焊接材料的合金元素对焊接性能的影响

一、焊接材料的合金元素对焊接性能的影响

焊接材料中合金元素是影响焊缝组织和性能的重要因素，随着合金成分和含量的变化，焊缝的组织和性能将发生相应的改变。为了保证焊缝金属具有所要求的成分和性能，必须保证严格控制焊接材料中的合金元素。合金元素对焊接性能的影响如下。

①碳（C）。对焊接性能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，焊缝金属的塑性和韧性下降。

②锰（Mn）。来自生铁及脱氧剂。Mn有很好的脱氧能力，能消除钢中的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除去，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，能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）。也来自生铁与脱氧剂。Si的脱氧能力比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作用形成SiO₂，然后进入炉渣而被排除。Si处理形成SiO₂除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）。是不锈钢中的主加元素，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％，能提高钢的淬透性，不降低冲击韧性。

⑤镍（Ni）。在钢中加入镍，可以提高钢的强度和冲击韧性，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，低合金钢焊缝中，Ti、B含量的最佳范围为：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，不仅能提高强度，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。

⑧钒（V）、铌（Nb）。适量的Nb和V可以提高焊缝的冲击韧性。Nb=0.03％～0.04％，V=0.05％～0.1％，可使焊缝金属具有良好的韧性。但采用Nb、V来韧化焊缝，当焊后不再进行正火处理时，Nb和V的氮化物以微细共格沉淀相存在，焊缝的强度大幅度提高，致使焊缝的韧性下降。

合金元素在钢以及在焊缝中主要以固溶体和化合物两种形态存在。部分合金元素对焊接性能的影响以及形成碳化物的倾向见表1－1。该表列出的仅是一般性的作用，实际应用中还应考虑合金元素之间存在的交互作用。

表1－1　合金元素对焊接性能的影响及形成碳化物的倾向

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