金属材料焊接性2.doc

甘肃建筑职业技术学院09焊接2班许龙 金属材料焊接填空1冷裂纹的三要素：钢的淬硬倾向、氢的行为、拘束度。2高强钢的分类：热轧及正火钢、低碳低合金调质钢、中碳调质钢。3 中碳调质钢都是在淬火+回火调质状态下使用的。4 焊后热处理的方式：消除应力退火、正火、正火+回火、淬火+回火。5低中合金耐热钢焊接时存在的主要问题：淬硬性及冷裂纹敏感性、再热裂纹、热影响区的软化、回火脆性。6耐热钢的焊接性问题：淬硬性、再热裂纹、回火脆性。7复合钢板是由覆层（不锈钢）和基层（碳钢或低合金钢）组成；焊接顺序依次是基层、过渡层、覆层。8铸铁的分类及石墨存在形式：普通灰铸铁（片状）、可锻铸铁（团絮状）、球墨铸铁(球状)、蠕墨铸铁（蠕虫状）。9不锈钢的焊接缺陷：晶间腐蚀、应力腐蚀、热裂纹、焊接接头的脆化。10不锈钢的主要腐蚀形式：均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂。11铸铁冷焊时采用栽丝法的目的：防止剥离性裂纹的发生。12铝及铝合金的焊接性问题：氧化问题、气孔、热裂纹、接头不等强。13铜及铜合金的焊接性问题：接头耐蚀性下降、焊缝成形能力差、气孔倾向严重、焊缝及热影响区热裂纹倾向大。14钛及钛合金的焊接性问题：焊接接头的脆化、焊接接头组织和性能的变化、容易形成气孔、裂纹倾向大。15纯铜气焊时选用的焊丝为HS201或HS202或母材切条，熔剂为CJ301；铸铁的气焊溶剂为CJ201。名词解释：1 金属焊接性：金属材料在限定的施工条件下，焊接成规定设计要求的构件，并满足预定的服役要求的能力。2 工艺焊接性：指在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。3 使用焊接性：指焊接接头或整体结构满足技术要求所规定的使用性能程度。4 碳当量：把钢中包括碳在内的合金元素对淬硬、冷裂及脆化等的影响折合碳的相当含量。5 点蚀：指在金属表面产生的尺寸约小于1.0 mm的穿孔性或蚀坑的宏观腐蚀。6 晶间腐蚀：是起源于金属表面沿金属晶界发生的有选择的深入金属内部的腐蚀。7 缝隙腐蚀：是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑。8 475脆性：铁素体钢在w(Cr)=15.5%并在温度400500长期加热后，常常出现的强度升高而韧性下降的现象。9 相脆性：指无论是母材还是焊缝，在 w(Cr)21%，并且在520820之间长期加热形成的硬而脆的高铬金属间化合物。10 贫铬理论：奥氏体不锈钢在固溶状态下，碳以过饱和形式溶解于固溶体中，加热时，过饱和的以 Cr23C6的形式沿晶界析出。Cr23C6析出消耗了大量的铬，因而使晶界附近的铬含量降到钝化所需的最低含铬量，则在晶界表面形成贫铬层。11 敏化温度区间：奥氏体不锈钢在加热到400800时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称为敏化温度区间。12 固溶处理：把钢加热到单一奥氏体区（10501150）得到成分均匀的单相奥氏体组织，然后快冷，使高温过饱和固溶体组织状态保持到室温。13堆焊：是用焊接工艺将填充金属熔敷在金属材料或零件表面的技术。14热焊：指将工件整体或有缺陷的局部位置预热到600700，然后进行补焊，焊后并进行缓冷的铸铁补焊工艺。15白口铸铁组织：在焊接时由于熔池体积小，存在时间短，加之铸铁内部得传导作用使得焊缝及焊缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，因此在焊接接头的焊缝及半熔焊区将会产生大量的渗碳体形成白口组织。简答：1 试述影响焊接性的因素？解：影响焊接性的因素：（1）材料因素，有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理条件、组织状态和力学性能等；（2）工艺因素，包括焊接方法、焊接参数、预热、后热及焊后热处理等；（3）结构因素，焊接结构的安全性不仅受材料的影响，而且很大程度上还受结构形式的影响；（4）使用条件，指焊接结构的工作温度、受载类别和工作环境。2 冷裂纹的三要素及如何消除冷裂纹？解：冷裂纹的三要素：钢的淬硬倾向、氢的行为、局部区域的应力状态。防止冷裂纹的措施：（1）选用冷裂纹敏感性低的母材，碳对冷裂纹敏感性影响最大，应尽量选用低碳多元合金化钢材;(2)提高焊缝金属的塑性和韧性储备；（3）控制氢的来源，选用低氢优质焊接材料或低氢的焊接方法，严格按规定对焊接材料进行烘焙及进行焊前清理工作；（4）焊前预热，可以有效降低冷却速度，改善接头组织，降低拘束应力，有利于氢的扩散逸出；（5）选择合理的焊接规范及线能量，控制800500的冷却时间可以改善焊缝及热影响区的组织状态，增加线能量可以降低冷却速度，从而降低冷裂纹倾向，但线能量过大，则可能造成焊缝及过热区的晶粒粗化；（6）焊后热处理，消除扩散氢，降低和消除残余应力，改善接头组织和性能；（7）降低焊接应力，选择合理的焊接顺序，减少焊接应力，改进接头设计，减少度避免应力集中。3 焊接热轧及正火钢时，选择焊接材料的主要依据是什么？为什么选择焊接材料时不是从化学成分出发选择与母材成分完全一样的焊接材料？ 解：焊接热轧及正火钢时选择焊接材料的主要依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。 为了达到焊缝与母材的力学性能相等，在选择焊接材料时应该从母材的力学性能出发而并不是从化学成分出发选择与母材成分完全一样的焊接材料。因为力学性能并不完全取决与化学成分，它还与材料所处的组织状态有很大关系。由于焊接时冷却速度很大，完全脱离了平衡状态，使焊缝金属具有一个特殊的过饱和铸态组织。因此，当焊接材料的化学成分与母材相同时，则焊缝金属的性能将表现为强度很高，而塑性、韧性都很低，这对焊接接头的抗裂性能和使用性能都是非常不利的。4 正火钢焊接时有脆化现象，为什么重新正火后可以使其韧性和塑性得到恢复？解：正火钢主要靠固溶强化，合金元素在全部固溶的条件下能保证良好的综合性能，这类钢除固溶强化外，还有沉淀强化作用，因此必须通过正火才能获得最佳的综合性能。这类钢在热轧状态下，沉淀相不能充分而均匀地析出，致使钢材的塑性和韧性大为下降。正火后不仅细化了晶粒，而且沉淀相得到了充分的析出，弥散均匀分布于基体内，即保护了强度又提高了塑性和韧性。所以焊接正火钢时，在加热到高于1100以上的热影响区内，如果停留时间较长，实际上就是破坏了材料原先正火状态下的有利组织状态和良好的综合性能，使它又恢复了相当于正火前的热轧状态，因此，焊后重新正火可以使塑性和韧性得到恢复。5 如何防止奥氏体不锈钢产生热裂纹? 解：应该从冶金措施和工艺措施两方面来预防，（一）冶金措施a 严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量，钢中含镍量越高，越应该严格控制硫、磷、硒等有害元素的含量；b调整焊缝化学成分，使焊缝金属出现奥氏体-铁素体双相组织；c控制焊缝金属中铬镍比，对于18-8型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就易产生热裂纹，而铬镍比达到2.33.2时，就可以防止热裂纹的产生；d在焊缝中加入少量的铈、锆、钽等微量元素，可以细化晶粒，也可以减少热裂纹的敏感性；（二）工艺措施a采用小的热输入以减小熔池过热，防止形成粗大的柱状晶；b多次焊时，层间温度不宜过高；c焊接过程中，焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。6 如何防止奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀？解：应该从冶金措施和工艺措施两方面来预防，（一）冶金措施a使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，其铁素体的体积分数在4%12%之间；b在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、铌、钽和锆等；c超低碳有利于防止晶间腐蚀，最大限度的降低碳在焊缝金属中的含量；（二）工艺措施a选用合适的焊接方法，即热输入最小，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区间的停留时间；b焊接参数的制定，在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流、最快的焊接速度；c操作方面尽量采用窄焊缝、多道多层焊时，焊丝或焊条不摆动，每一道焊缝或每一层焊缝焊后，要等焊接处冷却至室温再进行下一道或下一层的焊接操作;d强制焊接区的快速冷却；e进行固溶处理或稳定化处理。7不锈钢复合钢板焊接时应注意的问题：（1）下料最好用等离子弧切割，切割质量比氧乙炔火焰切割质量高，切口光滑，热影响区小（2）装配以覆层为基准，防止错边过大而影响覆层质量，点焊尽量放在基层面上（3）焊前对坡口两侧2040mm范围内进行清理（4）焊接过渡层时应选用最小的焊接电流。8焊接钛及钛合金时产生气孔的原因：（1）氩气及母材、焊丝中存在不纯的气体，如O2、N2、H2、H2O等。（2）钛板及焊丝表面常受到外部杂质（如水分、油脂、氧化物等）的污染（3）焊接工艺也会影响气孔的形成。9铝及铝合金焊接时接头韧性下降的原因及控制措施（一）原因：（1）接头组织不均匀是造成接头耐蚀性下降的重要原因（2）气孔、夹杂、裂纹等缺陷的存在也会降低接头的耐蚀性（3）由于焊缝为粗大的铸态组织，焊缝表面也不及母材平滑，其表面氧化膜的连续性和致密性较差均会导致焊缝的耐蚀性下降（4）焊接接头中的残余应力，更是影响耐蚀性的敏感因素，尤其在热影响区会诱发产生应力腐蚀。（二）防治措施：（1）改善接头组织的不均匀性（2）消除焊接应力，锤击焊缝（3）通过焊后人工时效处理，有利于改善接头的耐蚀性（4）采取保护措施，如阳极氧化处理或涂层保护。10如何防止铸铁焊接时热影响区产生冷裂纹？ 解：防止铸铁焊接时热影响区产生冷裂纹的措施有：（1）采取工艺措施来降低焊接接头的应力来防止焊接接头出现渗碳体及马氏体（2）采取屈服点较低的而且有良好塑性的焊材焊接时，易通过焊缝的塑性变形而松弛焊接接头的部分应力（3）在修复厚大件的裂纹缺陷时，因坡口大，焊接层数多，积累的焊接应力大，为防止热影响区冷裂纹发展成剥离性裂纹，可在坡口两侧进行栽丝法焊接。论述1 低合金高强度钢焊接时的主要工艺措施：(1).预热 预热是防止裂纹的有效措施，并有助于改善接头性能.但预热会恶化劳动条件，使工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性.因此焊前是否需要预热及预热温度的确定应根据钢材的成分、板厚、结构形式、刚度大小以及环境温度等因素来决定.(2)焊接线能量的选择 含碳量低的热轧钢及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时，因为这些钢的冷裂、淬硬、脆化等倾向小，所以对线能量没有严格的限制.焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向焊接线能量应偏大一些.对于含Vi、Ni、Ti等合金元素的钢种，为降低热影响区粗精脆化所所造成的不利影响，应选择较小的焊接线能量.对于碳及合金元素较高而屈服强度为490MPa的正火钢，因淬硬倾向大，应选择较大的焊接线能量，但当焊前预热时，为了避免过热倾向可适当减小线能量.(3)后热及焊后热处理 以及在低温耐蚀条件下工作的 后热是指焊接结束或焊完一条焊缝，将焊件立即加热至150250范围内并保温一段时间，使接头中的氢扩散逸出，防止延迟裂纹的产生.对于厚壁容器、高刚性的焊接结构以及在低温耐蚀条件下工作的构件，焊后应及时进行消除应力的高温回火，其目的是消除焊接残余应力、改善组织，焊后立即进行高温回火的构件勿需在进行焊后热处理。2中碳钢的焊接工艺要点：(1).预热 预热有利于减轻中碳钢热影响区的最高硬度防止产生裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能够改善接头塑性减少残余应力.通常35号钢、45号钢温度为150250，含碳量再高或者因厚度或刚度很大裂纹倾向大时，可将预热温度提高到250400，若焊件台大，整体预热有困难时可进行局部预热，预热的范围为焊口两侧各150250mm.(2).焊条的选择 条件允许时可选用碱性焊条.(3).破口形式 将焊件尽量开成U形坡口进行焊接.如果是铸件缺陷，铲挖出的外形坡口应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属的比例，以降低焊缝中的含碳量防止裂纹产生.(4).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到30%左右，所以第一层焊缝焊接时应尽量采用小电流、慢速焊，以减少母材的熔深.(5).焊后最好对焊件立即进行应力热处理，特别是对于大厚件、高刚性结构件或动载荷为冲击载荷工作的焊接更应如此.消除应力的回火温度为600650，若焊后不及时进行消除应力处理应立即进行后热处理。 3 马氏体不锈钢的焊接工艺要点：（1）焊接性：有强烈的冷裂倾向，焊缝及热影响区为硬而脆的马氏体组织，钢中含碳量越高，冷裂倾向越大，焊接时在温度超过150的热影响区内晶粒显著增大，过快或过慢的冷却都可能引起接头脆化。（2）焊后冷却：焊件焊后不应该直接从焊接温度升高至回火温度，如从焊接温度直接升高至回火温度会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥氏体向珠光体转变，产生晶粒粗大的组织，严重降低韧性，对于刚性小的焊件，可冷至室温再回火，对于大厚度焊件，焊后冷至100150保温0.51小时然后加热到回火温度。（3）焊后热处理：可分为回火和完全退火两种，回火温度为650750保温一小时后空冷，若焊件焊后需要机加工的，为得到最低硬度，可采用完全退火，退火温度为830880，保温两小时后随炉冷至595然后空冷。（4）焊条选用：焊接马氏体不锈钢的焊条主要分为铬不锈钢焊条和铬-镍不锈钢焊条两类。论述1 低合金高强度钢焊接时的主要工艺措施：(1).预热 预热是防止裂纹的有效措施，并有助于改善接头性能.但预热会恶化劳动条件，使工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性.因此焊前是否需要预热及预热温度的确定应根据钢材的成分、板厚、结构形式、刚度大小以及环境温度等因素来决定.(2)焊接线能量的选择 含碳量低的热轧钢及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时，因为这些钢的冷裂、淬硬、脆化等倾向小，所以对线能量没有严格的限制.焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向焊接线能量应偏大一些.对于含Vi、Ni、Ti等合金元素的钢种，为降低热影响区粗精脆化所所造成的不利影响，应选择较小的焊接线能量.对于碳及合金元素较高而屈服强度为490MPa的正火钢，因淬硬倾向大，应选择较大的焊接线能量，但当焊前预热时，为了避免过热倾向可适当减小线能量.(3)后热及焊后热处理 以及在低温耐蚀条件下工作的 后热是指焊接结束或焊完一条焊缝，将焊件立即加热至150250范围内并保温一段时间，使接头中的氢扩散逸出，防止延迟裂纹的产生.对于厚壁容器、高刚性的焊接结构以及在低温耐蚀条件下工作的构件，焊后应及时进行消除应力的高温回火，其目的是消除焊接残余应力、改善组织，焊后立即进行高温回火的构件勿需在进行焊后热处理。2中碳钢的焊接工艺要点：(1).预热 预热有利于减轻中碳钢热影响区的最高硬度防止产生裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能够改善接头塑性减少残余应力.通常35号钢、45号钢温度为150250，含碳量再高或者因厚度或刚度很大裂纹倾向大时，可将预热温度提高到250400，若焊件台大，整体预热有困难时可进行局部预热，预热的范围为焊口两侧各150250m