1、碳钢的焊接

按照含碳量碳钢分为：低碳钢（C≤0.3%）、中碳钢（C=0.3%-0.6%）和高碳钢（C＞0.6%）三类，不同的碳钢具有不同的焊接特点。 （1） 低碳钢的焊接 ①低碳钢的焊接特点

低碳钢中的C、Mn、Si等元素含量少，通常情况下不会因为焊接产生严重的硬化组织或淬火组织。低碳钢的焊接性能优良，一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织。焊接完成以后，形成的焊接接头的塑性和冲击韧性较高。 ②低碳钢焊接材料的选用 a.焊条

焊接低碳钢时，大多使用E43XX系列的焊条，因为低碳钢结构通常使用GB700-88的Q235牌号钢材制造，这类钢材的抗拉强度平均值为417.5MPa（42.5kgf／mm2），而 E43 X X系列焊条熔敷金属的抗拉强度不小于420MPa（ 43kgf／mm2），在力学性能上正好与之匹配。

b.埋弧焊焊丝和焊剂

低碳钢埋弧焊一般选用实心焊丝H08A或H08E，它们与高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430、HJ431、HJ433或HJ434配合，应用甚广。焊接时，焊剂中的MnO和SiO2在高温下与铁反应，Mn与Si得以还原，。熔池冷却时，Mn和Si既成为脱氧剂，使焊缝脱氧，同时又可有足够数量余留下来，成为合金剂，保证焊缝力学性能。

c.气体保护焊焊丝

碳钢实心焊丝主要由CO2气体保护，且主要配合50公斤级母材，其型号为ER49-1（牌号MG-49-l，即过去的H08Mn2SiA），强度稍低。 d.电渣焊焊丝和焊剂

电渣焊熔池温度比埋弧焊低，焊接过程中焊剂更新量又少，所以焊剂的Si、Mn还原作用也弱。低碳钢电渣焊时，如果仍按埋弧焊选用H08A、H08E焊丝与高锰高硅低氟焊剂配合，则焊缝得不到足够数量的Si和Mn，特别是母材和焊丝中原有的Mn还会烧损。另一方面，Mn的过渡量与焊剂碱度有关，碱度愈大，过渡量也愈大。为此，低碳钢电渣焊时，往往选用中锰高硅中氟熔炼焊剂HJ360与H10Mn2或H10MnSi焊丝配合。也可使用高锰高硅低氟焊剂（例如HJ431）与H10MnSi配合。 ③低碳钢在低温下的焊接

在严寒冬天或类似的气温条件下焊接低碳钢结构，焊接接头冷却速度较快，从而裂纹倾向增大，特别是焊接大厚度或大刚度结构更是如此。其中，多层焊接的第1道焊缝开裂倾向又比其他为大。为避免裂纹，可以采取以下措施：a.焊前预热，焊时保持层间温度；b.采用低氢或超低氢焊接材料；c.点固焊时加大电流，减慢焊速，适当增大点固焊缝截面和长度，必要时施加预热；d.整条焊缝连续焊完，尽量避免中断；e.不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时，弧坑要填满；f.弯板、矫正和装配时，尽可能不在低温下进行；g.尽可能改善严寒下劳动生产条件。以上措施可单独采用或综合采用。

（2）中碳钢的焊接 ①中碳钢的焊接特点

中碳钢中的C含量较高，焊接性能较差。焊接过程中焊接热影响区容易产生硬脆的马氏体组织；如果S、P等杂质元素控制不严，容易出现热裂纹；大多数情况下中碳钢焊接需要预热、控制层间温度和后热，焊后最好进行消除应力热处理。 ②中碳钢焊接材料的选用

应当尽量选用低氢焊接材料，例如低氢焊条，它们有一定脱硫能力，熔敷金属塑性和韧性良好，扩散氢量又少，所以，无论对热裂纹或氢致冷裂纹来说，抗裂性都较高。在个别情况下，也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条，但一定要有严格的工艺措施配合，例如认真控制预热温度和尽量减少母材熔深（减少焊缝w（C）），方能有满意结果。

特殊情况下，亦可采用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接。这时不需预热，而焊缝奥氏体金属塑性良好，可以减少焊接接头应力，避免热影响区冷裂纹产生。用于中碳钢焊接的铬镍不锈钢焊条牌号有E308-16（A102）、E308-15（A107）、E309-16（A302）、E309-15（A307）、E310-16（A402）、 E310-15（A407）等。 ③中碳钢焊接工艺特点

大多数情况下，中碳钢焊接需要预热和控制层间温度，以降低焊缝和热影响区冷却速度，从而防止产生马氏体。预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚性、焊条类型和工艺方法。通常，35号和45号钢预热温度可为150～250℃，w（C）再高，或厚度大，或刚性大，

则预热温度可在250～400℃。焊后最好立即进行消除应力热处理，特别是大厚度工件、大刚性结构件和苛刻的工况条件下（例如动载荷或冲击载荷）工作的工件更如此。消除应力回火温度一般为600-650℃。如果不可能立即消除应力，也应当后热，以便扩散氢逸出。后热温度不一定与预热温度相同，视具体情况而定。后热保温时间大约每10mm厚度为lh左右。当焊接沸腾钢时，加入含有足够数量脱氧剂（例如 AL、Mn、 Si）的填充金属，可以防止焊缝气孔。埋弧焊的焊丝和焊剂配合适当，可以有足够的脱氧剂，例如Si或Mn也可防止焊接沸腾钢引起焊缝气孔。 （1） 高碳钢的焊接 ①高碳钢的焊接特点

高碳钢w（C）大于0.6％，除了高碳结构钢外，还包括高碳碳素钢铸件和碳素工具钢等。它们的w（C）比中碳钢更高，更容易产生硬脆的高碳马氏体，所以淬硬倾向和裂纹敏感倾向更大，从而焊接性更差。因此，这类钢实际上不用于制造焊接结构，而用于高硬度或耐磨部件、零件和工具，以及某些铸件，亦即用于工具钢和铸钢。所以它们的焊接也大多数为焊接修复。为了获得高硬度或耐磨性，高碳钢零件一般都经过热处理，常为淬火十回火，因此，焊接前应经过退火，可以减少裂纹倾向，焊后再进行热处理，以达到高硬度和耐磨要求。 ②高碳钢焊接材料的选用

焊接材料通常不用高碳钢，具体根据钢的含碳量、工件设计和使用条件等，选用合适的填充金属。焊缝要与母材性能完全相同比较困

难，这些钢的抗拉强度大多在675MPa以上，选用的焊接材料视产品设计要来而定，要求强度高时，一般用E7015-DZ（J707）或E6015-DI（J607），要求不高时可用E5016（J506）或 E5015（J507）等焊条，或者分别选用与以上强度等级相当的低合金钢焊条或填充金属。所有焊接材料都应当是低氢型的。必要时也可以用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接，其牌号与中碳钢用者相同，例如A102．A107、A142、A146、A172、A302． A307等。 ③高碳钢焊接工艺特点

高碳钢应先行退火，方能焊接。采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，一般为250-350℃以上。焊接过程中还需要保持与预热一样的层间温度。焊后工件保温，并立即送入炉中，在650℃保温，进行消除应力热处理。工件刚度、厚度较大时，应采取减少焊接应力的措施，例如合理排列焊道，分段倒退焊法，焊后锤击等。

2、低合金钢的焊接

低合金钢一般是在碳钢的基础上添加一定数量的合金化元素制成的，合金元素的含量一般不超过5%。常用的低合金钢分为高强度钢、低温用钢、耐腐蚀用钢和珠光体耐热钢四类。 （1） 低合金高强钢的焊接 ①低合金高强钢的分类

低合金高强度钢的分类是按照力学性能划分的，钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号三个部分

按顺序排列。按照钢的屈服强度，低合金高强度钢分5个强度等级，分别是295MPa、345MPa、390MPa、420MPa及460MPa。每个强度等级又根据冲击吸收功要求分成A、B、C、D、E5个质量等级，分别代表不同的冲击韧性要求。 ②低合金高强钢的焊接性

低合金高强度钢含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性与碳钢有差别，主要是焊接热影响区组织与性能的变化对焊接热输 入较敏感，热影响区淬硬倾向增大，对氢致裂纹敏感性较大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高强度钢还存在再热裂纹的危险等。 a.焊接热影响区组织与性能

依据焊接热影响区被加热的峰值温度不同，焊接热影响区可分为熔合区（ 1350-1450℃）、粗晶区（1000-1300℃）、细晶区（800-1000℃）、不完全相变区（ 700-800℃）及回火区（ 500-700℃）。不同部位热影响区组织与性能取决于钢的化学成分和焊接时加热和冷却的速度。对于某些低合金高强钢，如果焊接冷却速度控制不当，焊接热影响区局部区域将产生淬硬或脆性组织，导致抗裂性或韧性降低。

低合金高强度钢焊接时，热影响区中被加热到1100℃以上的粗晶区及加热温度为700-800℃的不完全相变区是焊接接头的两个薄弱区。热轧钢焊接时，如果焊接热输入过大，粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏组织等而降低韧性；如果焊接热输入过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性。正火钢焊接时，粗晶区组织性能受焊接热输入的影响更为显著。Nb、V微合金化的14MnNb、Q420等

正火钢焊接时，如果热输入较大，粗晶区的Nb（C，N）、V（ C，N）析出相将因溶于奥氏体中，从而失去了抑制奥氏体晶粒长大及细化组织的作用，粗晶区将产生粗大的粒状贝氏体、上贝氏体组织而导致粗晶区韧性的显著降低。焊接热影响区的不完全相变区，在焊接加热时，该区域内只有部分富碳组元发生奥氏体转变，在随后的焊接冷却过程中，这部分富碳奥氏体将转变成高碳孪晶马氏体，而且这种高碳马氏体的转变终了温度（Mf）低于室温，相当一部分奥氏体残留在马氏体岛的周围，形成所谓的M-A组元。M-A组元的形成是该区域的组织脆化的主要原因。防止不完全相变区组织脆化的措施是控制焊接冷却速度，避免脆硬的马氏体产生。

焊接热影响区软化是控轧控冷钢焊接时遇到的主要问题，当采用埋弧焊、电渣焊及闪光对焊等高热输入焊接工艺方法时，控轧控冷钢焊接热影响区软化问题变得非常突出。焊接热影响区的软化使焊接接头强度明显低于母材，给焊接接头的疲劳性能带来损害。另外，焊接热输入还影响控轧控冷钢热影响区的组织和韧性，当采用较小的热输入焊接时，由于焊接冷却速度较快，焊接热影响区获得下贝氏体组织，具有较优良的韧性，而随着焊接热输入的增加，焊接冷却速度降低，焊接热影响区获得上贝氏体或侧板条铁素体组织，韧性显著降低。 b.热应变脆化

在自由氮含量较高的C-Mn系低合金钢中，焊接接头熔合区及最高加热温度低于AC3的亚临界热影响区，常常有热应变脆化现象。一般认为，这种脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成

打孔作用所造成的。热应变脆化容易在最高加热温度范围200-400℃的亚临界热影响区产生。如有缺口效应，则热应变脆化更为严重，熔合区常常存在缺口性质的缺陷，当缺陷周围受到连续的焊接热应变作用后，由于存在应变集中和不利组织，热应变脆化倾向就更大，所以热应变脆化也容易发生在熔合区。 c.冷裂纹敏感性

焊接氢致裂纹（通常称焊接冷裂纹或延迟裂纹）是低合金高强度钢焊接时最容易产生，而且是危害最为严重的工艺缺陷，它常常是焊接结构失效破坏的主要原因。低合金高强度钢焊接时产生的氢致裂纹主要发生在焊接热影响区，有时也出现在焊缝金属中。根据钢种的类型、焊接区氢含量及应力水平的不同，氢致裂纹可能在焊后200℃以下立即产生，或在焊后一段时间内产生。研究表明，当低合金高强度钢焊接热影响区中产生淬硬的M或M＋B＋F混合组织时，对氢致裂纹敏感；而产生B或B＋F组织时，对氢致裂纹不敏感。热影响区最高硬度可被用来粗略的评定焊接氢致裂纹敏感性。对一般低合金高强度钢，为防止氢致裂纹的产生，焊接热影响区硬度应控制在350HV以下。热影响区淬硬倾向可以采用碳当量公式加以评定。 d.热裂纹敏感性

与碳素钢相比，低合金高强钢的 w（C）、w（S）较低，且w（Mn）较高，其热裂纹倾向较小。但有时也会在焊缝中出现热裂纹，如厚壁压力容器焊接生产中，在多层多道埋弧焊焊缝的根部焊道或靠近坡口边缘的高稀释率焊道中易出现焊缝金属热裂纹；电渣焊时，如母材含

碳量偏高并含Nb时，电渣焊焊缝可能出现八字形分布的热裂纹。另外，焊接热裂纹也常常在低碳的控轧控冷管线钢根部焊缝中出现，这种热裂纹产生的原因与根部焊缝基材的稀释率大及焊接速度较快有关。采用 Mn:Si含量较高的焊接材料，减小焊接热输入，减少母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝成形系数（即焊缝宽与高度之比），有利于防止焊缝金属的热裂纹。 e.再热裂纹敏感性

低合金钢焊接接头中的再热裂纹亦称消除应力裂纹，出现在焊后消除应力热处理过程中。再热裂纹属于沿晶断裂，一般都出现在热影响区的粗晶区，有时也在焊缝金属中出现。其产生与杂质元素P、Sn、Sb、AS在初生奥氏体晶界的偏聚导致的晶界脆化有关，也与V、Nb等元素的化合物强化晶内有关。Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高强钢对再热裂纹的产生有一定的敏感性，这些钢在焊后热处理时应注意防止再热裂纹的产生。 f.层状撕裂倾向

大型厚板焊接结构焊接时，如在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。这种裂纹带出现于要求熔透的角接接头或丁字接头中。选用抗层状撕裂钢；改善接头型式以减缓钢板z向的应力应变；在满足产品使用要求的前提下。选用强度级别较低的焊接材料或采用低强焊材预堆边；采用预热及降氢等措施都有利于防止层状撕裂。 ③低合金高强钢的焊接工艺

a.焊接方法的选择

低合金高强度钢可采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、气电立焊、电渣焊等所有常用的熔焊及压焊方法焊接。具体选用何种焊接方法取决于所焊产品的结构、板厚、对性能的要求及生产条件等。其中焊条电弧焊、埋弧焊、实芯焊丝及药芯焊丝气体保护电弧焊是常用的焊接方法。对于氢致裂纹敏感性较强的低合金高强度钢的焊接，无论采用哪种焊接工艺，都应采取低氢的工艺措施。厚度大于100mm低合金高强度钢结构的环形和长直线焊缝，常常采用单丝或双丝窄间隙埋弧焊。当采用高热输入的焊接工艺方法，如电渣焊、气电立焊及多丝埋弧焊焊接低合金高强度钢时，在使用前应对焊缝金属和热影响区的韧性作认真的评定，以保证焊接接头的韧性能够满足使用要求。 b.焊接材料的选择

低合金高强度钢焊接材料的选择首先应保证焊缝金属的强度、塑性、韧性达到产品的技术要求，同时还应该考虑抗裂性及焊接生产效率等。由于低合金高强度钢氢致裂纹敏感性较强，因此，选择焊接材料时应优先采用低氢焊条和碱度适中的埋弧焊焊剂。焊条、焊剂使用前应按照制造厂或工艺规程规定进行烘干。焊条烘干后应存放在保温筒中随用随取。另外，为了保证焊接接头具有与母材相当的冲击韧度，正火钢与控轧控冷钢焊接材料优先选用高韧度焊材，配以正确的焊接工艺以保证焊缝金属和热影响区具有优良的冲击韧度。 c.焊接热输入的控制

焊接热输入的变化将改变焊接冷却速度，从而影响焊缝金属及热影响区的组织组成，并最终影响焊接接头的力学性能及抗裂性。屈服强度不超过500MPa的低合金高强度钢焊缝金属，如能获得细小均匀针状铁素体组织，其焊缝金属则具有优良的强韧性。而针状铁素体组织的形成需要控制焊接冷却速度。因此为了确保焊缝金属的韧性，不宜采用过大的焊接热输入。焊接操作上尽量不用横向摆动和挑弧焊接，推荐采用多层窄焊道焊接。

热输入对焊接热影响区的抗裂性及韧性也有显著的影响。低合金高强度钢热影响区组织的脆化或软化都与焊接冷却速度有关。与正火或正火加回火钢及控轧控冷钢相比，热轧钢可以适应较大的焊接热输入。含碳量较低的热轧钢（09Mn2、09MnNb等）以及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时，焊接热输入没有严格的。因为这些钢焊接热影响区的脆化及冷裂倾向较小。但是，当焊接含碳量偏上限的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹的产生，焊接热输入应偏大一些。含V、Nb、Ti微合金化元素的钢种，为降低热影响区粗晶区的脆化，确保焊接热影响区具有优良的低温韧性，应选择较小的焊接热输入。如 14MnNbq钢焊接热输入应控制在37kJ/cm以下，15MnVN钢的焊接热输入直在40-45kJ/cm以下。碳及合金元素含量较高、屈服强度为490MPa的正火钢，如18MnMoNb等。选择热输入时既要考虑钢种的淬硬倾向，同时也要兼顾热影响区粗晶区的过热倾向。一般为了确保热影响区的韧性，应选择较小的热输入，同时采用低氢焊接方法配合适当的预热或及时的焊后消氢处理来防止焊接冷裂纹的产生。控

冷控轧钢的碳含量和碳当量均较低，对氢致裂纹不敏感，为了防止焊接热影响区的软化，提高热影响区韧性，应采用较小的热输入焊接，使焊接冷却时间控制在10s以内为佳。 d.预热及焊道间温度

预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，同时预热还可以降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头的逸出。因此，预热是防止低合金高强度钢焊接氢致裂纹产生的有效措施。但预热常常恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，不合理的、过高的预热和焊道间温度还会损害焊接接头的性能。因此，焊前是否需要预热及合理的预热温度，都需要认真考虑或通过试验确定。

e.焊接后热及焊后热处理 (a)焊接后热及消氢处理：

焊接后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件或焊接区立即加热到150-250℃范围内，并保温一段时间；而消氢处理则是在300-400℃加热温度范围内保温一段时间。两种处理的目的都是加速焊接接头中氢的扩散逸出，消氢处理效果比低温后热更好。焊后及时后热及消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一，特别是对于氢致裂纹敏感性较强的14MnMoV、18MnMoNd等钢厚板焊接接头，采用这一工艺不仅可以降低预热温度、减轻焊工劳动强度，而且还可以采用较低的焊接热输入使焊接接头获得良好的综合力学性能。对于厚度超过100mm的厚壁压力容器及其他重要的产品构件，焊接过程中，

应至少进行2～3认中间消氢处理，以防止因厚板多道多层焊氢的积聚而导致的氢致裂纹。 (b)焊后热处理

热轧、控轧控冷及正火钢一般焊后不进行热处理。电渣焊的焊缝热影响区的晶粒粗大，焊后必须进行正火处理以细化晶粒。 (c)消除应力处理

厚壁高压容器、要求抗应力腐蚀的容器、以及要求尺寸稳定性的焊接结构，焊后需要进行消除应力处理。此外，对于冷裂纹倾向大的高强钢，也要求焊后及时进行消除应力处理。

消除应力热处理是最常用的松弛焊接残余应力的方法，该方法是将焊件均匀加热到AC1点以下某一温度，保温一段时间后，随炉冷到300～400℃，最后焊件在炉外空冷。合理的消除应力热处理工艺可以起到消除内应力并改善接头的组织与性能的目的。对于某些含V、Nb的低合金钢热影响区和焊缝金属，如焊后热处理的加热温度和保温时间选择不当，会因碳、氯化合物的析出产生消除应力脆化，降低接头韧性。因此应恰当地选择加热温度，避免焊件在敏感的温度区长时间加热。另外，消除应力热处理的加热温度不应超过母材原来的回火温度，以免损伤母材性能。 （2） 低合金低温用钢的焊接 ① 低合金低温用钢的种类及应用范围

低温用钢可分为不含Ni及含Ni的两大类，我国常用的低温压力容器用钢包括：16MnDR、 09Mn2VDR、15MnNiDR及09MnNiDR

等，常用低合金低温钢锻件钢号有：16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoVD及10Ni3MoVD等（JB4727-1994）。对低温用钢的主要性能要求是保证在使用温度下具有足够的韧性及抵抗脆性破坏的能力。低温用钢一般是通过合金元素的固溶强化、晶粒细化，并通过正火或正火加回火处理细化晶粒、均化组织，而获得良好的低温韧性。在低温用钢中常加入V、AL、Nb及Ni等合金元素，为保证低温韧性，在低温用钢中尽量降低含碳量，并严格S、P含量。

低温用钢主要用于低温下工作的容器、管道和结构，如液化石油气储罐、冷冻设备及石油化工低温设备等。 ②低合金低温用钢的焊接特点

不含Ni的低温用钢由于其含碳量低，其他合金含量也不高，淬硬和冷裂倾向小，因而具有良好的焊接性，一般可不采用预热，但应 避免在低温下施焊。含镍低温钢由于添加了Ni，增大了钢的淬硬性，但不显著，冷裂倾向不大。当板厚较大或拘束较大时，应采用适当预热。Ni可能增大热裂倾向，但是严格控制钢及焊接材料中的C、S及P的含量，以及采用合理的焊接工艺条件，增大焊缝成形系数，可以避免热裂纹。保证焊缝和粗晶区的低温韧性是低温用钢焊接时的技术关键。

③低合金低温用钢的焊接工艺 a.焊接方法及热输入的选择

常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊及熔化极气

体保护焊等。低合金低温用钢焊接时，为避免焊缝金属及近缝区形成粗大组织而使焊缝及热影响区的韧性恶化，焊接时，焊条尽量不摆动，采用窄焊道、多道多层焊，焊接电流不宜过大，它用快速多道焊以减轻焊道过热，并通过多层焊的重复加热作用细化晶粒。多道焊时，要控制层间温度，应采用小热输入施焊，焊条电弧焊热输入应控制在20KJ/cm以下，熔化极气体保护焊焊接热输入应控制在25KJ/cm左右。埋弧焊时，焊接热输入应控制在 28-45KJ/cm。如果需要预热，应严格控制预热温度及多层多道焊时的层间温度。 b.焊接材料的选择

焊接低温用钢的焊条，如焊接-40℃级16MnDR钢可采用E5015-G或E5016-G高韧性焊条。埋弧焊时，可用中性熔炼焊剂配合Mn-Mo焊丝或碱性熔炼焊剂配合含Ni焊丝；也可采用C-Mn钢焊丝配合碱性非熔炼焊剂，由焊剂向焊缝渗入微量Ti、B合金元素，以保证焊缝金属获得良好的低温韧性。焊接含Ni的低合金低温钢所用焊条的含Ni量应与基材相当或稍高。但要注意，在焊态下的焊缝，其w（Ni）＞ 2.5％时，焊缝组织中出现大量粗大的板条贝氏体或马氏体，韧性较低。只有焊后经调质处理。焊缝的韧性才能随其含Ni量的增加而提高。添加少量的 Ti可以细化 w（Ni）=2.5％的焊缝金属的组织，提高其韧性，添加少量的Mo可以克服其回火脆性。

（3） 耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接 ①耐候钢及耐海水腐蚀用钢的种类及应用

Cu、P是提高钢材耐大气腐蚀（耐候）及耐海水腐蚀的有效合金元素，它们能显著降低在这些环境下的腐蚀速度。我国的耐候及耐海水腐蚀用钢以Cu、P合金化为主．并配以Cr、Mn、Ti、Ni、Nb等合金元素，Cr能提高钢的抗腐蚀稳定性，Ni与Cu、P、Cr同时加入，能加强抗腐蚀效果。为了降低含磷钢的冷脆敏感性和改善焊接性，要钢中的碳含量（w（C）≤0.16％）。我国常用的耐候及耐海水腐蚀钢有国产的16CuCr、 12MnCuCr、 15MnCuCr、 09Mn2Cu、16MnCu、09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B及09CuP钢等。

耐候及耐海水腐蚀钢广泛地用于车辆、船舶、箱、罐、塔、桥及门窗等结构和产品的制造。 ②耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接特点

耐候钢及耐海水腐蚀用钢的主要合金化元素是Cu和P，Cu和P对钢的淬硬性影响不大，焊后即使在很快的冷却条件下，其焊接热影响区的最高硬度也不超过350HV。由于钢中含有Cu、 p等合金元素，其MS点较高，淬硬倾向很小，其焊接性良好，冷裂倾向很小。钢中的w（C）=（0.2-0.4）％左右，焊接时不会产生热裂纹。含磷钢中w（C）、w（P）都控制在0.25％以下，因而钢的冷脆倾向不大。 ③耐候钢及耐海水腐蚀用钢焊接材料的选择

大部分耐候及耐海水腐蚀用钢的焊接性与屈服强度为235-345MPa的热轧钢相当。所以其焊接工艺可参考这一强度级别热轧钢的焊接工艺。用于焊接耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接材料应具有与基材相同的抗腐蚀性，因此，应选用耐候钢及耐海水腐蚀用钢的

专用焊接材料。埋弧焊时，采用H08MnA或H10Mn2焊丝配合HJ431焊剂或SJ101焊剂。 （4） 低合金耐热钢的焊接 ①低合金耐热钢的种类

目前，在动力工程，石油化工和其他工业部门应用的低合金耐热钢已有20余种。其中最常用的是Cr-Mo、Mn-Mo型耐热钢和Cr-Mo基多元合金耐热钢。 ②低合金耐热钢的焊接特点

低合金耐热钢的焊接具有以下特点。首先这些钢按其合金含量具有不同程度的淬硬倾向。在焊接热循环决定的冷却速度下，焊缝金属和热影响区内可能形成对冷裂敏感的显微组织；其次，耐热钢中大多数含有Cr、Mo、V、Nb和Ti等强碳化物形成元素，从而使接头的过热区具有不同程度的再热裂纹（亦称消除应力裂纹）敏感性；最后，某些耐热钢焊接接头，当有害的残余元素总含量超过容许极限时会出现回火脆性或长时脆变。 a.淬硬性

钢的淬硬性取决于它的碳含量、合金成分及其含量。低合金耐热钢中的主要合金元素铬和钼等都能显著地提高钢的淬硬性。其作用机理是延迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。对于成分一定的合金钢，最高淬硬度则取决于从奥氏体相的冷却速度。 b.再热裂纹倾向

低合金耐热钢焊接接头的再热裂纹（亦称消除应力裂纹）主要取

决于钢中碳化物形成元素的特性及其含量以及焊接热规范。为防止再热裂纹的形成，可采取下列冶金和工艺措施。

(a)严格控制母材和焊材中加剧再热裂纹的合金成分，应在保证钢材热强性的前提下，将V、Ti、Nb等合金元素的含量控制在最低的容许范围内；

(b)选用高温塑性优于母材的焊接填充材料； (c)适当提高预热温度和层间温度；

(d)采用低热输入焊接方法和工艺，以缩小焊接接头过热区的宽度，晶粒长大；

(e)选择合理的热处理规范，尽量缩短在敏感温度区间的保温时间； (f)合理设计接头的形式，降低接头的拘束度； c.回火脆性（长时脆变）

铬钼钢及其焊接接头在370～565℃温度区间长期运行过程中发生渐进的脆变现象称为回火脆性或长时脆变。这种脆变归因于钢中的微量元素，如P，As，Sb、和Sn沿晶界的扩散偏析。 ③低合金耐热钢的焊接工艺 a.焊接方法的选择

耐热钢常用的焊接方法有：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊、电阻焊和感应加热压力焊等。

其中：埋弧焊由于熔敷效率高，焊缝质量好，在压力容器、管道、重型机械、钢结构、大型铸件以及汽轮机转子的焊接中都得到了广泛应用。

焊条电弧焊由于具有机动，灵活，能够全位置焊接的特点，在低合金耐热钢结构的焊接中应用广泛。为确保焊缝金属的韧性，降低裂纹倾向，低合金耐热钢的焊条电弧焊大都采用低氢型碱性焊条，但对于合金含量较低的耐热钢薄板，为改善工艺适应性，亦可采用高纤维素或高氧化钛酸性焊条。对低合金耐热钢而言，焊条电弧焊的缺点是建立低氢的焊接条件较困难，焊接工艺较复杂，且效率低，焊条利用率不高等。

钨极氩弧焊具有低氢，工艺适应性强，易于实现单面焊双面成形的特点，多半用于低合金耐热钢管道的封底层焊道或小直径薄壁管的焊接。这种方法的另一个优点是可采用抗回火脆性能力较强的低硅焊丝，提高焊缝金属的纯度。钨极氩弧焊的缺点是效率低。

熔化极气体保护焊是一种高效，优质，低成本焊接方法。药芯焊丝气体保护焊具有熔敷效率高，操作性能优良，飞溅小，焊缝成形美观等特点。另外，药芯焊丝比药皮焊条具有较好的抗潮性，可得到低氢的焊缝金属，这对于低合金耐热钢厚壁焊件尤为重要。

电渣焊是一种焊接效率相当高的焊接方法。最大焊接厚度可达1000mm左右，已在低合金耐热钢厚壁容器的生产中得到稳定的应用。这种方法的另一优点是电渣过程中产生的大量热能对焊接熔池上面的母村起到了良好的预热作用。另外，电渣焊过程的热循环曲线比较平缓，焊接区的冷却速度相当缓慢，对焊缝金属中的扩散氢的逸出十分有利。电渣焊的缺点是焊缝金属和高温热影响区的初次晶粒十分粗大。对于一些重要的焊接结构，焊后必须作正火处理或双相热处理，

以细化晶粒，提高接头的缺口冲击韧性。 b.焊接材料的选用

低合金耐热钢焊接材料的选用原则是焊缝金属的合金成分与强度性能应基本符合母材标准规定的下限值或应达到产品技术条件规定的最低性能指标。如焊件焊后需经退火、正火或热成形，则应选择合金成分和强度级别较高的焊接材料。为提高焊缝金属的抗裂性，通常将焊接材料中的碳含量控制在低于母材的碳含量。对于一些特殊用途的焊丝和焊条，其焊缝金属的w（C）应控制在0.05％以下。 c.预热和焊后热处理

预热是防止低合金耐热钢焊接接头冷裂纹和再热裂纹的有效措施之一。预热温度主要依据钢的碳当量、接头的拘束度和焊缝金属的氢含量来决定。大型焊件的局部预热应注意保证预热区的宽度大于所焊壁厚的4倍，至少不小于150mm，且预热区内外表面均应达到规定的预热温度。

低合金耐热钢焊件可按钢和对接接头性能的要求，作下列焊后处理：(a)不作焊后热处理；(b)580-760℃温度范围内回火或消除应力热处理；(c)正火处理。

3、不锈钢的焊接

不锈钢按照组织类型分为：铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢五类。 （1） 铁素体不锈钢的焊接

①铁素体不锈钢的种类

目前铁素体不锈钢可分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类，其中普通铁素体不锈钢有Cr12-14型，如00Cr12、0Cr13AL；Cr16-18型，如 1Cr17Mo、00Cr17Mo、00Cr18Mo；Cr25-30型，如 00Cr27Mo、00Cr30Mo。对于普通铁素体不锈钢，由于其碳、氮含量较高，因此其成型加工和焊接都比较困难，耐蚀性也难以保证，成为普通铁素体不锈钢发展与应用的主要障碍。由于影响高铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性的元素不仅是碳，氮也起着至关重要的作用，因此，在超纯铁素体不锈钢中严格控制了铁素体钢中的C＋N含量，一般控制在0.35％-0.045％、0.030％、0.010％-0.015％三个水平，在控制C＋N含量的同时，还添加必要的合金化元素进一步提高耐腐蚀性能及其他综合性能。 ②铁素体不锈钢的焊接特点 a. 焊接接头的塑性与韧性

对于普通铁素体不锈钢，一般尽可能在低的温度下进行热加工，再经短时的780～850℃退火热处理，得到晶粒细化、碳化物均匀分布的组织，并具有良好的力学性能与耐蚀性能。但在焊接高温的作用下，在加热温度达到1000℃以上的热影响区，特别是近缝区的晶粒会急剧长大，进而引起近缝区的塑韧性大幅度降低，引起热影响区的脆化；在焊接拘束度较大时，还容易产生焊接裂纹。热影响区的脆化与铁索体不锈钢中C＋N含量密切相关，在较低温度815℃水淬状态下，铁素体不锈钢都具有较低的脆性转变温度，随着C、N含量的提

高，脆性转变温度有所提高，经高温1150℃加热处理后，脆性转变温度明显提高，而且随着C、N含量的提高脆性转变温度也明显提高。超纯铁索体不锈钢与普通铁素体不锈钢相比，随着含量C、N的降低，其塑性与韧性大幅度提高，焊接热影响区的塑韧性也得到明显改善。 b. 焊接接头的晶间腐蚀

对于普通高铬铁素体不锈钢，高温加热对于不含稳定化元素的普通铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性的影响仍与通常的铬镍奥氏体不锈钢不同，将通常的铬镍奥氏体不锈钢在500～800℃敏化温度区加热保温，将会出现晶间腐蚀现象，在950℃以上加热固溶处理后，由于富铬碳化物的固溶，晶间敏化消除。与此相反，把普通高铬铁素体不锈钢加热到950℃以上温度冷却，则产生晶间敏化，而在700-850℃短时保温退火处理，敏化消失。因此通常检验铁素体不锈钢晶间腐蚀敏感性的温度不象奥氏体不锈钢在650℃保温l-2h，而是加热到950℃以上，然后空冷或水冷。加热温度越高，敏化程度愈大。应此可见，普通铁素体不锈钢焊接热影响区的近缝区将由于受到焊接热循环的高温作用而产生晶间敏化，在强氧化性酸中将产生晶间腐蚀，为了防止晶间腐蚀，焊后进行700-850℃的退火处理，使铬重新均匀化，近而恢复焊接接头的耐蚀性。对于超纯铁索体不锈钢， 1100℃水淬处理后，与普通铁素体不锈钢相比，腐蚀率很低，晶界上无富铬的碳化物与氮化物折出，不产生晶间腐蚀。1100℃空冷时，晶界上有碳、氮化物析出，晶间腐蚀严重。在900℃短时保温，析出物集聚长大并变得不连续，但没有晶间腐蚀发生。在600℃短时保温，晶界上有析出

物，有晶间腐蚀的倾向。在600℃长时间保温，晶界上有析出物，但没有晶间腐蚀，由此说明，晶界上碳、氮化物的析出与晶间腐蚀的发生并不存在严格的对应关系。根据晶间腐蚀的贫铬理论，晶间腐蚀能否产生，关键是晶界是否贫铬。在高铬铁索体不锈钢中，碳、氮的溶解度都很低，随着温度的升高，溶解度也增大。当加热温度达到950℃以上时，碳、氮化物开始溶解，而且温度越高溶解的越多，1100-1200℃正是碳、氮化物大量溶解的温度，在冷却过程中，在900～500℃的温度范围内。过饱和的碳和氨将以化合物的形式重新析出，碳、氮化物的析出是否会引起晶界贫铬与碳、氮的过饱和度、冷却速度及其他稳定化元素，如Mo、Ti、Nb等元素有关。降低铁素体不锈钢中的碳、氮含量是消除晶间腐蚀的根本措施。目前已研制出W（C＋N）≤0.010%的超高纯铁素体不锈钢，由于C＋N含量很低，在较高温度时也没有足够能引起晶界贫铬的富铬碳、氮化物析出，因此该类合金在水淬、空冷或在敏化温度区保温都难以引起晶间敏化。 c. 铁素体不锈钢的焊接工艺与焊接材料的选择 (a)普通铁素体不锈钢的焊接工艺与焊接材料选择

对于普通铁素体不锈钢，可采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、等离子等熔焊工艺方法进行焊接。该类钢在焊接热循环的作用下，热影响区的晶粒长大严重，碳、氮化物在晶界聚集，焊接接头的塑韧性很低，在拘束度较大时，容易产生焊接裂纹，接头的耐蚀性也严重恶化。为了防止焊接裂纹，改善接头的塑韧性和耐蚀性，在采用同材质熔焊工艺时，可采取下列工艺措施。采取预热措施，在100-150℃

左右预热，使母材在富有塑韧性的状态焊接，含铬量越高，预热温度也应有所提高。采用较小的热输入，焊接过程中不摆动，不连续施焊。多层多道焊时，控制层间温度在150℃以上，但也不可过高，以减少高温脆化和475℃脆化。焊后进行750～800℃的退火热处理，由于在退火过程中铬重新均匀化，碳、氮化物球化，晶间敏化消除，焊接接头的塑韧性也有一定的改善。退火后应快速冷却，以防止σ相产生和475℃脆化。

当采用奥氏体型焊接材料焊接时，焊前预热及焊后热处理可以免除，有利于提高焊接接头的塑韧性，但对于不含稳定化元素的铁素体不锈钢来讲，热影响区的敏化难以消除。对于Cr25-30型的铁素体不锈钢，目前常用的奥氏体不锈钢焊接材料有 Cr25-Ni13型、Cr25Ni20型超低碳焊条及气体保护焊丝。对于Cr16-18型铁素体不锈钢，常用的奥氏作不锈钢焊接材料有Cr19-Ni10型、Cr18-Ni12MO型超低碳焊条及气体保护焊丝。另外，采用铬含量基本与母材相当的奥氏体十铁素体双相钢焊接材料也可以焊接铁素体不锈钢，如采用Cr25-Ni5-Mo3型和 Cr25-Ni9-Mo4型超低碳双相钢焊接材料焊接Cr25-30型铁素体不锈钢时，焊接接头不仅具有较高的强度及塑韧性，焊缝金属还具有较高的耐腐蚀性能。

(b)超纯高铬铁素体不锈钢的焊接工艺与焊接材料选择

对于碳、氮、氧等间隙元素含量极低的超纯高铬铁素体不锈钢，高温引起的脆化并不显著，焊接接头具有很好的塑韧性，焊前不需预热和焊后热处理。在同种钢焊接时，目前仍没有标准化的超高纯高铬

铁素体不锈钢的焊接材料，一般采用与母村同成分的焊丝做为填充材料，由于超纯高铬铁素体不锈钢中的间隙元素含量已经极低，因此关键是在焊接过程中防止焊接接头区的污染，这是保证焊接接头的塑韧性和耐蚀性的关键。在焊接工艺方面应采取以下措施：增加熔池保护，如采用双层气体保护，增大喷嘴直径，适当增加氩气流量，填充焊丝时，要防止焊丝高温端离开保护区；附加拖罩，增加尾气保护，这对于多道多层焊尤为重要；焊缝背面通氩气保护，最好采用通氩的水冷铜垫板，以减少过热增加冷却速度；尽量减少焊接热输入，多层多道焊时，控制层间温度低于100℃。 （2） 马氏体不锈钢的焊接 ①马氏体不锈钢的类型

目前普遍采用的马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢。对于Cr13型马氏体不锈钢，主要作为具有一般抗腐蚀性能的不锈钢使用，随着碳含量的不断增加，其强度与硬度提高，塑性与韧性降低，作为焊接用钢，w（C）含量一般不超过0.15%。以Cr12为基的马氏体不锈钢，因加入Ni、Mo、W、V等合金元素，除具有一定的耐腐蚀性能之外，还具有较高的高温强度及抗高温氧化性能，因此在电站设备中的高温高压管道及航空发动机中广泛应用。另外，因其较好的耐磨性能，也用于液压缸体、柱塞及轴类部件以及刀具类工具。低碳、超低碳马氏体不锈钢是在Cr13基础上，在大幅度降低碳含量的同时，将w（Ni）控制在4％-6％的范围，还加入少量的Mo、Ti等合金元素的一类高强马氏体

钢，除具一定的耐腐蚀性能外，还具有良好的抗汽蚀、磨损性能，因此在水轮机及大型水泵中有广泛地应用。近年来，国外还研制开发了一类新型的超级马氏体不锈钢，它的成分特点是超低碳及低氮、w(Ni)控制在4%-7％的范围，还加入少量的Mo、Ti、Si、Cu等合金元素。这类钢高强、高韧性，具有良好的抗腐蚀性能，在油气输送管道中获得较广泛地应用。 ②马氏体不锈钢的焊接特点

对于Cr13型马氏体不锈钢来讲，由于焊接是一个快速加热与快速冷却的不平衡冶金过程，因此，此类焊缝及焊接热影响区焊后的组织通常为硬而脆的高碳马氏体，含碳量越高，这种硬脆倾向就越大。当焊接接头的拘束度较大或氢含量较高时，很容易导致冷裂纹的产生。与此同时，由于此类钢的化学成分使其组织位于M与M＋F相组织的交界处，在冷却速度较小时，近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿晶析出碳化物，使接头的塑韧性显著降低。因此，在采用同材质焊接材料焊接此类马氏体钢，为了细化焊缝金属的晶粒，提高焊缝金属的塑韧性，焊接材料中通常加入少量的Nb、Ti、AL等合金化元素，同时应采取一定工艺。

对于低碳以及超级马氏体不锈钢，由于其w（C）已降低到0.05%、0.03%、0.02％的水平，因此从高温奥氏体状态冷却到室温时，虽然也全部转变为低碳马氏体，但没有明显的淬硬倾向。不同的冷却速度对热影响区的硬度没有显著的影响，具有良好的焊接性，该类钢经淬火和一次回火或二次回火热处理后，由于韧化相逆变奥氏体均匀弥散

分布于回火马氏体基体，因此，具有较高的强度和良好的塑韧性，表现出强韧性的良好匹配。与此同时，其抗腐蚀能力明显优于Cr13型马氏体钢。

③马氏体不锈钢的焊接方法和焊接材料的选择 a.常用的焊接方法

焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊，等离子焊、埋弧焊、电渣焊、电阻焊、闪光焊、甚至电子束与激光焊接都可用于马氏体不锈钢的焊接。

焊条电弧焊是最常用的焊接方法，焊条需经过的300～350℃高温烘干，以减少扩散氢的含量，降低焊接冷裂纹的敏感性。钨极氩弧焊主要用于薄壁构件（如薄壁管道）及其他重要部件的打底焊。它的特点是焊接质量高，焊缝成形美观。对于重要部件的焊接接头．为了防止焊缝背面的氧化，打底焊时通常采取氩气背面保护的措施。Ar＋CO2或Ar＋O2的富氩混合气体保护焊也应用于马氏体钢的焊接，具有焊接效率高，焊缝质量较高的特点，焊缝金属也具有较高的执红致裂纹性能。 b.焊接材料选择

对于Cr13型的马氏作不锈钢，总体来看，其焊接性较差，因此，除采用与母材化学成分、力学性能相当的同材质焊接材料外，对于含碳量较高的马氏体钢，或在焊前预热、焊后热处理难以实施以及接头拘束度较大的情况下，也常采用奥氏体型的焊接材料，以提高焊接接头的塑韧性、防止焊接裂纹的发生。但值得注意的是，当焊缝金属为

奥氏体组织或以奥氏体为主的组织时，焊接接头在强度方面通常为低强匹配，而且由于焊缝金属在化学成分、金相组织与热物理性能及其他力学性能方面与母材有很大的差异，焊接残余应力不可避免，对焊接接头的使用性能产生不利的影响，如焊接残余应力可能引起应力腐蚀破坏或高温蠕变破坏。因此，在采用奥氏体型焊接材料时，应根据对焊接接头性能的要求，做较严格的焊接材料选择与焊接接头性能评定。有时还采用镍基焊接材料，使焊缝金属的热膨胀系数与母材相接近，尽量降低焊接残余应力及在高温状态使用时的热应力。

对于低碳以及超级马氏体不锈钢，由于其良好的焊接性，一般采用同材质焊接材料，通常不需要预热或仅需低温预热，但需进行焊后热处理，以保证焊接接头的塑韧性。在接头拘束度较大，焊前预热和后热难以实施的情况下，也采用其他类型的焊接材料，如奥氏体型的00Cr23Ni12、00Cr18Ni12Mo焊接材料，国内研制的0Cr17Ni6MnMo焊接材料常用于大厚度0Cr13Ni4-6Mo马氏体不锈钢的焊接，其特点是焊接预热温度低，焊缝金属的韧性高、抗裂纹性能好。 （3） 奥氏体不锈钢的焊接 ①奥氏体不锈钢的类型

奥氏体不锈钢是实际应用最广泛的不锈钢，以高Cr-Ni型不锈钢最为普遍。目前奥氏体不锈钢大致可分为Cr18-Ni8型，如0Cr18Ni9、 00Cr19Ni10、 0Cr18Nil0NbN、0Crl7Ni12Mo2等； Cr25-Ni20型，如 0Cr25Ni20、ZG4Cr25Ni20等； Cr25-Ni35型，如4Cr25Ni35（国外铸造不锈钢）。另外还有目前广泛开发应用的超级奥氏体不锈钢，

这类钢的化学成分介于普通奥氏体不锈钢与镍基合金之间，含有较高的Mo、V、Cu等合金化元素，以提高奥氏体组织的稳定性、耐腐蚀性，特别是提高抗CL-应力腐蚀破坏的性能。 ②奥氏体不锈钢的焊接特点 a. 焊接接头的热裂纹

奥氏体不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。热裂纹通常可分为凝固裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹三大类，由于裂纹均在焊接过程的高温区发生，所以又称高温裂纹。凝固裂纹主要发生在焊缝区，最常见的弧坑裂纹就是凝固裂纹。液化裂纹多出现在靠近熔合线的近缝区。在多层多道焊缝中，层道间也有可能出现液化裂纹。对于高温失塑裂纹，通常发生在焊缝金属凝固结晶完了的高温区。

产生热裂纹的基本原因：奥氏体不锈钢的物理特性是热导率小、线膨胀系数大，因此在焊接局部加热和冷却条件下，焊接接头部位的高温停留时间较长，焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变，这是产生热裂纹的基本条件之一。对于奥氏体不锈钢焊缝，通常联生结晶形成方向性很强的粗大柱状晶组织，在凝固结晶过程中，一些杂质元素及合金元素，如S、P、Sn、Sb、Si、B、Nb易于在晶间形成低熔点的液态膜，因此造成焊接凝固裂纹。对于奥氏体不锈钢母材，当上述杂质元素的含量较高时，将易产生近缝区的液化裂纹。

b. 焊接接头的耐蚀性

(a)晶间腐蚀

根据不锈钢及其焊缝金属化学成分、所采用的焊接工艺方法，焊接接头可能在三个部位出现晶间腐蚀，包括焊缝的晶间腐蚀、紧靠熔合线的过热区“刀蚀”及热影响区敏化温度区的晶间腐蚀。对于焊缝金属，根据贫铬理论，在晶界上析出碳化铬，造成贫铬的晶界是晶间腐蚀的主要原因。因此，防止焊缝金属发生晶间腐蚀措施有：选择合适的超低碳焊接材料，保证焊缝金属为超低碳的不锈钢；选用含有稳定化元素Nb或Ti的低碳焊接材料，一般要求焊缝金属中Nb或Ti含量（质量分数）为1.0≤Nb≤8-10C％;选择合适的焊接材料使焊缝金属中含有一定数量的δ铁素体（一般控制在4％-12％），δ铁素体分散在奥氏体晶间，对控制晶间腐蚀有一定的作用。

过热区的“刀蚀”仅发生在由Nb或Ti稳定化的奥氏体不锈钢热影响区的过热区，其原因是当过热区的加热温度超过1200℃时，大量的NbC或TiC因溶于奥氏体晶内，峰值温度越高，固溶量越大，冷却时将有部分活泼的碳原子向奥氏体晶界扩散并聚集，Nb或Ti原子因来不及扩散，使碳原子在奥氏体晶界处于过饱和状态，再经过敏化温度区的加热后，在奥氏体晶界将析出碳化铬，造成贫铬的晶界，形成晶间腐蚀，而且越靠近熔合线，腐蚀越严重，形成家刀痕一样的腐蚀沟，俗称“刀蚀”。要防止“刀蚀”的发生，采用超低碳不锈钢及其配套的超低碳不锈钢焊接材料是最为根本的措施。

热影响区敏化温度区的晶间腐蚀发生在热影响区中加热峰值温度在600～1000℃范围的区域，产生晶间腐蚀的原因仍是奥氏体晶界

析出碳化铬造成晶界贫铬所致。因此，防止焊缝金属晶间腐蚀的措施对防止敏化区温度区的晶间腐蚀均有参考价值，选用稳定化的低碳奥氏体不锈钢或超低碳奥氏体不锈钢将可防止晶间腐蚀，在焊接工艺上，采用较小的焊接热输入，加快冷却速度，将有利于防止晶间腐蚀的发生。 (b)应力腐蚀开裂

奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，通常表现为无塑性变形的脆性破坏，危害严重，它也是最为复杂和难以解决的问题之一。影响奥氏体应力腐蚀开裂的因素有焊接残余拉应力，焊接接头的组织变化，焊前的各种热加工、冷加工引起的残余应力，酸洗处理不当或在母材上随意打弧，焊接接头设计不合理造成应力集中或腐蚀介质的局部浓度提高等等。应力腐蚀裂纹的金相特征是裂纹从表面开始向内部扩展，点蚀往往是裂纹的根源，裂纹通常表现为穿晶扩展，裂纹的尖端常出现分枝，裂纹整体为树枝状。裂纹的断口没有明显的塑性变形，微观上具有准解理、山形、扇形、河川及伴有腐蚀产物的泥状龟裂的特征，还可看到二次裂纹或表面蚀坑。要防止应力腐蚀的发生，需要采取的措施有：合理设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头的应力集中；尽量降低焊接残余应力，在工艺方法上合理布置焊道顺序，如采用分段退步焊,采取一些消除应力措施，如焊后完全退火，在难以实施热处理时，采用焊后锤击或喷丸等；合理选择母材与焊接材料，如在高浓度氯化物介质中，超级奥氏体不锈钢就显示出明显的耐应力腐

蚀能力。在选择焊接材料时，为了保证焊缝金属的耐应力腐蚀性能，通常采用超合金化的焊接材料，即焊缝金属中的耐蚀合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材；采用合理工艺方法保证焊接接头部位光滑洁净。焊接飞溅物，电弧擦伤等往往是腐蚀开始的部位，也是导致应力腐蚀发生的根源，因此，焊接接头的外在质量也是至关重要。 (c)焊接接头的脆化

焊缝金属的低温脆化对于奥氏体不锈钢焊接接头来说是最为关键的性能，在低温使用时，为了满足低温韧性的要求，焊缝组织通常希望获得单一的奥氏体组织，避免δ铁素体的存在。

焊接接头的б相脆化。б相是一种脆硬的金属间化合物，主要析集于柱状晶的晶界。在奥氏体焊缝中，γ与δ相均可发生б相转变，如Cr25-Ni20型焊缝在800～900℃加热时，将发生强烈的γ-б相的转变；在奥氏体十铁素体双相组织的焊缝中，当б铁素体含量较高时，如超过12％时，δ-б相的转变将非常显著，造成焊缝金属的明显脆化。б相析出的脆化还与奥氏体不锈钢中合金化程度相关，对于Cr、Mo等合金元素含量较高的超级奥氏体不锈钢，易析出б相。Cr、Mo具有明显的б化作用，提高奥氏体化合金元素Ni含量，防止N在焊接过程中的降低可有效地抑制它们的б化作用，是防止焊接接头脆化的有效治金措施。

③奥氏体不锈钢的焊接方法的选择

焊条电弧焊具有适应各种焊接位置与不同板厚的优点，但焊接效率较低。埋弧焊焊接效率高，适合于中厚板的平焊，由于埋弧焊热输

入大，熔深大，应注意防止焊缝中心区热裂纹的产生和热影响区耐蚀性的降低。特别是焊丝与焊剂的组合对焊接性与焊接接头的综合性能有直接的影响。钨极氩弧焊具有热输入小，焊接质量优的特点，特别适合于薄板与薄壁管件的焊接。熔化极富氩气体保护焊是高效优质的焊接方法，对于中厚板采用射流过渡焊接，对于簿板采用短路过渡焊接，对于10-12mm以下的奥氏体不锈钢，等离子焊接是一种高效、经济的焊接方法，采用微弧等离子焊接时，焊接件的厚度可小于0.5mm。

（4） 铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接 ①铁素体-奥氏体双相不锈钢的特点及应用

所谓铁素体一奥氏体双相不锈钢是指铁素体与奥氏作各约占50％的不锈钢。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀性能方面，特别是在介质环境比较恶劣（如 CL-含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于通常的Cr-Ni及Cr-Ni-Mo奥氏体型不锈钢（如 0Cr18Ni9。00Cr18Ni9、304、304L、0Cr18Ni12Mo2、00Cr18Ni12Mo、316、316L等），可与高合金奥氏体不锈钢相媲美。与此同时，双相不锈钢具有良好的焊接性，与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比。它既不象铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅度降低，也不象奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。因此，铁素体一奥氏体双相不锈钢在石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造

纸机械等工业领域获得越来越广泛地应用。 ②铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接特点

焊接过程是一个快速加热与快速冷却的热循环过程。在加热过程中，当热影响区的温度超过双相钢的固溶处理温度，在1150-1400℃的高温状态下，晶粒将会发生长大，而且发生γ-δ相变，γ相明显减少，δ相增多。一些钢的高温近缝区会出现晶粒较粗大的δ铁素体组织。如果焊后的冷却速度较快，将抑制δ-γ的二次相变，使热影响区的相比例失调，当δ铁素体大于70％时，一次转变的γ奥氏体也变为针状和羽毛状，具有魏氏组织特征，导致力学性能及耐腐蚀性能的恶化。当焊后冷却速度较慢时，则δ-γ的二次相变比较充分，室温下为相比例较为合适的双相组织。因此，为了防止热影响区的快速冷却，使δ-γ二次相变较为充分，保证较合理的相比例，足够的焊接热输入是必要的。随着母材厚度的增加，焊接热输入应适当提高。

对于双相钢焊缝金属，仍以单相δ铁素体凝固结晶，并随温度的降低发生δ-γ组织转变。但由于其熔化-凝固-冷却相变是一个速度较快的不平衡过程，因此，焊缝金属冷却过程中的δ-γ组织转变必然是不平衡的。当焊缝金属的化学成分与母材成分的相同，或者母材自熔时，焊缝金属中的δ相将偏高，而γ相偏低。为了保证焊缝金属中有足够的γ相，应提高焊缝金属化学成分的Ni当量，通常的方法是提高奥氏体化元素（Ni、N）的含量，因此就出现了焊缝金属超合金化的特点。

另外，为了防止双相钢焊接过程中碳化物的析出，双相钢及焊缝

金属的含碳量通常控制在超低碳（W（C）＜0.03％＝的水平。研究表明，当双相钢的相比例失调时，如热影响区出现较多的铁素体，由于 N在铁素体中的溶解度很低（ ＜0.05％＝，过饱和的N则很容易与Cr及其他金属元素形成Cr2N、CrN及б相，进而使这些局部区域的抗腐蚀性能与塑韧性大幅度降低。由于N在奥氏体中的溶解度很高（ 0.2％-0.5％），当奥氏体相适当时，可以溶解较多N，进而减少了各种氮化物的形成与析出。由此可见，保持相比例的平衡对防止热影响区的腐蚀与脆化是非常重要的。

③铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接工艺方法和焊接材料的选择 a. 焊接工艺方法的选择

焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊（实心焊丝或药芯焊丝）、埋弧焊都可用于铁素体-奥氏体双相钢的焊接。

焊条电弧焊是最常用的焊接工艺方法，其特点是灵活方便，并可实现全位置焊接。钨极氩弧焊的特点是焊接质量优良，自动焊的效率也较高，因此广泛用于管道的打底焊缝及薄壁管道的焊接。钨极氩弧焊的保护气体通常采用纯Ar，当进行管道打底焊接时，应采用纯Ar＋2％N2或纯Ar＋5％N2的保护气体，同时还应采用纯Ar或高纯N进行焊缝背面保护，以防止根部焊道的铁素体化。熔化极气体保护焊的特点是较高的熔敷效率，既可采用较灵活的半自动焊，也可实现自动焊。当采用药芯焊丝时，还易于进行全位置焊接。对于熔化极气体保护焊的保护气体，当采用实心焊丝时，可采用Ar＋1％O2、Ar＋30％He＋l％O2、Ar＋2％CO2、Ar＋15％He＋2％CO2；当采用药芯焊丝

时，可采用Ar＋1％O2、Ar＋2％CO2、Ar＋20％CO2、甚至采用100％CO2。埋弧焊是高效率的焊接工艺方法，适合于中厚板的焊接，采用的焊剂通常为碱性焊剂。 b. 焊接材料选择

对于焊条电弧焊，根据耐腐蚀性、接头韧性的要求及焊接位置，可选用酸性或碱性焊条。采用酸性焊条时，脱渣优良，焊缝光滑，接头成形美观，但焊缝金属的冲击韧度较低，与此同时，为了防止焊接气孔及焊接氢致裂纹需严格控制焊条中的氢含量。当要求焊缝金属具有较高的冲击韧度，并需进行全位置焊接时应采用碱性焊条。另外，在根部打底焊时，通常采用碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐蚀性能具有特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。对于实心气保焊焊丝，在保证焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力学性能的同时，还应注意其焊接工艺性能。对于药芯焊丝，当要求焊缝光滑，接头成形美观时，可采用金红石型或钛钙型药芯焊丝；当要求较高的冲击韧度或在较大的拘束条件下焊接时，宜采用碱度较高的药芯焊丝。对于埋弧焊丝，宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化。与此同时，应采用配套的碱性焊剂，以防止焊接氢致裂纹。 ④各类双相钢的焊接要点 a. Cr18型双相钢的焊接要点

Cr18型双相钢是超低碳的双相不锈钢，具有良好的焊接性，其焊接冷裂纹及焊接热裂纹敏感性都比较小，焊接接头的脆化倾向也较

铁素体不锈钢低，因此焊前不需要预热，焊后不经热处理。当母材的相比例约在50％时，只要合理选择焊接材料，控制焊接热输入（通常不大于15KJ/cm）和层间温度（通常不高于150℃）就能防止焊接热影响区出现晶粒粒大的单相铁素体组织及焊缝金属的脆化，保证焊接接头力学性能、耐晶间腐蚀及抗应力腐蚀性能。对于Cr18型双相钢，尽管经长期加热时有б相、碳氮化合物及475℃脆化倾向，但由于Cr含量较低，这种脆化倾向较其他高合金双相钢的脆化倾向小。 b. Cr23无Mo型双相钢的焊接要点

Cr23无Mo型双相钢具有良好的焊接性，其焊接冷裂纹及热裂纹敏感性很小，焊接接头的脆化倾向也小，因此焊前不需要预热，焊后不经热处理。为获得合理相比例及防止各种脆化相的析出，焊接热输入应控制在10-25kJ／cm范围，层间温度低于150℃。优先采用的焊接材料与Cr18型双相钢的相同，另外可选用Cr含量较高，但不含Mo的奥氏体型（如 309L型）不锈钢焊接材料，其不足之处是焊缝的屈服强度偏低。

c. Cr22型双相钢的焊接要点

与Cr18型双相钢相比，Cr22型双相钢的Cr含量较高，Si含量较低，而且N含量明显提高，因此它的耐均匀腐蚀性能、抗点蚀能力及抗应力腐蚀性能均优于Cr18型双相钢，也优于316L类型的奥氏体不锈钢。Cr22型双相钢具有良好的焊接性，焊接冷裂纹及热裂纹的敏感性都较小。通常焊前不预热，焊后不热处理，而且由于较高的N含量，热影响区的单相铁素体化倾向较小，当焊接材料选择合理，

焊接热输入控制在10-25kJ／cm，层间温度控制在150℃以下时，焊接接头具有良好的综合性能。 d. Cr25型双相钢的焊接要点

对于Cr25型双相钢，当其抗点蚀指数大于40时，称为超级双相不锈钢。现代Cr25型双相钢的成分特点是在Cr25Ni5Mo合金系统的基础上，进一步提高Mo、N含量，以提高该类型钢的抗腐蚀能力与组织稳定性，有些还加入一定量的Cu和W，进一步提高其抗腐蚀能力。当Mo、N含量控制在成分范围的上限，而且加入一定量的Cu和W时，其抗点蚀指数通常大于40成为超级双相钢。Cr25型双相钢同其他双相钢一样具有良好的焊接性，通常焊前不预热，焊后不需热处理。但由于其合金含量较高，而且还添加有Cu和W元素，在600～1000℃范围内加热时，焊接热影响区及多层多道的焊缝金属易析出б相、 X相、碳、氮化物（Cr23C6 Cr2N、 CrN）及其他各种金属间化合物，造成接头抗腐蚀性能及塑韧性的大幅度降低。因此焊接此类钢时要严格控制焊接输入，另外当冷却速度过快时，将抑制δ-γ相的转变，造成单相铁素体化，因此焊接热输入还不能过小。一般控制在10-15kJ／cm范围内，层间温度不高于150℃，基本原则是中薄板采用中小热输入，中厚板采用较大热输入。 （5） 沉淀硬化不锈钢的焊接 ①沉淀硬化不锈钢的类型及应用

析出硬化不锈钢按其组织形态可分为三种类型：析出硬化半奥氏体不锈钢、析出硬化马氏体不锈钢及析出硬化奥氏体不锈钢。析出硬

化不锈钢经合理的热处理或机械处理具有超高强度，同时具有较高的塑韧性与耐蚀性。在航天、航空及核工业中获得广泛地应用，是制造高强、耐蚀零件，如各种传动轴、叶轮、泵体的主要用钢。 ②沉淀硬化不锈钢的焊接特点 a. 析出硬化马氏体不锈钢的焊接特点

该类钢具有良好的焊接性，进行同材质等强度焊接时，在拘束度不大的情况下，一般不需要焊前预热或后热，焊后热处理采用同母材相同的低温回火时效将可获得等强的焊接接头。当不要求等强度的焊接接头时，通常采用奥氏体类型的焊接材料焊接，焊前不预热、不后热，焊接接头中不会产生裂纹，在热影响区，虽然形成马氏体组织，但由于碳含量低没有强 烈的淬硬倾向，在拘束度不大的情况下，不会产生焊接冷裂纹。

b. 析出硬化半奥氏体不锈钢的焊接特点

该类钢通常具有良好的焊接性，当焊缝与母材成分相同时，即要求同材质焊接时，在焊接热循环的作用下，将可能出现有如下问题： (a)由于焊缝及近缝区加热温度远高于固溶温度，铁素体相比例有所增加，铁素体含量过高将可能引起接头的软化。

(b)在焊接高温区，碳化物特别是铬的碳化物大量溶入奥氏体固溶体，提高了固溶体中的有效合金元素含量，进而增加了奥氏体的稳定性，降低了焊缝及近缝区的MS点，使奥氏体在低温下都难以转变为马氏体，造成焊接接头的强度难以与母材相匹配。为此，必须采用适当的焊后热处理，使碳化物析出。降低合金元素的有效含量，促进奥氏体

向马氏体的转变，通常的措施是焊接结构的整体复合热处理。其中包括：焊后调整热处理：746℃加热3h空冷，使铬的碳化物析出，提高MS点，促进马氏体转变。低温退火：930℃加热lh水淬，使Cr23C6等碳化物从固溶体中析出，可大大提高MS点。冰冷处理：在低温退火的基础上，立即进行冰冷处理（－73℃保持3h），使奥氏体几乎全部转变为马氏体，然后升温到室温。

当不要求同材质等强度焊接时，可采用常用的奥氏体型（Crl8Ni9、Cr18Ni12Mo2）焊接材料，焊缝与热影响区均没有明显的裂纹敏感性。

c. 析出硬化奥氏体不锈钢的焊接特点

由于A-286钢与17-10P钢的合金体系与强化元素存在较大的差异，因此两种不锈钢的焊接性也有很大的差别。对于A-286钢，虽然含有较多的时效强化合金元素，但其焊接性与半奥氏体析出强化不锈钢的焊接性相当，采用通常的熔焊工艺时，裂纹敏感性小，焊前不需要预热或后热。焊后按照母材时效处理的工艺进行焊后热处理即可获得接近等强的焊接接头。对于17-10P钢，尽管严格控制了S的含量，但由于w（P）高达0.30，高温时磷化物在晶界的富集不可避免，由此造成近缝区具有很大的热裂纹敏感性与脆性。 ③沉淀硬化不锈钢的焊接方法的选择

除高P含量的析出硬化奥氏体不锈钢17-10P外，焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊、非熔化极情性气体保护焊等熔焊工艺方法都可用于析出硬化不锈钢的焊接。

4、铝及铝合金的焊接 （1）铝及铝合金的分类

铝及铝合金按成材方式可分为变形铝及铝合金和铸造铝合金。按合金化系列，铝及铝合金可分为1XXX系（工业纯铝）、2XXX系（铝-铜）、3XXX系（铝-锰）、4XXX系（铝-硅）、5XXX（铝-镁）、6XXX系（铝-镁-硅）、7XXX系（铝-锌-镁-铜）、8XXX系（其他）等八类合金。按强化方式，可分为热处理不可强化铝及铝合金及热处理强化铝合金。前者仅可变形强化，后者既可热处理强化，亦可变形强化。 （2）铝及铝合金焊接材料的选择 ①焊接纯铝时，可采用同型号纯铝焊丝；

②焊接铝-锰合金时，可采用同型号铝-锰合金焊丝或纯铝SAL-l焊丝；③焊接铝-镁合金时，如果w（Mg）在3%以上，可采用同系同型号焊丝；如果w（Mg）在3％以下，如5A01及5A02合金，由于其热裂倾向强，应采用高Mg含量的SALMg5 或ER5356焊丝； ④焊接铝-镁-硅合金时，由于生成焊接裂纹的倾向强，一般应采用SALSi-l焊丝；如果焊丝与母材颜色不匹配，在结构拘束度不大的情况下，可改用SALMg-5铝-镁合金焊丝；

⑤焊接铝-铜-镁、铝-铜-镁-硅合金时，如硬铝合金2AL2、2AL4，由于焊接时热裂倾向强，易生成焊缝金属结晶裂纹和近缝区母材液化裂纹，一般应采用抗热裂性能好的SALSi-l、ER4145或BJ-380A焊丝。ER4145（AL-10Si-4Cu）焊丝抗热裂能力很强，但焊丝及焊缝的延性很差，在焊接变形及应力发展过程中焊缝易发生撕裂，一般只用于结

构拘束度不大及不太重要的结构生产中。SALSi-1（AL-5Si-Ti）焊丝抗热裂能力强，形成的焊缝金属的延性较好，用于钨极氩弧焊时，能有效防治焊缝金属结晶裂纹，但该焊丝防治近缝区母材液化裂纹能力较差。这是因为SALSi-1属铝-硅合金焊丝，其固相线温度为577℃，而母材晶界上低熔点共晶体液化或凝固时的最低温度为507℃，当焊丝成分在坡口焊缝成分中占主导地位，焊接过程中焊缝金属结束冷却凝固时，近缝区母材晶界可能仍滞留在液化状态，焊接收缩应变即可能集中并作用于近缝母材，将其液化晶界撕裂成液化裂纹。 Bj-380A（AL-5Si-2Cu-Ti-B）焊丝基本上继承了SALSi-1焊丝的主要成分，但添加了有利于降低合金固相线温度的w（Cu）2％及细化晶粒组织作用更强的适量钛及硼（钛与硼的含量比例保持为5比1）。Cu的加入使Bj-380A焊丝的固相线温度降为540℃，比SALSi-l焊丝的固相线温度577℃降低了37℃，再加上焊接时母材内Cu的溶入，Bj-380A焊丝的焊缝金属固相线温度与母材晶界低熔点共晶相最低固相线温度即相差不大了；

⑥焊接铝铜锰合金时，如 2A16、2219合金，由于其焊接性较好，可采用化学成分与母材基本相同的SALCu、ER2319焊丝；

⑦焊接铝-锌-镁合金时，由于焊接时有产生焊接裂纹的倾向，可采用与母材成分相同的铝-锌-镁焊丝、高镁的铝-镁合金焊丝、或高镁低锌的X5180焊丝；

⑧焊接铝-镁-锂、铝-镁-锂-钪合金时，由于生成焊接裂纹倾向性不大，可采用化学成分与母材成分相近的铝-镁合金、铝-镁-钪合金焊丝。

（3）铝及铝合金的焊接特点

①铝及铝合金极易氧化，在金属表面形成一层致密的氧化膜，焊接前如果不清理干净，容易出现未焊透、夹渣等焊接缺陷，同时容易出现电弧漂移现象；

②铝及铝合金导热性强、热容量大，焊接时需要强热源才能满足正常焊接要求；

③气孔和热裂纹是铝及铝合金焊接过程中最容易出现的缺陷； ④铝及铝合金焊接过程中由于合金元素的大量蒸发，焊缝金属的化学成分和性能不易保证；

⑤铝及铝合金固、液态没有明显变化，焊接过程中容易出现塌陷和烧穿等问题。

5、铜及铜合金的焊接 （1）铜及铜合金的分类

工业生产的铜及铜合金的种类繁多，目前大多数国家都是根据化学成分来进行分类的，而常用的铜及铜合金可从它的表面颜色看出其区别，如常用的纯铜、黄铜、青铜和白铜。但实质上是纯铜、铜一锌、铜一铝、铜一踢、铜。蛙的合金和铜镍合金等。 （2）铜及铜合金的焊接性

由于铜及铜合金的化学成分、物理性能有独特的方面，在实际焊接时以内在和外在的缺陷来综合判断焊接性的好坏，而且常与低碳钢相比较来进行评价。

①高热导率的影响

焊接铜及铜合金时，当采用的工艺参数与焊接同厚度低碳钢差不多，则母材就很难熔化，填充金属与母材也不能很好地熔合，产生焊不透的现象，焊后的变形也比较严重，外观成形差。这些现象是与铜及铜合金的热导率、线胀系数和收缩率有关。铜的热导率比普通碳钢大7-11倍，使母材与填充金属难以熔合。即使焊接使用大功率热源，还得在焊前预热或焊接过程中采取同步加热的措施。母材厚度越大，散热愈严重，也愈难达到熔化温度。铜在熔化温度时的表面张力比铁小1／3，流动性比铁大1-1.5倍，表面成形能力较差。铜的线胀系数及收缩率也比较大，约比铁大一倍以上。焊接时的大功率热源也会使焊接热影响区加宽。如果工件的刚度不大，又无防变形措施，必然会产生较大变形。当工件刚度很大的，由于变形的受阻，也会产生很大的焊接应力。因此，需要控制冷却速度。 ②焊接接头的热裂倾向大

焊接时，铜能与其中的杂质分别生成熔点为270℃的（Cu＋Bi），熔点为326℃的（ Cu＋Ph），熔点为106℃的（Cu2+Cu），熔点为1067℃的（Cu＋ Cu2S）等多种低熔点共晶。它们在结晶过程中都分布在枝晶间或晶界处，使铜或铜合金具有明显的热脆性。焊缝处于凝固过程的固液阶段，热影响区的易熔共晶处于液化状态下都容易因焊接应力而造成热裂纹。其中以氧的危害性最大，它不但在冶炼时以杂质的形式存在于铜内，在以后的轧制加工过程和焊接过程中，都会以氧化亚铜的形式溶入。研究结果表明，当焊缝含0.2%以上的Cu2O（含氧约

为0.02%）或含Ph超过0.03％，含Bi超过0.005％就会出现热裂纹。此外，铜和很多铜合金在加热过程中无同素异构转变，铜焊缝中也生成大量的柱状晶；同时铜和铜合金的膨胀系数和收缩率较大，增加了焊接接头的应力，更增大了接头的热裂倾向。为此，熔焊接铜及其合金时可根据具体情况采取一些治金措施，避免接头裂纹的出现： a.严格铜中的杂质含量；

b.增强对焊缝的脱氧能力，通过焊丝加入硅、锰、磷等合金元素； c.选用能获得双相组织的焊丝，使焊缝晶粒细化，晶界增多，使易熔共晶物分散、不连续。 ③气孔

熔焊接铜及铜合金时，气孔出现的倾向比低碳钢要严重很多。所形成的气孔几乎分布在焊缝的各个部位。尽管铜中的气孔主要也是由溶解的氢直接引起的扩散性气孔和氧化还原反应引起的反应性气孔，但铜自身性质却使这种倾向大大加剧，成了铜熔焊中的主要困难之一。

a.氢在铜中的溶解度虽也如在钢中一样，当铜处在液-固态转变时有一突变，并随温度升降而增减，但在电弧作用下的高温熔池中，氢在液态铜中的极限溶解度（铜被加热至2130℃蒸发温度前的最高溶解度）与熔点时的最大溶解度之比高达3.7，而铁仅为1.4，就是说铜焊缝结晶时，其氢的过饱和程度比钢焊缝大好几倍。这样形成的气孔称扩散性气孔。

b.熔池中的Cu2O在焊缝凝固时不溶于铜而析出，与氢或CO反应生

成的水蒸气和CO2也不溶于铜而促使反应性气孔的形成。

c.铜的热导率比铁大8倍以上。焊缝的冷速比钢要大得多，氢扩散逸出和H2O的上浮条件重恶劣，形成气孔的敏感性自然增大。很明显，为了减少或消除铜焊缝中的气孔，主要的措施是减少氢和氧的来源和用预热来延长熔池存在时间，使气体易于逸出。采用含铝、钛等强脱氧剂的焊丝（它们同时又是脱氮、脱氢的强烈元素）或在铜合金中加入铝、锡等元素都会获得良好的效果

d.铜中的钢、锌、磷等元素的沸点低，焊接时上述元素的蒸发也会形成气孔。焊接时采用快速焊和含这些元素低的填充丝。 ④接头性能的变化

铜和铜合金在熔焊过程中，由于晶粒严重长大，杂质和合金元素的掺入，有用合金元素的氧化、蒸发等，使接头性能发生很大的变化。 a.塑性严重变坏。焊缝与热影响区晶粒变粗、各种脆性的易熔共晶出现于晶界，使接头的塑性和韧性显著下降。例如纯铜焊条电弧焊或埋弧焊时，接头的伸长率仅为基材的20%-50％左右。

b.导电性下降。铜中任何元素的掺入都会使其导电性下降。因此焊接过程中杂质和合金元素的溶入都会不同程度地使接头导电性能变坏。 c.耐蚀性能下降。铜合金的耐蚀性能是依靠锌、锡、锰、镍、铝等元素的合金化而获得。熔焊过程中这些元素的蒸发和氧化烧损都会不同程度地使接头耐蚀性下降。焊接应力的存在则使对应力腐蚀比较敏感的高锌黄铜、铝青铜、镍锰青铜的焊接接头在腐蚀尿境中过早地破坏。 d.晶粒粗化，大多数铜及铜合金在焊接过程中，一般不发生固态相变，

焊缝得到的是一次结晶的粗大柱状晶。而铜及铜合金的旧粒易长大，也使接头的力学性能降低。

e.焊接时锌的蒸发形成的烟雾，会覆盖接区，给操作带来困难，既影响了焊缝的质量也对焊工健康不利。

改善接头性能的措施，除了尽量减弱热作用、焊后进行消除应力热处理外，主要的冶金措施是控制杂质含量和通过合金化对焊缝进行变质处理。这些措施往往有时是互相矛盾的。例如变质处理、细化焊缝组织可改善塑性，提高耐蚀性能，但必然带来导电性能的下降。为了避免接头导电能力的下降就必需防止合金化的不良影响。因此需要根据不同铜合金接头的不同要求来选用。 （3）铜及铜合金焊接方法的选择

熔焊是铜及其合金焊接中应用最广泛，并容易实现的一类工艺方法，除了传统的气焊、碳弧焊、焊条电弧焊和埋弧焊外，近年迅速发展起来的钨极和熔化极气体保护焊，等离子焊和电子束焊等一些新工艺已成功地用于铜及铜合金结构的焊接中，并积累了不少较成熟的经验。合理选择焊接方法，除了根据基材的成分、厚度和结构特点外、还要考虑合金元素及数量等。总之，焊接铜及铜合金需要大功率、高能束的熔焊热源，热效率愈高，能量愈集中愈有利。不同厚度的材料对不同焊接方法有其适应性。如薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电弧焊和气焊为好，中板厚以熔化极气体保护焊和电子束焊较合理，厚板则建议使用埋弧焊MIG焊和电渣焊。 （4）铜及铜合金焊接材料的选择

熔焊时焊接材料是控制冶金反应、调整焊缝成分以保证获得优质焊缝的重要手段，对不同的铜合金及其对接头性能的要求，选择不同的熔焊方法，所选用的焊接材料亦有很大的差别。 ①焊丝

焊接铜及铜合金的焊丝除了要满足对焊丝的一般工艺、治金要求外，最重要的是控制其中杂质含量和提高其脱氧能力，以避免热裂纹和气孔的出现。焊纯铜用的焊丝主要加入Si、Mn、P等脱氧元素。对黄铜来说，脱氧剂Si可抑制Zn的烧损。国内也有参照国外配方在焊丝中加入脱氧性极强的合金元素AL的。所加入的AL除作为合金剂和脱氧作用外，还可细化焊缝晶粒，提高接头的塑性和耐腐蚀性。但脱氧剂过多会造成过多高熔点氧化物而成为夹杂缺陷。焊丝中加入Fe可提高焊缝强度和耐磨性，但会降低塑性。Sn元素的适量加入会增加液体金属的流动性，改善焊丝的工艺性能。 ②焊剂

为防止熔池金属氧化和其他气体侵入熔池，并改善液体金属的流动性，气焊、碳弧焊及埋弧焊、电渣焊时都使用焊剂。甚至在进行气体保护焊时，有时也采用在焊缝表面加入一层焊剂以改善电弧的热能利用和进一步加强对焊缝的保护作用，即所谓沿焊剂焊接法。由于熔焊中各种热源的热功率及温度差异很大，不同焊接方法所使用的焊剂是不同的。气焊、碳弧焊通用的焊剂主要由硼酸盐、卤化物或它们的混合物组成。其中硼砂的熔点只有743℃，在液态下有很强的化学去膜能力，能迅速与氧化铜、氧化锌反应生成硼酸的复盐变为熔渣，浮

于熔地表面。硼酸的熔点仅为580℃，加热脱水后变为硼酐B2O3，它是很强的酸性氧化物，容易与铜合金熔地中的碱性氧化物反应生成ZnO·B2O3、CuO·B2O3、2Fe2O3·B2O3等复盐也浮于熔池表面成渣被清除。

③埋弧焊与电渣焊焊接铜及铜合金时可借用焊接低碳钢所用的焊剂

国内常用的牌号有焊剂431、260、150等。其中高硅高锰焊剂431工艺性好，但氧化性较强，容易向焊缝过渡Si、Mn等元素，造成接头导电性、耐蚀性及塑性下降。焊剂260、150氧化性较弱，和普通纯铜焊丝配合使用时，焊缝金属的伸长率可达38％-45％。