材料焊接性复习题

1 影响焊接性的四大因素 材料 设计 工艺 服役环境 2 焊接性实验的内容 焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 焊缝及热影响区抵抗产生冷 裂纹的能力 焊接接头抗脆性断裂的能力 焊接接头的使用性能 3 直接模拟实验法 斜Y坡口焊接裂纹实验法 插销实验 压板对接裂纹实验 可 调拘束裂纹实验 间接实验法 碳当量法 裂纹敏感性指数法 HAZ最高硬度法 4 不锈钢的焊接性主要问题有 晶间腐蚀 应力腐蚀 热裂纹 焊接接头的脆化 5 焊接性的评定原则 可比性 针对性 再现性 经济性 6 合金结构钢的强度用钢可以分为 热轧及正火钢 低碳调质钢 中碳调质钢 7 碳素钢的焊接性主要取决于 碳含量的高低 随着 碳含量 的增加 焊接性逐渐 变 差 8 铜及铜合金的焊接性主要问题有 焊缝成形能力差 焊缝及热影响区热裂倾向大 气孔倾向严重 接头性能下降 9 中碳钢的预热温度取决于碳当量 母材厚度 结构刚性 焊条类型和工艺方法 通常35 45钢预热温度可为150 250 刚性很大时 可将预热温度提高到250 400 10 目前焊接铝合金的主要方法有 气焊 钨极氩弧焊 钨极脉冲氩弧焊 熔化极氩弧焊 11 铝及合金焊接时的主要问题 答 气孔问题 热裂纹 高强度铝合金接头强度 弱化问题 腐蚀问题 1 简述用低碳钢焊条或镍基铸铁焊接材料焊接铸铁时 焊缝热裂纹情况和解决措施 答 用低碳钢焊条焊接灰铸铁时 即使采用小电流 第一层焊缝碳的质量分数仍高达0 7 1 0 含硫量也高 促进形成FeS 与Fe的低熔点共晶物 高的焊缝含碳量会增加热裂纹敏感性 导致形成焊缝 底部热裂纹甚至宏观热裂纹 用镍基焊接材料焊接铸铁时 由于铸铁母材中含有较多的S P等杂质 熔入镍基 奥氏体焊缝金属后 与奥氏体不锈钢焊接类似 容易形成Ni Ni3S2 Ni Ni3P低熔点共晶 且镍基焊缝凝固后为较粗大的单相奥氏体柱状晶 凝固过程中容易使低熔点共晶在奥氏体晶 间连续分布 促使热裂纹形成 解决措施 冶金方面 调整焊缝化学成分 使其脆性温度区间缩小 加入稀土元素 增强脱S P 反应 是晶粒细 化 以提高抗热裂性能 采取正确的冷焊工艺 是焊接应力降低 以及使母材的有害杂质较少融入焊缝 2 与一般结构钢相比较 Gr Ni奥氏体钢焊接时有较大的热裂纹倾向 在母材和焊缝成分不变的条件下 焊接时应该采取何种工艺 答 为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化 以致增大偏析程度 应尽量采用小焊接热输入快速焊工艺 而且 不应预热 并降低层间温度 多层焊时 要等前一层焊缝冷却后在焊接后一层焊缝 层间温度不宜过高 以避 免焊缝过热 施焊过程中焊条或焊丝也不宜于摆动 采取窄焊缝的操作工艺 3 同一牌号的中碳调质钢在退火或正火状态下和调质状态下进行焊接时的焊接工艺特点有何区别 中碳调质钢的工艺特点 最好在退火状态下进行焊接 主要问题是防止裂纹 退火状态下的工艺要点 1 焊 接方法 基本上不受限制 2 可采用较大的线能量 并适当提高预热温度 有效防止冷裂 预热T及层间T可控制在250 300 之间 3 焊材应保证熔敷金属的成分基本与母材相同 如淬硬倾向特别大的材料 为防止裂纹或脆断 必要时 采用 低一级强度的焊材 4 为防止延迟裂纹 焊后及时进行热处理 在调质状态下的工艺要点 1 预热温度 层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回火温度50 以上 2 采用热量集中 能量密度高的 焊接热源 3 可采用A不锈钢或镍基焊条焊接 6 为什么Al Mg合金及Al Li合金焊接时易形成气孔 铝及其合金焊接时产生气孔的原因是什么 如何防止 为什么纯铝焊接时易出现分 散小气孔 而Al Mg合金焊接时则易出现集中大气孔 答 铝及铝合金的化学活性很强 表面易形成难熔的氧化膜 氧化膜可吸收较多的水分形成焊缝气孔 氢是 铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因 防止措施 1 减少氢的来源 2 控制焊接参数 氧化膜不仅提供 了氢的来源 而且能使气泡聚集附着 刚形成熔池时 如果坡口附近的氧化膜未能完全熔化而残存下来 则氧 化膜中水分因受热而分解出氢 并在氧化膜上萌生气泡 由于气泡是在熔化早起形成的 有条件长大 所以常 造成集中的大气孔 铝镁合金比纯铝更容易形成吸水性强的氧化膜 所以出现集中大气孔 7 不含Nb或Ti的18 8不锈钢在熔合区会发生刀状腐蚀 是什么原因造成的 如何防止 答 实质是与M23C6沉淀而形成贫CR层 防止措施 控制Wc 0 06 焊接时尽量减少过热 如尽量避免交叉焊 缝和采用小的热输入 面向腐蚀介质的一面无法放在最后施焊时 应调整焊缝尺寸和焊接参数 使另一面焊缝 韩接时产生的实际敏华加热热影响区不落在表面过热区上 此外稀土元素如La Ce可速碳化物在晶内的沉淀 可有效的防止刀状腐蚀 8 低合金钢焊接中焊缝热裂纹的产生原因 分析低碳高锰热轧钢的热烈倾向 答 热扎钢中的C P S 等元素 含量偏高或严重偏析 热扎及正火钢一般碳含量较低 而Mn含量较高 因此这类钢烦人Wmn Ws能达到要求 具有较好的抗热裂性能 焊接过程中的热裂纹倾向较小 正常情况下不会出现热裂纹 第三章 合金结构焊接热影响区 HAZ 最高硬度 1 分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同 二者的焊接性有何差别 在制定焊接工艺时要 注意什么问题 答 热轧钢的强化方式有 1 固溶强化 主要强化元素 Mn Si 2 细晶强化 主要 强化元素 Nb V 3 沉淀强化 主要强化元素 Nb V 正火钢的强化方式 1 固溶强化 主要强化元 素 强的合金元素 2 细晶强化 主要强化元素 V Nb Ti Mo 3 沉淀强化 主要强化元素 Nb V Ti Mo 焊接性 热轧钢含有少量的合金元素 碳当量较低冷裂纹倾向不大 正火钢含有合金元素较多 淬硬性有所增 加 碳当量低冷裂纹倾向不大 热轧钢被加热到1200 以上的热影响区可能产生粗晶脆化 韧性明显降低 而 是 正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶 抑制A长大及组织细化作用被削弱 粗晶区易出现粗大晶 粒及上贝氏体 M A等导致韧性下降和时效敏感性增大 制定焊接工艺时根据材料的结构 板厚 使用性能要求及生产条件选择 焊接方法 2 分析Q345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0 4 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 Q3 45钢经过600 1h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 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 3 Q345与Q390焊接性有何差异 Q345焊接工艺是否适用于Q390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的热输入叫宽 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 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 14MnMoNi B 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 P81 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 要求马氏体转变时的冷却速度不能太快 使马氏体有一 自回火 作用 以防止冷裂纹 的产生 要求在800 500 之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度 此外 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 典型的低碳调质钢在Wc 0 18 时不应提高冷 速 Wc 0 18 时可提高冷速 减小热输入 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80 0 500 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 包括层间温度 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 答 低碳调质钢 在循环作用下 t8 5继续增 加时 低碳钢调质钢发生脆化 原因是奥氏体粗化和上贝氏体与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 7 比较Q345 T 1钢 2 25Cr Mo和30MnSiA的冷裂 热裂和消除应裂纹的倾向 答 1 冷裂纹的倾向 Q345为热扎钢其碳含量与碳当量较 底 淬硬倾向不大 因此冷裂纹敏感倾向较底 T 1钢为低碳调质钢 加入了多种提高淬透性的合金元素 保证强度 韧性好的低碳自回火M和部分下B的混合组 织减缓冷裂倾向 2 25Cr 1Mo为珠光体耐热钢 其中Cr Mo能显著提高淬硬性 控制Cr Mo的含量能减缓冷裂倾向 2 25 1Mo冷裂倾向相对敏感 30CrMnSiA为中碳调质钢 其母材含量相对高 淬硬性大 由于M中C含量高 有很 大的过饱和度 点阵畸变更严重 因而冷裂倾向更大 2 热裂倾向Q345含碳相对低 而Mn含量高 钢的Wm n Ws能达到要求 具有较好的抗热裂性能 热裂倾向较小 T 1钢含C低但含Mn较高且S P的控制严格因此热裂倾小 30CrMnSiA含碳量及合金元素含量高 焊缝凝固结晶 时 固 液相温度区间大 结晶偏析严重 焊接时易产生洁净裂纹 热裂倾向较大 3 消除应力裂纹倾向 钢中Cr Mo元素及含量对SR产生影响大 Q345钢中不含Cr Mo 因此SR倾向小 T 1钢令Cr Mo但含量都小于1 对于SR有一定的敏感性 SR倾向峡谷年队较大 2 25Cr Mo其中Cr Mo含量相对都较高 SR倾向较大 8 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 9珠光体耐热钢的焊接性特点与低碳调质钢有什么不同 珠光体耐热钢选用焊接材料的原则与强度用钢有什么不 同 why 答 珠光体耐热钢和低碳调质钢都存在冷裂纹 热影响区硬化脆化以及热处理或高温长期使用中的 再热裂纹 但是低碳调质钢中对于高镍低锰类型的刚有一定的热裂纹倾向 而珠光体耐热钢当材料选择不当时 才可能常产生热裂纹 珠光体耐热钢在选择材料上不仅有一定的强度还要考虑接头在高温下使用的原则 特别 还要注意焊接材料的干燥性 因为珠光体耐热钢是在高温下使用有一定的强度要求 10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 why 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 1 不锈钢焊接时 为什么要控制焊缝中的含碳量 如何控制焊缝中的含碳量 答 焊缝中的含碳量易形成脆硬 的淬火组织 降低焊缝的韧性 提高冷裂纹敏感性 碳容易和晶界附近的Cr结合形成Cr的碳化物Cr23C6 并在 晶界析出 造成 贫Cr 现象 从而造成晶间腐蚀 选择含碳量低的焊条和母材 在焊条中加入Ti Zr Nb V等强碳化物形成元素来降低和控制含氟中的含碳量 2 为什么18 8奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体组织 通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量 答 焊缝中 的 相可打乱单一 相柱状晶的方向性 不致形成连续 另外 相富碳Cr 又良好的供Cr条件 可减少 晶粒形成 贫Cr层 故常希望焊缝中有4 12 的 相 通过控制铁素体化元素的含量 或控制Creq Nieq的值 来控制 焊缝中的铁素体含量 3 18 8型不锈钢焊接接头区域在那些部位可能产生晶间腐蚀 是由于什么原因造成 如何防止 答 18 8型焊接接头有三个部位能出现腐蚀现象 1 焊缝区晶间腐蚀 产生原因根据贫铬理论 碳与晶界附近的Cr形 成Cr23C6 并在在晶界析出 导致 晶粒外层的含Cr量降低 形成贫Cr层 使得电极电位下降 当在腐蚀介质 作用下 贫Cr层成为阴极 遭受电化学腐蚀 2 热影响区敏化区晶间腐蚀 是由于敏化区在高温时易析出铬 的碳化物 形成贫Cr层 造成晶间腐蚀 3 融合区晶间腐蚀 刀状腐蚀 只发生在焊Nb或Ti的18 8型钢的融合区 其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr有关 高温过热和中温敏化连过程依次作用是其产生的 的必要条件 防止方法 1 控制焊缝金属化学成分 降低C 加入稳定化元素Ti Nb 2 控制焊缝的组织 形态 形成双向组织 15 3 控制敏化温度范围的停留时间 4 焊后热处理 固溶处理 稳定化处理 消除应力处理 4 简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因 在母材和焊缝合金成分一定的条件下 焊接时应采取何种措施防止热 裂纹 答 产生原因 1 奥氏体钢的热导率小 线膨胀系数大 在焊接局部加热和冷却条件下 接头在冷却 过程中产生较大的拉应力 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 有利于杂质偏析 而促使形成晶间液膜 显然易于促使产生凝固裂纹 3 奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂 不仅S P Sn S b之类杂质可形成易溶液膜 一些合金元素因溶解度有限 如Si Nb 也易形成易溶共晶 防止方法 1 严 格控制有害杂质元素 S P 可形成易溶液膜 2 形成双向组织 以FA模式凝固 无热裂倾向 3 适当调整合金成分 Ni15 时 加入Mn W V N和微量Zr Ta Re 0 01 达到细化焊缝 净化晶界作用 以提高抗裂性 4 选择合适的焊接工艺 5 奥氏体钢焊接时为什么常用 超合金化 焊接材料 答 为提高奥氏体钢的耐点蚀性能 采用较母材更高Cr Mo含量的 超合金化 焊接材料 提高Ni含量 晶轴中Cr Mo的负偏析显著减少 更有利于提高耐点蚀性能 6 铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题 焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料 在焊接工艺上有什 么特点 答 易出现问题 1 焊接接头的晶间腐蚀 2 焊接接头的脆化 高温脆性 相脆化 475 脆化 SMAW要求耐蚀性 选用同质的铁素体焊条和焊丝 要求抗氧化和要求提高焊缝塑性 选用A焊条和焊丝 CO2气保焊选用专用焊丝H08Cr20Ni15VNAl 焊接工艺特点 1 采用小的q v 焊后快冷 控制晶粒长大 2 采用预热措施 T Xm 产生自愈合作用 2 生产中采用含5 的Si Al合金焊丝 解决抗裂问题 具有很好的愈合作用 3 加入Ti zr v b微量元素作为变质剂 细化晶粒 改善塑性韧性 并提 高抗裂性 4 热能集中焊接方法可防止形成方向性强的粗大柱状晶 改善抗裂性 5 采用小电流焊接 降 低焊接速度均可改善抗裂性问题 3 分析高强度铝合金焊接接头性能低于母材的原因及防止措施 焊后热处理对焊接接头性能有什么影响 什么 情况下对焊接接头进行焊后热处理 答 原因 1 晶粒粗化 降低塑性 晶界液化产生显微裂纹 2 非时 效强化铝合金haz软化 主要发生在焊前经冷作硬化的合金上 经冷作硬化的铝合金 haz峰值温度超过再结晶 温度 200 300 区域就产生明显软化 3