IWE材料复习资料

材料部分复习提纲材料及材料焊接行为在基础课程和主课程中都波及到，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有关知识、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措施详细金属材料要从如下几种方面理解这种材料原则、标识措施、经典钢种、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波及到的原则有材料的分类和标识体系、每种材料的原则和标识措施、焊接填充材料的原则和标识

1、材料基础知识——金属构造、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性点的意义铁素体、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曲线一一焊接冶金焊接接头构成和各区的特点IS02560-A E464B即EN499E464BIS014341-A G465M G3Sil即EN440G465M G3SilIS017632-A T463INi B M即EN758T463INi BM熔敷金属的屈服强度的不小于500MPa的焊接材料，以EN10025-6S620Q为例IS018275-A E627MnlNi BT即EN757E627MnlNi BTEN12534G625Mn4NiMoIS018276-A T625Mnl.5Ni BT即EN12535T625Mnl.5Ni BT

7、热强钢对热强钢的规定1）具有足够的热强性，包括高温持久强度或蠕变强度2）具有足够的抗腐蚀性和抗氧化性3）具有良好的可加工性能，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性等-蠕变及其影响原因通过固溶强化对晶格导致约束通过弥散强化阻碍位错运动通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界通过正火处理使晶粒分布均匀通过变化金属的晶格构造提高热强性热强钢分类，原则（EN10028）碳钢系列低合金钢系列热强钢化学成分热强钢性能（常温和高温）低合金热强钢的焊接工艺焊接措施坡口加工准备焊接材料选择原则焊接金属的合金成分与强度应基本上与母材对应指标一致或应到达产品技术条件提出的最低性能指标低合金热强钢的焊前预热和焊后热处理低合金热强钢焊接材料焊条电弧焊用药皮焊条ISO3580IS03580-A EN1599E CrMolB44H5气体保护焊、焊丝、棒、埋弧焊焊丝EN12070EN12070G CrMolEN12070W CrMolEN12070S CrMol气体保护焊药芯焊丝ISO17634IS017634-A EN12071T CrMo1BM

8、低温钢-提高下温钢韧性的措施固溶强化和晶粒细化增长钢材中的锲含量提高钢材的纯净度热处理措施低温用钢分类、经典钢种和应用范围低温用钢分为无Ni钢和有Ni钢两类无Ni的低温用钢，加入提高强度的合金元素和使晶粒细化的微量元素，如Mn、Al、Ti、Nb、V等元素含Ni的低温用钢，按EN10028-4原则规定的低温韧性银合金钢见化学成分和机械性能低温韧性钢的应用范围冲击功ISO-V屈服极限丁烷丙烷丙烯C02乙烷乙烯甲烷氧气僦气氮气纵向试验钢种N/mm2沸点温度℃温度℃J0-42-47-78-89-104-181-183-186-196TSTE355355-5027**TSTE420420-5027**HMnNi53285-6040***13MnNi63355-6040***10Nil4355-10040*****12Nil9390-12040******X7NiMo6490-16040*******X8Ni9490-19640**********-低温用钢的焊接工艺规定低温用钢具有良好的焊接性，焊接关键是保证焊缝和粗晶区的低温韧性低温时，由于钢材随温度减少，材料变脆，对缺陷和应力集中的敏感性较大，易导致产品的低温脆性破坏；低温用Ni钢具有回火脆性倾向焊接措施预热及层间温度焊后热处理焊后检查——焊接材料选择含银低合金钢焊接时，所选焊接填充材料含银量应与母材相似或高于母材，高银钢如9%Ni钢最佳采用Ni基、Fe-Ni基或Ni-Cr奥氏体不锈钢焊接材料

9、高合金钢——金属的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀-金属腐蚀的形式均匀腐蚀（表面腐蚀）选择性腐蚀1）晶间腐蚀2）点状腐蚀3）应力腐蚀开裂-舍夫勒组织图铭当量和银当量不锈钢的分类1）铁素体不锈钢2）马氏体及沉淀硬化型不锈钢3）奥氏体不锈钢4）奥氏体一铁素体不锈钢不锈钢物理性能与碳钢相比，奥氏体不锈钢的密度、电阻、热导率、线膨胀系数等物理性能与焊接之间的关系-不锈钢化学成分和力学性能（EN10088）重要是奥氏体不锈钢的合金化特点奥氏体不锈钢焊接*奥氏体不锈钢焊接性1）对焊接热裂纹敏感，易产生弧坑裂纹、液化裂纹2）易出现晶间腐蚀*热裂纹防止措施1）限制焊缝中杂质含量，控制焊材中的碳、硫、磷等含量2）产生双向组织焊缝，5铁素体占38%〜3）合适加入Mn（4~6%）4）合理的工艺措施（如短弧，低线能量，窄焊道）*晶间腐蚀的防止措施1）固溶退火2）稳定化处理3）减少碳含量4）加入稳定化元素Ti、Nb5）工艺上应采用低的热输入量，防止在500℃850C区间长时间停留或做焊后热处理〜奥氏体不锈钢焊接工艺要点1）焊接措施TIG焊、MIG焊、焊条电弧焊等2）不需予热3）控制层间温度，Max200℃,最佳V100C4）迅速冷却，尽量减少在450℃850C的停留时间〜5）工艺上，采用低线能量（小电流、迅速焊）6）操作上，采用窄焊道、多道焊、不摆动技术，注意填满弧坑7）对的选用焊接材料，选用低含碳量和含稳定化元素的焊材，含适量铁素体增进元素（Cr.Mo.Si等）的焊材，限制焊缝中杂质含量8）背面气体保护9）清理时，采用奥氏体不锈钢钢丝刷10）加工场地，材料、工具要清理，与其他材料分开寄存11）焊后颜色处理及酸洗其他类型不锈钢的焊接铁素体不锈钢的焊接重要是焊接接头的脆化问题马氏体不锈钢的焊接重要是易产生冷裂纹铁素体一奥氏体双相不锈钢的焊接重要是获得合理的相比例及防止脆化相的析出不锈钢焊接用填充材料ISO3581不锈钢和耐热钢焊条电弧焊用焊条例IS03581-A EN1600E19122R34IS014343不锈钢和耐热钢电弧焊用焊丝、焊棒例IS014343-A EN12072G20103IS014343-A EN12072S20103ISO14343-A EN12072W20103ISO17633不锈钢和耐热钢金属电弧焊带或不带气体保护用药芯焊丝例ISO17633-A EN12073T19123L RM

310、铸钢铸铁铸造材料分类和性能比较按石墨的状态和存在形式对铸造材料分类球墨铸铁和可锻铸铁标识（DIN1693,DIN1692）球墨铸铁EN-GJS-350-22-LT脱碳退火的可锻铸铁（GTW）EN-GJMW-350-4非脱碳退火的可锻铸铁（GTS）EN-GJMB-300-6-球墨铸铁的焊接工艺要点用同类填充材料焊接（热焊）用异类填充材料焊接冷焊——IS01071焊接非合金和低合金铸造材料的填充材料铸棒ISO1071-R CFeC-1焊丝ISO1071-S CNiFe-2药芯焊丝ISO1071-T CNiFe-1M

11、铜及其合金——铜的性质和用途——铜材的种类、特性、焊接性纯铜、铝青铜、镒青铜、硅青铜、黄铜、白铜——铜材的种类及符号表达EN1173——铜材的焊接工艺要点焊前准备铜易氧化，工件表面会有氧化膜，此外油、水份、污物等亦阻碍焊接，必须清理洁净焊接工艺条件的一般规定弧焊为主1因其导热快，规定采用大电流2合理设计坡口形式以尽量减少拘束和收缩应力3合理的焊接次序4推荐采用TIG焊填丝轻易控制5采用Ar或富Ar的Ar+He混合气体保护焊接参数1铜及其合金的TIG焊，一般多采用直流正接2被青铜和铝青铜，采用反接；亦可用交流，能清除氧化膜同步减少钙极过热3熔化极氤弧焊采用反接焊接质量的有关问题及予防措施纯铜及铜合金焊接区的重要缺陷裂纹、气孔裂纹重要是热裂纹、氢蚀裂纹等的焊丝；B高温预热；C焊后缓冷；D磁力搅拌熔措施A采用品有脱氧剂Mn、Si、Ti焊接用焊丝、防止变形、防止未熔合/未焊透、HAZ强度下焊接中应注意的问题预热、防止气孔、

12、镇及其合金镇的性质和用途银及银合金，特性纯Ni、Ni-Fe合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Mo-Cr-Fe合金、高温时效硬化Ni合金银及银合金的焊接银的焊接特性1银合金具有很好的焊接性2Ni、Ni-Cu对S敏感，加热到400℃以上时，形成NiS,渗透晶界，导致热裂纹3无填充材料时，易形成气孔即、CO、O2,但对氢不敏感；有填充材料时，填丝中具有Ti、Al或Nb则形成无害的N化物、C化物、化物，可防止气孔4含Ni量低的银合金如30%~40%易产生裂纹焊接材料1作为填充材料，〈Ni50%时，易热裂2但愿填充材料中具有Ti/Al/Nb,可防止气孔，同步Ti细化晶粒的作用很好3IS018274是银和银合金熔化焊用实芯焊丝、带极和焊棒的分类原则焊接措施银合金焊接中的问题与予防措施1热裂纹2应变时效裂纹3气孔同种金属的焊接1镁最常用TIG焊，焊条电弧焊焊接材料中具有Ti、AL有助于减少气孔，细化晶粒；控制材料中的杂质，有助于防止热裂纹2蒙乃尔monel N『Cu合金TIG、MIG、焊条电弧焊常用，焊材中具有Ti、Al、Nb等，抗气孔、抗裂；控制层间温度3因科银inconel NiYr、Ni-Cr-Fe合金焊接措施常用TIG、MIG、焊条电弧焊焊接时易出火口裂纹，厚板易出显微裂纹要低控热输入/层间温度4因科洛依incoloy Fe-Ni-Cr合金焊接性差焊接材料重要使用因科银合金5哈斯特洛依hastelloy Ni-Mo、Ni-Cr-Moo一般采用TIG焊，焊接材料可用同种合金抗热裂纹性能很好异种金属的焊接、堆焊及复合板的焊接1异种金属的焊接焊接材料亦常选用因科模2堆焊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，试验措施，材料特性值强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性

2、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，由生铁炼成钢规定清除不期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、镒、磷和硫精炼措施酸性转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法-钢的浇注浇注的钢水中仍具有大量氧的成分应进行脱氧，这一过程为还原沸腾钢镇静钢（在钢水中添加约

0.15%的硅和少许的锦和铝）尤其镇静钢（在钢水中添加约

0.2%的硅，约

0.02%的铝和少许的毓）合金元素对钢性能的影响性能C SiMn PS CrNi MoCu A1抗拉强度++++

（一）+++++硬度+++++++++屈服极限+++++++++常在碳钢和低合金钢堆焊中采用银、蒙乃尔、因科锲堆焊常用工艺措施为焊条电弧焊、MIG、TIG焊，亦可采用带极堆焊，堆焊的要点是控制母材的稀释率，以防止减少银合金堆焊金属的耐腐蚀性3复合板的焊接以银基合金为耐蚀面焊接要点为

①先焊基层，再焊过渡层，最终焊复层；

②定位焊焊在基层面内;

③过渡层、复层的焊接一多层焊，小电流，浅熔深

13、铝及铝合金铝及铝合金的特性性能Al Fe原子重量[g/mole]26,9855,84晶格cfc cbc密度[g/cm3]2,

707.87模数E-[MPa]

67.103210-103膨胀系数[1/K]24-10612-10®屈服极限[MPa]

0.2%.10二100抗拉强度[MPa]=50x200比热[J/kgK]-890・460融解热[J/g]-390二272熔点[℃]6601536导热率23575[W/mK]导电率[m/Q mm2]38・10氧化物AI2O3FeO/Fe2O3/Fe3O4-氧化物的熔点[℃]20501400/1455/1600铝合金分类锻造合金铝及铝合金合金四位数字标识系统EN573-11000系列纯铝AL呈

99.0%系列重要合金成分Cu3000系列重要合金成分Mn4000系列重要合金成分Si5000系列重要合金成分Mg6000系列重要合金成分Mg一Si7000系列重要合金成分Zn8000系列重要合金成分其他成分按EN573原则铝合金的标识铝及铝合金材料按EN573原则规定用数字或字母数字标识措施表达数字字母数字66T TENAW-5456A ENAW-AIM^5Mn1A1234⑴⑵574-铝及铝合金的填充材料铝及铝合金焊丝选择原则与母材化学成分相容性，如焊缝形成的趋势;规定的连接机械性能不仅要注意热影响区并且要注意焊缝金属的性能;焊接零件或设计件的后续处理，例如表面阳极氧化处理和装饰最终处理；规定的连接抗腐蚀能力；最佳焊接适合性例EN ISO18273-S Al4043或者EN ISO18273-S Al4043AlSi5铝及铝合金的焊接焊接裂纹倾向焊缝气孔铝及铝合金的焊接措施（TIG、MIG、PLW、钎焊、常规摩擦焊、搅拌摩擦焊、电阻焊等）——铝及铝合金焊接要点焊前清理（化学清理、机械清理）预热、层间温度焊接安全

14、异种金属焊接——异种金属焊接分类——相似金相组织类型的异种钢焊接组织比较靠近的异种钢接头，焊接材料选择原则焊缝金属化学性能、耐热性能等其他性能不低于母材中性能规定较低一侧的指标预热温度和层间温度按照碳当量较高一侧母材的规定确定热处理一般按照合金含量较高侧母材确定，两者热处理温度范围不一样，应根据热处理温度范围高的下限和热处理温度范围低的上限来确定——不一样金相组织类型的异种钢焊接*熔合比异种钢接头存在的问题1）焊缝金属的稀释2）过渡区马氏体组织3）碳迁移形成扩散层4）接头残存应力焊接材料的选择异种钢焊接接头应力组别1）应力组别I接头在300℃如下的温度下工作，且只承受机械负荷2）应力组别II除了承受机械应力之外，还承受腐蚀应力重要是复合材料的焊接与堆焊焊接复合板时，坡口、焊接次序、焊接材料选择非常重要3）应力组别m除了有机械/或腐蚀负荷之外，此外尚有较高或较低的工作温度采用馍基填充材料，可以制止碳向奥氏体扩散，减少了晶间腐蚀的倾向，减小了马氏体带的宽度，缓和由于温度变化形成的热应力用银基填充材料焊接时，必须尤其注意清洁度，严格控制层间温度，以防止热裂纹的形成

15、材料磨损与保护磨损的种类及影响原因金属的保护及磨损失效的控制堆焊材料热喷涂材料延伸率2%-―———一—一—冲击韧性—+——+——―一冷变形性―+—————一深冲性—+——-—-——-铸造一——+—―—一压力焊能力—+—+—―熔化焊能力———+———+一热脆性+----------+++淬硬性+++++++++至400+热强性+++—+同C临界冷却速度——一———耐腐蚀性++++++—+同C抗高温氧化性++++++十+++冷作硬化性疲劳性能（+）间同C同C+同+同C

（十）

（十）接C

3、钢的分类,EN10020原则，——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25%例如X6CrNi16-13——按使用规定分类一般钢优质钢特殊优质钢

4、钢的标识体系，EN10027EN10027-2材料的数字标识X X X义义XX

①②③④⑤①一材料分组0二纯铁「钢2二重金属如Cu、Ni3二轻金属如Al

②一分类组别见表2

③一不一样品种的数字编号

④⑤一钢种的数量有规定期的标识数字例

1.0116按EN10025-2对S235J2钢的数字编号01二一般构造钢R500N/mm2材料类别号1二钢材分类m号按EN10027-1和ECISS IC10原则材料符号标识重要符号EN10027-1附加符号ECISS IC10（钢种）对于钢对于钢的制造*重要符号标识:

①G一铸钢如GS-35,GG-灰口铸铁

②根据钢的使用及其机械性能和物理性能的重要符号s—一般构造用钢P一压力容器用钢L一管道用钢E机器制造用钢B一钢筋用钢Y—应力钢R一钢轨用钢H一高强度拉伸性能的冷轨钢板

③按化学成分含量标识:i）碳素钢和铳＜1%的碳镐钢（不含易切削钢），标识为CXXo例如C25,C45ii）镒＞1%的碳镒非合金钢、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+数字来标识例如13CrMo4-513--C=

0.13%Cr--Cr=l%Mo--Mo=

0.5%钢的合金系数元素4Co,Cr,Mn,Ni,Si,W10Al,B,Be,Cu,Mo,No,Pb,Ta,Ti,V,Zr100C,Ce,N,P,Siii）合金元素总含量25%的合金钢用X+数字+化学元素+数字来标识，例如X5CrNi18-10X-一高合金钢Cr--Cr=18%Ni--Ni=10%按欧洲原则材料标识示例机械性能一致的钢的标识、按欧洲EN原则非合金构造钢对S、E、P、L、B钢的标识..0G Xn nn an..+an+an…按EN10027原则重要符号按钢铁IC10附加符号对于钢的字母性能对于钢制造1组〃2组冲击功（焦耳）试验温度C二具有尤其的冷变形能力27J40J60J℃D二液浸镀层JR KRLR+20E二瓷漆F二锻压nnn二取小产品厚度的G二铸钢J0K0L00H二空心型材最小屈服强度N/mm2（如必要）J2K2L2-20L二用于低温J3K3L3-30M二热机械轧制S二构造用钢J4K4L4-40N二正火或正火轧制0二海上用J5K5L5-50P二钢板桩J6K6L6-60M一热机械轧制Q二调质S二钢构造用钢N一正火或正火轧制T二管材怛热强钢Q—调质an二用于规定的附加元素如G一其他特性，如有必要用1或2个数字Cu的符号,如需要带一种一位的数字,它乘以10为规定的含量

5、碳钢碳镒钢__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一—原则欧洲原则EN10025-2——标识一原则号（EN10025-2）；一标识S（构造钢）或者E（机器制造用钢）；一厚度6nmi的最低屈服强度的标识，用MPa表达—假如合用，有关冲击功数值的等级标识;一假如合用，表达特殊规定的附加标识C一标明+N或者+AR”示例一种适于冷弯边（C）的构造钢（S），其在室温条件下的最低屈服强度为355Mpa”,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EN10025-2-S355J0C+N（或者+AR）化学成分机械性能可焊性*碳当量CEV Mn+Cr+Mo+V+Ni+CuCEV=C+6515非合金构造钢的焊接一般构造钢熔化焊时的焊接性重要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以及它的偏析性能等原因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不小于

0.22%的构造钢是可焊接钢种，并且可在不予热的状况下施焊具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识一原则号（EN10025-5）；一标识S（构造钢）；—厚度的最低屈服强度的标识，用MPa表达；—有关冲击功数值的质量标识；一字母W表达钢材抗大气腐蚀；一如必要，字母P表达高磷含量等级（只合用于级别S355）；一标明+N或者+AR”例防大气腐蚀（W）的构造钢（S）在355MP”的室温下使用最低屈服强度，在0°C（J0）条件下使用27J的最低冲击功，正火轧制（或轧制）供货钢材EN10025-5-S355J0W+N（或者+AR）耐侯钢焊接性假如使用无抗大气腐蚀的填充金属则应当保证焊缝自身是耐候的在焊接之前，应当将已形成的表面层清除至接头边缘10mm到20mni的距离焊接钢材级别S355J0WP和S355J2WP采用的磷含量很高时，应当采用特殊的防止措施

6、细晶粒构造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5冷作硬化-细晶粒钢的分类正火细晶粒构造钢，原则EN10025-3热机械轧制细晶粒构造钢，原则EN10025-4调质细晶粒构造钢，原则EN10025-6细晶粒钢的应用重要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以及用于低温状况下正火和热机械轧制细晶粒钢的标识一原则号EN10025-3,-4；一标识S构造钢；—厚度的最低屈服强度的标识，用MPa表达；—供货条件N,M；一大写字母L用于表达在温度不低于一50C下按照所阐明的最低冲击功数值的性质不带L的表达在不低于一20C的温度下按照所阐明的最低冲击功数值例如EN10025-3S355例或者钢材EN10025-4S355ML-调质细晶粒构造钢的标识一标识S（构造钢）;一厚度W50mm的最低屈服强度的标识，用Mpa表达；—供货条件Q；—大写字母L或者L1用于在不低于一40C或者一60℃的温度下的最低冲击功数值不带L的表达在不低于一20C的温度下按照所阐明的最低冲击功数值例如EN10025-6S460QL-一化学成分・一机械性能•一正火细晶粒构造钢的焊接正火钢的冷裂倾向11AZ区脆化热机械轧制细晶粒钢焊接特性少许珠光体钢对于不一样的焊接措施，在不一样的焊接条件下均可以无困难地进行焊接其特殊的长处在于这种钢在恶劣的焊接条件下也不规定予热或焊后热处理调质细晶粒构造钢的焊接冷裂纹再热裂纹HAZ区的脆化HAZ区的软化--细晶粒构造钢填充材料的选择按等强匹配的原则选择填充材料。