铝钢异种材料激光焊接接头力学性能研究

程东海，胡文斌，陈益平，胡德安

（南昌航空大学，南昌 330063）

摘要：采用激光深熔焊方法对不锈钢/铝合金的搭接焊进行了试验研究。研究了工艺参数对焊缝成形及力学性能影响，试验研究表明，添加Ni箔可保证良好的焊缝成形与合适的熔穿深度。焊接线能量参数区间为38-53 J/mm，最大断裂强度为166N/mm。

关键词：铝钢异种材料激光焊接力学性能

0序言

随着各国对环保问题的重视，结构较轻材料的应用越来越受到人们的重视。铝就是其中之一。铝具有含量丰富，密度小，比强度高导热性能好等优点。目前，“不锈钢/铝合金复合结构被广泛应用于航空航天、船舶制造，以及日用产品等领域。铝钢之间的焊接存在着较多的问题，固溶度较低、热物理性能差异较大，极易在两者之间形成脆性金属间化合物。此化合物极大得降低了焊接焊接接头性能[1~2]。

实现不锈钢与铝合金连接的方法当前主要为钎焊[3~7]，然而钎焊工艺繁琐，焊接周期长，焊接柔性差，接头力学不高，腐蚀性钎剂的使用还会导致接头的耐蚀性能大大下降，不能满足不锈钢与铝合金高效连接的要求。

激光具有有效控制加热区域，精确控制热输入量，熔池高温停留时间短，可有效控制金属间化合物的数量等优点，在异种金属连接领域越来越受到重视。本文利用激光深熔焊的方法对201不锈钢与5052铝合金进行搭接，分析不锈钢/铝合金激光深熔焊接头的力学性能，为不锈钢与铝合金的实际应用奠定试验基础。1 实验材料及方法

1.1焊接设备与材料

试验采用的201不锈钢与5052铝合金，板厚都为1mm，规格为100mm×80mm。Ni箔厚度为100μm，纯度>99.9%。激光焊接试验采用HS-40高功率轴快流CO2激光器，激光器额定输出功率4KW，光束模式为TEMO1，透射镜聚焦，焦距f =175.4mm，氩气压力为

0.1-0.4Mpa。

1.2 试验方法

201不锈钢板焊前采用丙酮清洗表面油污及杂质；5052铝合金板先用丙酮清洗，再将它浸在10%-15%的NaOH溶液中（温度为60℃-70℃），浸洗2min-3min，浸后产生大量气泡，并形成一层黑色薄膜，然后用水将铝板表面的碱液冲洗干净。将碱洗后的铝板再浸入30%的硝酸溶液中，浸洗1min-2min 后取出，待表面变为白色且光亮，用水将表面残留的硝酸冲洗干净，室温晾干。

采用上为不锈钢下为铝的搭接形式，两板之间加与不加Ni箔，并用专用夹具夹持。激光功率 1.0-3.0KW，焊接速度1.0-3.0m/min。焊后用游标卡尺在焊缝中部三个不同位置测量焊缝宽度并取平均值。将焊后得到的试件线切割制成如图1所示的拉伸试样，在INSTRON 5569电子试验机上进

行常温拉伸剪切性能测试，拉伸速度为1mm/min，数据纪录5点/秒。拉伸时在试样铝合金上方和不锈钢下方垫1mm厚的垫块，使两板在拉伸过程中始终保持平行，记录试样断裂前承受的最大拉力。

图1 拉伸试样示意图

在对搭接接头进行抗拉强度测试的过程中，焊缝区域会发生扭转，应力状态较为复杂，无法单独采用剪切强度或者抗拉强度评价接头性能。所以本文采用单位长度焊缝承受的最大载荷表征搭接接头的承载能力。

Tp=F/L (4-2)

式中Tp——单位焊缝长度所承载载荷，N/mm；

F——试样断裂前承受的最大拉力，N；

L——焊缝长度，mm。

焊合度是指不锈钢焊缝沉入铝合金基体内的深度，焊合度越深，不锈钢与铝合金的结合面积就越大，接头的承载能力增加，同时，焊接过程中产生热裂纹的数量增加，这又将导致力学性能的下降。

2 试验结果及分析

2.1 力学分析

图2 焊缝截面

图2所示为焊接接头宏观形貌。结果表明：在焊接过程中，不锈钢焊缝熔液受重力影响会沉入铝合金基体，焊缝下凹，而熔池的底部飞溅也会加剧下凹程度。

图3为不同焊合度对应接头的断裂强度。由图可见，焊缝承载能力随焊合度的增加先增加，而后下降。焊合度低于250μm 时，接头的承载能力处于较低水平，焊缝承载能力均低于130N/mm；焊合度大于250μm，焊缝承载能力快速增加，焊合度在280μm 附近，焊缝承载能力达到最大值，为155N/mm；焊合度超过280μm之后，焊缝承载能力强度快速下降，焊合度超过450μm，焊缝承载能力下降到80 N/mm以下；焊合度超过520μm，接头已基本无承载能力。

图3焊合度对力学性能的影响

焊合度在260-360μm范围内时，接头具有较好的承载能力，焊缝承载能力均大于130N/mm。焊合度小于350μm，断裂发生在不锈钢与铝合金的结合界面；焊合度在350-520μm范围内，断裂发生在铝合金基体内；当熔穿深度超过520μm，断裂发生在不锈钢焊缝上。

2.2 断口物相分析

图4所示为添加Ni箔焊接的接头断口宏观形貌。图4 (a)为不锈钢一侧断口的背散射电镜照片，对照未添加Ni箔焊接的试样，可知断面宽度有较大程度的增加，约1000μm，在焊缝长度方向上基本一致。附着在不锈钢焊缝上的铝合金量增加较多，基本覆盖整个断裂面，在断裂面中心靠上位置存在少量浅色组织，宽度小于200μm，且有明显的金属光泽。

图4(b)为铝合金一侧断口的二次电子电镜照片，由图可见，断口呈明显的撕裂状的形态。断裂面宽度约1000μm，在焊缝长度方向上大致均匀。断口下方，断裂位置急剧向槽内发展，当发展到距断口下方起始位置200μm处时，在铝合金中，发生了向上方撕裂的现象。

对图4(a)中灰色的浅色区域进行放大观察，结果如图5(a)所示，此浅色断口区域表面出现了小幅度的片层状凹凸，与片层状的脆性断裂形态区别明显，说明此区域的破坏方式不是完全的脆性断裂，而是韧性断裂与脆性断裂共存的混合断裂模式。对图4(b)中的撕裂区域断口形貌

图4断口宏观形貌(加Ni) (a) 不锈钢一侧断口

(b) 铝合金一侧断口

图5断口微观形貌(加Ni) (a) 脆性断裂区(b) 韧

性断裂区

进行放大观察，结果如图5 (b)所示，断面为清晰的韧窝形貌，相对与未加Ni箔接头的形貌，其韧窝起伏尺寸更大，说明断裂前的塑性变形程度更大。

3结论

(1)采用激光深熔焊的方式，获得了不锈钢/铝合金异种金属的优质接头。随着激光功率的增加或焊接速度的降低，焊缝宽度增加，不锈钢在铝合金内的焊合度增加。

(2)添加Ni箔试样，焊缝承载能力最大值为166N/mm。线能力选择范围为39-49 J/mm，在焊缝承载能力大于130N/mm的区间。

(3)断口韧性断裂区，接头力学性能得到提高。

参考文献:

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W elding Journal, 4何鹏,冯吉才,钱乙余. 接触反应法解决铝/不锈钢钎焊的缺陷及脆性[J ].

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作者简介：程东海，男，1984年出生，工学博士，讲师，主要从事先进材料焊接方面的科研和教学工作.发表论文30余篇. Email：chengdonghaicdh@https://www.360docs.net/doc/b23444452.html,

异种钢焊接方案11

发放编号文件编号山东胜星化工150万吨常减压装置异种钢焊接焊接方案山东淄建集团工业设备安装分公司 2014-07-22

焊接（方案）报审表

1、适用范围本作业指导书适用于减压塔到减压炉DN800复合管与不锈钢管焊接作业。 2、引用标准 DL/T 869—2004《火力发电厂焊接技术规程》 DL/T 868—2004《焊接工艺评定规程》 DL/T 679—1999《焊工技术考核规程》 DL/T 820—2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》 DL/T 821—2002《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》 JB3223-96《焊条质量管理规程》 DL5009.1-2002《电力建设安全工作规程》 3、编写依据相关图纸及说明公司《焊接工艺评定》 4、工程概况 4.1工程简介本工程位于广饶大王，150万吨常减压装置 5、作业准备和条件 5.1人员 5.1.1施焊人员施焊人员必须经培训考试合格，持有相应项目的合格证，焊前进行相应的仿样合格。 5.2焊接工、机具 5.2.1焊机焊机选用ZX7－400S型逆变弧焊整流器。 5.2.2焊接工具焊枪选用QQ—85°/150A型。氩气减压器选用AT—15型。 5.3焊接材料 5.3.1焊条和焊丝焊工凭班（组）长、技术员填写的焊接任务单到材料库领取焊接材料。合金焊接材

料需经焊接技术人员或质检人员签字方可发放。焊条使用前应按照说明书的要求进行烘焙，并且重复烘焙次数不得超过2次；焊条领用后应装入保温筒，随用随取，保持焊条的温度和干燥度。领取焊条时要求认真检查焊条外观，不得使用药皮破裂或药皮脱落的焊条；并核实所领用的焊条是否与焊接任务单上的一致。当班未用完的焊条要求交回材料库统一保管。严格执行焊接材料发放和回收的有关规定。 5.3.2氩气所用氩气的纯度不得低于99.95%。氩气瓶集中放置在专用的瓶架上。氩气皮管布置整齐、不影响通道，同时要防止人员、机具和材料挤压氩气皮管，以免影响氩气保护效果。 5.3.3钨极选用铈钨极，牌号为Wce-20，规格为2.0mm。 5.4焊前准备氩气瓶、焊接设备必须尽量靠近施焊位置，以利焊工操作，为保证焊接质量、节约氩气创造条件。焊工上岗前领取氩气皮管、工具包、焊条保温筒、焊接清理工具如榔头、錾子和钢丝刷等。焊工还需配备专用扳手和防护眼镜。施焊前准备钨极，钨极放入专用的钨极盒内。检查焊枪和氩气皮管是否漏气。氩气减压器、焊机电流表和电压表等必须符合公司计量管理的要求。 5.5防风、防雨措施由于施工区域多雨、多雾，风大，必须采取相应的防风、防雨措施；高温天气作业时，防止气瓶爆炸。 5.6焊前清理厂家供应的设备应检查坡口是否符合要求，是否在运输过程中被损坏。焊前必须将坡口和坡口两侧10~15mm范围内的铁锈、油、漆、污垢等清理干净，直至发出金属光泽。要求坡口处母材无裂纹、重皮、坡口损伤及毛刺等缺陷，用手触摸光滑不刮手。

铝合金特性

纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和特殊铝等五种. 铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。铝合金基本常识一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金 1.1 非热处理合金：纯铝—1000系，铝锰系合金—3000系，铝矽系合金—4000系，铝镁系合金—5000系。 1.2 热处理合金：铝铜镁系合金—2000系，铝镁矽系合金—6000系，铝锌镁系合金—7000系。二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。兹举例说明如下：1070-H14(纯铝)

2017-T4(热处理合金) 3004-H32(非热处理合金) 2.1第一位数：表示主要添加合金元素。 1：纯铝 2：主要添加合金元素为铜 3：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4：主要添加合金元素为矽 5：主要添加合金元素为镁 6：主要添加合金元素为矽与镁 7：主要添加合金元素为锌与镁 8：不属於上列合金系的新合金 2.2第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金。 0：表原合金 1：表原合金经第一次修改 2：表原合金经第二次修改 2.3第三及四位数：纯铝：表示原合金合金：表示个别合金的代号＂-″：后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的鍊度符号-Hn ：表示非热处理合金的鍊度符号 -Tn ：表示热处理合金的鍊度符号 2 铝及铝合金的热处理一、鍊度符号：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效

常用异种钢焊接选用的焊接材料38282

常用异种钢焊接选用的焊接材料接头钢号焊条电弧焊钨极氩弧焊埋弧焊CO 2 气体保护焊型号牌号牌号焊丝钢号焊剂型号焊剂牌号焊丝钢号 Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与16Mn、16MnR E4303 E4315 （GB/T5117） J422 J427 TIG—J50 TG—50 H08MnSiA H08A H08MnA （GB/T14957） HJ401—H08A （GB/T5293） HJ431 H08MnSiA （GB/T14958） Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与15MnVR、15MnNbR、 20MnMo E4315 E5015 （GB/T5118） J427 J507 H08Mn2SiA H10MnSi （GB/T14957） H08MnA （GB/T14957） HJ401—H08A （GB/T5293） HJ431 H08Mn2SiA （GB/T14958） Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与13MnNiMoNbR、18MnMoNbR、20MnMoNb、07MnMoVR E4315 E5015 （GB/T5118） J427 J507 H08Mn2SiA H10MnSi （GB/T14957） H08MnA （GB/T14957） HJ401—H08A （GB/T5293） HJ431 H08Mn2SiA （GB/T14958） Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与12CrMo、12CrMoG、15CrMo、15CrMoG、15CrMoR、14Cr1Mo、14Cr1MoR、12Cr1MoV、12Cr1MoVG E4315 E5015 （GB/T5118） J427 J507 H08Mn2SiA H10MnSi （GB/T14957） H08MnA （GB/T14957） HJ401—H08A （GB/T5293） HJ431 H08Mn2SiA （GB/T14958）E309—15 （GB/T983） A307 Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与12Cr2Mo、12Cr2MoG、12Cr2Mo1、12Cr2MoR、 E309—15 （GB/T983） A307 H1Cr24Ni13 HJ260 Q23AF、Q23A、Q23B、Q23AC、10、20、20g、20G、20R与1Cr5Mo E4315 （GB/T5118） J427 H10MnSi （GB/T14957） H08MnA （GB/T14957） HJ401—H08A （GB/T5293） HJ431 H08Mn2SiA （GB/T14958）E309—15 （GB/T983） A307 H1Cr24Ni13 HJ260

铝合金的典型机械性能

铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties) 铝合金牌号及状态拉伸强度(25°C MPa)屈服强度(25°C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率 1.6mm(1/16in)厚度 5052-H112 175 195 60 12 5083-H112 180 211 65 14 6061-T651 310 276 95 12 7050-T7451 510 455 135 10 7075-T651 572 503 150 11 2024-T351 470 325 120 20 铝合金的典型物理性能(Typical Physical Properties) 铝合金牌号及状态热膨胀系数 (20-100℃) μm/m?k熔点范围 (℃)电导率20℃(68℉) (%IACS) 电阻率20℃(68℉) Ωmm2/m 密度(20℃)(g/cm3) 2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 2.82 5052-H112 23.8 607-650 35 0.050 2.72 5083-H112 23.4 570-640 29 0.059 2.72 6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 2.73 7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 2.82 7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 2.82 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum ) 合金牌号硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它铝每个合计最小值 2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 余量5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 余量5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 余量6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余量 7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 余量7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 余量美铝典型应用领域用途 2024 5052 5083 6061 7050 7075 农业 -- ● -- ● -- -- 航空器● -- -- ●●● 模具 -- ● -- ● -- ● 机械设备●● -- ●●● 五金零件 -- -- -- ● -- -- 建筑 -- ● -- ● -- --

异种钢焊接三种匹配

不同匹配SA335P91/12Cr1MoV异种钢接头力学性能研究/Study on the mechan ical properties of welded joints o f Heterogeneous steels (SA335P91 a nd 12Cr1MoV) 随着电力工业的迅速发展，我国火电机组现在主要为300MW，600MW级的亚临界压力机组。在主蒸汽运行温度为540℃和工作压力为16MPa或24MPa时，采用传统的12Cr1MoV耐热钢已经不能满足使用要求，目前广泛采用进口的SA335P91钢，虽然SA335P91钢能够满足生产实际要求，但价格昂贵，生产中必然面临SA335P91/12Cr1MoV异种钢的焊接问题。目前生产中通常采用低匹配(焊接材料的强度与低强度12Cr1MoV母材的强度相近为低匹配)，中匹配(所选用焊接材料的强度介于两侧母材强度之间为中匹配)和高匹配(所选用焊接材料的强度与高强度SA335P91母材的强度相近为高匹配)进行施工，三种匹配哪种更佳是生产中最为关心的问题，所以合理评估三种匹配的性能无疑具有非常现实的意义。通过用光学显微镜、扫描电镜、电子拉伸、示波冲击、硬度等试验方法对SA335P91/12Cr1MoV异种钢高、中、低三种匹配的焊接接头的组织和性能进行了系统地研究，结果表明： SA335P91/12Cr1MoV异种钢三种匹配的焊缝组织均为回火索氏体，SA335P91母材组织为回火索氏体，12Cr1MoV母材组织为铁素体＋珠光体。三种匹配的12Cr1MoV一侧的近缝区有脱碳层，其相对应的焊缝金属有增碳层，低匹配脱碳层窄，中匹配脱碳层较宽，高匹配脱碳层最宽。三种匹配的焊接接头焊缝金属的维氏硬度均高于两侧母材，高匹配的力学性能不均匀程度最严重，其次为中匹配、低匹配。三种匹配的异种钢焊接接头室温具有良好的塑性，随着温度的增高，三种匹配焊接接头的屈服强度、抗拉强度均降低，断面收缩率和延伸率均上升，静力韧度下降，其中高匹配的静力韧度下降最为显著。低匹配、中匹配、高匹配的异种钢焊接接头其焊缝金属的脆性转变温度(FATT)分别为7 8℃、79℃、91℃。SA335P91/12Cr1MoV异种钢高、中、低三种匹配的焊接接头的综合性能为低匹配焊接接头最佳、中匹配次之、高匹配最差。

结构用铝合金材料力学性能

附录A 结构用铝合金材料力学性能常见结构用铝合金板、带材力学性能（标准值）可按表A-1采用，结构用铝合金棒、管、型材力学性能（标准值）可按表A-2采用。结构用铝合金板、带、棒、管、型材的化学成分可按表A-3采用。表A-1 结构用铝合金板、带材力学性能标准值

注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度不大于12.5mm的板材，A适用于厚度大于12.5mm的板材。502. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d（6XXX系列）或30d（7XXX系列）的情况。 3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的MIG焊，以及3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金厚度不超

过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和7xxx系列合金厚度不超过6mm的TIG焊，焊接折减系数的数值必须乘以0.8。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以0.9，6xxx系列和7xxx系列合金焊接折减系数的数值必须乘状态不需进行上述折减。O焊）。对于TIG（0.64焊）或MIG（0.8以．表A-2 结构用铝合金棒、管、型材力学性能标准值

适用于厚度（或直的板（或棒）材，A注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度（或直径）不大于12.5mm50 12.5mm的板（或棒）材。径）大于系6XXX（2. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d 系列）的情况。列）或30d（7XXX8011A系列合金和MIG焊，以及3xxx系列、5xxx3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的焊接折减系数的7xxx系列合金厚度不超过6mmTIG焊，合金厚度不超过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和系列合。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx的数值必须乘以0.8系列合金焊接折减系数的数值必须乘0.9，6xxx系列和7xxx金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以TIG焊）。对于O状态不需进行上述折减。以0.8（MIG焊）或0.64（

材料力学性能静拉伸试验报告

静拉伸试验一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。二、使用设备微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器三、试样本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。四、实验原理按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。塑性材料与脆性材料的区别：（1）塑性材料：脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象；（2）脆性材料：脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10 l l l δ-=。五、实验步骤 1、试样准备用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：

材料力学性能考试答案

《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社 2008第2版第一章单向静拉伸力学性能 1、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。【P32】答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。第二章金属在其他静载荷下的力学性能一、解释下列名词：（1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】（2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】（3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即：【P47 P55 】（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后答案(整理版) 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等决定金属屈服强度的因素有哪些？答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。 2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 3、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 4、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。5、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。

异种钢焊接

异种钢接头的焊接 1.异种钢接头定义。异种钢接头主要包括两方面概念：即不同组织（重点指奥氏体和非奥氏体钢）钢之间的焊接；不同强度等级、不同化学成分（其组织基本类似）钢之间的焊接。其中不同组织钢材之间的焊接难度最大。 2.奥氏体和非奥氏体异种钢焊接主要有三个问题：焊接时母材的稀释：由于母材的稀释，会出现对裂纹相当敏感的马氏体组织。例如当低碳钢、低合金钢和不锈钢焊接时，若用一般不锈钢焊材，由于焊缝金属被低碳钢或低合金钢稀释，往往会产生奥氏体和马氏体组织，而熔合线附近，会产生马氏体带；若用低碳钢或低合金钢焊材，不锈钢一侧被稀释部分及焊缝金属会产生马氏体和奥氏体组织，从而引起开裂的危险。焊接残余应力和热应力：在焊接热循环或使用温度下，由于两种材料抗膨胀系数和导热性不同（或热膨胀系数和导热性近似，但由于强度等级不同而带来的形变差异）引起的热应力，焊接后残余应力较大且在热处理后不能消除。碳钢、低合金钢和珠光体耐热体的热膨胀系数大体相同，而奥氏体不锈钢热膨胀系数比碳钢等材料大30~50%，而导热系数却只有碳钢等材料的1/3。碳扩散：当铁素体钢和奥氏体钢焊接后，焊接接头重复加热或高温使用时，在铁素体钢一侧，由于碳原子的迁移（扩散），使含碳量减少而形成软化带，而在奥氏体钢一侧却由于碳的过剩而形成硬化带，对于焊接碳稳定化元素不同的材料时，也应注意高温运行条件下的脱碳影响。上述三个问题的综合作用的结果是：整个异种钢焊接接头是一个成分、组织和性能严重不均的非均匀体，是构件的局部薄弱地带，这种非均匀体在力学检验和运行中均会出现应力、变形集中和失效的局域化，因此在选择焊接材料时，要充分考虑其焊接工艺性、常温力学性能和长期运行性能，更重要的是要考虑其长期运行性能。 3.异种钢接头焊接材料的选择不同强度等级铁素体或珠光体类型钢之间焊接：包括低合金高强度钢（18MnMoNbg等）与碳钢、一般耐热钢（12Cr1MoV等）与碳钢、高合金耐热钢（SA-213 T91等）与碳钢、一般耐热钢（12Cr1MoV等）与高合金耐热钢（SA-213 T91

异种钢焊接技术标准4.

第四部分异种钢焊接技术标准目次前言 (1536) 1范围 (1538) 2引用标准 (1538) 3一般规定 (1538) 4焊前准备 (1540) 5钢材和焊接材料 (1541) 6焊接工艺_ (1541) 7焊后热处理 (1545) 8质量检验 (1545) 9技术文件 (1546) 1范围本标准规定了在火力发电厂承压部件的设计、制作、安装和检修工作中，以及在火力发电厂承压部件上焊接非承压件时，奥氏体钢、马氏体钢、贝氏体钢、珠光体钢之间的异种钢焊接技术要求。本标准适用于采用手工电弧焊、手工钨极氩弧焊、等方法 2引用标准本标准依据DL/T752-2001制定 3一般规定 3．1 焊接人员参加异种钢焊接工作的焊接人员应符合DL5007和DL／I'679的要求，并取得相应的工作资格。金相和光谱检验人员应取得电力行业相应的检验资格。焊工在分别取得异种钢两侧钢材、规格、相应位置和焊接材料的焊接合格证之后，经培训考核合格，方可上岗施焊。3．2钢材组合与焊缝分类 3．2．1根据钢材供货金相组织形态，异种钢焊接分为3类6组：A类异种钢接头的一侧为奥氏体钢，另一侧为其他组织形态钢种；M类异种钢接头的一侧为马氏体钢，另一侧为非奥氏体的其他组织形态钢种；B类异种钢接头的一侧为贝氏体钢，另一侧为珠光体钢，其主要组合见表1。

表1异种钢焊接接头分类表 3．3材料 3·3·1母材和焊接材料的规格、型号和其他技术要求应符合合同规定的设计文件的规定，并具有出厂合格证明书和质量保证书。 3·3·2施工前应对材料按其标准进行检查验收，对材质有怀疑时，应按规定进行复验，合格后方可使用。 3．4焊接设备和检验器具 3·4·1焊接设备、热处理设备和检测器具应具有标有计量等级的出厂合格证，量的计量器具应具有有效的定期检定证明。 3·4·2焊接设备、热处理设备应具有参数稳定、调节灵活和安全可靠等性能。 3．5焊接工艺 3·5·1焊接前，应根据母材的焊接性、结构特点、设计要求，按照有关工艺评定的规定进行焊接工艺评定。 3.5.2应进行焊接工艺评定，并在焊接工艺评定合格的基础上，结合施工现场的条件编制焊接工艺指导书。焊接工艺指导书的主要内容是： a)坡口型式、尺寸和加工方法及防污、防锈要求； b)对焊接方法、焊接设备及焊接材料的要求； c)定位焊及装配要求； d)预热方法及规范，层间温度控制； e)焊接规范； f)焊道和层数安排及作业时间的控制要求，连续焊接要求以及被迫中断焊接时的对应措施； g)焊缝层间清理要求； h)后热和焊后热处理方法和规范； i)质量检验项目、标准以及返修规定。 3．6质量要求异种钢焊接接头质量要求应符合DLS007对I类焊缝质量要求的规定。 3．7安全要求异种钢焊接工作(包括焊接、热处理和检验)必须遵守有关安全、环保、定。 3．8技术档案异种钢焊接的技术资料应作为焊接工程技术资料的组成部分，防火规程的规按有关规定收集、记录、整理和归档。 4焊前准备 4．1焊缝布置 4．1．1异种钢焊缝的设置应满足设计及有关规程对锅炉受热面管子、管道焊缝位置的要求。

材料力学性能课后答案

第一章 1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力 ⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时 ,由于晶粒发生滑移 , 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。 2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ（屈服强度）；（3）ζ b（抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率） 4.常用的标准试样有 5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。 5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。 6.今有 45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？为什么？答：应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大，也是很好的消振

异种钢的焊接

异种钢的焊接摘要：本文介绍了采用手工钨极氩弧焊（GTAW ）进行SA234WPB 与SA182-F304L 钢的焊接，对产生缺陷的原因进行了分析，并提出了改进意见。关键词：异种钢焊接 GTAW 焊前言在秦山坎杜核电站1#、2#堆的管道安装中有两个重要系统：33410（停堆冷却系统）、34320（堆芯应急冷却系统），这两个系统上的管道与流量孔板连接的异种钢接头共有48道焊口要进行焊接。所有管道或管件材料为SA106GR.B 或SA234WPB ，流量孔板的材料为SA182-F304L ，其公称直径及壁厚分别为10″（273mm ）×0.718″（18.24mm ）和12″（324mm ）×0.843″（21.41mm ）。根据现场的实际安装情况，要求全部采用手工钨极氩弧焊（GTAW ）进行该对接接头（坡口为V 、J 型见图1）的根部打底焊接，所焊的焊口背面必须采用氩气（Ar ）进行保护。焊缝级别为核一级，且全部要求100%PT 、100%RT 和100%UT 检验，并执行美国ASME 标准。以下只叙述SA234WPB 和SA182-F304L 钢的焊接。 1. 焊接性通过对资料的查找得知SA182-F304L （UNS ：S30403）属于奥氏体不锈钢，相当于国内材料00Cr19Ni10；SA234WPB 属于中、高温锻制碳钢，相当于国内材料22g 。SA234WPB 与SA182-F304L 钢的焊接相当于碳钢与不锈钢的焊接，也就是珠光体钢与奥氏体钢的焊接。接头及坡口形式：对接接头，坡口为J 型和V 型（由于特殊原因有些改成该型），见图1。根据设计要求所采用的焊接材料：焊丝为ERNiCr-3（φ3.2mm ）相当于因康镍82，焊条为ENiCrFe-3（φ2.4mm ）相当于Ni307A （外方只提供该直径焊条、丝）。其母材、焊材的化学成分及力学性能见表1、表2。由于两种钢在化学成分、金相组织和力学性能方面相差甚远，在焊接时会出现下列问题：（1）焊缝金属的稀释由于在珠光体钢与奥氏体钢焊接时碳钢一侧奥氏体焊缝中的母材熔入比例及合金元素浓度的变化，使得焊缝内某点距熔合线的相对距离，一般过渡层的总宽度约为0.2～0.6mm 。焊缝靠近熔合区处的稀释率很高，铬、镍含量极低，图1

铝合金、低碳钢、铸铁三种材料力学性能的异同

三种材料力学性能的异同姓名：学号：班号：摘要: 通过静态拉伸实验测定三种金属和合金材料的力学性能，对实验数据进行分析计算，并对比三种材料力学性能的异同。关键词:低碳钢、铝合金、铸铁、力学性能，引伸计引言：力学实验是材料、机械、力学相关课程的重要部分，无论是理论的产生、公式的验证、材料性能的测定等，都离不开实验。通过实验，不仅巩固了理论知识，还可以熟悉和训练实验技能，培养严肃认真的精神和良好的科学习惯。因此力学实验是材料、力学、机械类课程实践教学的重要环节。此次便是通过实验，分析、总结，归纳实验数据和结果，更深入了解和认识低碳钢、铝合金、铸铁的力学性能；为深入专业课程学习奠定基础；同时初步掌握力、变形测试技术及数据处理能力、培养解决实际问题的科研动手能力。一、实验目的和内容 1、熟悉实验设备（试验机和引伸计等）测定金属材料的拉伸时力学性能参数，如测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和截面收缩率等指标； 2、观察实验中现象（如断口和颈缩现象），并比较金属材料在拉伸时的变形及破坏形式。 3、比较不同金属材料在拉伸时的力学性能特点。二、实验名称拉伸试验三、实验设备 1. WDW－3050电子万能试验机（50mm引伸计） 2. 50分度游标卡尺四、试件 d0 1、拉伸试验所采用的试件试件采用三种材料：低碳钢、和铸铁。低碳钢和铝合金属于塑性材料；铸铁属于脆性材料。试件的外形如图所示。

1．测定屈服极限σs 、强度极限σb 可根据相应的载荷除以横截面原始面积而得到，即： 0s s A P = σ， 0b b A P =σ 2．测定断后伸长率δ和断面收缩率ψ 断后伸长率和断面收缩率分别用下式进行计算： %100_001?= L L L δ， %100_0 10?=A A A ψ 其中： L 0—试件标距原长。 L 1—试件拉断后的标距长度，可将拉断后的试件对紧，然后测量。 A 0—试件横截面的原始面积。 A 1—试件拉断后颈缩处的最小横截面面积。注：本实验的辅助器械是50mm 引伸计，用以测量应变。在铝合金及低碳钢的实验中采用了这种引伸计，而在铸铁的实验中，出于对引伸计的保护，并未加挂引伸计。六、实验方法及步骤 1、先用游标卡尺测量试件中间等直杆两端及中间这三个横截面处的直径：在每一横截面内沿互相垂直方向各测量一次并取平均值。用所测得的三个平均值中最小的值作为试件的初始直径d 0，并按d 0计算试件的初始横截面面积A 0。再根据试件的初始直径d 0 计算试件的标距l 0，并用游标卡尺在试件中部等直杆段内量取试件标距l 0 。 2、先将试件悬空安装在试验机的下夹头内，再利用工作台移动上夹头到适当位置，然后用夹头将试件上下端夹紧。 3、调整好相机（DH 相机）位置和焦距。 4、打开实验软件，先点联机按钮，然后设置参数。点击试样录入按钮,输入试验编号及试样参数等。点击参数设置按钮，输入试验开始点、横梁速度及方向等。 5、选择试验编号和实验曲线，将负荷与位移清零。 6、点击“试验开始”按钮，开始式样，同时仔细观察试样在试验过程中的各种现象。 7、试件被拉断后取下试件，量取拉断后的标距和颈缩处的直径。 8、查看并保存数据。 9、实验结束后，点击“脱机”按钮，关闭实验软件。然后关闭试验机及计算机。

异种钢焊接的特点及工艺

异种钢焊接的特点及工艺摘要：由于异种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异，因此，焊接时，要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多。正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。本文通过对异种钢焊接的特点及工艺的描述，以供同行业参考。关键词：异种钢焊接特点工艺一、异种钢焊接概述及其焊接特点 1.异种钢焊接概述两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢（如奥氏体不锈钢）。对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头，也属于第二类接头。 2.焊接特点 2.1预热、缓冷、焊后热处理，特别是针对中厚板、拘束力较大的焊接，采用一定温度的预热、缓冷以及焊后消应力热处理的措施，可以有效地减小焊接应力，降低冷裂倾向。 2.2焊缝金属化学成分的不均匀，熔焊时，焊缝是由局部熔化的母材和熔化的焊条金属形成，不同的坡口型式和焊接参数，熔合比也不同，为确保焊缝金属成分的稳定性，防止焊缝因熔合比过大在熔合区产生马氏体组织，因此在焊接时要控制焊接参数等，减小熔合比的影响。 2.3熔合区碳的迁移，异种钢焊接在焊后热处理后往往会在低合金钢侧母材上形成脱碳层，高合金钢侧形成增碳层，导致熔合区接头的塑性下降，硬度增加，可能在熔合区产生破坏，所以在异种钢焊接时，采用隔离层堆焊，防止碳迁移现象。 2.4熔合区应力的形成，由于异种钢焊接两种金属的线膨胀系数不一样，焊接时可产生较大的残余应力，这种应力即使通过消应力热处理也无法消除，而熔合区这个薄弱地带往往受到这个应力的影响，极易在此附近造成焊接接头的破坏，所以我们要控制这种异种钢的焊接接头，可采用隔离层堆焊后用同种钢焊条焊接则接头的性能可大为改善。二、异种钢焊接工艺要点 1.焊材选择正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。异种钢接头的焊缝和熔合区，由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区，过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀，而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异，可能会引起焊接缺陷（如裂纹等）或严重降低性能。为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。其焊材选用的基本原则有以下几点： 1.1在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊材。

异种钢的焊接要点

异种钢的焊接第一节焊接接头的特点、成分、和组织的控制一，焊接接头的特点异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，主要是熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材存在的不均匀性，主要有： 1.化学成分不均匀。这是因为在焊接加热过程中，两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因“稀释”作用会发生变化。接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的影响，易采用小电流、浅熔深。 2.组织的不均匀性。在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构。参见舍夫勒图Nieq-- 镍当量；Creq—铬当量（学会看舍夫勒图）熔合比（稀释率）θ-在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。用实验测得的。 θ＝A/A+B=A1+A2/A1+A2+B θ取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）的性质以及焊条（焊丝）的倾角等因素 3.性能的不均匀性。由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大。

4.应力场分布不均匀。由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；导热系数不同会引起热应力不同。在组织应力和热应力的共同作用下发生叠加后会产生应力峰值，导致接头发生断裂。总之，对于异种钢焊接接头，其成分、组织、性能和应力场的不均匀是主要特点。二，异种钢焊缝金属的成分、组织的控制 1.焊缝成分与舍夫勒组织图的关系。异种钢焊接时由于选择的焊材与母材不同，要推算焊缝金属的成分、组织及性能。舍夫勒组织图就有这个功能。（图2-3）奥氏体形成元素的镍当量计算公式： Nieq＝wNi+30wC+0.5wMn 铁素体形成元素的铬当量计算公式： Creq＝wCr+wMo+1.5wSi+0.5wNb 也可以由母材、填充金属的成分和稀释率求出焊缝金属的成分。 2.影响稀释率的因素。 2.1预热的影响.预热温度高，稀释率大，因为熔深增加了；反之就小。要适中。 2.2焊接参数.电流大，稀释率大；焊接速度小，稀释率小。由于母材熔化的单位面积的大小的影响。见（图2-4） 2.3焊接方法.见（图2-5） 2.4接头形式.坡口大，稀释率小；坡口窄，稀释率变化不大。见

《工程材料力学性能》各章习题

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作业习题＞＞第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。作业习题＞＞第二章金属在其他静载荷下的力学性能一、解释下列名词：（1）应力状态软性系数——材料最大且盈利与最大正赢利的比值，记为α。（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。（3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。