1、钢中的有害杂质和有害气体一、钢中的有害杂质1.硫(S)硫是钢中的主要有害杂质之一。硫几乎不溶于钢，与铁化合生成硫化铁。硫化铁又与铁形成低熔点共晶体，其熔点仅为 988。在铸锭及焊缝金属凝固时，这些低熔点共晶物残留在枝晶之间最后凝固，产生的收缩应力容易使其处于液态时拉开而形成裂纹。当钢中硫的含量较高时 ，即使铸锭在凝固时未产生裂纹，当在锻造及轧钢热加工中，低熔点物质熔化，也会沿晶界开裂形成裂纹。这种现象称为钢的热脆性。对于焊接，钢中的硫是非常有害的。当焊接材料本身含硫量高或母材含硫量高时，都会使焊缝金属含硫量偏高，使焊缝金属在凝固时容易产生焊接热裂纹。含硫量高的钢材在焊接时，除焊缝金属产生热裂纹
2、外，因硫化物受热熔化，在焊接热影响区也容易产生液化裂纹。2.磷（P）磷是钢中另一种杂质。钢中的磷可以溶解在铁素体内形成固溶体，使其强度和硬度提高。但磷原子溶于铁素体晶格以后使晶格产生很大畸变，导致冲击韧性大大降低使材料变脆。但这种不利影响只在低温下才出现，而高温下并不产生，因此，不妨碍热加工。这种现象称为钢的冷脆性。磷使钢焊接性恶化，使焊缝金属和焊接热影响区易出现裂纹。二、钢中的有害气体1.氧（O） 钢中超出溶解度的氧以夹杂物的形式存在，降低钢的强度、塑性、韧性，使钢的脆性转变温度明显提高，降低钢材的疲劳强度和冷加工能力。2.氢（H）氢使钢产生白点，引起氢脆现象，严重降低钢的韧性。焊接时焊缝金
3、属所吸收的的氢当含量较高时易产生冷裂纹。3.氮（N）氮在铁素体中的溶解度很低，当钢中没有与氮可化合生成氮化物的元素如铝、钛、锆时，大部分氮与铁形成又硬又脆的氮化铁，大大降低钢材的疲劳强度和冷加工性能。上述氧、氢、氮这些气体在钢中都是有害的，其中一部分是从炼钢的原材料带入的，另一部分是从空气中吸收的。、合金元素在钢中的作用1.碳（C）碳是钢的主要强化元素之一。随着钢的含碳量的增加，钢的强度、硬度、淬硬倾向、低温脆化倾向增加，塑性、韧性和抗腐性能降低。含碳量对钢的焊接性影响极大。一般说，随着含碳量的增加，焊缝金属和焊接热影响区产生焊接裂纹的倾向增加，焊接性变差。当含碳量高于 0.25%时，焊接性已
4、开始变差。2.锰(Mn)锰是强化元素之一，能溶于铁素体中，起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。锰又是一种良好的脱氧和脱硫剂。焊接时经常利用锰来进行脱氧和脱硫。锰在钢中的含量小于 2%时，可以使钢的强度明显提高，并能提高钢在低温下的冲击韧性。3.硅（Si）当硅含量小于 1%时，对钢有强化作用。硅是强脱氧剂，可提高钢在高温下的抗氧化性。焊接时硅易形成高熔点夹杂物残留在焊缝中。4.钼（Mo）钼能提高钢的强度、硬度，能细化晶粒，也能防止回火脆化的现象产生。钼能提高高温强度、蠕变强度和持久强度。含钼量小于 0.6%时，可提高钢的塑性，减小产生裂纹的可能性。钼能提高冲击韧性，同时还能提高钢的抗氢腐蚀性能。
5、5.铬（Cr）铬可以提高钢的抗氧化和耐腐蚀性。含铬的钢具有回火脆性，在焊接时易产生裂纹，因此含铬量高的钢可焊性差。6.钒（V）钒能提高钢的强度，可以细化晶粒，降低晶粒长大倾向。钒能提高淬硬性，并有时效硬化作用，同时也具有回火脆性。7.钛(Ti) （一般在 Q390 Q420 的系列钢中使用 ）钛是强烈的脱氧剂。在含钛的低合金钢中，含钛量为 0.08%0.15%。钛可以提高钢的强度，细化晶粒，提高韧性，改善硫的偏析程度。含钛量小于 0.2%时，可降低产生焊接裂纹和过热倾向 ，有利于改善钢的焊接性。8.铌(Nb) 铌能与碳形成碳化物，与铁等形成金属间的化合物，成弥漫状态分布，强化铁素体，细化晶粒。
6、在含锰的钢中加入铌可降低冷脆倾向。合金钢的焊接性通常把金属材料在焊接时形成裂纹的倾向及焊接接头的性能变坏的倾向作为评价焊接性的重要指标。合金钢的焊接性主要取决于其化学成分，同时也与结构的复杂程度、刚性、焊接方法、焊接材料和焊接工艺有密切的关系。钢中的碳是对焊接性影响最大的元素，其他合金元素对焊接性的影响为碳的几分之一至十几分之一。按合金成分对钢焊接性进行估算，即把合金元素对焊接性的影响的大小折算成相当碳元素的量，即碳当量 Ceq。由国际焊接学会推荐的计算碳当量的经验公式如下：Ceq=C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15(%)式中的元素符号表示在钢中所占的百分比。根据经验，当 Ce
7、q0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，焊接性优良，焊接时不必预热；当 Ceq=0.4%0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，需要采取适当的预热、控制线能量等工艺措施；当 Ceq0.6%时，淬硬倾向更强，属于难以焊接的材料，需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施。此外，焊接接头的工作环境温度、工件的承载情况和工件接触介质的腐蚀性等，对钢的焊接性有明显的影响。焊缝的几何形状焊缝的几何形状和横截面积尺寸可以用熔深 H、熔宽 B 及余高 a 等参数来表示。通常采用焊缝成型系数（） 、余高系数、和熔合比三个指标来反映焊缝成型上的特征。指焊缝的熔宽与熔深之比，即 =B/H，成型系数小，表示焊缝深而窄，因而焊接
8、的热影响区就小。焊缝成型系数小，有利于充分利用电弧的热能，减小热影响区的尺寸和焊接变形，但当焊缝成型系数太小时，焊缝易产生裂纹、气孔、夹渣，焊缝成型系数一般控制在 1.32.0 较为合适。焊缝的余高系数指熔宽与余高的比值，即 B/a。一般应把余高系数控制在 48，余高太大队承受动载的结构不利。对于角焊缝不应有余高，理想的角焊缝应当是凹形的。一定的余高具有防止裂纹的作用，但余高太大会造成应力集中，降低承载能力，同时也浪费了焊接材料。所以认为多熔敷一些焊接金属可以提高强度是不对的。熔合比是指母材金属在焊缝中所占的比率，一般用 表示，即=F m/Fm+FH*100%式中 -熔合比（%）Fm -母材熔化横截面面积（mm 2）FH -填充金属熔化后的横截面面积（mm 2）
