可焊性的目的與分類(lèi)及影響可焊性的因素

焊接性是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。主要指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度；或材料在限定的施工條件下，焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)先服役要求的能力。焊接性受材料，焊接方法，構(gòu)件類(lèi)型及使用要求四個(gè)因素的影響。

焊接性主要包括：使用焊接性、工藝焊接性、冶金焊接性和熱焊接性。通常，把材料在焊接時(shí)形成裂紋的傾向及焊接接頭處性能變壞的傾向，作為評(píng)價(jià)材料焊接性能的主要指標(biāo)。焊接性的好壞與材料的化學(xué)成分及采用的工藝有關(guān)。在常用鋼材的焊接中，對(duì)焊接性影響最大的是碳，故常把鋼中碳含量的多少作為判別鋼材焊接性的主要標(biāo)志，含碳量越高，其焊接性越差。一般來(lái)說(shuō)，低碳鋼的焊接性能優(yōu)良，高碳鋼的焊接性能較差；鑄鐵的焊接性能更差。合金元素對(duì)焊接性能也將產(chǎn)生一定的影響，所以合金鋼的焊接性比非合金鋼差。收縮率小的金屬焊接性比較好。焊接性好的金屬，焊接接頭不易產(chǎn)生裂紋、氣孔和夾渣缺陷，而且有較高的力學(xué)性能。

焊接性的目的在于了解一定的材料在指定的焊接工藝條件下可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以確定焊接工藝的合理性或材料的改進(jìn)方向。因此，必須對(duì)焊接過(guò)程中的材料（母材、焊材）和焊接接頭區(qū)（焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)）的成分、組織和性能，包括工藝參數(shù)的影響和焊后接頭區(qū)的使用性能等，進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

焊接性主要包括：使用焊接性、工藝焊接性、冶金焊接性和熱焊接性。

（1）工藝焊接性和使用焊接性焊接性包括兩個(gè)含義：一是接合性能，就是一定的材料在給定的焊接工藝條件下對(duì)形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，指一定的材料在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的能力。前者稱(chēng)為工藝焊接性，涉及焊接制造工藝過(guò)程中的焊接缺陷問(wèn)題，如裂紋、氣孔、夾雜、斷裂等；后者稱(chēng)為使用焊接性，涉及焊接接頭的使用可靠性問(wèn)題。

焊接過(guò)程是一個(gè)獨(dú)特的“小冶金”過(guò)程，在熔化焊的條件下，焊縫和熱影響區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜但有規(guī)律的焊接熱循環(huán)。從理論上分析，任何金屬或合金，只要在熔化后能夠互相形成固溶體或共晶，都可以經(jīng)過(guò)熔焊形成接頭。同種金屬或合金之間可以形成焊接接頭，一些異種金屬或合金之間也可以形成焊接接頭，但有時(shí)需要通過(guò)加中間過(guò)渡層的方式實(shí)現(xiàn)連接。上述幾種情況都可以看作是“具有一定焊接性”，差別在于有的工藝簡(jiǎn)單，有的工藝復(fù)雜；有的接頭質(zhì)量高、性能好，有的接頭質(zhì)量低、性能差。所以，焊接工藝簡(jiǎn)單而接頭質(zhì)量高、性能好的，就稱(chēng)為焊接性好；反之，就稱(chēng)為焊接性差。因此，必須聯(lián)系工藝條件和使用性能來(lái)分析焊接性問(wèn)題，由此提出了“工藝焊接性”和“使用焊接性”的概念。

總之，工藝焊接性是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無(wú)缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭的能力。使用焊接性是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種性能的程度，包括常規(guī)的力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性等）或特定工作條件下的使用性能，如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。

（2）冶金焊接性和熱焊接性對(duì)于熔焊來(lái)說(shuō)，焊接過(guò)程一般包括冶金過(guò)程和熱過(guò)程這兩個(gè)必不可少的過(guò)程。在焊接接頭區(qū)域，冶金過(guò)程主要影響焊縫金屬的組織和性能，而熱過(guò)程主要影響熱影響區(qū)的組織和性能。由此提出了冶金焊接性和熱焊接性的概念。

①冶金焊接性冶金焊接性是指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變化。這些冶金過(guò)程包括：合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)，從而影響焊縫的化學(xué)成分和組織性能；氧、氫、氮等的溶解、析出對(duì)生成氣孔或?qū)缚p性能的影響；在焊縫結(jié)晶及冷卻過(guò)程中，由于焊接熔池的化學(xué)成分、凝固結(jié)晶條件以及接頭區(qū)熱脹冷縮和拘束應(yīng)力等影響，有時(shí)產(chǎn)生熱裂紋或冷裂紋。

除材料本身化學(xué)成分和組織性能的影響之外，焊接材料、焊接方法、工藝參數(shù)、保護(hù)氣體等對(duì)冶金焊接性有重要的影響。除了在研制新材料時(shí)可以改善冶金焊接性之外，還可以通過(guò)選擇新焊接材料、新焊接工藝等途徑來(lái)改善冶金焊接性。

②熱焊接性焊接加熱過(guò)程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量，對(duì)焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過(guò)程，這對(duì)靠近焊縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱影響區(qū)硬度、強(qiáng)度、韌性、耐蝕性等的變化。與焊縫金屬不同，焊接時(shí)熱影響區(qū)的化學(xué)成分一般不會(huì)發(fā)生明顯的變化，而且不能通過(guò)改變焊接材料來(lái)進(jìn)行調(diào)整，即使有些元素可以由熔池向熔合區(qū)或熱影響區(qū)粗晶區(qū)擴(kuò)散，那也是很有限的。因此，母材本身的化學(xué)成分和物理性能對(duì)熱焊接性具有十分重要的意義。工業(yè)上大量應(yīng)用的金屬或合金，對(duì)焊接熱過(guò)程有反應(yīng)，會(huì)發(fā)生組織和性能的變化。即使是一些不發(fā)生相變的純鋁、純鎳、純鉬等，經(jīng)過(guò)焊接熱過(guò)程的影響，也會(huì)由于晶粒長(zhǎng)大或形變硬化消失而使其性能發(fā)生較大變化。

為了改善熱焊接性，除了選擇母材之外，還要正確選定焊接方法和熱輸入（如工藝參數(shù)）。例如，在需要減少焊接熱輸入時(shí)，可以選用能量密度大、加熱時(shí)間短的電子束焊、等離子弧焊等方法，并采用熱輸入小的焊接參數(shù)以改善熱焊接性。此外，焊前預(yù)熱、緩冷、水冷、加冷卻墊板、焊后熱處理等工藝措施也都可以影響熱焊接性。

鋼材焊接性能的好壞主要取決于它的化學(xué)組成。而其中影響最大的是碳元素，也就是說(shuō)金屬含碳量的多少?zèng)Q定了它的可焊性。鋼中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影響程度一般都比碳小得多。鋼中含碳量增加，淬硬傾向就增大，塑性則下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋。通常，把金屬材料在焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的敏感性及焊接接頭區(qū)力學(xué)性能的變化作為評(píng)價(jià)材料可焊性的主要指標(biāo)。所以含碳量越高，可焊性越差。所以，常把鋼中含碳量的多少作為判別鋼材焊接性的主要標(biāo)志。含碳量小于0.25％的低碳鋼和低合金鋼，塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊接時(shí)不需要預(yù)熱和焊后熱處理，焊接過(guò)程普通簡(jiǎn)便，因此具有良好的焊接性。隨著含碳量增加，大大增加焊接的裂紋傾向，所以，含碳量大于0.25％的鋼材不應(yīng)用于制造鍋爐、壓力容器的承壓元件。

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