材料焊接性知识点整理.doc

非喜勿喷 谢绝外传
材料焊接性复习
第二章 焊接性及其试验评定
1.焊接性概念：
焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。
焊接性包括两个方面的含义：一是结合性能，即在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，指一定的材料在规定的焊接工艺条件下所形成焊接接头适应使用性能的要求。
焊接性影响因素：1）材料因素：焊材、母材；2）工艺因素：焊接方法、焊接工艺；3）结构因素：结构形式、接头形式；4）使用因素：工况环境、负载等条件、要求。
2.焊接性分析方法：
焊接性试验方法：（1）直接试验法；（2）间接分析法——1）根据金属的特性——a)利用化学成分分析（Ceq）、b)利用CCT图或SHCCT图分析；2）根据工艺条件
3.碳当量法：
钢材的化学成分对焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向有直接影响。碳是各元素中对冷裂敏感性影响最显著的，因而人们就将各种元素都按相当与若干含碳量折合叠加起来求得所谓碳当量（CE或Ceq），用来估计冷裂倾向的大小。
焊接性与碳当量的关系

不同条件下的预热要求（参见课本第23页表2-6）
4.焊接性试验：
（1）焊接性试验的内容：
1）焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力；
2）焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力；
3）焊接接头金属抵抗脆性转变能力；
4）焊接接头的使用能力。
（2）斜Y坡口对接裂纹试验（小铁研试验）
斜Y坡口对接裂纹试验主要用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向。试验焊缝只有一道，目的是鉴定第一层焊道根部裂纹敏感性。
试验焊缝两端都不得与拘束焊缝相连，应各相距2－3mm。熔敷焊缝试验以后，至少放置24小时，然后进行裂纹检验。
（3）插销试验：
插销试验是一种简便又省材料的试验方法,主要用于考核材料的氢致延迟裂纹敏感性。
当加载试棒时，插销可能在载荷持续时间内发生断裂，记下承载时间。在不预热条件下，载荷保持16h而试棒未断裂即可卸载。预热条件下，载荷保持至少24h才可卸载。可用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂。
经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力σcr，根据临界应力σcr的大小可相对比较材料抵抗产生冷裂纹的能力。
（4）压板对接（FISCO）焊接裂纹试验法：
此法主要用于评定热裂纹敏感性，也可以做钢材与焊条匹配性的试验。
（5）可调拘束裂纹试验法
1）用途：评定热裂纹敏感性；
2）试验方法：
纵向可调拘束裂纹试验法
横向可调拘束裂纹试验法
试验原理：
改变模块的R即可改变应变量，而达到一定值时，就会在焊缝或热影响区发生热裂纹，随着增加，裂纹的数目及长度的总和也增加，从而获得一定的规律。
（6）拉伸拘束裂纹试验（TRC）
基本原理是模拟焊接接头承受的平均拘束应力，主要评定冷裂纹敏感性。
（7）刚性拘束裂纹试验（RRC）
基本原理是模拟焊接接头承受外部拘束，由于接头冷却时金属收缩所产生的应力而引起裂纹。可以用作评价冷裂纹敏感性的尺度。此试验比TRC试验的恒载拉伸更接近实际焊接情况。
（8）刚性固定对接裂纹试验（巴东试验）
此法主要用于测定焊缝的冷裂纹和热裂纹倾向，但也可以测定热影响区的冷裂纹倾向。
（9）窗形拘束裂纹试验
此法主要用于测定多层焊时焊缝横向冷裂纹及热裂纹的敏感性。焊后放置24小时再检查，一般以有无裂纹为准，也可以裂纹率为相对比较。
（10）Z向拉伸试验
此法用于测定层状撕裂敏感性。试棒拉伸破坏后，以Z向断面收缩率为层状撕裂敏感性的判据。 <5~8%时层状撕裂敏感性严重； >15~25%时，才能较好地抵抗层状撕裂。
（11）Z向窗口试验
此法也是测试层状撕裂敏感性的试验方法。焊接顺序：先焊1、2两条拘束焊缝，再焊3、4两条试验焊缝。
第三章 合金结构钢的焊接
5.合金结构钢的分类
凡是用做机械零件和各种工程结构的钢材都称为结构钢。合金结构钢可分两类：（1）强度用钢；（2）专用钢。
强度用钢主要应用在一些要求常规条件下能承受静载和动载的机械零件和工程结构，主要性能是力学性能。
专用钢主要应用在特殊条件下工作的机械零件和工程结构，除满足力学性能外，还要满足特殊性能要求。
6.热轧、正火钢的主要介绍
热轧钢：强化机理——固溶强化；屈服强度为294~343MPa；合金系C-Mn或Mn-Si系；主合金化元素：Mn、Mn-Si；辅合金化元素：V、Nb代替部分Mn；典型钢种：16Mn。
正火刚：强化机理——固溶强化＋沉淀强化或细晶强化；屈服强度为343~490MPa；合金系：C-Mn或Mn-Si ( V、Nb、Ti、Mo )系；主合金化元素：Mn、 Mn-Si；辅合金化元素：V、Nb、Ti、Mo (碳化物、氮化物元素)；热处理状态：正火，充分发挥碳化物形成元素的作用；典型钢种：15MnVN。
7.热轧、正火钢的焊接性分析
(1)焊缝中的热裂纹：
热轧、正火钢一般含碳量较低，而Mn含量较高，因此Mn/S比能达到要求，具有较好的抗热裂性能。焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但个别情况下也会在焊缝中出现热裂纹，这主要与热轧及正火钢中C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关。
（2）冷裂纹：
从材料本身看，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。热轧钢的含碳量并不高，但含有少量的合金元素，其淬硬倾向比低碳钢要大些，但冷裂纹敏感性不大；正火钢由于含合金元素较多，淬硬倾向有所增加。强度级别及碳当量较低的正火钢冷裂纹倾向不大，但随着正火钢碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向随之增大。
（3）再热裂纹：
一般C-Mn和Mn-Si系的热轧钢由于不含碳化物形成元素，对再热裂纹不敏感。正火钢中的18MnMoNb和14MnMoV有一定的再热裂纹倾向，这是因为Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金钢对再热裂纹的产生有一定的敏感性。
（4）层状撕裂：
一般板厚在16mm以下就不会产生层状撕裂，从钢材本身的来讲，主要取决于冶炼条件，钢中的片状硫化物等杂质。层状撕裂两个基本条件是厚板焊接，且在厚度方向上存在拉应力。
（5）热影响区的性能变化：
主要是过热区的脆化，及还有可能是热应变脆化问题。
1）过热区脆化：主要原因有:a）大线能量时奥氏体严重长大，得到魏氏体和粗大马氏体或混合组织、M-A组元；b）难溶质点的溶入。
2）热应变脆化：热应变脆化和室温下预应变后的应变时效脆化，本质上都是由固溶氮引起的。热应变脆化容易发生于一些固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中，若加入足够的N化物形成元素( Ai、Ti、V ) 后，脆化倾向就减弱。
8.热轧、正火钢的焊接工艺参数
热轧及正火钢焊接对焊接方法的选择无特殊要求，可根据材料厚度、产品结构、使用性能要求及生产条件等选择。
（1）焊接材料的选择：
考虑两个问题：1）焊缝没有缺陷；2）满足使用性能要求。
对于热轧、正火钢，裂纹一般不会产生，主要根据使用性能要求来选择焊接材料。注意以下问题：
1）选择相应强度等级的焊接材料
为达到焊缝与母材的力学性能匹配，在选择焊接材料时应考虑从母材的力学性能出发，而不是从化学成分出发。
2）必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响
3）必须考虑到热处理对焊缝力学性能的影响
（2）焊接工艺参数的确定：
焊接线能量的确定，取决于：1）过热区的脆化；2）冷裂纹。
热轧钢，线能量没有特别限制，但一般小于50KJ；正火钢，小线能量+预热。
对于碳当量小于0.40%的热轧及正火钢，如Q295、09Mn2Si和Q345，焊接热输入的选择可适当放宽。碳当量大于0.40%的钢种，由于淬硬倾向加大，马氏体含量也增加，小热输入时冷裂倾向会增大，过热区的脆化也变得严重，在这种情况下热输入宁可偏大一些比较好。
但在加大热输入、降低冷速的同时，会引起接头区过热的加剧（增大线能量对冷速的降低效果有限，但对过热的影响较明显）。在这种情况下采用大热输入的效果不如采用小热输入＋预热更有效。预热温度控制恰当时，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒的过热。
预热温度与钢材的淬硬性、板厚、拘束度和氢含量有关。
焊后热处理的原则：1）不要超过母材原来的回火温度；2）对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区域。
9.低碳调质钢
强化机理——相变强化；屈服强度为490~1000MPa；合金系：低C、Mn-Ni-Cr-Mo系；主合金化元素： Mn-Ni-Cr-Mo；辅合金化元素：V、Nb、Ti、B、Cu。
10.低碳调质钢的焊接性分析
（1）焊缝中的热裂纹：
一般无热裂纹。由于采用了先进的冶炼工艺，钢中气体含量及S、P等杂质明显降低，氧、氮、氢含量均较低。高纯洁度使这类钢的热裂纹倾向较低。
（2）热影响区的液化裂纹：
一般无液化裂纹，但对高Ni低Mn类型的钢种有一定的液化裂纹敏感性，如HY-80、HY-130。主要是因为Ni与S、P杂质易形成低熔点共晶。

（3）冷裂纹：
由于有低碳马氏体的自回火作用，冷裂纹的敏感性较小。但是在焊接厚板，且冷却速度过大时，也会产生冷裂纹。
（4）再热裂纹：
有一定的再热裂纹倾向，特别是V、Mo存在时，再热裂纹敏感性更大。
（5）层状撕裂：
低碳调质钢多数属于高强钢，冶炼技术水平较高，层状撕裂敏感性很低，到目前为止还没有发现层状撕裂现象。
（6）热影响区的性能变化：
1）过热区的脆化：（参见课本78~79页）
除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要由于上贝氏体和 M－A组元。M-A组元一般在中等冷速下形成，是奥氏体中碳含量升高的结果。
因此，M-A组元的存在导致脆化，M-A组元数量越多脆化越严重。M-A组元实质上成为潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。因此M-A组元的产生对低碳调质钢热影响区韧性有不利的影响。
2）热影响区的软化：（参见课本79~80页）
热影响区峰值温度高于母材回火温度会导致软化；碳化物沉淀和聚集长大也会导致母材软化。
11.低碳调质钢的焊接工艺特点
这类钢的特点是碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体＋下贝氏体，这对焊接有利。但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回火温度，性能就会发生变化。因此焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。因此，焊接时应注意两个基本问题：
1）要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；
2） 要求在800~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。
（1）焊接方法：
为了消除裂纹和提高焊接效率，一般采用MIG焊或MAG；对于焊后不能再进行调质处理的，要限制焊接过程中热量对母材的作用。低碳调质钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、CO2焊和Ar+CO2混合气体保护焊等。
（2）焊接材料的选择：
低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，在选择焊接材料时要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。特殊条件下，如结构的刚度很大，冷裂纹很难避免时，应选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属。
（3）焊接工艺参数的选择：
焊接线能量和预热的选择原则：不出现裂纹和脆化。
低碳调质高强高韧性钢对接头区强韧性要求较高，这类钢对焊接热输入、预热温度、层间温度的控制更为严格，应采用较小焊接热输入的多层多道焊工艺。
12.中碳调质钢
强化机理——相变强化；屈服强度：880MPa ～1200MPa；合金系 ：中C、 Cr -Mn -Ni-Mo-Si系；主合金化元素： Cr-Mn-Ni-Mo-Si；辅合金化元素：V

13.中碳调质钢的焊接性分析
（1）焊缝中的热裂纹：
中碳调质钢含碳、硅及合金元素较多，焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析倾向严重，焊接时易产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹倾向。
（2）冷裂纹：
中碳调质钢因含碳较高，合金元素多，淬硬倾向明显，冷裂纹倾向大。
（3）热影响区的性能变化：
1）过热区的脆化：中碳调质钢因为碳含量较高，合金元素较多，淬硬倾向大，马氏体无“自回火”过程，因此在焊接热影响区容易出现大量的高碳马氏体，导致热影响区脆化，生成的高碳马氏体越多，脆化越严重。
2）热影响区的软化：焊前为调质态焊接时，被加热到该钢回火温度以上时，焊接热影响区将出现软化；而退火态焊接时，则没有软化问题。
14.中碳调质钢的焊接工艺特点
（1）退火态下焊接时的工艺特点：
因可焊后热处理，所以焊接材料要选择成分与母材相当，以便得到热处理所要的性能。焊接工艺及焊接参数要求不严。焊接参数的确定主要是保证在调质处理之前不出现裂纹，接头性能由焊后热处理来保证。
（2）调质态焊接时的工艺特点：
因焊后不再进行调质处理，此时的主要问题是防止裂纹和避免软化，以及热影响区高碳马氏体引起的硬化和脆化。因此为了防止延迟裂纹，要适当采用预热、曾间温度控制、中间热处理等；焊接材料应选用塑韧性好的奥氏体焊条。为了避免软化，应选用小焊接线能量，使其峰值温度在回火温度以下。
第四章 不锈钢及耐热钢的焊接
15.不锈钢、耐热钢的类型和特性
（1）不锈钢分类（参见课本114~115页）：
按用途分：
1）不锈钢（耐腐蚀，但对强度要求不高）；2）抗氧化钢（耐高温抗氧化性）；3）热强刚（高温抗氧化、高温强度）
1）奥氏体不锈钢：18-8型、25-20型、25-35型；
2）铁素体不锈钢：无Ni；
3）马氏体不锈钢：Cr含量少，低于17%；
4）铁素体-奥氏体双相不锈钢：含碳量很低，耐蚀性好；
5）沉淀硬化钢。
（2）不锈钢腐蚀形式：
1）均匀腐蚀：氧化性酸（硝酸）不易腐蚀；还原性酸（硫酸）马氏体钢，铁素体钢不耐腐蚀；奥氏体钢耐腐蚀；含氯离子的介质，只有含Mo的钢耐腐蚀。
2）点腐蚀：一般不锈钢耐点蚀都不理想。提高Cr、Ni、Mo、Si、Cu可改善耐点蚀性能。超低碳也有利。点蚀指数：PI＝Cr＋3.3Mo＋（13~16）N，一般希望PI大于35~40。
3）缝隙腐蚀：缝隙腐蚀和点蚀具有共同性质的腐蚀现象。耐点蚀的钢都耐缝隙腐蚀，也可以用点蚀指数来衡量耐缝隙腐蚀的倾向。
4）晶间腐蚀：多半与晶界层“贫铬”现象有联系。不锈钢固溶处理后再经450~850℃（敏化加热）会沿晶界沉淀出Cr23C6或（Fe，Cr）23C6 ，以至使晶界边界层含Cr量低于12%，即发生“贫铬”。
（3）贫铬造成的晶间腐蚀
奥氏体不锈钢会发生晶间腐蚀是由于这类钢加热到450℃～850℃温度区间会发生敏化，其机理是过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散，与晶界附近的铬结合成Cr23C6或(Fe，Cr)23C6（常写成M23C6），并在晶界析出，由于碳比铬的扩散快得多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于临近晶界的晶粒周边层Cr的质量分数小于12%，即所谓的“贫铬”现象，从而造成晶间腐蚀。
450℃～850℃温度区间称为敏化温度区。当温度低于敏化温度区时，C,Cr元素没有足够的扩散能力；当温度超出敏化温度区时 形成的碳化物沉淀相因温度过高又重新溶解。以上两种情况均不易产生贫铬现象, 因而不会形成晶间腐蚀。
贫铬现象的防止措施：1）降低钢中的含碳量：若钢中含碳量低于其溶解度，就不致有Cr23C6析出，因而不会有贫铬现象；2）加入能形成稳定碳化物的元素Nb或Ti，稳定化处理，使之优先形成NbC或TiC，也不会产生贫铬现象。
（4）高铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀
高铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀，其原理和奥氏体不锈钢一样，但其敏化温度区和奥氏体不锈钢相反，这是由于碳在铁素体组织中的溶解度小，扩散速度又快，因此在高温阶段就已沉淀析出碳化物，因而造成贫铬现象。
（5）奥氏体不锈钢中铁素体相δ对晶间腐蚀性能的影响：
奥氏体不锈钢中铁素体相δ对提高其耐晶间腐蚀性能是有利的，这是由于：1）Cr在δ相中溶解度大，扩散速度又快，因而有良好的供Cr条件，可减少 g相 晶粒形成贫Cr层；
2）δ相在g相 中呈弥散分布，因而使得Cr也在g相 较均匀分布
（6）超低碳不锈钢的晶间腐蚀：
没有Cr23C6组织，也没有经过敏化加热。这时“贫铬”理论无法解释。主要是P、Si等杂质沿晶界偏析而导致晶间腐蚀。
（7）应力腐蚀：
应力腐蚀是在应力和腐蚀介质双重因素作用下产生的，由于焊接结构都在一定程度上存在一些残余应力，这是诱发应力腐蚀的力的因素。
16.奥氏体钢的焊接：
奥氏体钢的焊接性问题主要有：热裂纹、接头耐蚀性、脆化
（1）耐蚀性问题：
1）晶间腐蚀（参见课本121~123页）：
a）焊缝区晶间腐蚀：防止焊缝区晶间腐蚀的发生：第一 采用超低碳焊缝或含足够稳定化元素Nb；第二 调整焊缝成分获得一定数量的铁素体(δ)。
焊缝中铁素体(δ)的作用：其一，可打乱单一 g相拄状晶的方向性，不形成连续贫Cr层；其二，铁素体(δ)富Cr，有良好的供Cr条件，可减少 g相 晶粒形成贫Cr层，一般铁素体(δ)在4－12％左右。
b）HAZ敏化区晶间腐蚀：发生在600－1000℃的敏化区，碳化物沉淀引起的。
C）刀口腐蚀：在熔合区，经历1200℃的高温过热作用，由于TiC固溶使C重新以原子的形式存在，并在经450－850℃的中温敏化加热与Cr结合形成碳化物 沉淀相形成贫Cr层。
2）应力腐蚀开裂：焊接结构中的残余应力是引起应力腐蚀开裂的力的因素。
3）点蚀：奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，即使耐点蚀性能优异的双相不锈钢有时也会有点蚀产生。
（2）热裂纹问题：
1）奥氏体钢焊接易于热裂的原因：
a）导热系数小、线膨胀系数大，焊缝凝固时产生的拉应力较大；
b）奥氏体焊缝为方向性强的柱状晶，易形成偏析；
c）焊缝成分复杂，易形成多种低熔共晶。
2）热裂纹与凝固模式：
a）δ相对热裂纹的改善作用：δ相可打乱奥氏体组织柱状晶的方向性；δ相比ɣ相能溶解更多的硫、磷等杂质元素；δ相可以改变低熔点夹杂物的形态。
b）奥氏体焊缝的凝固模式：全铁素体凝固模式（F）晶粒界面：δ-δ；铁素体凝固模式(FA) 晶粒界面：δ-ɣ；先奥氏体凝固模式(AF) 晶粒界面：ɣ-δ；全奥氏体凝固模式(A) 晶粒界面：ɣ-ɣ。

FA——不会有热裂倾向；单纯F，A——有热裂倾向；AF——有一定的热裂倾向。
（3）奥氏体焊缝的脆化：
1）焊缝中δ相对脆化的影响
a）低温脆化：由于δ相的晶体结构为体心立方，存在一脆性转变温度，因而在低温下易导致脆化。
b）高温脆化：δ相在650～850℃高温下长期运行易析出脆性的σ相因而导致脆化。
2）防止措施：严格限制Cr、Mo、Si、Nb等铁素体形成元素，控制δ相的含量。
17.双相不锈钢的焊接
（1）耐蚀性特点：
1）双相不锈钢屈服强度比奥氏体不锈钢高，在应力作用下表面氧化膜不易破裂；
2）双相不锈钢中第二相（ δ或γ相）对裂纹扩展具有机械屏障或阻挡作用，这在一定程度上降低了应力腐蚀裂纹扩展的程度；
3）在腐蚀介质中δ相对γ相具有阴极保护作用；
4）由于各元素（其余还有Mo、N等)组合的特点，耐孔蚀能力比18-8型奥氏体不锈钢优越，不易形成孔蚀，减少了以孔蚀为起点的应力腐蚀裂纹源。
（2）双相不锈钢焊接接头相比例失调问题：
双相不锈钢焊接时，不论是焊缝还是热影响区，由于焊接热循环的非平衡特性，使得在加热过程中发生γ →δ相变，随后在急速冷却过程中又发生δ → γ逆相变过程未能充分进行，因而导致奥氏体和铁素体两相比例的失调（奥氏体相减少），进而影响双相不锈钢焊接接头的塑性及耐蚀性能。
因此，对于双相钢焊缝应当用奥氏体元素（Ni、N）进行超合金化，以保证焊缝中δ/γ有适当的比例。
（3）奥氏体钢、双相钢焊接工艺注意事项：
1）焊接材料选择：
a）焊接材料类型繁多，牌号复杂，应对应标准；
b）坚持适用原则；
c）必须根据具体成分，而不能按名义成分；
d）根据焊接方法和工艺考虑熔合比；
e）根据焊接性要求确定合金化程度，常超合金化；
f）不仅考虑使用要求，还要考虑焊接性要求。
2）焊接工艺要点：
a）合理选择最适用的焊接方法；
b） 必须控制焊接参数，避免接头产生过热现象；
c）接头设计的合理性；
d）尽量控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定；
e）控制焊缝成形；
f）保护焊件的工作表面处于正常状态。

第五章 有色金属的焊接
18.铝及铝合金的分类及性能
（1）铝合金的分类：
1***
纯铝
1070(L1)；1060(L2)
2***
Al-Cu
2024(LY12)；2014(LD10)
3***
Al-Mn
3003(LF21)；3004(LF1)
4***
Al-Si
4043(LC1)
5***
Al-Mg
5083(LF4)；5456(LF5)
6***
Al-Mg-Si
6061(LD2)；6063(LD31)
7***
Al-Zn-Mg
7075(LC4)；7005(7A05)
8***
其他元素
（2）物理性能：
密度小、电阻率小、线胀系数大、导热系数大。
19．铝及其合金的焊接性分析
铝及其合金的化学活性很强，表面极易形成难熔氧化膜（Al2O3熔点约为2050℃，MgO熔点约为2500℃），加之铝及其合金导热性强，焊接时易造成不熔合现象。由于氧化膜密度与铝的密度接近，也易成为焊缝金属的夹杂物。氧化膜（特别是有MgO存在的不很致密的氧化膜）可吸收较多水分而成为焊缝气孔的重要原因之一。铝及其合金的线膨胀系数大，焊接时容易产生翘曲变形。
（1）焊缝中的气孔：
1）易产生气孔的原因：
氢是铝及其合金熔焊是产生气孔的主要原因。氢在铝中溶解度随温度变化剧烈。铝合金形成的熔池凝固速度过快，造成已经形成的气泡无法浮出。进而造成气孔。
2）氢的来源：
弧柱气氛中的水份；氧化膜中的水份——氧化膜不致密、吸水性强的铝合金（如Al-Mg合金），比纯铝具有更大的气孔倾向。因为Al-Mg合金的氧化膜由Al2O3和MgO构成，MgO膜疏松，易氧化、吸附，MgO比例越大，气孔倾向越大。
（2）防止气孔的工艺措施：
1）限制氢的溶入：焊接材料以及坡口周围，清洗，去膜，烘干；
2）调整焊接规范：焊接线能量增大，高温停留时间长，气泡容易逸出，但高温熔氢量也增大。TIG焊： 大电流＋高速焊（减少高温停留时间，减少溶氢量）；MIG焊薄板：大电流＋低速焊（增加高温停留时间，气泡容易逸出）；MIG焊厚板：预热＋大电流＋低速焊（减少冷却速度）；
3）正反面全面保护，配以坡口刮削是有效防止气孔的措施。将坡口下端根部刮去一个倒角（成为倒V形小坡口），对防止根部氧化膜引起的气孔很有效。焊接时铲焊根有利于减少焊缝气孔的倾向。在MIG焊时，采用粗直径焊丝，比用细直径焊丝时的气孔倾向小，这是由于焊丝及熔滴比表面积降低所致。
4）调整焊接位置：尽量在平焊位置，避免仰焊，有利与气泡的逸出。
5）调整焊接保护气体：采用He气或混合气体，可以使气孔率降低99%。
（3）焊接热裂纹：
1）冶金因素：铝合金属于共晶型合金；铝合金中有较多的低熔点共晶；
2）力的因素：铝合金线膨胀系数大，因而焊缝凝固时收缩应力大。
（4）防止热裂纹的途径：
1）调整焊缝合金系，控制适量的易溶共晶并缩小结晶温度区间使其产生愈合效应。对铝合金的焊接而言，如果低熔点共晶过多，反而可较好地填冲裂纹从而产生愈合效应。
2）变质处理：向焊缝过渡Ti、Zr、V、B以细化晶粒，提高塑性和韧性，提高其抗裂性能；
3）在焊接工艺上采用能量密度高的焊接方法；在焊接参数的选取上采用小电流、低焊速。
（5）焊接接头的软化：
1）非时效强化铝合金HAZ的软化：一般条件下不存在软化问题，主要是冷作硬化铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度（200~300℃）的区域，就会产生软化。
2）时效强化铝合金HAZ的软化：主要是焊接热影响区“过时效”软化，这在熔焊条件下很难避免。软化程度取决于合金第二相的性质，最根本的就是第二相对时效反应的敏感性，第二相越容易脱溶析出并聚集长大时，就越容易发生“过时效”。
（6）焊接接头的耐蚀性：
铝合金焊接结构一般使用在腐蚀介质下，由于焊接加热使得接头组织不均匀、产生杂质偏析以及析出新相这些均有可能形成应力腐蚀开裂。
改善措施：
1）改善接头组织成分的不均匀性；
2）消除焊接应力；
3）采取保护措施。
（7）铝及其合金的焊接工艺的一般特点：
1）导热性强，采用能量集中的热源；
2）熔点低、高温强度小，线膨胀系数大。采用垫板和夹具；
3）高温不变色，操作困难；
4）元素烧损，焊接材料上解决；
5）氧化膜问题，最主要的问题；
（8）氧化膜解决办法：
1）酸碱洗：碱洗：5%NaoH水溶液，50~60℃，水冲，烘干；酸洗：15%磷酸水溶液，50~60℃，水冲，烘干。
2）机械去除：有时间限制，一般4小时之内；
3）采用交流电弧，利用“阴极雾化”作用，去除氧化膜。
20.铜及铜合金的分类和性能
（1）性能：导电、导热、耐腐蚀。
（2）分类：纯铜；黄铜——Cu-Zn合金；青铜——Cu-Sn合金；白铜——Cu-Ni合金。

21.铜及其合金的焊接性分析
（1）难熔合及易变性
铜及铜合金导热系数大，母材散热太快，很难熔合，导致未熔合；另外，铜及其合金焊后变形也较严重，这与铜及铜合金的热导率、线膨胀系数和收缩率有关；液态铜及铜合金的表面张力小，流动性好，致使其表面成形能力较差。
（2）热裂纹：
铜与杂质形成多种低熔点共晶，如（Cu+Bi）共晶、（Cu+Pb）共晶、（Cu+Cu2O）共晶、（Cu+Cu2S）共晶等，这些都降低了焊缝金属抗热裂纹能力。
氧对铜的危害性最大，它不但在冶炼时以杂质的形式存在于铜中，还会在焊接过程中以Cu2O的形式溶入。当焊缝中含有质量分数为0.2%以上的Cu2O时会出现热裂纹。
（3）气孔：
1）扩散气孔：由氢引起的气孔。
原因：铜的热导率很高，铜焊缝结晶过程进行得特别快，氢不易析出，熔池内的气泡不易上浮逸出，，促使焊缝中形成气孔；平衡状态下，氢在铜中的溶解度随温度升高而增大，直到2180℃时氢在铜中的溶解度达到饱和。
2）反应气孔：通过冶金反应生成的气体引起。
原因：高温时铜与氧生成Cu2O，Cu2O又与溶解在液态铜中的氢或CO发生反应：
Cu2O+2H→2Cu+H2O↑
Cu2O+CO→2Cu+CO2↑
生成的水蒸气和CO2不溶于铜。由于铜导热性强，熔池凝固快，水蒸气和CO2来不及逸出而形成气孔。
防止反应气孔的主要措施就是减少氧、氢来源，对熔池进行脱氧。
（4）焊接接头性能的变化：
1）接头塑性降低：焊缝及热影响区晶粒粗大；为了防止裂纹及气孔，加入一定量的脱氧元素（如Si、Mn等），也在一定程度上降低了焊缝的塑性。
2）接头导电性下降。Pb的加入不会降低接头导电性和强度，但是Pb有毒。
22.铜及铜合金的焊接工艺
（1）焊接方法：原则：大功率、高能束。可根据板厚适当选择焊接方法：
薄板——TIG，手工电弧焊、气焊； 中厚板——埋弧焊（SAW）MIG焊； 厚板——MIG电渣焊。
（2）焊接材料：选用焊接材料时，最重要的是控制杂质的含量和提高其脱氧能力，防止焊缝出现热裂纹及气孔等缺陷。常用的脱氧元素有Si、Mn、P等，但对导电性要求高的纯铜不宜选用含P的焊接材料。
（3）黄铜焊接时，Zn容易氧化与蒸发，Zn的沸点为907℃锌蒸汽对人体有害，须采取有效地通风措施。为了防止锌的氧化和蒸发，可采取含硅的填充金属。
23.钛及钛合金的分类和性能（参见课本183~185页）
（1）工业纯钛（同素异构）
α钛（密排六方）—882.5℃—》β钛（体心立方）

（2）钛合金：
钛合金根据其退火组织分为三大类：α钛合金、β钛合金、α+β钛合金。
（3）合金元素对同素异构转变的影响：
1）α稳定元素：在α钛中的溶解度大于在β钛中的溶解度，并使α同素异构转变温度上升的合金元素 Al(N、O、C)。
2）β稳定元素，在β钛中的溶解度大于在α钛中有限固溶度，并使α同素异构转变温度下降的合金元素。
3）中性元素，在α钛和β钛中都无限固溶，对α转变温度影响不大。
24.钛及其合金的焊接性分析
（1）焊接接头的脆化：
1）杂质元素的污染导致脆化，造成脆化的主要元素有H、O、N、C等。
钛吸收气体元素
元素
H
O
N
吸收温度
250℃
400℃
600 ℃
a）氢引起的脆化：氢是β相稳定元素，在325℃时发生共析转变β→α+γ(T iH2)，γ相呈细小片状或针状，强度低，同时造成akv下降，引起氢脆。
b）氧引起的脆化：氧是α相稳定元素，氧间隙固溶于钛中，使钛晶格畸变，阻碍位错的运动，强度、硬度增加，塑性、韧性降低。工业纯钛焊缝最高允许含氧量0.15%。
c）氮引起的脆化：N是α稳定元素，氮引起的脆化与氧类似，但影响程度比氧大，业纯钛焊缝最高允许含氮量0.05%。
d）碳引起的脆化：C是α稳定元素，间隙固溶于钛中，温度降低，析出T iC致使akv下降。
2）相变脆化：加热时α转变为β相，而在冷却时，β→α′（钛马氏体），α′呈板条状，稳定性差，造成脆化。
（2）延迟裂纹：
钛及钛合金焊接接头产生热裂纹可能性较小，主要是近缝区产生延迟裂纹。
原因：氢在钛中的溶解度随温度降低反而升高，致使热影响区氢的含量提高，析出γ相，增大了热影响区的脆性；另外，析出的γ相体积膨胀引起较大的组织应力，增大了其延迟裂纹敏感性。
防止延迟裂纹的措施主要是减少焊接接头处氢的来源，必要时焊后真空退火处理。
（3）焊缝气孔：
气孔是钛及钛合金焊接中最常见的缺陷。
影响焊缝气孔的因素：
1）直接因素：
a）焊丝和工件表面吸附有气体、油脂、灰尘、氧化物。
b）焊丝和工件内部固溶有某种气体
c）在焊接区域的熔池中溶入氧、氢、氮等气体
2）间接因素：
a）焊接工艺参数：电流过大；焊速过快；氩气纯度不够；
b）坡口角度太小，气体难以逸出

常用消除气孔的技术措施：
1）采用高纯度的氩气 Ar≥99.99%；
2）焊前清洗（包括工件和焊丝）；
3）选择合适的焊接工艺参数

25.钛及钛合金的焊接工艺
（1）焊接方法：
1）钨极氩弧焊
a）拖罩结构：直缝拖罩、环缝拖罩
b）焊缝及热影响区的表面色泽是保护效果的标志：银白色（最好）黄色（轻微氧化）深蓝（氧化严重）
2）熔化极氩弧焊：焊接效率高，焊接变形小，但是飞溅大，容易出现未焊透，焊接材料获得困难。
3）等离子弧焊接：能量集中热影响区窄
由于液太钛的比重较小，表面张力较大，利用等离子弧的小孔效应可以单道焊接，厚度较小的钛和钛合金，保证不致发生熔池坍陷，焊缝成形良好。
4）真空电子束焊：
优点：焊接质量高，接头性能好。
缺点：价格贵，焊接效率低

备注：内容不是很全面，请大家对照课本和PPT复习，因为没有准确的答案，思考题没有加上去。最后一门考试了，希望大家都有一个圆满的收尾！
14