含碳量与焊接性的关系
各种材料的焊接性能
金属材料的焊接性能（1）焊接性能良好的钢材主要有：低碳钢（含碳量<0.25）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<0.20）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<0.18）。
（2）焊接性能一般的钢材主要有：中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.25～0.35）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<0.30）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡0.18）（3）焊接性能较差的钢材主要有：中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。
（4）焊接性能不好的钢材主要有：中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.30～0.40）。
焊条和焊丝选择的基本要点如下：同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素：考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能；考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。
异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况：一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。
焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。
###15CrMoR的换热器的热处理工艺***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。
***15CrMoR焊接性能良好。
手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。
自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。
合金钢中各元素对其性能的影响
合金钢中各元素对其性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23％超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30％的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60％,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0－1.2％的硅，强度可提高15－20％。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4％的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50％。
在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40％。
含锰11－14％的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。
在钢中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
各类化学元素在钢中起到的作用
各类化学元素在钢中起到的作用各类化学成分在钢板中起到什么作用：1、碳（C）:钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高，还会降低钢的耐大气腐蚀性能，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（SI）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15%~0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50%~0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于做弹簧钢。
在调制结构钢中加入1.0%~1.2%的硅，强度可提高15%~20%。
硅和钨、钼、铬等相结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化性的作用，可制造耐热钢。
含硅1~4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
（1）、强化铁素体，提高钢的强度和硬度。
（2）、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
（3）、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐腐性，提高钢的耐热性。
（4）、磁钢中的主要化学元素（含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向）3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30~0.50%。
在碳素钢中加0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11~14%的钢具有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球棒机衬板。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀性，降低焊接性能。
（1）、在含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度，硬度和耐磨性。
（2）、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
（3）、稍稍改善钢的低温韧性。
（4）、在高含量范围内，作为主要的奥式体化元素。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷淬性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
碳元素在钢材中的作用
碳元素在钢材中的作用
碳元素在钢材中的作用：
①提高强度，碳含量增加钢材强度会变大，比如制造建筑用的高强钢，碳含量就有一定要求。
②增加硬度，含碳量高的钢材硬度更高，像制造刀具的钢材碳含量相对高些。
③影响焊接性，碳含量高焊接难度会加大，例如高碳钢焊接时就比较麻烦。
④改变韧性，一般碳含量多韧性会降低，在制造需要韧性好的汽车钢梁时碳含量不能太高。
⑤调节可加工性，含碳量不同加工方式也有区别，高碳钢适合进行一些特定的加工。
⑥影响耐磨性，碳含量高的钢材耐磨性更好，像制造机器零件中磨损件时会考虑含碳量。
⑦决定淬火效果，碳含量合适淬火后钢材性能提升明显，制造模具钢时淬火很关键。
⑧改变屈服强度，随着碳含量变化钢材屈服强度会改变，在建筑结构钢材中要控制好。
⑨影响钢材的冷脆性，含碳量高在低温下钢材变脆的可能性增大，在寒冷地区使用钢材要注意。
⑩提高钢材的疲劳强度，适量的碳能让钢材在反复受力下更耐用，像桥梁用钢就有考虑。
⑪影响钢材的耐腐蚀性，含碳量不同耐腐蚀性有差异，在特殊环境使用钢材要关注。
⑫改变钢材的磁性，碳元素的含量对钢材的磁性有一定影响，在一些电磁设备用钢中需考虑。
含碳量与焊接性的关系
含碳量与焊接性的关系
碳是碳素钢中主要元素之一。
随着含碳量的增加，钢的塑性急剧下降。
并且在高应力的作用下产生裂纹的倾向也随之增大。
焊接性降低。
根据国际焊接协会IIW的CE碳当量公式：
CE（含碳量）﹦碳﹢(锰﹨6) ﹢[（铬+钼+钒）﹨5] +[（镍﹢铜）﹨15] X 100﹪
含碳量小于0.4﹪钢材焊接性优良。
淬硬倾向不明显。
焊前不需预热。
含碳量0.4﹪~0.6﹪时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，焊前需要采取适当的预热和控制热输入等措施处理。
含碳量大于0.6﹪时,钢材的淬硬倾向强。
属于较难焊的材料。
需要采取较高的预热温度等严格的焊接工艺。
碳钢的焊接
（2） 关于低碳钢的焊接工艺
4
应在定位焊时加大电流，减慢焊接速度，适当增大定位焊缝的 截面和长度，必要时可采取预热措施
第9章 碳钢的焊接
9.1 碳钢的焊接工艺
9.1.2 焊接工艺 9.1.2.1 低碳钢的焊接工艺
（2） 关于低碳钢的焊接工艺
焊接方法的应用、常见低碳钢焊条电弧焊的缺陷、产生的主要原因及防 止措施、电渣焊的常见缺陷的形成原因及防止措施均见P121-P123。
第9章 碳钢的焊接
9.1 碳钢的焊接工艺
9.1.2 焊接工艺 9.1.2.3 高碳钢的焊接工艺
（1） 焊接材料的选择
第9章 碳钢的焊接
9.1 碳钢的焊接工艺
9.1.2 焊接工艺 9.1.2.3 高碳钢的焊接工艺
（2） 关于高级钢的焊接工艺
① 热处理及预热 。 ② 焊接工艺要点 焊前注意烘干焊条，并放在保温箱或保温筒内，以防焊条吸潮。焊前注意工 件表面的清理，不得有水分、油、锈等污物。
的焊接
9.1 碳钢的焊接工艺
9.1.1 碳钢的焊接性 碳钢是铁的合金。碳钢的性能和焊接性主要取决于含碳量，含碳量增加，钢的硬度 和强度提高，焊接性变差，具体关系见表9-1。
第9章 碳钢的焊接
9.1 碳钢的焊接工艺
9.1.1 碳钢的焊接性 计算碳钢的碳当量时，可简化如下公式
2
焊缝、对接多层焊的第一层焊缝及单道焊缝要避免深而窄的坡口形式
第9章 碳钢的焊接
9.1 碳钢的焊接工艺
9.1.2 焊接工艺 9.1.2.1 低碳钢的焊接工艺
（2） 关于低碳钢的焊接工艺
3
焊接刚度大的结构件时，宜选用低氢碱性焊条，采取 焊前预热或焊后消除应力热处理措施
各元素对焊接的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
什么叫金属材料的可焊性？含碳量大于
什么叫金属材料的可焊性？含碳量大于0.25％的钢材，为什么不应用于焊接锅炉、压力容器？
金属材料的可焊性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下能否获得优良焊接接头的性能。
一种金属，如果能用较普通又简便的焊接工艺获得优质接头，则认为这种金属具有良好的可焊性；反之，如果要用很复杂或特殊的焊接工艺才能获得优质接头，则认为它的可焊性差。
通常，把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料可焊性的主要指标。
钢材的可焊性主要决定于它的化学组成，而其中影响最大的是碳元素。
钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。
所以常把钢中含碳量的多少作为判别钢材可焊性的主要标志。
钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。
所以含碳量越高，可焊性越差。
含碳量小于0.25％的碳钢和低合金钢，一般都具有良好的可焊性。
含碳量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，所以，含碳量大于0.25％的钢材不应用于制造锅炉、压力容器。
在特殊条件下，如选用含碳量超过0.25％的材料，必须得到设计单位总技术负责人批准。
制造单位应对这类材料进行焊接性能试验和焊接工艺评定。
合格后，报省级以上劳动部门锅炉压力容器安全监察机构备案。
选材过程中的典型问题-含碳量对焊接性能的影响
1，衡量标准：
钢材焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成。而其中影响最大的是碳 元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可焊性。钢中的其他合金 元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。钢中含碳 量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。通常，把 金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为 评价材料可焊性的主要指标。所以含碳量越高，可焊性越差。所以，常 把钢中含碳量的多少作为判别钢材焊接性的主要标志。
Presentation Title
4
Date: Month XX, 2014
4,P: 磷在钢中能全部溶于铁素体内。它对钢的强化作用仅次于碳，使钢的强度和硬
度增加，磷能提高钢的抗腐蚀性能，而塑性和韧性则显著降低。特别在低温时影 响更为严重，这称为磷的冷脆倾向。故它对焊接不利，增加钢的裂缝敏感性。作 为杂质，磷在钢中的含量也要加以限制。 5，Cr：
PresentationX, 2014
2，低碳钢焊接性能：
低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性 和韧性较好。对淬火敏感性低，不易产生碳化物。
3，高碳钢焊接性能：
(1)导热性差，焊接区和未加热部分之间产生显著的温差，当熔池急剧 冷却时，在焊缝中引起的内应力，很容易形成裂纹。
Presentation Title
5
Date: Month XX, 2014
碳含量≤0.35%，焊接性能良好； 碳含量≥0.4-0.5%，焊接较困难；
其他合金元素对焊接性能的影响： 1，Mn：锰是钢材中的重要合金元素，也是重要的淬透性元素，它对焊缝金属的 韧性有很大影响。 当 Mn 含量＜0．05％时焊缝金属的韧性很高； 当 Mn 含量＞3％后又很脆； 当 Mn 含量 = 0．6～1．8％时，焊缝金属有较高的强度和韧性； 2，SI:硅是焊丝中最常用的脱氧元素，它可以防止铁与氧化合，并可在熔池中还 原 FeO。但是单独用硅脱氧，生成的 SiO2 熔点高（约 1710℃），且生成物的 颗粒小，难以从熔池中浮出，易造成焊缝金属夹渣。
金属的可焊性
消除应力处理是将焊件均匀地以一定的速度加热到AC1点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀地冷却到300~400℃，最后将工件移到炉外空冷。低合金结构钢焊后消除应力处理的目的有以下几点：①消除焊缝金属中的氢，提高焊接接头的抗裂性和韧性；②降低焊接接头中的参与应力；③改善焊缝及热影响区组织，使淬硬组织经受回火处理而提高接头各区的韧性；④稳定了低合金耐热钢焊缝及热影响区的碳化物，提高了接头的高温持久强度；⑤降低了焊缝及热影响区的硬度，易于切削加工。
（3） 再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。
二． 脆化问题
（1） 过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100℃以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。
（2）后热及热处理：后热是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150~250℃温度范围内，并保持一段时间，这种工艺简称后热。其作用在于首先是降低了接头低温转变区的冷却速度，其效果比预热更显著，其次是延长了接头在100℃以上温度区间的停留时间，使焊缝金属中的氢有充分时间向外扩散。在寒风金属氢扩散阶段，从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。后热的温度和时间，取决于被焊钢的冷裂敏感性，焊接材料的含氢量和接头的拘束度。后热温度愈高，保温时间愈长，去氢效果愈明显。
合金元素对焊接性能的影响
合金元素对焊接性能的影响1、碳（C）：对焊接性及焊缝金属组织性能的影响主要表现在提高强度和硬度，但随着强度和硬度的提高，焊缝金属的塑性、韧性下降。
2、锰（Mn）：来自生铁与脱氧剂。
Mn有很好的脱氧能力，能清除钢中的FeO，还能与S形成MnS，以消除S的有害作用。
这些反应产物大部分进入炉渣而被去除，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。
因此，Mn能改善钢的品质，降低钢的脆性，提高钢的热加工性能。
Mn除了形成MnO和MnS作为杂质存在于钢中以外，在室温下Mn能溶于铁素体中，对钢有一定的强化作用。
3、硅（Si）：来自生铁与脱氧剂。
Si脱氧能力比Mn强，是主要的脱氧剂，能消除FeO夹杂对钢的不良影响。
Si能与FeO作用而形成SiO2，然后进入炉渣而被排除。
Si除了形成SiO2，作为杂质存在于钢中以外，在室温下Si大部分溶于铁素体中，因此Si对钢有强化作用。
4、铬（Cr）：是不锈中的主加元素，Cr与氧生成Cr2O3保护膜，防止氧化，但Cr与C能形成Cr23C6，是导致不锈钢晶间腐蚀的主要原因。
在低合金钢中Cr含量小于1.6%，提高钢的淬透性，不降低钢的冲击韧度。
5、镍（Ni）：在钢中加入镍，可以提高钢的强度和冲击韧度，Ni与Cr配合加入效果更佳。
一般增加低合金钢中的Ni含量会提高钢的屈服强度，但钢中Ni含量较高时热裂纹（主要是液化裂纹）倾向明显增加。
6、钛（Ti）：与O的亲和力很大，以微小颗粒氧化物的形式弥散分布于焊缝中，可以促进焊缝金属晶粒细化。
Ti 与C形成的TiC粒子对焊缝起弥散强化作用。
Ti与B同时加入对焊缝性能的影响最佳，低合金钢中Ti 、B含量的最佳范围Ti =0.01%～0.02%，B=0.002%～0.006%。
7、钼（Mo）：低合金钢焊缝中加入少量的Mo不仅提高强度，同时也能改善韧性。
向焊缝中再加入微量Ti，更能发挥Mo的有益作用，使焊缝金属的组织更加均匀，冲击韧性显著提高。
对于Mo-Ti系焊缝金属，当Mo=0.20%～0.35%,Ti=0.03%～0.05%时，可得到均匀的细晶粒铁素体组织，焊缝具有良好的韧性。
焊接材料对焊接质量的影响1
焊接材料对焊接质量的影响焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的成分对焊缝金属的化学成分、组织与性能有重要的影响。
为了使焊缝金属具有所要求的成分与性能，必须保证焊接材料中有益的合金元素含量和严格控制有害杂质的含量。
1 焊缝金属的合金化（1）焊缝金属的合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去。
焊接中合金化的目的是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，消除焊接缺陷（裂纹、气孔等）和改善焊缝金属的组织和力学性能，或者是获得具有特殊性能的堆焊金属。
对金属焊接性影响较大的合金元素主要有C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu、B等；低合金钢焊接中提高热影响区淬硬倾向的元素有C、Mn、Cr、Mo、V、W、Si等；降低淬硬倾向的元素有Ti、Nb、Ta等。
还应特别注意一些微量元素的作用，如B、N、RE等。
焊接中常用的合金化方式有以下几种。
①应用合金焊丝或带极把所需要的合金元素加入焊丝、带极或板极内，配合碱性药皮或低氧、无氧焊剂进行焊接或堆焊，把合金元素过渡到焊缝或堆焊层中去。
这种合金化方式的优点是可靠，焊缝成分均匀、稳定，合金损失少；缺点是制造工艺复杂，成本高。
对于脆性材料，如硬质合金不能轧制、拔丝，故不能采用这种方式。
②应用合金药皮或非熔炼焊剂把所需要的合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药皮或非熔炼焊剂中，配合普通焊丝使用。
这种合金化方式的优点是简单方便，制造容易，成本低；缺点是由于氧化损失较大，并有一部分合金元素残留在渣中，故合金利用率较低，合金成分不够稳定、均匀。
③应用药芯焊丝或药芯焊条药芯焊丝的截面形状是各式各样的，最简单的是具有圆形断面的，外皮可用低碳钢其他合金钢卷制而成，里面填满需要的铁合金及铁粉等物质。
用这种药芯焊丝可进行埋弧焊、气体保护焊和自保护焊，也可以在药芯焊丝表面涂上碱性药皮，制成药芯焊条。
这种合金过渡方式的优点是药芯中合金成分的配比可以任意调整，因此可行到任意成分的堆焊金属，合金的损失较少；缺点是不易制造，成本较高。
焊接工程学(第三章)
图3 试件形状 试件尺寸
试件名称 长L/mm 宽B/mm 焊缝长l/mm 1号试件 2号试件 200 200 75 150 125±10 125±10
焊接前先去除试件表面上的水分、铁 锈、油污及氧化皮等杂质。所用焊条 原则上应适合于所焊的试件，直径为4 mm。1号试件在室温下、2号试件在预 热温度下进行焊接。焊接参数为：焊 接电流：170±10A，焊接速度为150± 10mm/min。试件焊后在静止的空气中 自然冷却，不进行任何热处理。 不同强度等级和不同含碳量的钢种， 有不同的最高硬度值。
高碳钢
≥0.60
40HRC
弹簧、模具、钢轨
二、低碳钢的焊接
1、低碳钢的焊接特点： a、可装配成各种不同的接头，适合各种不 同位臵的施焊，且焊接工艺和技术简单，容 易掌握； b、焊前一般不需预热； c、塑性好，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； d、不需使用特殊和复杂设备，对焊接电源 （交流直流）和焊接材料（酸性碱性）无特 殊要求。
三、金属焊接性的评定方法
1、工艺焊接性评定：主要评定对焊接缺陷的 敏感性，尤其是裂纹形成倾向。 A、直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过 焊接过程观察焊接缺陷及其程度。主要有：冷 裂纹实验、热裂纹实验、应力腐蚀实验、脆性 断裂实验等。 B、间接推算法：根据材料的化学成分、金相 组织、力学性能的关系，并联系焊接热循环过 程对焊接进行评定。主要有：抗裂纹判据、焊 接应力模拟等。
4、未熔合和未焊透：在焊缝金属和 母材之间或焊道金属与焊道之间未完 全熔化的部分称为未熔合。未熔合常 出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及 焊缝的根部。 未焊透是指母材金属之间应该熔合而 未焊上的部分。该缺陷一般出现在单 面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。 未焊透易造成较大的应力集中，往往 从其末端产生裂纹。
碳钢的焊接性
碳钢的焊接性碳素钢的焊接性随含碳量增加而恶化，因为含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易被淬硬。
被淬硬的焊缝和热影响区因其塑性下降，在焊接应力容易产生裂纹。
碳素钢被淬硬主要是在马氏体组织形成而引起，马氏体的数量受冷却速度影响，非常快的冷却速度可以产生100%的马氏体，从而可达到最高硬度。
因此，焊接含砚较高的碳素钢时，就应当注意减缓冷却速度，使马氏体的数量减至最少。
焊接的冷却速度受焊接热输入、母材板厚和环境温度的影响。
厚板或在低温条件下焊接，其冷却速度加快；预热或加大焊接线能量，可以降低冷却速度，减少裂纹产生。
碳素钢的碳含量增加到约0.15%以上时，对氢致裂纹尤其敏感。
因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少氢的来源。
例如大气中的水分，焊前对待焊部位及附近须清除油污、铁锈等。
手弧焊时宜选用低氢焊条，在其它焊接方法中应制造低氢环境，以减少焊缝周围环境中的氢含量。
焊接碳素钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束力和不均衡的热应力。
即使是不易淬硬的低碳钢，在受拘束力条件下采用了不正确的焊接程序，也会因这些应力过大而产生裂纹。
总之，对碳素钢的焊接，应针对其碳含量不同而采取相应的工艺措施。
当含碳较低时，如低碳钢，应着重注意防止结构拘束应力和不均衡的热应力所引起的裂纹；当含碳量较高时，如高碳钢，除了防止因这些因为应力所引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。
低碳钢的焊接焊接特点低碳钢的含碳量低（W0.25%）,其它合金元素含量较少，故是焊接性最好的钢种。
采用通常的焊接方法后，接头中不会产生淬硬组织或冷裂纹。
只要焊接材料选择适当，便能得到满意的焊接接头。
用电弧焊焊接低碳钢时，为了提高焊缝金属的塑性、韧性、和抗裂性能，通常都是使焊缝金属的碳含量低于母材，依靠提高焊缝中的硅、锰含量和电弧所具有较高的冷却来达到与母材等强度。
因此，焊缝金属会随着冷却速度的增加，其强度会提高，而塑性和韧性会下降。
当厚板单层角焊缝时，焊角尺寸不宜过小；多层焊时，应尽量连续施焊；焊补表面缺陷时，焊缝应具有一定的尺寸，焊缝长度不得过短，必要时应采用100-150℃ 的局部预热。
钢的化学成分及对性能的影响
N
氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
稀土
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稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。
在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入－%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。
铬
Cr
在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
镍
Ni
镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
钒
V
钒是钢的优良脱氧剂。钢中加%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
铌
Nb
铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。
铝
Al
铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
常用钢材的焊接性能及其应用辽宁科技大学材加材控
二、钢结构建筑举例
上海浦东高421米的金茂大厦
鸟巢
1957年建成通车的武汉长江大桥采用碳素钢。
1968年建成通车的南京长江大桥，是我国自行设计制造的 公路、铁路两用桥，主体钢梁采用鞍钢生产的16Mn。
1993年通车九江长江大桥采用鞍钢生产15MnVTi钢。
三、常见钢材焊接性能及应用举例
低碳钢：
中碳 钢 高碳 钢
机器部件和工具
弹簧，模具，钢 轨
常用钢材的可焊性
可焊性 概略指标 (%) 刚号 等 级 合 金 元 素 总 含 量 1 以 下 Q195,Q215,Q235; 08,10,15,25,ZG25;Q345 ,16MnCu,Q390;15MnTi,Q 295,09Mn2Si,20Mn;15Cr ,20Cr,15CrMn;0Cr13,1C r18Ni9,1Cr18Ni9Ti,2Cr 18Ni9,0Cr17Ti,0Cr18Ni 10,0Cr18Ni9Ti,0Cr17Ni 13Mo2Ti,1Cr18Ni10Ti,1 Cr17Ni13Mo2Ti,Cr17Ni1 3Mo3Ti,1Cr17Ni13Mo3Ti 1 ～ 3 Ⅰ ( 良 好 ) 特点
1 以 下 1 ～ 3 3 以 上 1 以 下 1 ～ 3 3 以 上 1 以 下
0.25 ～ 0.35 0.20 ～ 0.30 0.18 ～ 0.25 0.35 ～ 0.45 0.30 ～ 0.40 0.28 ～ 0.38 0.45 以上 0.40 以上 0.38 以上 焊接时很容易形成裂纹，但在采用合理的焊 接规范、项热和好后热处理的条件下，这些 钢也能够焊接 在通常情况下，焊接时有形成裂纹的倾向， 焊前应预热，焊后应热处理，只有有限的焊 接热规范可能获得较好的焊接性能 形成冷裂倾向小，采用合理的焊接热规范可 以得到满意的焊接性能。在焊接复杂结构和 厚板时，必须预热
各种材料的焊接性能
金属材料的焊接性能（1）焊接性能良好的钢材主要有：低碳钢（含碳量<）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<）。
（2）焊接性能一般的钢材主要有：中碳钢（合金元素含量<1、含碳量～）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡）（3）焊接性能较差的钢材主要有：中碳钢（合金元素含量<1、含碳量～）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量～）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量）。
（4）焊接性能不好的钢材主要有：中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量～）。
焊条和焊丝选择的基本要点如下：同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素：考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能；考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。
异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况：一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。
焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。
###15CrMoR的换热器的热处理工艺***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。
***15CrMoR焊接性能良好。
手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。
自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。
###压力容器用钢的基本要求压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。
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含碳量与焊接性的关系
碳是碳素钢中主要元素之一。
随着含碳量的增加，钢的塑性急剧下降。
并且在高应力的作用下产生裂纹的倾向也随之增大。
焊接性降低。
根据国际焊接协会IIW的CE碳当量公式：
CE（含碳量）﹦碳﹢(锰﹨6) ﹢[（铬+钼+钒）﹨5] +[（镍﹢铜）﹨15] X 100﹪
含碳量小于0.4﹪钢材焊接性优良。
淬硬倾向不明显。
焊前不需预热。
含碳量0.4﹪~0.6﹪时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，焊前需要采取适当的预热和控制热输入等措施处理。
含碳量大于0.6﹪时,钢材的淬硬倾向强。
属于较难焊的材料。
需要采取较高的预热温度等严格的焊接工艺。