元素La、Ce

腐蚀介质的影响 应力腐蚀的特点是腐蚀介质与材料组合上的选择性，在此特定组合之外不会产

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2热裂纹

焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。 1)

凝固模式

单纯F或A模式凝固时，只有γ-γ或δ-δ界面，偏析液摸能够润湿，会有热裂倾向；

以FA模式形成δ相呈蠕虫状，防碍A枝晶支脉的发展，构成理想的γ-δ界面，不会有热裂倾向。 以AFA模式凝固时，是通过包晶/共晶反应面形成γ+δ，不足以形成理想的γ-δ界面，还会有一定的热裂倾向。

影响热烈倾向的关键是决定凝固模式的Cr/Ni值。 2)

化学成分

凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起热裂纹的产生。凡可无限固溶的成分或溶解度大的成分都不会引起热裂纹凡促使出现A或AF模式的元素，该元素会增加焊缝的热烈倾向。 3)

焊接工艺的影响

小的E为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化；不预热降低层间温度；焊接速度不要过大，适当降低焊接电流 3析出现象

б相的析出使材料的韧性降低，硬度增加 4低温脆化

4.2.3奥氏体不锈钢的焊接工艺特点 （1）焊接材料选择 坚持适用性原则

根据焊接材料的具体化学成分确定是否适用，并通过工艺评定加以验收 考虑母材的稀释作用 采用同质的焊接材料

不仅要重视焊接金属合金系统，而且注意具体合金元素在合金系统的作用 （2）焊接工艺要点 合理选择最适当的焊接方法

必须控制焊接参数，避免接头产生过热现象 接头设计要合理

尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定 控制焊缝成形 防止工件表面的污染

4.3铁素体及马氏体不锈钢的焊接

4.3.1铁素体不锈钢焊接性分析 焊接接头的晶间腐蚀、

焊接接头的脆化（高温脆化、σ相脆化、4750C脆化） 4.3.2铁素体不锈钢的焊接工艺特点 （1）焊接方法

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可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊，以控制热输入为目的，抑制焊接区的铁素体晶粒的过分长大。 （2）焊接材料的选择

同质焊材：焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织，引起粗晶脆化，室温下韧性低，易产生裂纹。应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化。

异质焊缝：焊缝具有良好的塑性，但不能防止热影响区的晶粒长大和焊缝形成马氏体组织。

A焊接材料（在不宜进行预热或焊后热处理的情况下），焊后不可进行退火处理，因F钢退火温度范围（787～843℃），正好处在A钢敏化温度区间，容易产生晶间腐蚀及脆化。 （3）低温预热及焊后热处理

预热温度一般控制在100-200℃，随母材含铬量的增加可适当提高预热温度。

4.3.3马氏体不锈钢焊接性分析（Fe-Cr-C三元合金）具有较高的强度和硬度，但耐蚀性和焊接性较差 （1）焊接接头的冷裂纹 （2）焊接接头的硬化现象

4.3.4马氏体不锈钢的焊接工艺特点 （1）焊接材料的选择

最好采用同质填充金属来焊接马氏体钢，添加少量的Ti、Al等细化晶粒。 （2）焊前预热和焊后热处理

预热温度不宜过高，否则会使奥氏体晶粒粗大，强度塑性下降。

焊后热处理的目的是降低焊缝和热影响区硬度，改善其塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。必须严格控制焊件的稳定。

4.4奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接

4.4.3奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接性分析 最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响。 （1）冶金特性 焊缝金属组织的转变 焊接热影响区的组织转变

（2）焊接接头的析出现象 包括 铬的氮化物 二次奥氏体 及金属间相的析出 4.4.4奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接工艺特点 （1）焊接方法

除电渣焊外，基本上所有的熔焊方法都可以用来焊奥氏体-铁素体双相不锈钢 （2）焊接材料

采用奥氏体相占比例大的焊接材料，来提高焊接金属中奥氏体相的比例。 （3）焊接工艺措施

控制热输入；焊接时，焊缝和热影响区的冷却时间t12/8不能太短；根据板厚选择合适的冷却速度 多层多道焊；后续焊道对前层焊道有热处理作用，铁素体进一步转变成奥氏体 焊接顺序及工艺焊缝

奥氏体-铁素体双相不锈钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，具有良好的韧性，强度及优良的耐氯化物应力腐蚀性能。与纯奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢焊后具有较低的热裂倾向；与纯铁素体不锈钢相比，焊后具有较低的脆化倾向，且焊接热影响区粗化程度也较低，因而具有良好的焊接性。

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第5章

有色金属的焊接

5.1铝及铝合金的焊接

铝及铝合金具有密度小，比强度高和良好的耐蚀性、导电性、导热性，以及在低温下能保持良好的力学性能等特点

5.1.2铝及铝合金的焊接性 （1）焊缝中的气孔

氢是熔焊时产生气孔的主要原因。来源：弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分、焊丝及母材表面氧化膜吸附的水分。 防止焊接气孔的途径 1) 2)

减少氢的来源 焊接材料严格限指含水量，干燥处理，焊前清理十分重要。正反面全面保护，配以坡口刮削时有效防止气孔的措施

控制焊接参数 时对熔池高温存在时间的影响，即对氢融入世界和氢析出时间的影响时间增长。 2焊接热裂纹

铝及铝合金焊接时，常见的热裂纹主要是焊缝金属的凝固裂纹和近缝区的液化裂纹。

原因：属于共晶型合金；铝合金中有较多的低熔点共晶；铝合金线膨胀系数大，因而焊缝凝固时收缩应力大。 防止途径: 1) 2) 3)

合金系的影响 控制适量的易溶共晶并缩小结晶温度区间

焊丝成分的影响 丝，裂纹倾向大，焊接时宜改用其他合金组成的焊丝，一般采用标准的A1-5％Si焊丝、A1-5％Mg焊丝，具有较好的抗裂效果。

焊接参数的影响 增大焊接速度和焊接电流，都促使增大裂纹倾向。 3焊接接头的“等强性”

非时效强化铝台金热影响区的软化 时效强化铝合金热影响区的软化 4焊接接头的耐蚀性

为了改善焊接接头的耐蚀性，目前主要采取以下措施： 改善接头组织成分的不均匀性 消除焊接应力 采取保护措施

5.1.3铝及铝合金的焊接工艺

焊接方法：氩弧焊、等离子弧焊、电阻焊和电子束焊等 焊接材料：同质焊丝 异质焊丝 焊前清理和预热 焊接工艺要点

化学清理 机械清理 焊前预热

5.2铜及铜合金的焊接

铜及铜合金具有优良的导电、导热性能，冷加工、热加工性能良好，具有搞的强度、抗氧化性以及抗淡水、盐水、氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能。

纯铜——紫铜 黄铜——Cu-Zn二元合金 青铜——不以Zn Ni 为主，而以Sn Al等为主要组成的铜合金 白铜——Cu-Ni合金

5.2.2铜及铜合金的焊接性

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