1、第二章第二章 熔化焊与热切割基熔化焊与热切割基础知识础知识于强于强兴安盟特种设备检验所兴安盟特种设备检验所11/20/20221内容提要 一、基础知识一、基础知识 1 1、概述、概述 2 2、金属学与热处理知识、金属学与热处理知识 3 3、金属材料的基本知识、金属材料的基本知识 4 4、焊接工艺及切割工艺简介、焊接工艺及切割工艺简介11/20/20222第一节焊接与切割的基本原理及分类 一、基本原理：一、基本原理：1 1、焊接：是通过对物体加热、加压或、焊接：是通过对物体加热、加压或两者并用，使焊件连接处达到原子力两者并用，使焊件连接处达到原子力的相互作用，使分离的物件连接成一的相互作用，使分
2、离的物件连接成一个整体的加工工艺。个整体的加工工艺。11/20/20223 2 2、焊接的特点、焊接的特点:、焊接与其它连接方法有本质的区别、焊接与其它连接方法有本质的区别,不仅不仅在宏观上建立了永久性的联系在宏观上建立了永久性的联系,在微观上也建在微观上也建立了组织之间的原子级的内在联系立了组织之间的原子级的内在联系.、焊接比其它连接方法具有更高的强度、焊接比其它连接方法具有更高的强度,密密封性封性,且质量可靠且质量可靠,生产率高生产率高,便于实现自动化便于实现自动化、节省金属、节省金属,工艺简单工艺简单,可以很方便的采用可以很方便的采用锻锻-焊焊,铸铸-焊等复合工艺焊等复合工艺,生产大型复
3、杂的机生产大型复杂的机械结构和零件械结构和零件.、焊接是一个不均匀加热的过程、焊接是一个不均匀加热的过程,焊后的焊焊后的焊缝易产生焊接应力缝易产生焊接应力,易引起变形易引起变形.11/20/20224第一节焊接与切割的基本原理及分类 二、焊接的种类二、焊接的种类:根据焊接的过程可分为三类根据焊接的过程可分为三类:1 1、熔化焊、熔化焊:将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法的焊接方法.主要有电弧焊主要有电弧焊,气焊气焊,电渣焊电渣焊,等离子弧焊等离子弧焊,电子束电子束焊焊,激光焊等激光焊等.2 2、压力焊、压力焊:通过加压和加热的综合作用通过加压和加热的综合
4、作用,以实现金以实现金属接合的焊接方法属接合的焊接方法.主要包括电阻焊主要包括电阻焊,摩擦焊摩擦焊,爆炸焊等爆炸焊等.3 3、钎焊、钎焊:以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接方法头形成焊缝的焊接方法 主要包括软钎焊和硬钎焊主要包括软钎焊和硬钎焊.11/20/2022511/20/20226 三、切割的方法和分类：三、切割的方法和分类：1 1、火焰切割、火焰切割：（气割）操作简单：（气割）操作简单 2 2、电弧切割：、电弧切割：、等离子弧切割：设备比较简单，易普及、等离子弧切割：设备比较简单，易普及、碳弧气割：主要用于中高碳钢、碳弧气割：主要用于中
5、高碳钢 3 3、冷切割：变形小、冷切割：变形小、激光切割：、激光切割：、水射流切割：、水射流切割：高压水（高压水（200200兆帕兆帕200200兆帕）兆帕）11/20/20227 特种作业是指容易发生人员伤亡事故，对操特种作业是指容易发生人员伤亡事故，对操作者本人、他人的生命健康及周围设施的安作者本人、他人的生命健康及周围设施的安全可能造成重大危害的作业。全可能造成重大危害的作业。直接从事特种作业的人员称为特种作业人员。直接从事特种作业的人员称为特种作业人员。焊接作业具有高危险性焊接作业具有高危险性 火灾火灾 爆炸爆炸 触电触电 中毒中毒 烫伤烫伤11/20/20228 上海静安区住宅楼上海
6、静安区住宅楼 导致导致5353人死亡，另人死亡，另有有7070人正在医院接人正在医院接受治疗，其中受治疗，其中1717人人伤势严重。伤势严重。11/20/20229第二节 金属材料及热处理常识 一、纯金属的构造：一、纯金属的构造：晶体：原子在空间是按一定的几何规晶体：原子在空间是按一定的几何规律排列。律排列。首先想到的是：宝石、钻石首先想到的是：宝石、钻石 晶体：盐、冰、雪花、金属制品（外晶体：盐、冰、雪花、金属制品（外形不规则）形不规则）非晶体：木材、玻璃、棉花非晶体：木材、玻璃、棉花 原子在空间是无秩序而杂乱排列。原子在空间是无秩序而杂乱排列。11/20/202210 纯金属的晶体结构：纯
7、金属的晶体结构：1 1、体心立方晶格：、体心立方晶格：致密度（致密度（68%68%）：）：68%68%原子占据，原子占据，32%32%间隙间隙 常温下的纯铁（常温下的纯铁（铁）铁）、钼、钨、钒、钼、钨、钒 2 2、面心立方晶格：、面心立方晶格：致密度（致密度（74%74%）温度在温度在91091013901390的纯铁（的纯铁（铁）铁）、铜、镍铜、镍11/20/202211第二节 金属材料及热处理常识 3 3、密排六方晶格：、密排六方晶格：致密度（致密度（74%74%）锌、镁、钡锌、镁、钡 液体金属结晶过程：液体金属结晶过程：结晶：金属由液体凝固为固体的过程。结晶：金属由液体凝固为固体的过程。
8、晶核的形成与长大。晶核的形成与长大。1 1、晶核的形成：、晶核的形成：2 2、晶核的长大：、晶核的长大：3 3、晶粒的边界：、晶粒的边界：11/20/202212第二节 金属材料及热处理常识 二、合金的晶体构造及铁碳平衡相图二、合金的晶体构造及铁碳平衡相图、合金的晶体构造、合金的晶体构造 合金的晶体构造分三类：固溶体、金属化合物和合金的晶体构造分三类：固溶体、金属化合物和共析体（机械混合物）。共析体（机械混合物）。（1 1）、固溶体：）、固溶体：所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所组成的合金相。两组元在液态下互溶，固态也所组成的合金相。两组元在
9、液态下互溶，固态也相互溶解，且形成均匀一致的物质。形成固溶体相互溶解，且形成均匀一致的物质。形成固溶体时，含量大者为溶剂，含量少者为溶质；溶剂的时，含量大者为溶剂，含量少者为溶质；溶剂的晶格即为固溶体的晶格。晶格即为固溶体的晶格。11/20/202213 A A、固溶体的分类、固溶体的分类 按溶质原子在晶格中的位置不同可分为按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体。置换固溶体和间隙固溶体。、置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格、置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，溶体。当溶剂和溶质原子直
10、径相差不大，一般在一般在1515以内时，易于形成置换固溶以内时，易于形成置换固溶体。体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子子可在铜晶格的任意位置替代铜原子（铜、镍无限互溶）。（铜、镍无限互溶）。锌在铜中溶解极限：锌在铜中溶解极限：39%39%11/20/202214 另外，另外，按溶质元素在固溶体中的溶解度，可按溶质元素在固溶体中的溶解度，可分为有限固溶体和无限固溶体分为有限固溶体和无限固溶体。但只有置换。但只有置换固溶体有可能成为无限固溶体。固溶体有可能成为无限固溶体。、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙而、间隙固溶体溶质原
11、子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。其形成条件是溶质原子与碳、氢等非金属元素。其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于溶剂原子直径之比必须小于0.590.59。如铁碳合金中，。如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体铁和碳所形成的固溶体铁素体和奥氏体，皆铁素体和奥氏体，皆为间隙固溶体。为间隙固溶体。B B、固溶体的结构：、固溶体的结构：、晶格畸变、晶格畸变 、偏聚与有序、偏聚与有序11/20/202215、有序固溶体（更接
12、近化合物）、有序固溶体（更接近化合物）硬度及脆性增加、塑性和电阻降低硬度及脆性增加、塑性和电阻降低 C C、固溶体的性能、固溶体的性能 当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，这种现象称为固溶强化。金属的强度和硬度升高，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说
13、固溶体时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。工业生产中得以广泛应用的原因。11/20/202216 2 2、金属化合物、金属化合物 两种元素，按一定的原子数量之比相化合两种元素，按一定的原子数量之比相化合 金属化合物是两组元相互作用形成的新相，它金属化合物是两组元相互作用形成的新相，它的晶体结构与两组元都不相同，
14、并具有金属性的晶体结构与两组元都不相同，并具有金属性质。金属化合物有多种，它们的共同特点是熔质。金属化合物有多种，它们的共同特点是熔点高、硬度高，一般都作为合金中的硬化相。点高、硬度高，一般都作为合金中的硬化相。如碳钢中的如碳钢中的Fe3CFe3C，合金钢中的，合金钢中的TiCTiC、VCVC、W2CW2C等。等。正常价化合物正常价化合物 MgMg、MnMn与与S S、SnSn、SiSi、PbPb化合化合、电子化合物（可以看作是以化合物为基的、电子化合物（可以看作是以化合物为基的固溶体）熔点、硬度、脆性高固溶体）熔点、硬度、脆性高11/20/202217 间隙相间隙相 高熔点、高硬度具有明显的
15、金属特性高熔点、高硬度具有明显的金属特性 3 3、共析体、共析体 合金中以单相的固溶体或金属化合物的形合金中以单相的固溶体或金属化合物的形式存在的情况很少，大多以两相的机械混式存在的情况很少，大多以两相的机械混合物形式存在。如碳钢中的珠光体，就是合物形式存在。如碳钢中的珠光体，就是由固溶体（铁素体）和金属化合物（渗碳由固溶体（铁素体）和金属化合物（渗碳体体Fe3CFe3C）组成的机械混合物。）组成的机械混合物。11/20/20221811/20/20221911/20/202220a奥氏体奥氏体b铁素体铁素体c亚共析钢亚共析钢d共析钢共析钢e过共析钢过共析钢f亚共晶亚共晶 白口铸铁白口铸铁g共
16、晶共晶 白口铸铁白口铸铁h过共晶过共晶 白口铸铁白口铸铁11/20/202221u铁碳平衡图释义：铁碳平衡图释义：纯铁有两种同素异构体纯铁有两种同素异构体,在在912912以下为体心立方以下为体心立方的的FeFe；在；在91291213941394为面心立方的为面心立方的-Fe;-Fe;在在139413941538(1538(熔点熔点)又呈体心立方结构又呈体心立方结构,即即FeFe。当碳溶于当碳溶于FeFe时形成的固溶体称铁素体时形成的固溶体称铁素体(F)(F)、溶、溶于于-Fe-Fe时形成的固溶体称奥氏体时形成的固溶体称奥氏体(A)(A)，碳含量超，碳含量超过铁的溶解度后，剩余的碳可能以稳定
17、态石墨形过铁的溶解度后，剩余的碳可能以稳定态石墨形式存在，也可能以亚稳态渗碳体式存在，也可能以亚稳态渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)形式存在。形式存在。FeFe3 3C C有可能分解成铁和石墨稳定相。但这过程在有可能分解成铁和石墨稳定相。但这过程在室温下是极其缓慢的；即使加热到室温下是极其缓慢的；即使加热到700700，FeFe3 3C C分解成稳定相也需几年分解成稳定相也需几年(合金中含有硅等促进石墨合金中含有硅等促进石墨化元素时化元素时,Fe,Fe3 3C C稳定性减弱稳定性减弱)，石墨虽然在铸铁，石墨虽然在铸铁(2(24 4C)C)中大量存在中大量存在,但在一般钢但在一般钢(0.03(0
18、.031.51.5C)C)中却较难形成这种稳定相。中却较难形成这种稳定相。11/20/202222 珠光体 马氏体 魏氏体11/20/202223 有色金属的基本知识有色金属的基本知识 1、铜及其合金、铜及其合金 纯铜：又称紫铜纯铜：又称紫铜 晶格类型晶格类型 面心立方面心立方 原子量原子量 63.54 密度密度 8.9克克/cm3 熔点熔点 1083 导电率导电率 100-103%ACS 电阻率电阻率 0.01673 欧姆欧姆.mm2/m 线性膨胀数线性膨胀数 17.610-6/导热率导热率0-100 399W/mk 0.94卡卡/cm.s.c 电阻温度系数电阻温度系数 0.00393/磁化
19、率磁化率-0.08610-3/kg 比热比热 0.092卡卡/克克.湿度湿度 20 软态软态 280MPA 延伸性延伸性 40%11/20/202224 黄铜：简单黄铜：铜锌合金 特殊黄铜黄铜.doc 白铜：白铜.doc 青铜：青铜.doc11/20/202225 铝及其合金、银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。相对密度2.70。熔点660。沸点2327。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地
20、壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。应用极为广泛。11/20/202226 三、钢的热处理：三、钢的热处理：、钢的固态相变、钢的固态相变如图如图3 3所示：所示：在缓冷、缓慢加热的条件下：在缓冷、缓慢加热的条件下：A A1 1：加热时（珠光体）向：加热时（珠光体）向(奥氏体奥氏体)转变的开转变的开始转变温度；冷却时向转变的开始温度；始转变温度；冷却时向转变的开始温度；727727 A A3 3：亚共析钢加热时全部转变为：亚共析钢加热时全部转变为A A温度，冷却时先温度，冷却时先共析铁素体的开
21、始析出温度；共析铁素体的开始析出温度；A Acmcm：过共析钢加热时：过共析钢加热时FeFe3 3C C全部溶入温度，冷全部溶入温度，冷却时从中析出却时从中析出FeFe3 3C C开始温度；开始温度；碳钢在加热或冷却过程中越过上述临界碳钢在加热或冷却过程中越过上述临界点，就会发生固态相变，所以可以进行热处理；点，就会发生固态相变，所以可以进行热处理；11/20/202227 1 1、加热时转变：、加热时转变：亚共析钢加热温度超过亚共析钢加热温度超过A3A3，珠光体，珠光体奥氏奥氏体体+铁素体铁素体全部转变为奥氏体。全部转变为奥氏体。亚共析钢加热温度超过亚共析钢加热温度超过10501050以上，
22、并停以上，并停留较长的时间时，奥氏体晶粒便会迅速长留较长的时间时，奥氏体晶粒便会迅速长大，析出针状铁素体，形成大，析出针状铁素体，形成魏氏体魏氏体，强度，强度提高，塑性、韧性下降，易裂。提高，塑性、韧性下降，易裂。2 2、冷却时的转变：、冷却时的转变：过冷奥氏体：过冷奥氏体：在临界点以下存在的，不稳定的，处于过冷在临界点以下存在的，不稳定的，处于过冷态，将要发生转变的奥氏体称为态，将要发生转变的奥氏体称为过冷奥氏过冷奥氏体体。11/20/202228过冷奥氏体的转变类型：高温、缓冷（铁、碳均扩散）炉冷或空冷退火或正火珠光体转变。（扩散型）粒状或片状，小颗粒（高强度、塑性、韧性）低温、冷速较快到
23、Ms以下转变（铁、碳均不扩散）马氏体。（非扩散型）脆、硬11/20/202229、钢的热处理：、钢的热处理：是指将钢在固态下加热到预定的是指将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间后，以一温度，保温一定的时间后，以一定的冷却速度冷却下来，通过改定的冷却速度冷却下来，通过改变钢的内部组织结构来改善钢的变钢的内部组织结构来改善钢的性能的操作。性能的操作。焊接时焊缝热影响区受到焊接热焊接时焊缝热影响区受到焊接热循环的作用，实质上经受了热处循环的作用，实质上经受了热处理理11/20/202230 种类：种类：普通热处理（退火、正火、淬火和回火）普通热处理（退火、正火、淬火和回火）表面热处理（表面淬
24、火和化学热处理）表面热处理（表面淬火和化学热处理）形变热处理形变热处理1 1、退火：、退火：可作为：预备热处理和最终热处理；可作为：预备热处理和最终热处理；钢加热到临界点钢加热到临界点A A3 3以上或以下，保温以上或以下，保温后随炉慢冷以获得近于平衡状态的组织的后随炉慢冷以获得近于平衡状态的组织的工艺。工艺。目的：目的：消除铸、锻、焊件的内应力；消除铸、锻、焊件的内应力；均匀成分、组织，细化晶粒；均匀成分、组织，细化晶粒；消除内应力和加工硬化；消除内应力和加工硬化；11/20/202231 改善钢的成型性、切削加工性；改善钢的成型性、切削加工性；为淬火作组织上的准备；为淬火作组织上的准备；按
25、加热温度分：按加热温度分：、重结晶退火：、重结晶退火：完全退火完全退火 扩散退火扩散退火 不完全退火不完全退火 球化退火球化退火、低温退火、低温退火 再结晶退火再结晶退火 去应力退火去应力退火 按冷却方式分：等温退火和连续退火按冷却方式分：等温退火和连续退火11/20/20223211/20/202233v去应力退火去应力退火v定义：为消除铸锻焊件的内应力而进行的定义：为消除铸锻焊件的内应力而进行的退火叫作去应力退火。退火叫作去应力退火。v目的：去应力，稳定尺寸，防止变形和开目的：去应力，稳定尺寸，防止变形和开裂。裂。v工艺：工艺：加热温度：小于加热温度：小于Ac1Ac1，5005006506
26、50，铸件为，铸件为500500550550，焊件为，焊件为500500600600（大焊件（大焊件用火焰或工频感应加热局部退火）。用火焰或工频感应加热局部退火）。保温时间：由工件的尺寸和装炉量决定。保温时间：由工件的尺寸和装炉量决定。钢钢4min/mm4min/mm，铸铁，铸铁6min/mm6min/mm。冷却：缓冷，以免产生新的应力。冷却：缓冷，以免产生新的应力。11/20/2022342 2 钢的正火（正常化或常化）钢的正火（正常化或常化）定义：将钢加热到定义：将钢加热到c3c3（或（或cmcm）以上的某温度，）以上的某温度，完全化后，保温，空冷以得到珠光体类型的组完全化后，保温，空冷以
27、得到珠光体类型的组织，称为正火。织，称为正火。目的：目的：改善切削加工性能：改善切削加工性能：消除热加工缺陷；消除热加工缺陷；普通结构件：要求不高，可以作为最终热处理来普通结构件：要求不高，可以作为最终热处理来应用；应用；适用钢种：碳钢，低、中合金钢；适用钢种：碳钢，低、中合金钢；工艺参数：工艺参数：加热温度：加热温度：c3c3（或（或cmcm）30305050 对一些合金钢，对一些合金钢，c3c3100100150150；原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；11/20/202235 加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，与成分、加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，与成分、原始组
28、织、装炉量和加热设备。原始组织、装炉量和加热设备。冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、正火的应用正火的应用 改善钢的切削加工性改善钢的切削加工性（含碳低于（含碳低于0.25%0.25%的的-HB140-190-HB140-190）；）；消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作准备消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作准备 （抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。）（抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。）消除热加工缺陷消除热加工缺陷（中碳结构钢铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗（中碳结构钢铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、带状组织）大晶粒、带状组织）提高普通结构件的机械性能提高普通结构件的机
29、械性能11/20/2022363 3钢的淬火钢的淬火 定义：定义：亚共析钢：亚共析钢：c c3 3303050 50，保温后以大于临，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却以获得马氏体（或下贝界冷却速度的冷速冷却以获得马氏体（或下贝氏体）组织的热处理工艺叫做淬火。氏体）组织的热处理工艺叫做淬火。目的：强硬化；目的：强硬化；工艺特点：工艺特点：关键：加热温度、冷速足够大；关键：加热温度、冷速足够大；带来的问题：内应力；带来的问题：内应力；焊接含碳量高的钢易出现马氏体，产生冷裂纹焊接含碳量高的钢易出现马氏体，产生冷裂纹 焊接含碳量低的钢不易出现马氏体，也不易产焊接含碳量低的钢不易出现马氏体，也不易产生
30、冷裂纹生冷裂纹11/20/202237 钢的表面淬火钢的表面淬火 概念：将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷概念：将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却后，使工件表面层获得淬火组织的热处理方法。却后，使工件表面层获得淬火组织的热处理方法。目的：表硬心韧；目的：表硬心韧；4 4钢的回火钢的回火 定义：定义：将淬火钢加热到以下某温度，使其转变为稳将淬火钢加热到以下某温度，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式（空冷）冷却到定的回火组织，并以适当的方式（空冷）冷却到室温的热处理工艺过程称为回火。室温的热处理工艺过程称为回火。类型：类型：低温回火低温回火 、中温回火、中温回火、高温回火高温回火11/
31、20/202238 金属材料的性能：金属材料的性能：物理、化学、力学、工艺物理、化学、力学、工艺1、物理化学性能：不均匀热膨胀、物理化学性能：不均匀热膨胀2、力学：、力学：强度、塑性、冲击韧性、硬度强度、塑性、冲击韧性、硬度11/20/202239 合金元素对焊接的影响合金元素对焊接的影响 C C当量当量=C+1/2V+1/2Mo+1/5Mn+1/7Si+1/7Cu+1/9Cr+1/20Ni=C+1/2V+1/2Mo+1/5Mn+1/7Si+1/7Cu+1/9Cr+1/20Ni 11/20/202240 C C：含量：含量强度强度 硬度硬度 耐磨耐磨 塑性塑性韧性韧性抗氧化性抗氧化性 CrCr
32、：含量：含量强度强度 硬度硬度 耐磨耐磨塑性一塑性一般韧性一般般韧性一般 与与O2O2形成氧化膜，稳定性强，致密性强形成氧化膜，稳定性强，致密性强 抑制石墨产生抑制石墨产生 缺少：引发钢材回火脆性缺少：引发钢材回火脆性 MoMo：提高再结晶速度，组织稳定：提高再结晶速度，组织稳定 钒：含量钒：含量强度强度 硬度硬度 耐磨耐磨 塑性塑性韧性韧性钢材型号11/20/202241 金属材料的焊接性，俗称可焊性，是指金金属材料的焊接性，俗称可焊性，是指金属材料对焊接加工的适应性。主要指在一属材料对焊接加工的适应性。主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易
33、程度。的难易程度。焊接奥氏体不锈钢时，很容易获得无焊接奥氏体不锈钢时，很容易获得无缺陷的焊接接头，即接合性能好。缺陷的焊接接头，即接合性能好。金属材料的焊接性主要决定于焊接接金属材料的焊接性主要决定于焊接接头的组织及其性能。一般说来，焊接同种头的组织及其性能。一般说来，焊接同种金属材料时，接头组织与焊件相同或相近，金属材料时，接头组织与焊件相同或相近，焊接性较好；焊接异种金属材料时，接头焊接性较好；焊接异种金属材料时，接头组织至少与某一焊件不同，焊接性较差。组织至少与某一焊件不同，焊接性较差。无论采用何种材料焊接，如果焊接接头中无论采用何种材料焊接，如果焊接接头中形成又脆又硬的组织，则焊接性就
34、差形成又脆又硬的组织，则焊接性就差11/20/202242 一般说来，铸造要产生铸造热应力，锻造要产生一般说来，铸造要产生铸造热应力，锻造要产生形变应力，热处理要产生组织应力。熔焊和钎焊形变应力，热处理要产生组织应力。熔焊和钎焊的焊缝金属可以近似看成是经历了铸造过程；压的焊缝金属可以近似看成是经历了铸造过程；压焊接头可以近似看成是经历了锻造过程。焊接时焊接头可以近似看成是经历了锻造过程。焊接时局部加热后冷却可以近似看成是焊接接头经历了局部加热后冷却可以近似看成是焊接接头经历了热处理过程。因此，焊接过程中焊件内将产生热热处理过程。因此，焊接过程中焊件内将产生热应力、形变应力和组织应力，它们的矢量
35、和就是应力、形变应力和组织应力，它们的矢量和就是焊接应力。焊接应力将导致焊接接头产生裂纹的焊接应力。焊接应力将导致焊接接头产生裂纹的倾向和焊件的变形。如果被焊材料具有良好的塑倾向和焊件的变形。如果被焊材料具有良好的塑性，将可能通过塑性变形减缓应力，从而减少热性，将可能通过塑性变形减缓应力，从而减少热裂纹、冷裂纹产生的倾向性。因此，材料的塑性裂纹、冷裂纹产生的倾向性。因此，材料的塑性也是影响其焊接性的一个重要因素。也是影响其焊接性的一个重要因素。钢材型号11/20/202243 一、金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性钢材焊接性评定的最简便方法就是碳钢材焊接性评定的最简便方法就是碳当量法。在钢材
36、的成分中，影响最大的是当量法。在钢材的成分中，影响最大的是碳。其次是锰、铬、钒等，通常把钢中合碳。其次是锰、铬、钒等，通常把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，称为碳当量，用符号碳的相当含量，称为碳当量，用符号CECE来来表示。碳当量可作为评定钢材焊接性的一表示。碳当量可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。国际焊接学会推荐碳素结构种参考指标。国际焊接学会推荐碳素结构钢、低合金高强度结构钢按下面公式计算钢、低合金高强度结构钢按下面公式计算其碳当量。其碳当量。11/20/202244 式中化学元素符号表示该元素在钢中质量分数的式中化学元素符号表
37、示该元素在钢中质量分数的上限。实践证明，碳当量越大，钢材的焊接性就上限。实践证明，碳当量越大，钢材的焊接性就越差。越差。根据经验，当：根据经验，当：CECE0.4%0.4%时，钢材的淬硬倾向小，焊接性良好，时，钢材的淬硬倾向小，焊接性良好，焊接这类材料时一般不需预热。只有在工件厚焊接这类材料时一般不需预热。只有在工件厚大或低温下焊接时才考虑焊前预热。大或低温下焊接时才考虑焊前预热。CECE0.4%-0.6%0.4%-0.6%时，钢材的淬硬倾向较大，焊接性时，钢材的淬硬倾向较大，焊接性较差，需要采用适当的预热、缓冷等工艺措施。较差，需要采用适当的预热、缓冷等工艺措施。CECE0.6%0.6%时，
38、钢材的淬硬倾向严重，焊接性差，时，钢材的淬硬倾向严重，焊接性差，需要进行较高温度的预热和采取严格的工艺措施。需要进行较高温度的预热和采取严格的工艺措施。利用碳当量法只能简便粗略地评定钢材的焊利用碳当量法只能简便粗略地评定钢材的焊接性，因为钢材的焊接性还要受许多因素的影响。接性，因为钢材的焊接性还要受许多因素的影响。钢材的实际焊接性，还应根据焊件的具体情况通钢材的实际焊接性，还应根据焊件的具体情况通过试验确定。过试验确定。11/20/202245 钢材的分类钢材的分类 钢和铁是黑色金属的两大类，都是以铁和钢和铁是黑色金属的两大类，都是以铁和碳为主要元素的合金。碳为主要元素的合金。含碳量在含碳量在
39、2 21111以下的铁碳合金称为钢，以下的铁碳合金称为钢，含碳量含碳量2 211116 66767的铁碳合金称为的铁碳合金称为铸铁。铸铁。钢中除了铁、碳以外还含有少量其它钢中除了铁、碳以外还含有少量其它元素，如锰、硅、硫、磷等。锰、硅是炼元素，如锰、硅、硫、磷等。锰、硅是炼钢时作为脱氧剂而加入的，称为常存元素；钢时作为脱氧剂而加入的，称为常存元素；硫、磷是由炼钢原料带入的，称为杂质元硫、磷是由炼钢原料带入的，称为杂质元素。素。11/20/202246 按化学成分分类按化学成分分类(1)碳素钢碳素钢 这种钢中除铁以外，主要还这种钢中除铁以外，主要还含有碳、硅、锰、硫、磷等几种元素，这含有碳、硅、
40、锰、硫、磷等几种元素，这些元素的总量一般不超过些元素的总量一般不超过2。按含碳量多少，碳素钢又可分为：按含碳量多少，碳素钢又可分为：1)低碳钢低碳钢 含碳量小于含碳量小于025。2)中碳钢中碳钢 含碳量为含碳量为025060。3)高碳钢高碳钢 含碳量大于含碳量大于060。11/20/202247 2)2)合金钢合金钢 这种钢中除碳素钢所含有的这种钢中除碳素钢所含有的各元素外，尚还有其它一些元素，如铬、各元素外，尚还有其它一些元素，如铬、镍、钛、钼、钨、钒、硼等。如果碳素钢镍、钛、钼、钨、钒、硼等。如果碳素钢中锰的含量超过中锰的含量超过0 08 8，或硅的含量超过，或硅的含量超过0 05 5时，
41、这种钢也称为合金钢。时，这种钢也称为合金钢。根据合金元素的多少，合金钢又可分根据合金元素的多少，合金钢又可分为：普通低合金钢为：普通低合金钢(普低钢普低钢)，合金元素总，合金元素总含量小于含量小于5 5；中合金钢，合金元素总含量；中合金钢，合金元素总含量为为5 51010；高合金钢，合金元素总含量；高合金钢，合金元素总含量大于大于1010。11/20/202248 此外，合金钢还经常按显微组织进行分类，此外，合金钢还经常按显微组织进行分类，如根据正火组织的状态，分为珠光体钢、如根据正火组织的状态，分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢，有些含贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢，有些含合金元素较多
42、的高合金钢，在固态下只有合金元素较多的高合金钢，在固态下只有铁素体组织，不发生铁素体向奥氏体转变，铁素体组织，不发生铁素体向奥氏体转变，称为铁素体钢。称为铁素体钢。11/20/202249 按用途分类按用途分类(1)结构钢结构钢(2)工具钢工具钢(3)特殊用途钢特殊用途钢 如不锈钢、耐酸钢、耐如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等。热钢、磁钢等。11/20/202250 3 3按品质分类按品质分类(1)(1)普通钢普通钢 含硫量不超过含硫量不超过0.0450.0450.0500.050，含磷量不超过，含磷量不超过0.0450.045。(2)(2)优质钢优质钢 含硫量不超过含硫量不超过0.0300.0
43、300.0350.035，含磷量不超过，含磷量不超过0.0350.035。(3)(3)高级优质钢高级优质钢 含硫量不超过含硫量不超过0.0200.0200.0300.030，含磷量不超过，含磷量不超过0.0250.0250.0300.030。(3)(3)特级优质钢特级优质钢 含硫量不超过含硫量不超过0.0150.015，含磷量不超过含磷量不超过0.0200.020。11/20/202251 部分常用钢材钢号表示方法的分类说明部分常用钢材钢号表示方法的分类说明 1碳素结构钢碳素结构钢 由由 Q+数字数字+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符脱氧方法符号号 组成。它的钢号冠以组成。它的钢号冠以“Q
44、”，代表钢，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是单位是 MPa例如例如Q235表示屈服点（表示屈服点（s）为为235 MPa的碳素结构钢。的碳素结构钢。必要时钢号后面可标出表示质量等级和必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为脱氧方法的符号。质量等级符号分别为 A、B、C、D。脱氧方法符号：。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；表示沸腾钢；b表示半镇静钢：表示半镇静钢：Z表示镇静钢；表示镇静钢；TZ表示特表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和和TZ都都可不标。例如可不标。例如Q235-AF表
45、示表示A级沸腾钢。级沸腾钢。11/20/202252 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 钢号开头的钢号开头的 两位数字两位数字 表示钢的碳含量，以平均表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为 0.45%0.45%的钢，钢号为的钢，钢号为“45”45”。含锰量较高的钢，须将锰元素标出，如平均碳含含锰量较高的钢，须将锰元素标出，如平均碳含量为量为0.50，锰含量为，锰含量为0.71.0的钢，其钢的钢，其钢号为号为“50锰锰”或或“50Mn”。沸腾钢、半镇静以及专门用途的优质碳素结沸腾钢、半镇静以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标明，如
46、构钢，应在钢号后特别标明，如“20g”即为平即为平均碳含量为均碳含量为0.20的锅炉用钢。的锅炉用钢。“20R”即为平即为平均碳含量为均碳含量为0.20的压力容器用钢。的压力容器用钢。钢材型号11/20/202253 合金结构钢的编号合金结构钢的编号 合金结构钢的钢号由三部分组成：数字合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符化学元素符号号+数字。前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，数字。前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或化学元素符号表示，合金元素后面的数合金元素以汉字或化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分含量。当元素的平均含量字，表示合金元素
47、的百分含量。当元素的平均含量15时，则钢号中只标出元素符号而不标注含量；其合金元时，则钢号中只标出元素符号而不标注含量；其合金元素的平均含量素的平均含量15、25、35时，则在时，则在元素后面相应标出元素后面相应标出2、3、4、如如“16Mn”钢，从钢钢，从钢号可知：其平均含碳量为号可知：其平均含碳量为016，平均含锰量为，平均含锰量为15。钢中的一些特殊合金元素如钢中的一些特殊合金元素如V、Al、Ti、B、Re等，等，虽然它们的含量很低，但由于在钢中起到很重要的作用，虽然它们的含量很低，但由于在钢中起到很重要的作用，所以也标注在钢号中。如所以也标注在钢号中。如“20MnVB”钢的大致成分为：
48、钢的大致成分为：C：020，Mn15，同时含有少量的钒和硼。，同时含有少量的钒和硼。11/20/202254 不锈钢与耐热钢的编号不锈钢与耐热钢的编号 化学元素符号前面的数字表示平均含化学元素符号前面的数字表示平均含碳量的千分之几，如碳量的千分之几，如“9Cr17”表示平均含表示平均含碳量为碳量为09；“1Cr18Ni9”表示平均含表示平均含碳量为碳量为01，平均含铬量，平均含铬量18左右，平左右，平均含镍量均含镍量9左右。左右。当碳含量小于当碳含量小于003时，在钢号前标时，在钢号前标以以“00”，如，如“00Cr19Ni10”钢；当碳含钢；当碳含量小于量小于008时，则在钢号前冠以时，则在钢号前冠以“0”，如如“0Cr19Ni9”钢等。钢等。11/20/202255 www.china-11/20/202256
