第七章 金属焊接性基础
第七章焊接技术
(4)表面张力及粘度：共晶焊料能较好的兼顾这两个 特性。 2.杂质对锡铅系焊料的影响
( 二 ) 助焊剂
定义：助焊剂是一种促进焊接的化学物质， 在锡焊中，它是一种不可缺少的辅助材料，其 作用是极为重要的。
⑥ 助焊剂用量要适中
合适的焊剂量，应该是松香水仅能浸湿将要形 成焊点的部位，不会透过印制板上的通孔流走。
不适宜使用助焊接焊接的元件： • 高灵敏度元件：对微电流、电压敏感元件。 • 易被腐蚀元件：助焊剂腐蚀元件。
• 非密封性元件：助焊剂可能渗透到元件内部， 破坏元件特性。
• 连接器类元件：助焊剂渗到触点造成导电性 能不良。
① 可焊性预处理；
② 加热时间要短； ③ 不可对焊点任何方向加力； ④ 焊锡用量宜少而不宜多。
（3） MOSFET及集成电路的焊接 焊接这类器件时应该注意： ①引线如果采用镀金处理或已 经镀锡的，可以直接焊接。 ② 对于CMOS电路，如果事先 已将各引线短路，焊前不要拿 掉短路线，对使用的电烙铁， 最好采用防静电措施。
D型/LD型 特点：用扁平部份进行焊
接。
适用范围： 适合需要多锡量的焊接，例如焊接面积 大、端子粗、焊垫大的焊接环境。
I型
特点：烙铁头尖端幼细。
适用范围：
适合焊接空间狭小的情况，也可以修正
焊接芯片时产生的锡桥。
C 型/CF 型（斜切直柱形） 特点：用烙铁 头前端斜面部 份进行焊接， 适合需要多锡 量的焊接。
互相扩散现象开始发生，通常金属原子在晶格点阵
中处于热振动状态，一旦温度升高，原子的活动加
金属焊接性
2）焊接冷裂纹敏感系数 除碳当量外，考虑到焊缝含氢量和接头拘束度 2.利用物理性能分析 金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容
量等因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程
不同工艺条件下焊接时显示出不同的焊接性
2、保护方法
保护方法是否恰当也会影响金属焊接性的效果
3、热循环的控制
正确选择焊接工艺规范控制焊接热循环 • 预热、缓冷、层间温度改变焊接性
4、其它工艺因素
彻底清理坡口及其附近；焊接材料处理、烘
干、除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用； 合理安排焊接顺序；正确制定焊接规范。
问题。 常用方法：碳当量法、冷裂敏感指数法、 热影响区最高硬度法等
直 接 法 工 艺 焊 接 性 间 接 法
焊接热裂纹试验 焊接冷裂纹试验 再热裂纹试验 层状撕裂试验 热应变时效脆化试验 由碳当量推测焊接性 裂纹敏感指数及临界应力 裂纹敏感性的临界冷却时间 连续冷却组织转变图 断口分析、金相组织分析 焊接热影响区最高硬度 焊接热、力模拟试验 实际产品结构运行的服役试验 压力容器的爆破试验 焊缝及接头的常规力学性能试验 焊缝及接头的低温脆性试验 焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头的高温性能试验 焊缝及接头的疲劳、动载试验 焊缝及接头的抗腐蚀性试验 应力腐蚀开裂试验
同，其保护效果和保护下的接头质量
就有差别，因此保护方式对焊接性也
有影响。
工艺措施对防止焊接接头产生缺陷，提高接头使
用性能至关重要
焊前预热
焊后缓冷
工艺措施 焊后热处理 后热 合理装配焊接顺序
3.结构设计因素
金属焊接性及其试验方法
CE = C + Mn Ni + Cu Cr + Mo + V (% ) + + 6 15 5
•
上式适用于中、高强度的非调质低合金高强钢。
• 日本JIS和WES采用：
金属焊接性：就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用 性能的焊接接头的特性。 金属焊接性的概念有两方面内容： ① 金属在焊接加工中是否容易形成缺陷—结合性能（好不好焊） ② 焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力—使用性能（好 不好用） 衡量金属焊接性的好坏的标准： 焊接性好：焊接工艺过程简单而接头质量高、性能好时，就称作焊接性 好。 焊接性差：焊接工艺过程复杂而接头质量低、性能差时，就称作焊接性 差。 金属焊接性的影响因素： 金属焊接性主要是金属本身所固有的性能，但母材和焊接材料的成分以及 焊接工艺条件都对焊接性有重要的影响，因此，分析焊接性不能 完全脱离工艺条件。
• (一)直接模拟试验类
这类焊接性评定方法一般是仿照实际焊接的条件，通过焊 接过程观察是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，直 观地评价焊接性的优劣，有时还可以从中确定必要的焊接 条件。 • (1)焊接冷裂纹试验 常用的有插销试验、斜Y坡口对接裂 纹试验、拉伸拘束裂纹试验(TRC)、刚性拘束裂纹试验 (RRC) (RRC)等。 • (2)焊接热裂纹试验 常用的有可调拘束裂纹试险、压板对 接（FISCO）焊接裂纹试验、窗形拘束对接裂纹试验、刚 性固定对接裂纹试验等 • (3)再热裂纹试验 有H型拘束试验、缺口试棒应力松弛试 验、U形弯曲试验等。还可以利用插销试验进行再热裂纹 试验。 •
金属焊接性
试验焊缝在各种温度下施焊，焊后静置24小时再检测 和解剖，计算表面裂纹率，根部裂纹率和断面裂纹率。
表面裂纹率
C f
l f 100 % L
根部裂纹率
Cr
lr 100 % L
断面裂纹率（在试样焊缝上切下4-6试片，检查5个断面上裂纹
横向拘束主要用于测试焊缝中央结晶裂纹和高温失塑裂 纹；纵向拘束主要用于测试结晶裂纹和液化裂纹。
Cr 5
Mo 4
V 14
(%)
适用于低合金调质钢，其成分范围：
C≤0.20 Si≤0.55 Mn≤1.50 Cu≤0.50
Cr≤1.25 Mo≤0.70 V≤0.10 B≤0.006
Ni≤2.50
δ<25mm，手弧焊E=17kJ/cm，预热范围
σb=500MPa σb=600MPa σb=700MPa σb=800MPa
当于若干碳量折合并叠加起来评估其综合影响的方法。
CE( W )
C
Mn 6
Cu Ni 15
Cr
MoV 5
(%)
适用于非调质低合金高强钢，CE 0.45% 25mm
可不预热；CE 0.41% C 0207 % 37mm 可
不预热。
日本JIS和WES采用
Ceq
C
Mn 6
Si 24
Ni 40
H
Pc C 30
20
5B %
60 15 10
600 60
适用条件
C=0.07～0.22 Si≤0.60 Mn=0.4～1.40 Mo≤0.70
Cu≤0.50 V≤0.12
Ni≤1.20 Cr≤1.20 Nb≤0.04 Ti≤0.05
7-第七章 金属材料焊接性分析方法(焊工工艺-第3版)
图7-3 采用焊条电弧焊时，试验焊缝位置
第二节 金属焊接性评定与试验
图7-4 采用焊条自动送进装置焊接试验焊缝位置
第一节 金属的焊接性
第二节 金属焊接性评定与试验
二、常用的焊接性试验方法 由前述可知，焊接性试验方法种类很多，因抗裂性能是衡量金
属焊接性的主要标志，所以在生产中还是常用焊接裂纹试验来表征 材料的焊接性。以下主要介绍几种常用的焊接性试验方法。 1.间接试验法
碳当量鉴定法是判断焊接性的最简便的间接法，常用作焊接冷 裂纹的间接评定。所谓碳当量法，就是将包括碳在内的其他合金元 素对硬化(脆化和冷裂等)的影响折合成碳的影响。
第一节 金属的焊接性
(3)结构因素 焊接接头和结构设计会影响应力状态，从而对焊 接性也发生影响。
这里主要从结构的刚度、应力集中和多向应力等方面来考虑。 使焊接接头处于刚度较小的状态，能够自由收缩，有利于防止焊接 裂纹。缺口、截面突变、焊缝余高过大、交叉焊缝等容易引起应力 集中，要尽量避免。不必要地增大母材厚度或焊缝体积，会产生多 向应力，也应注意防止。
第七章 金属材料 焊接性分析方法
第一节 金属的焊接性
一、金属焊接性的概念 1.定义：金属焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设 计要求的构件，并满足预定服役要求的能力，即金属材料对焊接加 工时适应性。 2.特点：焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素 的影响。根据上述定义，优质的焊接接头应具备两个特点：即接头 中不允许存在超过质量标准规定的缺陷；同时具有预期的使用性能。 根据讨论问题的着眼点不同，焊接性又分为工艺焊接性和使用焊接 性。
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第一章：金属焊接性：金属能否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。
它的内涵：1、是否适合焊接加工？－－金属在焊接加工中是否容易形成缺陷2、焊后使用可靠性？－－性能焊成的接头在一定的使用条件下可靠使用的能力。
影响金属焊接性的因素：1、材料本身因素—母材和焊接材料的成分及性能2、工艺条件—焊接方法、工艺措施；3、结构因素—刚度、应力集中、多轴应力；4、使用条件—工作温度、负荷条件、工作环境。
选择或制定焊接性试验方法的原则:1、焊接性试验的条件尽量与实际焊接时的条件相一致。
2、焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性。
3、注意试验方法的经济性。
（老师的笔记：1根据使用条件选择。
2根据可能出现的焊接缺陷选择。
3焊接的的再现性，一个参量变化，其他参量基本不变。
4材料消耗尽可能少5尽可能选择周围内外常用的标准。
6对实验困难的，可做模拟实验。
）焊接性试验的内容:（一）焊缝金属抗热裂的能力（二）焊缝及热影响区金属抗冷裂纹的能力（三）焊接接头抗脆性转变的能力（四）焊接接头的使用性能常用焊接性试验方法:（一）斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。
(二) 插销试验: 此法是测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。
测定加载16~24 h而不断裂的最大应力σcr（三）压板对接焊接裂纹试验法（四）可调拘束裂纹试验法第二章合金结构钢：在碳素结构钢的基础上添加一定数量的合金元素来达到所需要求的钢材。
包括：结构钢、碳素结构钢、合金结构钢。
高强钢：可分为三种类型：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。
※热轧及正火钢1、热轧钢供货状态：热轧态性能特点：强度最低σs294～392MPa，具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，价格便宜成分特点：热轧钢属于C- Mn 或Mn-Si系的钢种，有时用一些V、Nb等代替部分Mn。
基本成分：C≤0.2%,Si≤0.55,Mn≤1.5% 强化机制：主要以固溶强化为主典型钢种：Q345(16Mn)、14MnNb、Q294(09MnV)2、正火钢（1 )正火态供货的钢性能特点：最低强度σs343～450MPa，具有比热轧钢更高的强度和塑韧性成分特点：0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、N b、Ti等强化机制：在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性典型钢种：Q390(15MnTi、15MnVN)等。
焊接冶金学复习详解详解
一、名词解释1．金属焊接性；P11金属焊接性是指同质或异质金属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。
2．碳当量；P22把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，该参数指标就是碳当量。
3．焊接线能量；熔焊时由焊接热源输入给单位长度焊缝上的热量，又称为线能量。
4．熔合比；熔合比是指熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。
5．t8/3（t8/5，t100）；t8/3是指从800-300℃的冷却时间；t8/5是指从800-500℃的冷却时间；t100是指从峰值温度冷却至100℃的冷却时间。
6．微合金化；P47V、Ti、Nb强烈形成碳化物，Al、V、Ti、Nb还形成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及AlN、VN、TiN、Nb（C、N）产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服强度提高50-100MPa，并保持了韧性。
上述元素均是微量加入，故称为微合金化。
7．焊缝成形系数；P56焊缝成形系数是指焊缝宽度与厚度之比。
8．回火脆性；P100铬钼耐热钢及其焊接接头在350-500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。
9．点腐蚀；P116点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻徽，而分散发生的局部腐蚀，又称坑蚀或孔蚀。
10．凝固模式；P126所谓凝面模式，首先是指以何种初生相相（γ或δ）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。
11．稳定化处理；P117为避免碳与铬形成高铬碳化物，在奥氏体钢中加入稳定化元素（如Ti和Nb），将其加热到875℃以上温度时，以形成稳定的碳化物（由于Ti和Nb能优先与碳结合，形成TiC或NbC），大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度（含量），从而起到了牺牲Ti或Nb保Cr的目的，以此为目的的热处理就称为稳定化处理。
稳定化处理的工艺条件为：将工件加热到900-950℃，保温足够长的时间，空冷。
金属熔化焊基础及常用金属材料焊接性
低合金钢的焊接性
低合金钢通过添加少量合金元素来 提高钢材的强度和韧性。这类钢材 的焊接性较好，但需注意热影响区 的脆化和裂纹问题。
高合金钢的焊接性
高合金钢含有大量合金元素，如不 锈钢和耐热钢等。这些钢材的焊接 性较差，易出现热裂纹和冷裂纹。
不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢的焊接性
奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，但需注意焊接过程中的晶间腐 蚀和热裂纹问题。
铁素体不锈钢的焊接性
铁素体不锈钢的焊接性较差，易出现焊接热裂纹和脆化现象。
双相不锈钢的焊接性
双相不锈钢具有良好的焊接性，但需注意控制热输入和冷却速度， 以避免出现裂纹和降低力学性能。
有色金属的焊接性
熔化焊分类
熔化焊分类：根据热源和焊接方式的不同，熔化焊可以分为电弧焊、气体保护焊 、激光焊等多种类型。
电弧焊是最常见的熔化焊方法，利用电弧产生的热量来熔化金属。气体保护焊则 是利用气体保护熔池不受空气影响，激光焊则是利用高能激光束进行精确焊接。
02 常用金属材料焊接性
钢铁材料的焊接性
碳钢的焊接性
晶粒大小、形态和分布，评估焊接接头的质量。
02
电子显微镜分析
电子显微镜具有高分辨率和高放大倍数，可以对焊接接头进行更深入的
金相组织分析，观察微观组织和析出相的形貌和结构。
03
X射线衍射分析
X射线衍射分析可以测定焊接接头中各相的晶体结构和相组成，分析焊
缝金属的合金元素分布和固溶情况，为评估焊接接头的力学性能提供依
弯曲试验
弯曲试验可以检测焊接接头的塑 性和韧性，通过弯曲角度和弯心 直径等参数评估焊接接头的质量。
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2020/11/9
第七章 金属焊接性基础
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断 面 裂 纹 率 是 解 剖 5 个 断 面 后 分别求出每一断面的裂纹率然后 求出平均值。 试验中若裂纹率不超过20％， 那么在实际结构焊接时，就不会 产生裂纹。
2020/11/9
第七章 金属焊接性基础
20
第3节 常用焊接裂纹试验方法 直Y坡口焊接裂纹试验/铁研试验
对于熔焊来说，焊接过程一般包括冶金过程和热过 程这两个必不可少的过程。在焊接接头区域，冶金过程 主要影响焊缝金属的组织和性能，而热过程主要影响热 影响区的组织和性能。 因此，工艺焊接性又分为： 冶金焊接性和热焊接性
2020/11/9
第七 章 金属焊接性基础
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第1节 金属焊接性概念
✓ 冶金焊接性
熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等之间发生化学冶金 反应所引起的焊接性变化。
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第七 章 金属焊接性基础
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第1节 金属焊接性概念
二、金属工艺焊接性的影响因素
1、材料因素 材料本身的化学成分、组织状态和力学性能 焊接加工后材料的组织性能变化 焊接材料 2、工艺因素 包括焊接方法和焊接工艺规程，如焊接线能量、预热、后 热、焊接顺序和焊后热处理等
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低温脆性试验、耐腐蚀及耐磨性试验、疲劳试验等。还 有直接用产品进行的试验：水压试验、爆破试验等。
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第七章 金属焊接性基础
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第2节 钢的焊接性判据
一、碳当量法
由于HAZ的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关 系，因此可以用化学成分间接评估钢材冷裂纹的敏感性。 碳当量法是一种粗略估计低合金钢焊接冷裂敏感性的方法。 焊接部位的淬硬倾向与化学成分有关，钢材碳当量越大，淬 硬冷裂倾向越大，焊接性越差。 ➢ 国际焊接学会(IIW)推荐的公式
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第七章 金属焊接性基础
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第2节 钢的焊接性判据
➢ 日本工业标准(JES)和日本溶接学会(WES)推荐的公式
钢材强度和碳当量确定预热温度
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第七章 金属焊接性基础
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第2节 钢的焊接性判据
➢ 美国焊接学会(AWS)推荐的公式
1 1 1 11 1 1 C e q w c 6 w M 2 nw S 4 i1 w N 5 i 5 w C r 4 w M 1 ow C 3 u 2 w P
第七 章 金属焊接性基础
8
第1节 金属焊接性概念
3、结构因素 焊接接头的结构设计直接影响到它的刚度、拘束应力的
大小和方向，而这些又影响到焊接接头的各种裂纹倾向。 4、使用条件 焊接接头所承受载荷的性质和工作温度的高低、工作介
质的腐蚀性等
2020/11/9
第七章 金属焊接性基础
9
各种金属材料焊接难易程度一览表
HCS
25100130
3MnCrMoV
当HCS≤4时，一般不会产生热裂纹。HCS越大的金属材 料，其热裂纹敏感性越高。
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第七章 金属焊接性基础
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第3节 常用焊接裂纹试验方法
一、冷裂纹试验 斜Y形坡口焊接裂纹试验(GB/T4675.1-1984)
“小铁研”试验，主要用来检验母材热影响区的冷裂纹倾向。
第二篇 金属材料焊接
第二篇 金属材料焊接
目录
第7章 金属焊接性基础 第8章 合金结构钢及铸铁的焊接 第9章 耐热钢、不锈钢的焊接 第10章 有色金属的焊接
2020/11/9
第七章 金属焊接性基础
2
第1节 金属焊接性概念
理论上只要在高温熔化状态下相互能够形成溶液或 共晶的任何两种金属或合金都可以采用熔化焊方法进行 焊接。
下，防止冷裂所需要的最低预热温度t0(℃)。
2020/11/9
第七章 金属焊接性基础
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第2节 钢的焊接性判据
三、热裂纹敏感性指数
考虑化学成分对焊接热裂纹敏感性的影响，在试验研 究的基础上提出可预测或评估低合金结构钢热裂纹敏 感性指数的方法。
热裂纹敏感系数（简称HCS）计算公式为：
C（ SPSiN） i
2020/11/9 注：A—通常采用，B—第有七章时金采属焊用接性，基C础 —很少采用，D—不采用 10
常用金属材料焊接中的问题
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第1节 金属焊接性概念
三、金属焊接性评定方法
1、工艺焊接性 ➢直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过焊接过程观察是 否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，来直观评价焊接性 优劣。主要有：焊接冷裂纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试 验，层状撕裂试验、应力腐蚀试验、脆性断裂试验等。
冶金过程包括：（1）合金元素的氧化、还原、蒸发，从 而影响焊缝的化学成分和组织性能；
（2）氧、氢、氮等的溶解、析出对生成气孔或对焊缝性 能的影响；
（3）在焊缝结晶及冷却过程中，由于焊接熔池的化学成
分、凝固结晶条件以及接头区热胀冷缩和拘束应力等影响，
有时产生热裂纹或冷裂纹。
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第七 章 金属焊接性基础
6
第1节 金属焊接性概念
✓ 热焊接性
焊接过程中要向接头区域输入大量热量，对焊缝附近区 域形成加热和冷却过程，这对靠近焊缝的热影响区的组 织性能有很大影响，从而引起热影响区硬度、韧性、耐 蚀性等的变化。
与焊缝金属不同，焊接时热影响区的化学成分一般不会 发生明显的变化，而且不能通过改变焊接材料来进行调 整，即使有些元素可以由熔池向熔合区或热影响区粗晶 区扩散，那也是很有限的。为了改善热焊接性，除了选 择母材之外，还要正确选定焊接方法和热输入。
➢间接推算法：根据材料的化学成分、金相组织、力学性能 之间关系，联系焊接热循环过程评定焊接性优劣。包括各类 抗裂性判据、焊接SHCCT图、焊接热-应力模拟。2020/11/9第七章 金属焊接性基础
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第1节 金属焊接性概念
2、使用焊接性 将实际的焊接接头乃至产品在使用条件下进行各方面的
性能试验，以评定其焊接性。 主要方法有：常规力学性能试验、高温力学性能试验、
碳当量（Ceq）与板厚δ的关系
不同焊接性等级钢材的最佳焊接工艺措施
2020/11/9
第七章 金属焊接性基础
16
第2节 钢的焊接性判据
二、冷裂纹敏感指数(Pc)
冷裂纹敏感指数(Pc)公式综合考虑了产生冷裂纹三要素 (淬硬倾向、拘束度和扩散氢含量)的影响，使计算结果更准 确。
5 +Cr
求得Pc后，利用下式即可求出斜Y坡口对接裂纹试验条件