焊接工艺 全套教案.pdf

0.6%,属较难焊材料，需采取较高预热温度2、焊接热影响区（HAZ）最高硬度法图硬度测定位置在O点两侧各取7个以上的点（测点15个以上）各点的间距0.5mm。小结：1、碳当量估算法、2、热影响区最高硬度法作业：某钢材的合金元素含量如下，试计算其碳当量（0.77%）并说明相应工艺措施。C:0.280.35 Mn:0.81.1 Si:0.91.2Cr:0.8l.l Ni:0.6%2、按脱氧方法不同沸腾钢：脱氧不完全半镇静钢：脱氧不完全镇静钢：完全脱氧特殊镇静钢：完全脱氧3、按钢的质量普通碳素钢 SW0.05%PW0.05%优质碳素钢 SWO.O35%PW0.035%11高级优质碳素钢SW0.030%PWO.O35%特殊优质碳素钢 SW0.020%PW0.025%4、按用途分碳素结构钢：基本对应低碳钢碳素机械零件用钢：基本对应中碳钢碳素工具钢：基本对应高碳钢碳钢的焊接性1、焊接性：取决于含碳量含碳量增加、钢的硬度和强度提高，焊接性变差2、焊接性判定：经验公式：Ceq=C+Mn/6+si/24%简化：Ceq=C+Mn/6(1)CeqV0.4 时淬硬倾向小，焊接性良好不需预热、后热和控制层温度。(2)Ceq=0.40.6%淬硬倾向较大，焊接性差较一般需预热等相应工艺措施(3)、Ceq0.6%淬硬倾向严重，焊接性很差12必须采取措施：较高预热温度、控制层间温度、后热及采用低氢焊接工艺。小结：碳钢的分类2、分析碳钢的焊接性作业：P121第二题.课后记：13第五讲10-2碳钢的焊接工艺（之一）-低碳钢焊接工艺教学目的：掌握低碳钢的焊接工艺教学重点：低碳钢的焊接工艺教学难点：低氢焊接工艺教学过程：复习提问：碳钢的分类有哪些？授新：低碳钢的焊接工艺一、低碳钢的焊接性低碳钢的含碳量较低，且除Mn、Si、S、P等常规元 素外，很少有其他合金元素，因而焊接性良好。焊接时有 以下特点：1、可装配成各种不同的接头，适应各种不同位置的施焊,旦焊接工艺和技术较简单，容易掌握。2、焊前一般不需预热。3、塑性较好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造各 类大型结构件和受压容器。4、不需要使用特殊和复杂的设备，对焊接电源没有特殊 要求，交直流弧焊机都可以焊接。对焊接材料也无特殊 要求，酸性碱性都可。5、低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数选择不当，14也可能出现热影响区晶粒长大或时效硬化倾向。焊接温 度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严 重。二、低碳钢的焊接工艺1、低碳钢焊接材料选用焊条E43XX系列 如：E4303、E4315、E4316焊丝焊剂焊丝：H08A、H08MnA焊剂：HJ431、HJ430二氧化碳气体保护焊丝焊丝：ER49-1 ER50-2 至 E50-7氮弧焊焊丝要求用专用的就弧焊焊丝2、低碳钢焊接工艺要点(1)、焊前清理(2)、深而窄坡口形式(3)、刚性增大，直选用低氢型焊条和严格工艺措施(4)、严寒时，低氢型焊条和严格工艺措施3、各种焊接方法在低碳钢中的应用15常用的方法有：(1)焊条电弧焊：适用于板厚在250mm的对接接头、T字接头、十字接头、搭接接头和堆焊等。(2)埋弧焊：适用于板厚在3150之间的对接接头、T 字接头、十字接头。(3)电渣焊：特别适用于焊接50-300mm的厚板。(4)CO2气体保护焊：比较适用于薄板及大型结构件的 角焊缝的焊接。4、常用缺陷及防止措施：见表10-7小结：1、低碳钢的焊接性分析;2、低碳钢的焊接工艺。作业：P121第3、5题课后记：16第六讲10-2碳钢的焊接工艺（之二）-中碳钢焊接工艺教学目的：1、中碳钢的焊接工艺教学重点：中碳钢的焊接方法及焊材的选用教学难点：中碳钢的焊接工艺要点教学过程：复习提问：低碳钢常用的焊接方法有哪些？授新一、中碳钢的焊接性中碳钢的含碳量为0.25%0.6%,与低碳钢相比，含 碳量较高;随着钢中质量分数的增加钢材的强度和硬度 增加，塑性和韧性下降，焊接性变差。主要焊接缺陷是：热裂纹、冷裂纹、气孔和接头脆性，有时热影响区的强度还会下降。二、中碳钢的焊接工艺1、焊接方法常用的方法是焊条电弧焊和CO2焊2、中碳钢焊接材料选用 要求等强的构件：采用E5015、E5515等强度级 别较高的焊条。17不要求等强的构件：采用E4303、E4315等强度 级别较低些的焊条。特殊情况：即母材不能焊前预热时，可采用奥氏 体不锈钢焊条。3、中碳钢焊接工艺要点（1）坡口制备 为减少熔合比，一般采用U形或V 形坡口，并将坡口两侧的油污和铁 锈等清除干净。（2）预热预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚 性、焊条类型和工艺方法。通常35、45钢预热1502503 刚性很大 时，提高到250400。（3）焊接电源一般选用直流弧焊电源的反极性，降低裂纹 倾向和气孔。（4）焊后热处理600800消除应力热处理。采取保温、缓冷措施，以减少裂纹的产生。（5）采用低氢焊接工艺18应当尽量选用低氢型焊材；焊前严格清理；烘干焊条；采用窄焊道、短弧操作方法。（6）多层多道焊，前几层采用小电流、慢速焊,中间层采用较大线能量。小结：1、中碳钢的焊接性分析;2、中碳钢的焊接工艺。作业：课后记：19第七讲10-2碳钢的焊接工艺（之三）-高碳钢焊接工艺教学目的：掌握高碳钢的焊接工艺教学重点：高碳钢的焊接工艺教学难点：高碳钢的焊接工艺要点教学过程：复习提问：碳钢的分类有哪些？一、高碳钢的焊接性1、化学成分及种类：高碳钢的含碳量大于0。6%,包括碳素结构钢、碳素 钢铸件及碳素工具钢等。2、焊接性：焊接性很差，焊后很易产生硬脆的高碳马氏体，淬硬 倾向和裂纹敏感倾向大。3、焊接应用：用于高硬度或耐磨部件或零件，大多是焊补修理。4、焊接操作：焊前退火：减少裂纹焊后再回火：达到高硬度和耐磨要求。20二、高碳钢的焊接工艺1、高碳钢焊接材料选用通常不用高碳钢焊材。根据钢材的含碳量、几何形状和 使用条件等，同时考虑产品结构、所焊钢材的实际化学成分、热处理状态、力学性能及等选用合适的填充金属。2、热处理及预热：（1）先退火再焊接（2）预热250-350C以上，并保持层间温度。（3）焊后250-350/2h去氢处理。（4）对于焊件较大，刚性较强，则焊后注意保温，并马 上进行650高温回火，消除焊接应力。3、高碳钢焊接工艺要点（1）焊前烘干焊条，及工件表面的清理（2）尽量采用小电流、慢焊速，减少熔合比。同时，锤击焊缝，减少焊接应力。（3）采用预堆法，先在坡口上堆焊，然后再进行焊接。（5）采用过渡层焊接法。用强度级别低、含苞欲放碳量 很低的焊接材料堆焊过渡层。过渡层的焊接方法：焊条电弧焊、C02气体保护焊、MIG焊、TIG焊。213、焊接方法常用的方法有：焊条电弧焊4、常用缺陷及防止措施：小结：1、高碳钢的焊接性分析;2、高碳钢的焊接工艺。作业：课后记：22第八讲 11-1低合金钢的焊接概述教学目的：低合金分类及性能教学重点：低合金钢的分类教学难点：低合金钢的性能教学过程：复习提问：高碳钢的焊接工艺要点？低合金钢是在碳素钢中加总的质量分数不超过5%的 各种合金化学元素，以提高钢材的强度、塑性、韧性、耐 蚀性、耐热性或其他特殊性能的钢材。用于制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢。合 金结构钢分为高强度钢（强度用钢）（GB/T13304-1991规 定，屈服点o s295MPa抗拉强度o b390MPa的钢均称 为高强度钢）和专业用钢两大类。一、高强度钢按照钢材供货的热处理状态分为：热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢三类。钢材的供货热处理状态是由其合金系统、强化方式、显微组织所决定的，同一类的钢其焊接性是比较接近。231、热轧及正火钢 以热轧或正火供货和使用的钢称为热轧及正火钢。力学性能：o s=295490Mpa,包括Q295Q460钢。强化方式：通过合金元素的固溶强化和沉淀强化而提 高强度，属非热处理强化钢。性能：冶炼工艺比较简单，价格低廉、综合力学性能 良好，具有优良的焊接性，应用广泛。2、低碳调质钢 这类钢在调质状态下供货和使用，属于热处理强化钢。性能：a s=441-980Mpao具有较高的强度、优良的塑 性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调 质处理。应用：在焊接结构中，越来越受到重视，是具有广阔 发展前途的一类钢。3、中碳调质钢 这类钢属于热处理强化钢。性能：其碳含量较高,。s=8801170Mpa0与低碳钢 相比，合金系统比较简单。碳含量高可有效地提高调质处 理后的强度，但塑性、韧性相应下降，而且焊接性变差。一般需要在退火状态下进行焊接，焊后要进行调质处理。应用：主要用于制造大型机器上的零件和要求强度高24而自重小的构件。二、专业用钢把满足某些特殊工作条件的钢种总称为专业用钢。按用途的 不同，其分类品种很多，常用于焊接结构制造的有：1、珠光体耐热钢这类钢主要用于制造工作温度在 500600范围内的设备，具有一定高温强度和抗氧化能 力。2、低温用钢 用于制造在-20-196低温下工作 的设备。主耍特点是韧脆性转变温度低，具有良好的低温 韧性。目前应用最多的是低碳的含银钢。3、低合金耐蚀钢 主要用于制造在大气、海水、石 油、化工产品等腐蚀介质中工作的各种设备，除要求钢材 具有合格的力学性能外，还应对相应的介质有耐蚀能力。耐蚀钢的合金系统随工作介质不同而异。小结：1、低合金钢的性能及分类2、强度用钢的性能特点3、专业用钢的性能特点。作业：P132第1、2题课后记：25第九讲 11-2低合金钢的焊接工艺（一）热轧及正火钢的焊接工艺教学目的：1、热轧及正火钢的焊接性2、掌握热轧及正火钢焊接工艺教学重点：热轧及正火钢的焊接工艺教学难点：热轧及正火钢的焊接性教学过程：复习提问：低合金结构钢的分类及特性？授新：热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢包括热轧钢及正火钢。正火钢中的含铝 钢需在正火+回火条件下才能保证良好的塑性和韧性。正火钢又可分为在正火状态下使用和正火+回火状态 下使用的两类。一、热轧及正火钢的焊接性属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较 低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度 的提高，焊接性也会变差，使热影响区母材性能下降，产 生焊接缺陷。1、粗晶区脆化 热影响区中被加热到1100C以上的 粗晶区是焊接接头的薄弱区。热轧及正火钢焊接时，如热 26输入过大或过小都可能使粗晶区脆化。2、冷裂纹热轧钢虽然含少量的合金元素，但其碳 当量比较低，一般情况下其冷裂倾向不大。3、热裂纹 一般情况下，热轧正火钢的热裂倾向小,但有时也会在焊缝中出现热裂纹。4、层状撕裂大型厚板焊接结构如在钢材厚度方向 承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状的 层状撕裂。二、热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接性较好，表现在对焊接方法的 适应性强，工艺措施简单，焊接缺陷敏感性低且较易防止,产品质量稳定。1、焊接方法的选择热轧及正火钢可以用各种焊接方法：常用的焊接方法 有焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊和电渣焊等。热轧及正火钢切割方法：气割、电弧气刨、等离子弧 切割等。切割前一般不需预热，割后可直接焊接。热轧及正火钢焊接时，对焊接质量影响最大的是焊接 材料和焊接参数。2、焊接材料的选用27热轧及正火钢主要用于制造受力构件，耍求焊接接头 具有足够的强度，适当的屈强比、足够的韧性和低的时效 敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性能。（1）必须保证焊接金属的强度、塑性、韧性等力学 性能指标不低于母材。（2）满足产品的一些特殊要求如中温强度、耐大气 腐蚀等。并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材相 同。常用的热轧及正火钢常用焊接材料见表11-3。3、预热温度的确定焊前预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响 区淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头中逸出。预热恶化劳动条件，使生产工艺复杂化。预热温度受 母材成分、焊件厚度与结构、焊条类型、拘束度以及环境 温度等因素的影响。4、焊后热处理常用消除应力退火、正火或正火+回火等。（1）厚壁压力容器为了防止由于焊接时在厚度方向 存在温差，而形成三向应力场所导致的脆性破坏，焊后要28进行消除应力退火。（2）电渣焊接头为了细化晶粒，提高接头韧性，焊 后一般要求进行正火或正火+回火处理。（3）对可能发生应力腐蚀开裂或要求尺寸稳定的产 品，焊后要进行消除应力退火。（4）焊后要进行机械加工的构件，在加工前还应进 行消除应力退火。在确定退火温度时，应注意退火温度不应超过焊前的 回火温度，以保证母材的性能不发生变化。对有回火脆性 的钢，应避开回火脆性的温度区间。小结：1、热轧及正火钢的焊接性2、热轧及正火钢的焊接工艺作业：P132第1、2题课后记：29第十讲 11-2低合金钢的焊接工艺（二）调质钢的焊接工艺教学目的：1、低碳调质钢的焊接工艺2、中碳调质钢的焊接工艺教学重点：调质钢的焊接工艺教学难点：调质钢钢的焊接性教学过程：复习提问：热轧及正火钢的焊接工艺？授新：调质钢的焊接工艺低碳调质钢属于热处理强化钢。这类钢强度高，具有 优良的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需 再进行调质处理。但低碳调质钢生产工艺复杂，成本高，进行热加工（成形、焊接等）时对焊接参数限制比较严格。然而，随着焊接技术的发展，在焊接结构制造中，低碳调 质钢越来越受到重视，具有广阔的发展前景。性能：优点：强度高，具有优良的塑性和韧性，可直 接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调质处理。缺点：生产工艺复杂，成本高，进行热加工（成形、焊接等）时对,焊接参数限制比较严格。应用：随着焊接技术的发展，在焊接结构制造中，低 碳调质钢越来越受到重视，具有广阔的发展前景。30一、低碳调质钢的焊接性1、由于冷却速度较高引起的冷裂纹；由于成分如Cr、Mo、V等元素引起的消除应力裂纹；2、在焊接热影响区，还会产生脆化和软化现象。一 般低碳调质钢的热裂纹的倾向较小。二、低碳调质钢的焊接工艺1、接头与坡口形式设计 对于。s600MPa的低碳调 质钢，焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明 显的影响。为了降低焊接应力，可采用双V形或双U形 坡口。对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或 坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消 除。板厚100mm时，切割前不需预热；板厚2100mm,应进行100150预热。强度等级较高的钢，最好用机 械切割或等离子弧切割。2、焊接方法选用为了使调质状态的钢焊后的软化 降到最低程度，应采用比较集中的焊接热源。(1)osN600Mpa的钢，可用焊条电弧焊、埋弧焊、铝极或熔化极气体保护焊等方法焊接，(2)a s686MPa的钢最好用熔化极气体保护焊；31（3）o s980Mpa的钢，则必须采用鸽极氨弧焊或电 子束焊等方法。采用大焊接热输入的焊接方法（如多 丝埋弧焊或电渣焊）时，焊后必须进行调质处理。3、焊接材料的选用一般采用等强原则，在接头拘 束度很大时，为了防止冷裂纹，可选用强度略低的填充金 属，焊前须严格烘干焊材。（具体见表11-5）4、预热温度目的主要是防止冷裂，对改善组织没 有明显作用。为了防止高温时冷却速度过低而产生脆性组 织，预热温度不宜过高，一般不超过200。预热温度过 高，将使韧性下降。小结：1、低碳调质钢的焊接性2、低碳调质钢的焊接工艺作业：P132第1、2题课后记：32第十一讲 11-2低合金钢的焊接工艺（三）中碳调质钢的焊接工艺教学目的：1、中碳调质钢的焊接性2、中碳调质钢的焊接工艺教学重点：中碳调质钢的焊接工艺教学难点：中碳调质钢的焊接性教学过程：复习提问：低碳调质钢的焊接工艺？授新：中碳调质钢的焊接工艺这类钢需要在退火状态下焊接，焊后还要进行调质处 理。为保证钢的淬透性和防止回火脆性，这类钢含有较多 的合金元素。中碳调质钢在调质状态下具有良好的综合性能，常用 于制造大型齿轮、重型工程机械的零部件、飞机起落架及 火箭发动机外壳等。一、中碳调质钢的焊接性1、焊接热影响区的脆化和软化 中碳调质钢由于含 碳量高、合金元素多，钢的淬硬倾向大，在淬火区产生大 量脆硬的马氏体，导致严重脆化。2、冷裂纹中碳钢的淬硬倾向大，近缝区易出现的 33马氏体组织，增大了焊接接头的冷裂倾向，在焊接中常见 的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感性。3、热裂纹中碳调质钢的碳及合金元素含量高，偏 析倾向也较大，因而焊接时具有较大的热裂纹敏感性。二、中碳调质钢的焊接工艺由于中碳调质钢的焊接性较差，对冷裂纹很敏感，热 影响区的性能也难以保证。因此，只有在退火（正火）状 态下进行焊接，焊后整体结构进行淬火和回火处理，才能 比较全面的保证焊接接头的性能与母材相匹配。1、焊接材料的选用 按照等强与近性的原则。为了 防止焊缝产生裂纹，严格限制S、P、C、Si含量。对淬硬 倾向特别大的材料，为了防止裂纹或脆断，必要时采用低 强度填充金属，常用焊接材料见表6-7。2、焊接工艺要点（1）采用较大的焊接热输入并适当提高预热温度，可以有效地防止冷裂。一般预热温度及层间温度可控制在 250300c之间。焊后要及时进行热处理，或进行中间退火或在高于预 热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化热影响区 组织。中间退火还有消除应力的作用。对结构复杂、焊缝 34较多的产品，为了防止由于焊接时间过长而在中间发生裂 纹，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。Cr-Mn-Si钢具有回火脆性，这类钢焊后回火温度应避 开回火脆性的温度范围（250400）,一般采用淬火+高温回火，并在回火时注意快冷，以避免第二类回火脆性。在强度要求较高时，可进行淬火+低温回火处理。（2）中碳调质钢在调质状态下的焊接工艺要点在保证不产生裂纹的前提下尽量保证接头的性能。一般采用热量集中、能量密度高的焊接热源，尽量采 用小焊接热输入，如觉弧焊、等离子弧焊或电子束焊效果 较好。预热温度、层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回 火温度50以上。为了防止冷裂纹，可以用奥氏体不锈 钢焊条或银基焊条。小结：1、低碳调质钢的焊接性2、低碳调质钢的焊接工艺作业：课后记：35第十二讲习题课（一）教学目的：1、巩固碳素钢的焊接工艺2、巩固低合金钢的焊接工艺教学重点：低碳钢和热轧及正火钢的焊接工艺教学难点：无教学过程：1、学生做习题2、针对重点问题讲解一、填空题：1、Q235钢是普通碳素结构。2、16MnR钢是压力容器用钢。3、强度用钢根据屈服点及热处理状态，以可分为虬 轧钢、正火钢及低、中碳调质钢等三种类型。4、合金结构钢中的特殊用钢，根据其使用性能大致可分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐腐蚀钢 等三种。5、当低碳调质钢的焊接热输入提高到最大允许值时 裂纹还不能避免，那就必须采取小的焊接热输入,同时还要采取预热、缓冷和后热等措施。6、珠光体耐热钢焊接性的主要问题是：热影响区的 36硬化、瓮裂纹、软化以及在焊后热处理或高温长 期使用中的再热裂纹等。7、焊接电流上升时，熔滴细化，虽然比表，面积有 所增加，但和氧的反应时间大大缩短,从而使焊 缝氧含量降低。下一层焊缝。二、判断题：1、Q235A-F钢属于沸腾钢，因含杂质量较高，大厚度焊 件有可能产生热裂纹.2、锅炉钢或厚度较大，以及重要的锅炉结构宜用碱 性焊条。3、16MnR钢焊条电弧焊时,可选用焊条E5016(J506)。4、Q235A F钢焊条电弧焊时，可选用焊条E4303(J422)O5、Q295(09Mn2)钢焊条电弧焊时，必须选用碱性焊 条焊接，酸性焊条不能保证焊缝的强度要求。6、对低碳调质钢预热的目的，主要是为了防止冷裂，改善热影响区的性能作用并不大。7、Q345(16Mn)钢氧-乙快火焰气割后，气割边缘1mm 内虽有淬硬倾向，仍可直接焊接而不需要对气割边缘进行机37械加工。8、中碳调质钢淬硬倾向十分明显，因此冷裂倾向较为 严重。9、焊接中碳调质钢时，采取预热措施，即可防止产生 冷裂纹。10、正火钢中，星然强度级别不同，合金元素的成分 和含量不同，但冷裂纹倾向相同，一般不 随强度增大而增 大。11、多层焊工艺对防止焊缝冷裂纹的产生是有好作用 的。三、名词解释1、金属材料的焊接性2、工艺焊接性3、使用焊接性4、碳当量Ce（公式）5、低合金钢四、问答题1、碳钢的焊接性如何？Q235和20g在一般情况下，焊条电弧接和埋弧焊各选择什么焊接材料？382、低合金钢中16Mn、15MnV 18MnMoNb焊接性如何？焊条电弧焊和埋弧焊各选择什么焊接材料？小结：讲解重点、集中的问题课后记：39第十三讲 12-1不锈钢的焊接（一）教学目的：不锈钢的分类及特性教学重点：不锈钢的特性教学难点：不锈钢的分类教学过程：复习提问：中碳调质钢的焊接工艺？一、不锈钢的分类：不锈钢包括高铭钢（Crl3之类）、貉银钢（Crl8Ni9Ti,Crl8Nil2Mo3Ti 等）、格锦氮钢（Crl7Mnl3Mo2N）。主要 用于有侵蚀性的化学介质（主要是各类酸），要求能耐腐 蚀，对强度要求不高。各种不锈钢都具有良好的化学稳定性，将不锈钢加热 到900C1100淬火后，按空冷后室温所得到的组织不 同，可分为五大类：1、奥氏体钢是应用最广的一种。高格银钢及高 格锦钢均属此类，其中，格镇奥氏体钢是最通用的钢种。以Crl8Nil8为代表的系列（简称18-8）,主要用于耐蚀条 件下；以Cr25Ni20为代表的系列（简称25-20）,则主要 用做热稳定钢，提高含碳量则可用做热强钢。2、双相钢主要是指奥氏体一铁素体双相钢钢，40如Cr21Ni5Ti 00Crl8Ni5Mo3Si2,具有很优异的耐蚀性能，尤其是耐应力腐蚀开裂性能。3、铁素体钢含Cr为1728%的高格钢属此类，主要用做热稳定钢，也可作耐蚀钢用。4、马氏体钢一Crl3系列及以Crl2为基的多元合金 化的钢均属马氏体钢。5、沉淀硬化型不锈钢将18-8钢的Ni量适当降 低并稍加调整成分，可获得一种能够经沉淀强化处理的不 锈钢，不仅具有很好的耐蚀性，而且具有很高的强度。有 代表性的钢号有：00Crl7Ni7Al(17-7PH)及 00Crl7Ni4Cu4Nb(17-7PH)。二、不锈钢的特性：1、物理性能及化学性能：对其焊接性影响较大的物理性能有：线膨胀系数、热 导率、电阻率等。一般而言，合金元素越多，导热性能越 差，线膨胀系数和电阻率越大。2、耐腐蚀性不锈钢的耐腐蚀性是基于其主加元素铭在钢表面形 成致密氧化膜对钢的钝化作用。金属受介质的化学及电化 学作用而破坏的现象称为腐蚀，不锈钢的主要腐蚀形式主41耍有以下几种：（1）均匀腐蚀 是指接触腐蚀介质的金属整个表面 产生腐蚀的现象，称为均匀腐蚀也称整体腐蚀。它是一种 表面腐蚀。不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，它的均匀腐蚀 量并不大。（2）晶间腐蚀奥氏体不锈钢在450850C加热 时，会由于沿晶界沉淀出铝的碳化物，致使晶粒周边形成 贫锯区，在腐蚀介质作用下即可沿晶粒边界深入金属内 部，产生在晶粒之间的一种腐蚀称为晶间腐蚀。此类腐蚀 在金属外观未有任何变化时就造成破坏，因此是不锈钢最 危险的一种破坏形式。（3）点状腐蚀腐蚀集中于金属表面的局部范围，并迅速向内部发展，最后穿透。不锈钢表面与氯离子接触 时，因氯离子容易吸附在钢的表面个别点上，破坏了该处 的氧化膜，就很容易发生点状腐蚀。不锈钢的表面缺陷，也是弓I起点状腐蚀的重要原因之一。（5）应力腐蚀开裂是一种金属在腐蚀介质和表面拉 伸应力联合作用下产生的脆性开裂现象。它的一个最重要 的特点是腐蚀介质与金属材料的组合有选择性，即一定的 金属只有在一定的介质当中才会发生此种腐蚀。奥氏体钢42焊接接头最易于出现这一问即。小结：1、不锈钢的分类2、不锈钢的性能作业：课后记：43第十四讲 12-1不锈钢的焊接（三）教学目的：奥氏体不锈钢的焊接工艺教学重点：奥氏体不锈钢的基本焊接技术教学难点：奥氏体不锈钢的焊接性教学过程：复习提问：不锈钢的分类及特性？一、奥氏体不锈钢的焊接焊接不锈钢时，如果焊接工艺不当或焊接材料选用不 正确，会产生一系列的缺陷。这些缺陷主要有耐蚀性的下 降和焊接裂纹的形成，这将直接影响焊接接头的力学性能 和焊接接头的质量。1、奥氏体不锈钢的焊接性不锈钢中以奥氏体不锈钢最为常见，奥氏体不锈钢的 塑性和韧性很好，具有良好的焊接性，焊接时一般不需要 采取特殊的工艺措施。如果焊接材料选用不当或焊接工艺 不合理时，会使焊接接头产生如下问题：1）晶间腐蚀受到晶间腐蚀的不锈钢，从表面上看 来没有痕迹，但在受到应力时即会沿晶界断裂，几乎完全 丧失强度。奥氏体钢在焊接不当时，会在焊缝和热影响区 造成晶间腐蚀，有时在焊缝和基本金属的熔合线附近发生 44如刀刃状的晶间腐蚀，称为刃状腐蚀。2）应力腐蚀 不锈钢在静应力（内应力或外应力）作用下在腐蚀性介质中发生的破坏。3）热裂纹 是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生 的一种缺陷，特别是含银量较高的奥氏体不锈钢更易产 生。因此奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得 多。4）焊接接头的脆化 奥氏体不锈钢的焊缝在高温（375875）加热一段时间后，常会出现冲击韧性下降 的现象，称为脆化。常见的脆化有：475c脆化，。相脆 化。2、焊接方法的选择奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，可以采用焊条电弧 焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和等离子弧焊等熔焊方法，并且焊接接头具有相当好的塑性和韧性。一般不应用电渣 焊。3、焊接材料的选择奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则，应使焊缝金属的 合金成分与母材成分基本相同，并尽量降低焊缝金属中的 碳含量和S、P等杂质的含量。454、焊前准备1）下料方法的选择机械切割、等离子弧切割及碳 弧气刨等，机械切割最常用的有剪切、刨削等。2）坡口的制备适当减小V形坡口角度。当板厚大 于10mm时，应尽量选用焊缝截面较小的U形坡口。3）焊前清理 将坡口两侧20mm30mm范围内的焊 件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂 擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂 上用白垩调制的糊浆，以防飞溅金属损伤表面。4）表面防护 避免损伤钢材表面，不允许用利器划 伤钢板表面，不允许随意到处引弧等。5、焊接工艺参数的选择焊接奥氏体不锈钢时，应控制焊接热输入和层间温 度，以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出。1）焊条电弧焊由于奥氏体不锈钢的电阻较大，焊 接时产生的电阻热较大，同样直径的焊条，焊接电流值应 比低碳钢焊条降低20%左右。焊条长度亦应比碳素钢焊条 短，以免在焊接时由于药皮的迅速发红而失去保护作用。奥氏体不锈钢焊条即使选用酸性焊条，最好也采用直流反 接施焊，因为此时焊件是负极，温度低，受热少，而且直46流电源稳定，也有利于保证焊缝质量。此外，在焊接过程 中，应注意提高焊接速度，同时焊条不作横向摆动，这样 可有效地防止晶间腐蚀、热裂纹及变形的产生。2）铝极僦弧焊 对于铛极氤弧焊一般采用直流正接,这样可以防止因电极过热而造成焊缝中渗鸨的现象。3）熔化极量弧焊 一般采用直流反接法。为了获得 稳定的喷射过渡形式，要求电流大于临界电流值。4）埋弧焊应用不如在低合金钢焊接中那样普遍。6、奥氏体不锈钢的焊后处理为增加奥氏体不锈钢的耐蚀性，焊后应对其进行表面 处理，处理的方法有表面抛光、酸洗和钝化处理。7、焊后检验焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验 外，还要进行耐蚀性试验。小结：1、奥氏体不锈钢的焊接性2、奥氏体不锈钢的焊接工艺作业：课后记：47第十五讲12-1不锈钢的焊接（四）教学目的：1、铁索体不锈钢的焊接工艺2、马氏体不锈钢的焊接工艺教学重点：焊接工艺要点教学难点：焊接性教学过程：复习提问：奥氏体不锈钢的焊接工艺？一、铁素体不锈钢的焊接工艺1、铁素体不锈钢的焊接性铁素体不锈钢焊接时热影响区晶粒急剧长大而形成 粗大的铁素体。由于铁素体钢加热时没有相转变发生，这 种晶粒粗大现象会造成明显脆化，而且也使冷裂纹倾向加 大。此外，焊接时，在温度高于1000C的熔合线附近快 速冷却时会产生晶间腐蚀，但经650850加热并随后 缓冷就可以加以消除。2、铁素体不锈钢的焊接工艺要点：1）铁素体不锈钢只采用焊条电弧焊进行焊接，为了减 小475脆化，避免焊接时产生裂纹，焊前可以预热，预热 温度为70150o2）焊接时，尽量缩短在430480之间的加热或冷却48时间。3）为防止过热，尽量减少热输入，例如焊接时采用小 电流、快速焊，焊条最好不要摆动，尽量减少焊缝截面，不要连续焊，即待前道焊缝冷却到预热温度时再焊下一道 焊缝，多层焊时要控制层间温度。4）对于厚度大的焊件，为减少焊接应力，每道焊缝焊 完后，可用小锤轻轻敲击。5）焊后常在700750之间退火处理，这种焊后热处 理可以改善接头韧性及津性。二、马氏体不锈钢的焊接工艺1、马氏体不锈钢的焊接性：马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾向，特别 是多数马氏体钢其成分特点使其组织往往处在马氏体一铁 素体的边界上。在冷却速度较小时近缝区会出现粗大的铁 素体和碳化物组织，使其塑性和韧性显著下降；冷却速度 过大时，由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向，会产生 粗大的马氏体组织，使塑性和韧性下降。所以，焊接时冷 却速度的控制很重要。并且因其导热性差，马氏体不锈钢 焊接时的残余应力也大，容易产生冷裂纹。有氢存在时，49马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳含 量越高,冷裂纹倾向也越大。此外，马氏体不锈钢也有475 脆化，但马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。预热和控制层间温度是防止裂纹的主要手段，焊后热 处理可改善接头性能。2、马氏体不锈钢的焊接工艺要点：1）为保证马氏体不锈钢焊接接头不产生裂纹，并具有 良好的力学性能，在焊接时，应进行焊前预热，一般预热 温度在100400之间。2）焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重耍 措施，通常在700760之间加热空冷。3）马氏体不锈钢常用的焊接方法是焊条电弧焊，还可 以采用埋弧焊、气弧焊和CO2气体保护焊等方法。采用这 些焊接方法时，可采用与母材成分相近的焊丝，如焊接 1CH3钢用HlCrl3焊丝（埋弧焊时配合HJ431焊剂）。小结：1、铁素体不锈钢的焊接工艺2、马氏体不锈钢的焊接工艺作业：课后记：50第十六讲 12-2耐热钢的焊接教学目的：1、耐热钢的分类及性能2、耐热钢的焊接工艺教学重点：焊接工艺要点教学难点：焊接性教学过程：复习提问：不锈钢的分类及性能？一、耐热钢的分类及性能：1、耐热钢的分类：（1）习惯上将耐热钢分为热稳定钢和热强钢1）热稳定钢主要用于高温下要求抗氧化或耐气体介 质腐蚀的一类钢，也叫抗氧化不起皮钢。对于高温强度并 无特别要求。常用的有铭银钢（Cr25Ni20、Cr25Ni20Si2之 类）、高铭钢（Crl7 Cr25Ti 等）。2）热强钢在高温下既要能抗氧化或耐气体介质腐 蚀，又必须具有一定的高温强度。主要是高倍银钢（Crl8Ni9Ti,4Cr25Ni20,4Crl4Nil4W2Mo）o 多元合金化 的以CH2为基的马氏体钢（如lCrl2MoWV）也用来做热 强钢。51（2）按其合金成分和质量分数可分为：低合金耐热钢、中合金耐热钢和高低合金耐热钢。1）低合金耐热钢：合金元素含量在5%以下；2）中合金耐热钢：合金元素含量在6%-12%；3）高合金耐热钢：合金元素含量在13%以上。2、耐热钢的性能（1）高温抗氧化性（热稳定性）耐热钢中一般均含有Cr、Al或Si,可形成致密完整的 氧化膜，因而均可具有很好的抗氧化性能。（2）高温强度（热强性）所谓热强性，指在高温下长时工作时对断裂时的抗力（即持久强度），或在高温下长期工作时抗塑性变形的能力（即蠕变抗力）。（3）高温脆性耐热钢在热加工或长期高温工作中，可能产生脆化现 象。除了如Crl3钢在550附近的回火脆性、高格铁素体 钢的晶粒长大脆化以及奥氏体钢沿晶界析出碳化物所造成 的脆化之外，值得注意的还有所谓475脆性及。相脆化。二、耐热钢的焊接工艺521、耐热钢的焊接性（1）淬硬性 主要合金元素铭和铝等都显著地提高 了钢的淬硬性，在焊接热循环决定的冷却条件下，焊缝及 热处理区易产生冷裂纹。（2）再热裂纹 焊后热处理过程中易产生再热裂纹，再热裂纹常产生于热影响区的粗晶区。（3）回火脆性 铝铝钢及其焊接接头在350 500C温度区间长期运行过程中发生剧烈脆变的现象称为 回火脆性。2、耐热钢的焊接工艺（1）焊接方法焊条电弧焊和埋弧自动焊的应用较多；CO2气体保护焊也日益增多；电渣焊在大断面焊接中得到应用；在焊接重要的高压管道时，常用鸨极氨弧焊封底；用熔化极气体保护焊或焊条电弧焊盖面。（2）焊接材料选配低合金耐热钢焊接材料的原则是焊缝金属的合 金成分与强度性能应基本上与母材相应指标一致或应达到 产品技术条件提出的最低性能指标。53使用焊条时应严格遵守碱性焊条的各项规则。主要是:焊条的烘干、焊件的仔细清理、使用直流反接电源、用短 弧焊接等。另外还可以选用奥氏体不锈钢焊条焊接，其焊后一般可不做热处理。小结：1、耐热钢的分类及性能;2、耐热钢的焊接工艺作业：课后记：54第十七讲 13-1铸铁的焊接性教学目的：铸铁的分类及焊接性教学重点：铸铁的焊接性教学难点：铸铁的焊接性教学过程：复习提问：耐热钢的焊接工艺？一、铸铁的分类及性能1、铸铁的简介含碳量大于2%的铁碳合金叫铸铁。铸铁中除了含有 铁和碳以外，含有硅、锦、磷、硫等元素。2、铸铁的分类及性能铸铁按碳在铸铁中的存在形式分为灰铸铁、向口铸 铁和麻口铸铁；按石墨的形态分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及可锻铸铁；按化学成分分为普通铸铁和合金铸 铁。铸铁的性能主要取决于石墨的形状、大小、数量及 分布特点。由于石墨的强度极低，在铸铁中相当于裂缝和 空洞，这样就破坏了基本金属的连续性，使基体的有效承 载面积减小。（1）普通灰铸铁：其中碳是以片状石墨水的形式存55在，断口呈黑灰色。性能及应用：具有一定的力学性能和良好的耐磨性、减振性和切削加工性，是应用最广泛的一种铸铁。(2)球墨铸铁：由于石墨以球状分布而得名。它是 在铁液中加入稀士金属、镁合金及硅铁等球化剂处理后使 石墨球化而成。性能及应用：强度接近于碳钢，具有良好的耐磨性 和一定的塑性，并能通过热处理改善性能。广泛应用于机械制造业中。(3)白口铸铁：其中碳完全是以渗碳体的形式存在，断口呈亮白色。性能及应用：它的性能硬而脆，切削加工很能困难，工业上极少应用，主要用作炼钢原料。(4)可锻铸铁：其中石墨呈团絮状，它是由一定成分 的白口铸铁经长时间的石墨化退火而得到的。性能及应用：与此同时灰铸铁相比，它有较好的强度 和塑性，特别是低温冲击韧性较好，耐磨性和减振性优于 碳素钢。(5)螭墨铸铁：是近十儿年发展起来的新型铸铁，生 产方式与球墨铸铁相似，石墨呈蠕虫状。56性能及应用：它的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。二、铸铁的焊接性灰铸铁的应用最为广泛，这里主要以灰铸铁的焊接 性来进行分析。灰口铸铁焊接性很差，一是焊接接头易出现向口及 淬硬组织；二是焊接接头易出现裂纹。1、在铸铁焊补时，由于熔池体积小，存在时间短，加之铸铁内部的热传导作用，使得焊缝及近缝区的冷却速 度远远大于铸铁在砂型中的冷却速度。因此，在焊接接头 的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体，形成白口铸铁 组织。2、铸铁焊接接头中白口组织的存在，会造成加工困 难，还会引起裂纹等缺陷的产生。因此铸铁焊接应尽量避 免产生白口组织。(1)冷裂纹灰铸铁的焊接接头的裂纹主要是冷裂纹。由于灰铸 铁的塑性接近零，抗拉强度又较低，当焊接时因局部快速 加热和冷却，造成较大的内应力时，就容易造成裂纹。(2)热裂纹57当采用银基焊接材料焊接铸铁及一般常用的低碳钢 焊条铸铁时，焊缝金属对热裂纹较敏感。采用银基焊接材料焊接铸铁时，一方面铸铁含s、P 杂质高，银与硫形成低熔共晶化合物；另一方面单相奥氏 体焊缝晶粒粗大，晶界易于富集较多的低熔共晶。采用普通低碳钢焊条焊接铸铁，第一、二层焊缝会 从铸铁深入较多的碳、硫及磷，这会使第一、二层焊缝的 热裂纹敏感性增大。小结：1、铸铁的分类及性能;2、铸铁有焊接性作业：课后记：58第十八讲 13-2铸铁的焊接工艺（一）教学目的：掌握铸铁的焊接方法的选择教学重点：焊接方法的适用范围教学难点：焊接方法的选择教学过程：复习提问：铸铁焊接性的主要问题是什么？授新：铸铁的焊接方法选用灰铸铁的焊接