金属焊接性总结

1 / 72 金属焊接性总结 2016太原科技大学期末考试试题 ? 金属焊接性：是金属是否能适应焊接加工而形成完整的，具备一定使用性能的焊接接头的特性。 含义：一是金属在焊接加 工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行能力。 1. 影响金属焊接性的因素： 1、材料本因素 2、设计因素 3、工艺因素 4、服役环境 2. 评定焊接性的原则 :评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 3. 实验方法应满足的原则： 1、可比性 2、针对性 3、再现性 4、经济性 4. 常用焊接性试验方法 2 / 72 A:斜 Y坡口焊接裂纹试验法 : 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对 冷裂纹的敏感性。 B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法 一 问答： “ 小铁研 ” 实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验 结果稳定性的因素有哪些？ 答： 1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素 焊接接头拘束度 预热温度 角变形和未焊透。 合金结构钢的焊接 低碳调质钢的焊接性分析 低碳调质钢主要是 作为高强度的焊接结构用钢，因此含碳量限制的较低，在合金成分的设计上考虑了焊接性的要求。低碳调质钢碳的质量分数不超过 %，焊接性能远优于中碳调质钢。由于这类钢的焊接热影响区是低碳马氏体，马氏体转变温度 Ms 较高，所形成的马氏体具有 “ 自回火 ” 特性，使得3 / 72 焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。 焊缝强韧性匹配： 焊缝强度匹配系数 S=w/b,是表征接头力学非均质性的参数之一， w 为焊缝强度， b 为母材强度。当 w/b1 时，为高强匹配 ;=1 为等强匹配。 低碳调质钢热影响区获得细小的低碳马氏体组织或下贝氏体组织时，韧性良好，而韧性最佳的组织为 ML 与低温转变贝氏体组织的混合组织下贝氏体的板条间结晶位相差较大，有效晶粒直径取决于板条宽度，比较微细，韧性良好，当 ML与 BL混合生成时，原奥氏体晶粒被先析出的 BL有效地分割，促使 ML有更多的形核位置，且限制了 ML的生长，因此 ML+BL 混合组织有效晶粒最为细小。 Ni是发展低温钢的一个重要元素。为了提高钢的低温性能，可加入 Ni 元素，形成含 Ni 的铁素体低温钢，如钢 等在提高 Ni的同时，应降低含碳量和严格限制 S、 P的含量及 N、 H、O 的含量，防止产生时效脆性和回火脆性等。这类钢的热处理条件为正火、正火 +回火和淬火 +回火等。 1在低温钢中由于含碳量和杂质 S、 P的含量控制的都很严格，所以液化裂纹在这类钢中不是很明显。 4 / 72 2 另一个问题是回火脆性，要控制焊后回火温度和冷却速度。 低温钢焊接的工艺特点：除要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热影响区的低温韧性，这是制定低温钢焊接工艺的一个根本出发点。 9Ni 钢具有优良的低温韧性但用 与 9Ni 钢相似的铁素体焊材时所得焊缝的韧性很差。这除了与铸态焊缝组织有关外，主要与焊缝中的含氧量有很大的关系。与 9Ni 钢同质的 11Ni铁素体焊材，只有在钨极氩弧焊时才能获得良好的低温韧性。因为此时能使焊缝金属中氧的质量分数降低到与母材相同的 %以下。 ? 二、中碳调质钢的焊接性分析 焊缝中的 热裂纹 中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，因此液 -固相区间 大，偏析也更严重，具有较大的热裂纹倾向。 冷裂纹 中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬倾向明显；由于 M s点低，在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应，冷裂倾向严重。 5 / 72 再热裂纹 热影响区的性能变化 1、过热区的脆化 中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，有相当大的淬硬性，因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越 多，脆化倾向越严重。 即使大线能量也难以避免高碳 M出现，反而会使 M 更粗大，更脆。 一般采用小线能量，同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。 2、热影响区软化 焊后不能进行调质处理时，需要考虑热影响区软化问题。调质钢的强度级别越高，软化问题越严重。软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。热源越集中的焊接方法，对减小软化越有利。 ? 三、中碳调质钢的焊接工艺特点 6 / 72 中碳调质钢一般在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的 均匀焊接接头。 (2) 时必须在调质后进行焊接时，热影响区性能恶化往往难以解决。 (3) 焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施。 ? ? 珠光体耐热钢提高高温强度的途径是碳含量低 ,合金元素少热膨胀系数小导热性好 ,并有良好的冷热加工性 ,加入 Cr,Mo,W,V,等主要强化铁素体 ,提高钢的高温强度。 耐热钢高温脆性有哪几种形式？有哪些？淬火脆化 ,回火脆化 ,时效脆化 ,二次淬火脆化或高鉻铁素体钢 的晶粒长大脆化 ,及鉻镍奥氏体钢沿晶界析出碳化 物脆化 ,475 脆化和 相脆化。 空冷不锈钢分类不锈钢空冷后室温组织分为铁素体钢 ,奥氏7 / 72 体钢 ,马氏体钢 ,奥氏体 -铁素体双相钢 ,沉淀硬化型或时效硬化型钢。 ? 珠光体不锈钢，奥氏体不锈钢与异种钢焊接时易出现什么问题？ ? 答： 1 焊缝化学成份的控制 2 凝固过渡层的形成 3 碳迁移过渡层的形成 4残余应力的形成。 ? 焊接紫铜常会出现哪些问题？ 1难融合及易变形 2产生热裂纹 3产生气孔 4 接头塑形导电性耐蚀性下 降。 出现问题的原因？ 1 热导率大使热量很快消失 ,线胀系数和收缩率大 ,易变形。 2铜在融化状态易与其中杂质氧反应生成 Cu2O,Cu2O 与 Cu 形成低熔点共晶 ,且共晶温度低于铜的熔点 ,使焊缝形成热裂纹 ,S与 O相同。 3 焊缝为单质 组织 ,易生成粗大的晶 粒加剧热裂纹生成 ,收缩率及线胀系数大 ,应力较大促使热裂纹8 / 72 生成。 4 氢及水蒸气在焊接时形成氢气孔 .5焊缝及热影响区出现粗大晶粒 ,加入一定量的脱氧元素 ,降低了焊缝塑性与导电性 ,合金元素的氧化和蒸发 ,接头的各种缺陷。晶界上脆性共晶存在导致耐蚀性下降。 如何防止？ 1 使用大功率的热源，在焊前或焊中采取预热或保温措施 ,提高加工刚度 ,增加防变形。 2 对融化金属进行脱氧 ,且严格控制焊缝中 S的含量 3控制焊接时氢的来源 ,降低熔池的冷却速度 ,使气体容易逸出使气体容易析出减少氧氢来源和对熔池进行适当的脱氧使熔池慢冷。 4 采用埋弧焊或惰性气体保护焊提高焊缝金属的纯度。 ? 铸铁与低合金钢产生裂纹的原因有何不同？论述产生裂纹的特点。 答：铸铁产生裂纹主要是冷裂纹 (热应力超过其塑性变形能力而发生突然断裂 )和热 裂纹 (焊缝 C,S,P含量不均形成低熔点共晶在奥氏体间分布 ),低合金钢产生的裂纹主要是冷裂纹 (淬硬组织引起 )和热裂纹 (随碳及合 金元素增加结晶偏析倾向形成 ),再热裂纹 (焊后消除应力热处理或焊后高温加热 )。特点：铸铁： 1焊缝和热影响区都有9 / 72 较大的冷裂纹敏感性 2 一般在 400 以下伴随脆性断裂声 3尺 寸较大 ,甚至贯穿整个焊缝的宏观裂纹 4 焊缝底部形成热裂纹甚至宏观热裂纹。低合金钢： 1 随着钢材强度级别的提高，合金元素的增加，淬硬倾向逐渐增大 ,冷裂纹倾向加大 2热裂纹一般不会出现 ,但随碳含量和合金元素含量的增加 ,也可出现热裂纹 3为加强淬透性和回火稳定性加入的一些合金元素易引起再热裂纹。 一：分析 Q345 钢的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。 答 :Q345 钢属于热轧钢，其碳当量小于，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上， Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向， Q345 刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在 Q345 刚中加入 V、 Nb 达到沉淀强化作用可以消除 焊接接头中的应力裂纹。被加热到 1200 以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过 6001h 退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂 SJ501，焊丝 H08A/H08MnA.电渣焊：10 / 72 焊剂 HJ431、 HJ360 焊丝 H08MnMoA。 CO2气体保护焊： H08系列和 YJ5 系列。预热温度： 100 150 。焊后热处理：电弧焊一般不进行或 600 650 回火。电渣焊 900 930 正火，600 650 回火 二： Q345 与 Q390 的焊接性有何差异？ Q345的焊接工艺是否适用于 Q390 的焊接，为什么？ 答： Q345 与 Q390 都属于热轧钢，化学成分基本相同，只是Q390的 Mn含量高于 Q345，从而使 Q390的碳当量大于 Q345，所以 Q390 的淬硬性和冷裂纹倾向大于 Q345，其余的焊接性基本相同。 Q345 的焊接 工艺不一定适用于 Q390 的焊接，因为 Q390的碳当量较大，一级 Q345的热输入较宽，有可能使Q390 的热输入过大会引起接头区过热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大，过热区的脆化也变的严重。 三：低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？ 答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。由于一般不进行焊后热处理，要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。中碳调质钢，根据焊缝受力条件，性能要求及焊后热处理情况进行选择焊接材料，对于焊后需要进行处理的构11 / 72 件，焊缝金属的化学成分应与基体金属相近 4.低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？ 答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性 的影响。由于一般不进行焊后热处理，要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。中碳调质钢，根据焊缝受力条件，性能要求及焊后热处理情况进行选择焊接材料，对于焊后需要进行处理的构件，焊缝金属的化学成分应与基体金属相近。 5.分析低碳调质钢焊接时可能出现的问题？简述低碳调质钢的焊接工艺要点，典型的低碳调质钢如 (14MnMoNiB、 HQ70、HQ80)的焊接热输入应控制在什么范围？在什么情况下采用预热措施 ，为什么有最低预热温度要求，如何确定最高预热温度。 答：焊接时易发生脆化，焊接时由于热循环作用使热影响区强度和韧性下降。焊接工艺特点：焊后一般不需热处理，采用多道多层工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。典型的低碳调质钢的焊接热输入应控制在 Wc?时不应提高12 / 72 冷速， Wc?时可提高冷速焊接热输入应控制在小于481KJ/cm 当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时，就必须采用预热措施，当预 热温度过高时不仅对防止冷裂纹没有必要，反而会使 800 500 的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使热影响区韧性下降，所以需要避免不必要的提高预热温度，包括屋间温度，因此有最低预热温度。通过实验后确定钢材的焊接热输入的最大允许值，然后根据最大热输入时冷裂纹倾向再来考虑，是否需要采取预热和预热温度大小，包括最高预热温度。 6.低碳调质钢和中碳调质钢都属于调质钢，他们的焊接热影响区脆化机制 是否相同？为什么低碳钢在调质 状态下焊接可以保证焊接质量，而中碳调质钢一般要求焊后热处理？ 与 M-A组元的形成。中碳调质钢：由于含碳高合金元素也多，有相当大淬硬倾向，马氏体转变温度低，无自回火过程，因而在焊接热影响区易产生大量 M组织大致脆化。低碳调质钢一般才用中、低热量对母材的作用而中碳钢打热量输入焊接在焊后进行及时的热处理能获得最佳性能焊接接头。 13 / 72 5. 同一牌号的中 碳调质钢分别在调质状态和退火状态进行焊接时焊接工艺有什么差别？为什么中碳调质钢一般不在退火的状态下进行焊接？ 答：在调质状态下焊接，若为消除热影响区的淬硬区的淬硬组织和防止延迟裂纹产生，必须适当采用预热，层间温度控制，中间热处理，并焊后及时进行回火处理，若为减少热影响的软化，应采用热量集中，能量密度越大的方法越有利，而且焊接热输入越小越好。 在退火状态下焊接：常用焊接方法均可，选择材料时，焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致，主要合金也要与母材一致，在焊后调质的情况下，可采用很高的预热温度和层间温度以保证调质前不出现裂纹。 因为中碳调质钢淬透性、淬硬性大，在退火状态下焊接处理不当易产生延迟裂纹，一般要进行复杂的焊接工艺，采取预热、后热、回火及焊后热处理等辅助工艺才能保证接头使用性能。 6. 低温钢用于 -40 度和常温下使用时在焊接工艺和材料上选择是否有所差别？为什么？ 答：低温钢为了保证焊接接头的低温脆化及热裂纹产生要求14 / 72 材料含杂质元素少，选择合适的焊材控制焊缝成分和组织形成细小的针状铁素体和少量合金碳化物，可保证低温下有一定的 AK 要求。 对其低温下的焊接工艺选择采用 SMAW 时用小的线能量焊接防止热影响区过热，产生 WF 和粗大 M,采用快速多道焊减少焊道过热。采用 SAW时，可用振动电弧焊法防止生成柱状晶。 第四章 不锈钢及耐热钢的焊接 不锈钢：指在大气环境下及有侵蚀性化学介质中使用的钢。 耐热钢：包括抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢指在高温下 具有抗氧化性能的钢，对高温强度要求不高。 热强钢：指在高温下即具有抗氧化能力，又要具有高温强度。 热强性：指在高温下长时工作时对断裂的抗力，或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力。 部分概念： 1铬当量：在不锈钢成分与组织间关系的图中各形成铁素体的元素，按其作用的程度折算成 Cr 元素的总和，即称为15 / 72 Cr当量。 2镍当量：不锈钢成分与组织间关系的图中各形成奥氏体的元素按其作用的程度，折算成 Ni 元素的总和，即称为 Ni当量。 3. 4750 C 脆化 : 高铬 铁素体不锈钢在 400540 度范围内长期加热会出现这种脆性，由于其最敏感的温度在 475度附近，故称 475 度脆性，此时钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性明显下降。 4.凝固模式： 凝固模式首先指以何种初生相开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。四种凝固模式：以 相完成凝固过程，凝固模式以 F 表示；初生相为 ，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以 FA 表示；初生相为 ，然后依次发生包晶 反应和共晶反应，凝固模式以 AF 表示；初生相为 ，直到凝固结束不再发生变化，用A 表示凝固模式。 5.应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下，在低于材料屈服点和微弱的腐蚀介质中发生的开裂形式 6. 相脆化 : 相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和16 / 72 复杂的晶体结构。 25-20钢焊缝在 800 875 加热时， 向 转变非常激烈。在稳定的奥氏体钢焊缝中，可提高奥氏体化元素镍和氮，克服 脆化。 7、晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。 8、贫铬机理：过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散。与边界附近的铬形成铬的碳化物 CR23C16 或 C6 并在晶界析出， 由于碳比铬扩散的快的多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边层 Cr的质量分数低于 12%，即所谓“ 贫铬 ” 现象 奥氏体不锈钢焊接性分析 接头耐蚀性 1、晶间腐蚀有 代表性的 18-8 钢焊接接头，有三个部位出现晶间腐蚀现象，包括焊缝区腐蚀、敏化区腐蚀、熔合区腐蚀。 焊缝区晶间腐蚀 17 / 72 防止焊缝区晶间腐蚀，采取措施有：错误！未找到引用源。通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或含有足够的稳定化元素 Nb，一般希望 Nb8% 或 Nb1% ； 错误！未找到引用源。调整焊缝成分以获得一定的铁素体 () 相。 焊缝中 相的作用：一是可以打乱单一 相柱状晶的方向性，不致形成连续贫铬层；二是 相富 Cr，有良好的供 Cr条件，可减少 晶粒形成贫铬层。常希望焊缝中存在 4%12%的 相。 HAZ敏化区晶间腐蚀 错误！未找到引用源。 HAZ 敏化区晶间腐蚀，指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位所发生的晶间腐蚀。 错误！未找到引用源。 只有普通 18-8钢才会有敏化区存在，含 Ti或 Nb的 18-8Ti或 18-8Nb，以及超低碳的 18-8 钢，不易有敏化区出现。防止 18-8 钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采取快速过程，以减少处于 敏化加热去区间。 熔合区刀口腐蚀 18 / 72 在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称为 “ 刀口腐蚀 ” 。刀口腐蚀只发生在含 Nb 或含 Ti 的 18-8Nb 或18-8Ti 钢的熔合区。其实质是因 M23C6沉淀而形成贫铬层。18-8Ti 在焊接时熔合区高温过热，大部分 TiC溶解，冷却时，碳在晶界附近成为过 饱和状态，再经过 450 850 中温加热，在晶界将发生 M23C6 沉淀而形成晶界贫铬。越靠近熔合线，贫铬越严重，因此形成 “ 刀口腐蚀 ” 。 2、应力腐蚀开裂 SCC: 应力加腐蚀介质 焊接应力作用 应力腐蚀开裂的拉应力来源于焊接残余应力超过 30%。在氯化物介质中，引起 SCC 的临界 应力接近奥氏体钢的屈服点。在高温高压水中，引起 SCC的临界应力远小于屈服点。防止应力腐蚀开裂，退火消除焊接残余应力最为重要。 合金成分的作用 材质与介质有一定的匹配性才会发生SCC。焊缝中含有一定量的 有利于提高氯化物介质中耐 SCC性能。在氯化物介质中提高镍含量有利。 Si能使氧化膜致密而有利。如果 SCC 的根源是点蚀坑， Mo有利于防止。超低碳有利于防止 SCC。 19 / 72 3、点蚀不锈钢的点蚀较难控制 含 Mo 钢耐点蚀性能比不含的要好。 18-8 Mo 比 18-8 耐点蚀性能好。双相钢的耐点蚀性能最好。为提高点蚀性能，一方面须减少 Cr、 Mo 的偏析；另一方面采用较母材更高 Cr、 Mo含量的超合金化焊接材料，提高含 Ni量。 产生热裂纹的原因？ 1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。 2、奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜。 3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂，不仅 S、 P、 Sn、 Sb之类会形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限，也可能形成易溶共晶。 选择焊接材料注意问题： 20 / 72 1、应坚持 “ 适用性原则 ” 。 2、根据所选各焊 接材料的具体成分来确定是否适用。 3、考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小。 4、根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度 5、不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；不仅考虑使用性能的要求，要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性要求。 焊接工艺要点： 填空 1. 钢的强化方式有固溶强化、沉淀强化、位错强化、热处理强化、细晶强化。除了细晶强化是同时提高强度和韧性的强化手段外，其他的强化方式都是在强度提高到一定程度后，冲击韧度会下降。 Hall-Petch 关系式是细晶强化的理论依据 s =0 + Kd -1/2 ， 0 为铁 素体晶格摩擦力； K 为常数， d为晶粒直径 2. 影响焊接性的因素是材料、设计、工艺、及服役环境。 3. 常用的低合金21 / 72 钢焊接冷裂纹试验方法 :斜 Y 形坡口对接裂纹试验、刚性固定对接裂纹试验、窗形拘束裂纹试验、十字接头裂纹试验、插销试验、刚性拘束裂纹试验、拉伸拘束裂纹试验。 4. 焊缝韧性取决于针状铁素体 (AF)和先共析铁素体 (PF)组织所占 的比例。 5. 低碳调 质钢 :14MnMoVN 、 14MnMoNbB 、15MnMoVNRE、 HQ70、 HQ80C、 HQ100 6、中碳调质钢最好在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理获得性能满足要求的焊接接头，这是焊接中碳调质钢的一种比较合理的工艺方案。 7.焊接主要是解决的是裂纹问题。 8. 奥氏体 -铁素体双相不锈钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，具有良好的韧性、强度及优良的耐氯化物应力腐蚀能力。 9. 采用加热减应区法焊补铸铁，成败的关键在于正确选择 “ 减应区 ” ，以及对其加热、保温和冷却的控制。选择原则是使减应区的主变形方向与焊接金属冷却收缩方向一致。焊前 对减应区加热能使缺陷位置获得最大的张开位移，焊后使减应区与焊补区域同步冷却。 10. 金属基复合材料的焊接问题，关键是非金属增强相与金属基体以及非金属增强相之间的结合。 11. 复合钢板的焊接过程，一般是复层和基层分开各自进行焊接，焊接中的主要问题在于基层与复层交接处的过渡层焊接。 12.考虑到焊接结构应用主要是纯铜及黄铜，故焊接性分析是结合纯铜及黄铜熔焊来讨论的。 13.焊接性评定方法分类 1模拟类方法 2实焊类方法 3理论分析和计算类方22 / 72 法。 名词解释 1. 焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力，其包括结合性能和使用性能。 2.工艺焊接性就是一定的材料在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性 ,涉及焊接制造工艺过程中的焊接缺陷问题。使用焊接性指一定材料在规定的焊接工艺条件下所形成的焊接接头适应使用要求的能力，涉及焊接接头的使用可靠性问题。 3. 点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀，又称坑蚀或孔蚀。 4.晶间腐蚀 在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。受这种腐蚀的设备或零件，外观虽成金属光泽，但因晶粒彼此间已失去联系，敲击时已无金属的声音，钢制变脆，晶间腐蚀多半与晶界层贫铬现象有联系。 5.韧性是表征金属对脆性裂纹产生和扩散难易程度的性能。 6.应力腐蚀 也称应力腐蚀开裂，指不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。 简答、 1. 热轧及正火钢焊接时，热影响区脆化机制是啥？ 23 / 72 答：粗晶区脆化 被加热到 1200度以上的热影响区过热区可能产生粗晶区脆化，韧性明显降低。这是由于热轧钢焊接时，采用过大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大或者出现魏氏组织而降低韧性；焊接热输入过小，粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性。采 用小焊接输入是避免这类钢过热区脆化的一个有效措施。 (2)热应变脆化 产生在焊接融合区及最高加热温度低于 Ac1 的亚临界热影响区。对于 C-Mn 系热轧钢及氮含量较高的钢，一般认为热应变脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用造成的。一般认为在 200度 -400 度时热应变脆化最为明显，当焊前已经存在缺口时，会使亚临界热影响区的热应变脆化更为严重。熔合区易于产生热应变脆化与此区域存在缺口性质的缺陷和不利组织有关。热应变脆化易发生在一些固溶 N 含量较高而强度 级别不高的低合金钢中。 2. 热轧及正火钢焊接材料的选择注意事项？ 热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分，其选用要点如下：选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料同时考虑熔合比和冷却速度的影响考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响。 24 / 72 3. 低碳调质钢碳 的质量分数不超过 %，焊接性能远优于中碳调质钢。低碳调质钢焊接热影响区形成的是低碳马氏体，马氏体开始转变温度 Ms较高，所形成的马氏体具有 “ 自回火 ”特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。常采用低强匹配和等强匹配。低碳调质钢的合金化原则是在低碳基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素，来保证获得强度高、韧性好的低碳 “ 自回火 ” 马氏体和部分下贝氏体的混合组织。 4. 低碳调质钢热影响区获得较细小的低碳马氏 体组织或下贝氏体组织时，韧性良好，而韧性最佳的组织为低碳马氏体与低温转变贝氏体的混合组织，随着上贝氏体组织的增加韧性急剧下降。其原因：板条马氏体转变时，约 10 个以上相邻板条大致具有同一结晶方位，形成一束板条，有效晶粒直径较大。下贝氏体的板条间结晶位向差较大，有效晶粒直径取决于其板条宽度，比较微细，韧性良好。当 ML 与下贝氏体混合生长时，原奥氏体晶粒被先析出的下贝氏体有效地分割，促使 ML有更多的形核位置，且限制 ML 的生长，因此 ML+BL混合组织的有效晶粒最为细小。 25 / 72 5. 低碳调质钢焊接参数的选择？焊接热输入的确定 以抗裂性和对热影响区韧性要求为依据。从防止冷裂纹出发，要求冷却速度慢为佳，但对防止脆化来说，要求冷却速度越快越好，因此应兼顾两者的冷却速度范围。其上限取决于不产生冷裂纹，下限取决于热影响区不出现脆化混合组织。保证不出现裂纹和满足热影响区韧性条件下，热输入应尽可能选择大些。 (2)预热温度和焊后热处理 当低碳调质钢板厚不大，接头拘束度较小时，可以采用不预热焊接工艺。当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时，就必须采取预热措施。低碳调质钢焊接结构一般在焊态下使用，正常情况下不进行焊后热处理。 6. 9Ni 钢的焊接性需注意的问题： 1）正确选择焊材 2）避免磁偏吹现象 3）严格控制焊接热输入和层间温度，避免焊前预热。但要严格控制 9Ni 钢中 S、 P含量，采用控制层间温度及焊后缓 冷等工艺措施，可降低冷却速度，避免淬硬组织，采用较小的焊接热输入。 7. 采用同质焊缝焊接马氏体不锈钢时，焊后热处理应该怎么做？采用同质焊缝焊接马氏体不锈钢时，为防止焊接接头形成冷裂纹，宜采取 预热措施。预热温度：焊件焊后不可随意从焊接温度直接升温进行回火热处理。正确的方法是：回火前使焊件适当冷却，26 / 72 让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解为马氏体组织。焊后热处理制度的制定须根据具体成分制定具体工艺。 8.双相不锈钢耐应力腐蚀机制是： (1)双相不锈钢的屈服强度比 18-8 型不锈钢高，即产生表面滑移所需的应力水平较高，在相同的腐蚀环境中，由于双相不锈钢的表面膜因表面滑移而破坏的应力 较大，即应力腐蚀裂纹难以形成。双向不锈钢的两个相的腐蚀电极电位不同，裂纹在不同相中和在相界的扩展机制不同，其中必有对裂纹扩展起阻止或抑制的阶段，此时应力腐蚀裂纹发展极慢。双向不锈钢中。第二相的存在对裂纹的扩展起机械屏障作用，延长了裂纹的扩展期。此外两个相的晶体形面取向差异，使扩展中的裂纹频繁改变方向，从而大大延长了应力腐蚀裂纹的扩展期。 9. 氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因，氢的来源是弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分对焊缝气孔的产生有重要影响。防止焊 缝气孔的途径： 1）减少氢的来源，焊前处理十分重要 2）控制焊接工艺。 10. 工件表面不清理状态下进行对接氩弧焊时焊缝有大量的气孔，但在同样不清理的板材上进行堆焊时，一般不产生气孔。对接间隙增大时，气孔也相应减少。这表明，紧密接27 / 72 触的对接端面表面层是形成气孔的重要原因。这是因为，在焊接热作用下，紧靠熔池前部的对接边受到严重挤压而接触紧密，甚至可观察到塑性变形，对接端面的表面层往往有吸附的水汽及其他能 形成气体的物质，此时紧靠熔池前方的对接端面又处于高温状态，这对生成气体有利。这些气体被对接端面严重封锁，处于高压状态，生成微气泡，随后这些微气泡在熔池中生长成气孔。在堆焊及预留间隙对接时，工件表面及对接端面的水汽、结晶水等杂质在熔化前就被加热到高温而分散进入气相，故对气孔生成影响很小。 11. 比较分析三种镍基铸铁焊条特点 1）纯镍铸铁焊条 优点是在电弧冷焊条件下焊接接头加工性优异。焊缝为奥氏体 加点状石墨，硬度低，塑性较好，抗热裂纹性能较好 。 2）镍铁铸铁焊条 由于铁的固溶强化作用，其熔敷金属力学性能较高，主要用于高强度灰铸铁和球墨铸铁的焊接。小电流焊接时半熔化区白口宽度为，热影响区最高硬度小于 300HBS，使焊接接头的加工性比 EZNi 型焊条稍差。 3）镍铜铸铁焊条 由于含镍量处于纯镍铸铁焊条和镍铁铸铁焊条之间，使焊接接头的半熔化区白口宽度和接头的加工性能也介于二者之间。仅适用于强度要求不高的加工面缺陷的焊补。镍基焊缝的共同特点是含碳量较高，组织为奥氏体石墨。这类焊条均采用石墨型药皮，主要用于不 同厚28 / 72 度铸铁件加工面上中、小缺陷的焊补。 12. 对于结构复杂或厚大灰铸铁件上的缺陷焊补，应本着从拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接的原则。如图，灰铸铁缸体侧壁有 3处 裂纹缺陷，焊前在 1 和 2 裂纹端部钻止裂孔，适当开坡口。焊接裂纹 1时，应从闭合的止裂孔一端向开口端方向分段焊接。裂纹 2处于 拘束度较大部位，由于裂纹两端的拘束度比中心大，可采用从裂纹两端交替向中心分段焊接工艺，有助于减小焊接应力。还要注意，止裂孔最后焊接。当铸铁件的缺陷尺寸较大、情况复杂、焊补难度大时，可以采用镶块焊补法、栽丝焊补法及垫板焊补法等特殊焊补技术。图中的缺陷 3 由多个交叉裂纹组成，如逐个焊补，则难以避免出现焊接裂纹。可以将该缺陷整体加工掉，按尺寸准备一块厚度较薄的低碳钢板。焊前将低碳钢板冲压成凹形，如图 6-12a 所示，或者用平板在其中间切割一条窄缝，如图 6-12b 所示，目的是降低拘束度。焊补时低碳钢板容易变形，利于缓解 焊接应力，防止焊接裂纹，此即镶块焊补法。按图 6-12b给出的顺序分段焊接，最后用结构钢焊条将中间的切缝焊好，保 证 29 / 72 缸 体 壁 的 水 密 性 。 13.评定焊接性的原则主要包括：一是评定焊接 接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；二是评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 30 / 72 论述奥氏体不锈钢焊接性分析？焊接工艺要点？ 1)焊接接头的晶间腐蚀 晶间腐蚀在焊缝区，熔合区，热影响区均有可能出现；通常用贫铬理论来解释。危害：受腐蚀部位无尺寸上的变化，甚至仍旧保持金 属泽，受到应力作用时会沿晶界断裂，强度几乎完全消失，防止措施：采用低碳焊条、降低焊接电流、加快焊接速度 2）焊接热裂纹 产生原因：奥氏体不锈钢导热系数小，而线膨胀系数大，焊接过程中易于产生拉应力、在结晶时晶粒间存在很薄的液相层，塑性很低。防止措施： 采用含 S,P 量少的焊丝、焊缝冷却速度不可过快、采用小电流快速焊、收弧时填满弧坑。 3）应力腐蚀开裂防止措施：采用合理的焊接顺序，避免产生较大的焊接拉应力、避免焊缝与腐蚀介质接触、 避免焊缝产生咬边等点蚀缺陷 4）焊缝脆化 产生原因：焊接时过大残余应力，使得奥氏体焊缝产生 “ 自生硬化 ” 现象，降低了焊缝的塑性和韧性；焊缝中铁素体的存在 防止措施：采用限制热输入的办法，可以有效防止焊缝脆化；采用纯奥氏体焊条 5）焊接变形 奥氏体不锈钢的导热系数较小，而线性膨胀系数较大，导致焊缝冷却过程中产生较大拉应力，宏观表现为较大的焊接变形。防止方法：采用专用夹具，以机31 / 72 械约束力减小变形倾向；选用较小的焊接电流，并多层多道焊、分段焊，减小局部变形倾向 工艺要点 :1.合理选择焊接方 法； 2.控制焊接参数，避免接头产生过热现象； 3.接头设计的合理性应给以足够的重视； 4.尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定； 5.控制焊缝成形； 6.防止工件工作表面的污染。 金属焊接性：就是金属是能否适应焊接加工而形成完整的，具备一定使用性能的焊接接头的特性，一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷，二是汉城的接头在一定使用条件下可靠运行的能力影响焊接性的因素： 1 材料 2 工艺 3 结构 4 服役条件 斜 Y 形坡口焊接裂纹实验法：用来评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性 又称 “ 小铁研 ”法焊接结构生产的表面裂纹率 脆断倾向。 贫铬理论：铬原子扩散速率比碳原子小得多，来不及补充形成碳化物所消耗的铬，使晶粒边界的铬含量低于耐蚀所需铬的极限值，于是导致晶粒边缘贫铬 奥氏体不锈钢的焊接性： 1.焊接热裂纹：由于 奥氏体不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接区降温期焊接接头 必然要承受较大的拉应力这也促成各种类型热裂纹的产生 2.&相导致的脆化 3.焊接变形与收缩 4.焊接接头的晶间腐蚀 ：32 / 72 奥氏体不锈钢焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间可能局部发生沿晶界的腐蚀 ； 焊缝上的晶间腐蚀通常都只是在多道多层的情况下出现，前一道金属受到后面焊道的热影响而处于敏化温度的区代，可能出现晶间贫珞而不耐腐蚀 5.焊接接头的刀状腐蚀 6.焊接接头的应力腐蚀 工艺要点防止奥氏体不锈钢焊接热裂纹的措施 1.冶金措施，控制焊缝金属中的铬镍比，焊缝金属中严格限制硼硫磷西等有害金属的含量，焊缝金属中添加一定数量的 铁素体组织 2.工艺措施：选用适当的焊接坡口或焊接方法，尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂，选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力 防止 &相产生的措施：严格控制焊接材料中加速 &相形成的元素适当降低铬含量和提高镍含量防止焊接接头产生晶间腐蚀的工艺和冶金措施：工艺 1.选用适当的焊接方法：采用小的线能量让焊接接头尽可能的缩短在敏感温度区段的停留时间 2.工艺参数制定：以在焊接熔池停留时间最短为宗旨 3.尽量采用窄焊缝，多道多层焊 4.强制焊接区快速冷却 5.进行稳定化处理或固溶处理 冶金措施：使焊缝金属具 有奥氏体和铁素体双向组织，在焊缝金属中加入比铬更容易与碳集合的稳定元素如钛豪，降低焊缝金属中的含碳量 珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢焊接时的结合性能包括焊缝化学成分的控制、凝固过渡层的形成及碳迁移过渡层的形成、接头应力 33 / 72 奥氏体不锈钢焊接接头问题：焊接接头的晶间腐蚀，应力腐蚀、热裂纹等防治： 1 控制含碳量在以下。因为含碳量在以下时，能够析出的碳的数量较少，在以上时，能够析出的碳的数量迅速增加。 2 添 加稳定剂 即在钢材和焊接材料中加入比铬与碳亲和力更强的元素。 3 进固深处理 4 采用双相组织 5 加快冷却速度，焊接接头在危险温度区停留的时间越短，接头的耐晶间腐蚀能力越强，所以不锈钢焊接时，快速冷却是提高接头耐腐蚀能力的有效措施。由于奥氏体不锈钢冷却过程中没有马氏体的转变过程，所以快速冷却不会使接头淬硬。热裂纹的防治： 1）双相组织的焊缝比单相奥氏体组织具有较高的抗热裂纹能力。因为铁素体可以细化晶粒，打乱柱状晶的方向，防止杂质的聚集，并且铁素体还可以比奥氏体溶解更多的杂质，从而减少了低熔点共晶物在奥氏体晶格边界上 的偏析。 2）在焊接工艺上，采用碱性焊条，用小电流，快焊速， 收弧时尽量填满弧坑以及采用氩弧焊。 钛及钛合金的焊接性：钛化学活性大，钛及合金与其他金属比较，具有熔点高、热容量小、热导率小的特 点，因此焊接接头易产生过热组织，晶粒变得粗大，特别是 钛合金，易引起塑性降低，所以在选择焊接参数时，既要保证不过热，又要防止淬硬现象，34 / 72 冷裂纹倾向较大 易产生气孔 变形大。钛的弹性模量约比钢小一半，所以焊接残余变形较大，并且焊后变形的矫正较为困难 杂质元素的沾污引起脆化焊接相变引起的接头塑性下降产生焊接裂纹。保护特殊性：由于钛和钛合金导热性差、散热慢，高温停留时间长，受气体及杂质污染影响严重，常用双层气流保护、拖罩保护和箱内焊接 铝及铝合金的焊接性 1.强的抗氧化能力 2.铝的热导率和比热容搭，导热快， 3.热裂纹倾向大 4.容易形成气孔 5.焊接接头容易氧化 6.合金元素蒸发和烧损 7.焊接接头的耐腐蚀性能低于母材 8.固态和液态无色泽变化 氢的来源： 1.气瓶中超标的氢和水，气体管路和冷却管路潮湿或混入弧柱气氛中的空气和湿气 2.因铝材熔炼生产中除气不净而使本身含有固溶与期内的超标氢 3.铝材加工过程中粘附与表面的润滑油，油脂，污物等谈情化合物 气孔防治措施： 1）限制氢的来源：焊材严格控制含水量，用前干燥处理；焊接 前必须严格清除工件和焊丝表面氧化膜和油污； 2）控制焊接工艺：适当减慢焊速； 3）调整电弧气氛热裂纹的防治：选择抗裂性优良的基本金属以及选择与基本金属合理匹配的焊接材料。 1 选热裂倾向小的母材 2 选适当的填充金属 3 合理的焊接方法和工艺 4减少焊接应力。 Q345钢的焊接工艺 35 / 72 Q345 钢属于碳锰钢，碳当量为 % %，屈服点等于 343MPa。Q345钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于 Q345 钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。 Q345 钢手弧焊时应选用 E50 型焊条，如碱性焊条 E5015、 E5016，对于不重要的结构，也可选用酸性焊条E5003、 E5001。对厚度小、坡口窄的焊件，可选用 E4315、E4316 焊条 Q345 钢埋弧焊时 H08MnA 焊丝配合焊剂 HJ431 或H10Mn2 焊丝配合焊剂 HJ431，当需焊接厚板深坡口焊缝时，应选用 H08MnMoA 焊丝配合焊剂 HJ431。 Q345 钢是目前我国应用最广的低合金钢，用于制造焊接结构的 Q345 钢均为Q345R和 Q345g钢。 低碳钢的焊接性： 1.冷裂纹，碳钢的冷裂纹敏感性主要与其成分，熔敷金属成分，寒风中溶解的氢和焊接区的拘束度等因素有关 1.碳当量，对碳钢冷裂影响最大的是钢材和熔敷金属的碳当量随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差 2.淬硬倾向，焊缝和热影响区的冷裂倾向除与其成分有关外，组织对性能影响更为明显淬硬组织或马氏体组织越多，其硬度越高，这样，焊缝和热影响区硬度越高，焊接性差 3.拘束度和氢，氢和街头的拘束度也会增加冷裂纹敏感性，钢板厚度增加，拘束度增大，焊接时焊接区被刚性固定或结构的刚性过36 / 72 大都可造成拘束度增加，提高氢致裂纹的敏感性 二 热裂纹敏感与钢中成分尤其是 SP等杂质有关在焊接 SP 过高的碳钢时，当母材稀释率较高时，进入焊缝的 SP 较多，容易引起寒风中的热裂纹 三，层状撕裂，焊接热影响区的性能变化 中碳钢的焊接性中碳钢的碳的质量分数为 % %。当碳的质量分数接近 %而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。如果碳的质量分数为 %左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊 时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直中碳钢的焊接工艺要点 预热 预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常， 35和 45钢的预热温度为 150250 含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将 预热温度提高至 250 400 。若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各 150 200mm。 焊条 条件许可时优先选用碱性焊条。 坡口形式 将焊件尽量开成 U 形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入37 / 72 焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。 焊接工艺参数 由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达 30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。 焊后热处理 焊后最好对焊件立即进行消除应力热处 理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为 600 650 。若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。 低碳钢与中碳钢的焊接性差异，为何中碳钢焊接时易在热影响区中产生冷裂纹？ 冷裂纹：与低碳钢相比，中碳钢的碳当量较大，随着碳的增加提高了钢的淬硬性，焊接时易在 HAZ产生 M，且中碳钢的 M 组织有较大的淬硬性，因此中碳钢焊接时易产生冷裂纹。热裂纹 ：低碳钢弧焊时具有较高的刚热裂纹能力，中碳钢中碳本身的偏析以及它促使 S,P 等其他元素的偏析明显起来，易形成低熔点共晶体而导致热裂纹倾向增加。 中碳钢焊后 HAZ更容易形成脆硬的 M 组织，这种组织对氢更敏感，产生冷裂纹所需的临界应力更低。 紫铜焊接时其焊缝为单相 组织，导热性强，焊缝易生成 粗38 / 72 大晶粒。紫铜及黄铜收缩率和线膨胀系数较大，焊接应力较大，易形成热裂纹 黄铜焊接时为使焊缝的机械性能和母材相同或相近，焊缝常为双相组织，焊缝晶粒变细，焊缝抗热裂纹性能改善 焊缝强韧性匹配：选用 “ 低强匹配 ” 的焊材，焊接接头实际强度未必低强，可能等强甚至可能还稍许超强，而按等强匹配焊材则可能造成超强的后果，造成焊缝金属塑性和抗裂性下降。 热影响区脆化：中碳调质钢由于碳含量较高，合金元素较多，有相当大 的淬硬倾向，马氏体转变温度低，无自回火过程，因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏体组织，导致热影响区脆化，生成的高碳马氏体越多，脆化越严重 热影响区软化：焊前为调质状态的钢材焊接时，被加热到该调质处理的回火温度以上时，焊接热影响区将出现强度，硬度低于母材的软化区，如果焊后不再进行调质处理，该软化区可能成为降低接头区强度的薄弱区。中碳调质钢的强度级别越高时，软化问题越突出 试分析灰铸铁电弧焊时 形成白口与淬硬组织的原因及危害： 1 焊接区：由于焊缝金属的冷却速度远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝将主要由共晶渗碳体，二次渗碳体及珠光体组成即白口铸铁组织。影响整个焊接接头的机械加工性能而39 / 72 且容易产生裂纹。 2 半熔化区：该区加热和冷却速度非常快可能有些石墨片中的碳未能向周围扩散完全而成细小片状残留，最终也想铸铁将在共晶温度区间转变为高温莱氏体， A 因碳的溶解