焊接冶金學(xué)--材料焊接性 教學(xué)課件 作者 李亞江 第2章.ppt

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1、材料焊接性主講人:陳芙蓉第2章焊接性及其試驗評定科學(xué)研究和工程實踐表明，某些材料具有較高的強度、塑性和耐蝕性等，但用這些材料制造結(jié)構(gòu)時卻發(fā)現(xiàn)，它們在焊接加工時可能出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，大大限制了這些材料的使用范圍。單從材料本身的化學(xué)成分、物理性能和力學(xué)性能，不足以判斷它在焊接過程中可能出現(xiàn)的問題，這就要求從焊接性的角度出發(fā)來分析和研究材料的某些特定的性能。2.1焊接性及影響因素2.1.1焊接性概念定義:焊接性是指同質(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)期使用要求的能力。換句話說，焊接性是材料焊接加工的適應(yīng)性，指材料在一定的焊接工藝條件下（包括焊接方法

2、、焊接材料、焊接參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運行。材料焊接性的概念有兩個方面的內(nèi)容：一是材料在焊接加工中是否容易形成接頭或產(chǎn)生缺陷；二是焊接完成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。研究焊接性的目的：目的在于查明一定的材料在指定的焊接工藝條件下可能出現(xiàn)的問題，以確定焊接工藝的合理性或材料的改進(jìn)方向。1．工藝焊接性和使用焊接性工藝焊接性就是一定的材料在給定的焊接工藝條件下對形成焊接缺陷的敏感性，涉及焊接制造工藝過程中的焊接缺陷問題，如裂紋、氣孔、斷裂等。使用焊接性指一定材料在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的能力，

3、涉及焊接接頭的使用可靠性問題。焊接過程是一個獨特的“小冶金”過程，在熔化焊的條件下，焊縫和熱影響區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜但有規(guī)律的焊接熱循環(huán)。從理論上分析，任何金屬或合金，只要在熔化后能夠互相形成固溶體或共晶，都可以經(jīng)過熔焊形成接頭。同種金屬或合金之間可以形成焊接接頭，一些異種金屬或合金之間也可以形成焊接接頭，但有時需要通過加中間過渡層的方式實現(xiàn)焊接。2．冶金焊接性和熱焊接性對于熔焊來說，焊接過程一般包括冶金過程和熱過程這兩個必不可少的過程。在焊接接頭區(qū)域，冶金過程主要影響焊縫金屬的組織和性能，而熱過程主要影響熱影響區(qū)的組織和性能。(1)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、熔

4、渣等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變化。這些冶金過程包括：合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)，從而影響焊縫的化學(xué)成分和組織性能；氧、氫、氮等的溶解、析出對生成氣孔或?qū)缚p性能的影響；在焊縫結(jié)晶及冷卻過程中，由于焊接熔池的化學(xué)成分、凝固結(jié)晶條件以及接頭區(qū)熱脹冷縮和拘束應(yīng)力等影響，有時產(chǎn)生熱裂紋或冷裂紋。(2)熱焊接性焊接過程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量，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、韌性、耐蝕性等的變化。與焊縫金屬不同，焊接時熱影響區(qū)的化學(xué)成分一般不會發(fā)生明顯的變化，而且不能通過改變焊接材料來進(jìn)行調(diào)整，即使有些元素可

5、以由熔池向熔合區(qū)或熱影響區(qū)粗晶區(qū)擴散，那也是很有限的。為了改善熱焊接性，除了選擇母材之外，還要正確選定焊接方法和熱輸入。2.1.2影響焊接性的因素影響焊接性的四大因素是材料、設(shè)計、工藝及服役環(huán)境。1．材料因素材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，母材或焊接材料選用不當(dāng)時，會造成焊縫成分不合格、力學(xué)性能和其他使用性能降低，甚至導(dǎo)致裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷，也就是使工藝焊接性變差。因此，正確選用母材和焊接材料是保證焊接性良好的重要因素。2．設(shè)計因素對體積和重量有要求的焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)計中應(yīng)選擇比強度較高的材料，如輕合金材料，以達(dá)到縮小體積、減輕重量的目的。對體積和重量無特殊要求的焊接結(jié)

6、構(gòu)，選用強度等級較高的材料也有其技術(shù)經(jīng)濟意義，不僅可減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約大量鋼材和焊接材料。焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計會影響應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)計結(jié)構(gòu)時應(yīng)使接頭處的應(yīng)力處于較小的狀態(tài)，能夠自由收縮，這樣有利于減小應(yīng)力集中和防止焊接裂紋。3．工藝因素對于同一種母材，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。例如，鋁及其合金用氣焊較難進(jìn)行焊接，但用氬弧焊就能取得良好的效果。發(fā)展新的焊接方法和新的工藝措施是改善工藝焊接性的重要途徑。焊接方法對焊接性的影響首先表現(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)域的方式上。工藝措施對防止焊接缺陷，提高接頭使用性能有

7、重要的作用。最常見的工藝措施是焊前預(yù)熱、緩冷和焊后熱處理。4．服役環(huán)境焊接結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境多種多樣，如工作溫度高低、工作介質(zhì)種類及輻射等都屬于環(huán)境條件。高溫工作的焊接結(jié)構(gòu)，要求材料具有足夠的高溫強度，良好的化學(xué)穩(wěn)定性；常溫下工作的焊接結(jié)構(gòu)，要求材料在自然環(huán)境下具有良好的力學(xué)性能；工作溫度低或載荷為沖擊載荷時，要注意材料在最低環(huán)境溫度下的性能，尤其是韌性。總之，焊接性與材料、設(shè)計、工藝和服役環(huán)境等因素有密切關(guān)系，人們不可能脫離這些因素而簡單地認(rèn)為某種材料的焊接性好或不好，也不能只用某