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1、焊接材料复习提纲,材料及材料焊接行为在基础课程和主课程中都涉及到，此部分需要掌握金属材料的基本知识和焊接冶金基本知识，更需要掌握常用的金属材料性能及其焊接性。 基本知识内容包括：铁碳相图及相关知识、焊接裂纹及焊接性、材料及接头热处理、金属材料特性及其试验方法。,具体金属材料要从以下几个方面了解这种材料：标准、标记方法、典型钢种、化学成分、机械性能、材料特性、焊接性、焊接材料的选择、焊接工艺要点。 本部分涉及到的标准有：材料的分类和标记体系、每种材料的标准和标记方法、焊接填充材料的标准和标记。,材料基础知识,金属结构、铁碳合金、铁碳相图 金属材料中常见的晶格形式 纯铁的结晶过程 置换固溶体、间隙
2、固溶体、金属化合物 共晶相图、包晶相图 铁碳合金相图中各特征点的意义 铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、渗碳体，魏氏组织 共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁 钢的冷却转变，TTT曲线，CCT曲线,焊接冶金 焊接接头构成和各区的特点 焊接裂纹的种类和形成机理 焊接接头断裂形式和裂纹试验 热处理 热处理种类、作用 正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效强化、固溶处理 金属材料性能，试验方法，材料特征值 强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性,裂纹形成机理,肉眼或6:1的放大镜能够识别 借助V6:1的显微镜的识别,（两种形成均可能）,裂纹
3、分布,1 焊缝中纵向裂纹（多为结晶裂纹） 2 焊缝中横向裂纹（多为延迟裂纹） 3熔合区横向裂纹（多为延迟裂纹） 4焊缝根部裂纹（延迟、热应力裂纹） 5 HAZ根部裂纹（延迟裂纹） 6焊趾纵向裂纹（延迟裂纹） 7焊趾纵向裂纹（液化、再热裂纹） 8焊道下裂纹（延迟、液化、再热裂纹） 9层状撕裂 10弧坑裂纹（纵向、横向、星形）,裂纹分类,凝固裂纹（结晶裂纹） 液化裂纹 热裂纹 再热裂纹 延迟裂纹冷裂纹,钢的工业生产,高炉炼铁过程 还原过程，焦碳既作为燃料又作为还原剂，成品为生铁。 炼钢过程 基本氧化过程，由生铁炼成钢要求去除不期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、锰、磷和硫。 精炼方法：酸性转炉炼钢法
4、、平炉炼钢法、电炉炼钢法,钢的浇注 浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。应进行脱氧，这一过程为还原。 沸腾钢 镇静钢（在钢水中添加约0.15%的硅和少量的锰和铝） 特别镇静钢（在钢水中添加约0.2%的硅，约0.02%的铝和少量的锰）,合金元素对钢性能的影响,硫 硫在铁中几乎不溶解，它与铁形成化合物硫化铁。由于硫化铁的熔点较低（1200），它一般沉淀在晶界上，硫化铁在800900时变脆。此时，钢很容易在晶界处破坏（红脆性）。当温度超过1200时，晶界上的硫化铁熔化，钢以热脆形式发生破坏。在偏析区特别容易出现热裂倾向。 磷 磷使钢变脆。由于磷铁化合物的熔点较低，因此易产生热裂纹。 氮 温度大约超过60
5、0时，氮可溶解在铁素体中，但在室温时，氮就会析出，它阻碍钢的可变形性（时效）。在特殊镇静钢中，至少0.02%的铝含量与氮相结合，因此在特殊镇静钢中避免了时效现象。,钢的分类，EN10020标准,按合金元素的含量分类 碳钢（非合金钢） 低合金钢 合金元素含量5% 例如13CrMo4-5 高合金钢 合金元素含量5% 例如X6CrNi16-13 按使用要求分类 普通钢 优质钢 特殊优质钢,钢的标记体系，EN10027,EN10027-2 材料的数字标记 材料分组： 0=纯铁 1=钢 2=重金属如Cu、Ni 3=轻金属如Al 分类组别见表2 不同品种的数字编号 钢种的数量有要求时的标记数字,例：1 0
6、1 16 按EN 10025-2对S235 J2钢的 数字编号 01=一般结构钢Rm500N/mm2 材料类别号：1=钢材分类号,按EN10027-1和ECISS IC10标准：材料符号标记,*主要符号标记,G铸钢 如GS-35，GG-灰口铸铁 根据钢的使用及其机械性能和物理性能的主要符号： S普通结构用钢 P压力容器用钢 L管道用钢 E机器制造用钢 B钢筋用钢 Y应力钢 R钢轨用钢 H高强度拉伸性能的冷轨钢板 例如：EN10025-2 S235J2,按化学成分含量标记: i） 碳素钢和锰1%的碳锰非合金钢、非合金钢的易切削钢、合金元素5%的合金钢（不含高速钢），用数字+化学元素符号+数字来标
7、记。例如：13CrMo4-5 13-C=0.13% Cr-Cr=1% Mo-Mo=0.5%,iii）合金元素总含量5%的合金钢 用 X+数字+化学元素+数字来标记， 例如：X5CrNi18-10 X-高合金钢 Cr-Cr=18% Ni-Ni=10%,附加符号,按欧洲标准材料标记示例,机械性能一致的钢的标记、按欧洲EN标准非合金结构钢对S、E、P、L、B钢的标记,碳钢碳锰钢,应用 广泛应用于民用建筑、地下工程、桥梁工程、水利工程、车辆制造和机器制造。 标准 欧洲标准EN 10025-2，此标准说明了八种钢材组别S185、S235、S275、S355、S450、E295、E335和E360。 其在
8、机械性能上有所不同。钢材组别为S235和S275的等级型号是JR、J0和J2。钢材组别为S355的等级型号是JR、J0、J2和K2。钢材组别为S450的等级型号是J0。,标记 标准号（EN 10025-2）； 标记S（结构钢）或者E（机器制造用钢） 厚度16mm的最低屈服强度的标识，用 M Pa表示 如果适用，关于冲击功数值的等级标记； 如果适用，表示特殊要求的附加标记C 标明“N或者AR”,示例：一种适于冷弯边（C）的结构钢（S）,其在室温条件下的最低屈服强度为355Mpa1)，在0（J0）条件下的最低冲击功数值为27J，供货状态为正火轧制（或者轧制状态） 钢材EN 10025-2 S355
9、J0CN（或者AR）,正火轧制：在某一温度范围内进行最终变形处理获得材料特性的轧制过程。类似于正火过程，所以其在正火过程后的材料属性仍然可以得到保留。此供货条件的缩写形式为N。 无任何特殊轧制和/或热处理条件的技术供货条件。此技术条件的缩写形式为AR。,化学成分 机械性能 可焊性,*碳当量CEV：,非合金结构钢的焊接：普通结构钢熔化焊时的焊接性主要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以及它的偏析性能等因素的影响。这些影响都是由钢的化学成分所确定，尤其是由钢中的含碳量、含氮量、含硫量和含磷量所确定。 含碳量不大于0.22%的结构钢是可焊接钢种，并且可在不予热的情况下施焊。,脆断：通常，将近行断裂前
10、，材料没有明显的形状改变的断裂称为脆断。 时效：人们把随着时间的流逝，材料的某种性能如缺口冲击功出现改变的现象称为材料的时效。,耐侯钢,含有一定数量的合金元素的钢材，如添加P、Cu、Cr、Ni、Mo、到钢材中在温度条件下通过在母材金属上形成自保护的氧化膜可以增强其抗大气腐蚀性。,耐侯钢标记： 标准号（EN 10025-5）； 标记S（结构钢）； 厚度16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示； 相关冲击功数值的质量标识； 字母W表示钢材抗大气腐蚀； 如必要，字母P表示高磷含量等级（只适用于级别S355）； 标明“N或者AR ”,例：防大气腐蚀（W）的结构钢（S）在355MPa1)的室温下使用最
11、低屈服强度，在0(J0)条件下使用27J的最低冲击功，正火轧制（或轧制）供货： 钢材EN 10025-5 S355J0WN（或者AR）,耐侯钢焊接性 如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应该确保焊缝本身是耐候的。 在焊接之前，应该将已形成的表面层清除至接头边缘10mm到20mm的距离。 焊接钢材级别S355J0WP和S355J2WP采用的磷含量很高时，应该采用特殊的预防措施。,调质钢,调质、正火或其它附加方法使钢的表面处于硬化状态，应用于曲轴、连杆、齿轮、销钉等机器零件。这类钢既有强度又有韧性，屈强比为0.70.95。 调质钢一般适用闪光对焊，在一定的条件下才适用于熔化焊。,当碳含量0.35%的非
12、合金钢和硼合金钢焊接时需要预热，预热温度150250，填充材料按ISO2560和ISO14341选择，焊后缓冷，在250时退火减小扩散氢的含量。 对碳含量在0.5%时的非合金钢和合金钢在相对困难的条件下可用熔化焊，焊前预热温度大约250350，填充材料一般按EN 757和EN 758选择，或对热强钢按 EN1599和EN12070和EN12071，焊后要求缓冷，冷至100时才可进行热处理如减小扩散氢退火或回火。 对高质量的接头须焊过渡层，然后回火，再进行焊接。,预热温度与碳当量、板厚、焊条直径的关系,细晶粒结构钢,提高金属材料强度的机理 1）析出强化 2）固溶强化 3）晶界强化 4）热处理强化
13、 5）冷作硬化,材料质量证书（按EN 10204标准）,钢材强化方式,1）析出强化 2）固溶强化 3）晶界强化 4）热处理强化 5）冷作硬化,1）析出强化 随着温度的降低，固溶体中第二相的溶解能力下降而析出细小物（质点或粒子），可使材料的强度明显提高，通过析出物阻碍位错在基体晶格中的移动来实现，这取决于析出物的大小、尺寸和数量。若单独使用这种强化方式，会降低材料的塑性和韧性。,2）固溶强化 通过在基体晶体晶格中嵌入或替代其它外来原子而获得的强化效果，置换固溶体中不同体积的原子间会产生一个恒定的弹性应力场，大大地影响了位错的移动，间隙固溶体具有同样的效果。按嵌入原子的数量和大小在材料强度和韧性增
14、加的同时会减小冲击功。,3）晶界强化 在单晶体向多晶体转变时，晶界的出现或产生对材料性能的影响是很大的，多晶体的状态是稳定的单个晶粒的不规则分布，从结晶学的晶向来看，宏观上表现出了各向同性，更多的细晶粒结构就是这样。 晶界可以有效地阻碍位错移动，在剪应力的作用下，晶粒内部应变增加，但在晶界处会降低变形速度或停止，只有当剪应力逐渐增加到滑过晶界时，位错才会形成，因为晶界是一个需要首先克服的高能量区。通常，相邻晶粒之间不会有滑移的可能，这意味着在细晶粒中，屈服强度和抗拉强度是成比例增加的。,4）热处理强化 钢的正火工艺可以提高钢的强度，由于快速冷却时碳的扩散受阻，通过一种必要的测量可以发现碳的微观
15、和宏观应力产生将导致屈服强度的提高，碳含量和冷却速度的不同，材料的冲击功可能减小或保持不变。,5）冷作硬化 是对材料在再结晶温度以下通过塑性变形来提高强度，在塑性变形时形成位错，如增加晶界，从而增加了进一步变形所需的能力，这样就强化了材料。这种强化方式应限制使用，因为要考虑到这种强化效果不仅减少了韧性，而且在低拉力下会产生塑性变形。,细晶粒钢的分类 正火细晶粒结构钢，标准EN10025-3（2004） 热机械轧制细晶粒结构钢，标准EN10025-4（2004） 调质细晶粒结构钢，标准EN10025-6（2004） 细晶粒钢的应用 主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以
16、及用于低温情况下。,细晶粒结构钢,正火轧制是一种在一定温度范围内进行最终变形的轧制方法，它能使材料达到与正火处理后相同的状态，从而使材料在随后进行的附加正火处理后也能保持其机械性能。这种供货状态的缩写是N。,正火和热机械轧制细晶粒钢的标记 标准号（EN 10025-3，-4）； 标记S（结构钢）； 厚度16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示 供货条件（N，M）； 大写字母L用于表示在温度不低于-50下按照所说明的最低冲击功数值的性质。不带L的表示在不低于20的温度下按照所说明的最低冲击功数值。 例如 EN10025-3 S355 NL或者 钢材 EN10025-4 S355 ML。,调质细晶粒结构钢的标记 标准号（EN10025-6）； 标记S（结构钢）； 厚度50mm的最低屈服强度的标识，用Mpa表示； 供货条件Q； 大写字母L或者L1用于在不低于40或者6
