武汉理工大学2011级《材料焊接性》复习资料.docx

武汉理工大学2011级材料焊接性复习资料1什么叫焊接性？其影响因素有哪些？答：焊接性是指同质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影响因素：影响焊接性的四大因素是材料，设计，工艺及服役环境。2焊接性直接试验方法有哪些？间接试验方法有哪些？答：直接实验方法：焊接冷裂纹实验方法，焊接热裂纹实验方法，焊接消除应力裂纹实验方法，层状撕裂实验方法。间接实验方法：碳当量法，焊接冷裂纹敏感指数法，热裂纹敏感性指数法，消除应力裂纹敏感性指数法，层状撕裂敏感性指数法，焊接热影响区最高硬度法。3如何利用插销试验来确定某种低合金高强钢所需要的预热温度？答：按插销试验方法的要求制备若干试样，设置一系列温度梯度的预热温度，按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔敷一层堆焊道，焊道中心线通过试棒的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区，焊道长度约为100150mm，焊前预热时，应在高于预热温度5070度时加载，载荷保持至少24h才可卸载，用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂，经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力cr,满足crs条件所对应的最低温度及即为所需预热温度Q345（16Mn）与Q390（15MnTi）的强化机制有何不同？二者过热区的脆化机制有何不同？焊接线能量的影响有何不同？答：1 Q345（16Mn）属于热轧钢，是在Wc0.2%的基础上通过Mn.Si等合金元素的固溶强化作用来保证钢的强度，Q390（15MnTi）属于正火钢，是在Q345基础上加入一些沉淀强化的合金元素如V.Ti等强碳化物，氮化物形成元素以达到沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能 2 Q345过热区的脆化主要是由于晶粒长大，出现魏氏组织而降低韧性，或粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性，Q390是由于出现粗大晶粒及上贝氏体，M-A组元等，导致粗晶区韧性降低 3对于Q345，线能量太大出现粗晶脆化，太小出现组织脆化，焊接线能量要适中，因Q345含碳量很小，故焊接线能量的选择可适当放宽，可用较小的线能量，对于Q390，为了避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒过热引起的热影响区脆化，焊接线能量应偏小一些3中碳调质钢在调质态焊接与在退火态焊接的工艺方案有哪些差别？答：1退火态焊接的主要问题是裂纹问题，调质态为防止焊接裂纹和避免热影响软化及HAZ的脆化，硬化2退火态焊接HAZ和焊缝区的性能通过焊后的调质处理来保证，调质态后不调质处理，HAZ和焊缝区的性能通过焊接工艺及焊材保证3退火态焊接时，焊接方法的选择几乎没有限制，常用焊接方法都能采用，调质态焊接时为减少HAZ的软化，应采用热量集中，能量密度高的方法，焊接热输入越小越好4选择焊接材料时，退火除要求保证不产生冷裂纹外，还要求焊缝金属的调质处理规范应与母材一致，主要合金组成应当与母材相似，对引起焊缝热裂纹倾向和促使金属脆化的元素应加以严格控制，而调质态焊缝金属可与母材有区别，可采用塑韧性较好的奥氏体铬钢焊条或镍或镍基焊条5退火态可采用较高的预热温度和层间温度，焊后及时进行中间热处理，调质态为消除热影响区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须适当采用预热。层间温度控制，中间热处理焊后及时进行回火处理，以上温度应比母材淬火后的回火温度至少低50度4通过本章学习，归纳在确定钢材是否需要焊后热处理以及确定焊后热处理温度时，应考虑哪些问题？答：1焊后回火温度不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材性能2对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的区间3为保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须比母材回火温度低 4若焊后不得及时进行热处理，应进行保温或中间热处理5某厂制造直径4m的储氧容器，所用的钢材为Q345,板厚32mm，车间温度为20度，分析制定桶身及封头内外纵缝和环缝的焊接工艺：1可采用那几种焊接方法2给出相应的焊接材料 3指出其焊接工艺要点答：所用钢材为Q345为热扎钢，对焊接方法无特殊要求，可采用焊条电弧焊，埋弧焊，CO2保护焊 焊接材料：焊条电弧焊ES015 埋弧焊 焊剂HJ350 焊丝H08MnMoA CO2气体保护焊 H08Mn2STA 焊接工艺要求：坡口：板厚32mm，采用X型坡口，双面焊接，在坡口两侧的50mm范围内，应储水，油锈及赃物等 焊接参数 Q345 Ceq0.4% 焊接热输入的选择可适当 室温为20度，板厚32mm，可不预热 一般不需要焊后热处理 板厚32mm 应采用多层焊接6从抗热裂纹和抗晶间腐蚀的角度分析，为什么焊接18-8不锈钢希望得到+双相焊缝组织？答：1凝固裂纹最易产生于单相奥氏体组织的焊缝中，如果为+双相组织，则不易产生凝固裂纹。凝固裂纹与凝固模式有直接关系，以FA模式有直接关系。以FA模式形成的铁素体呈蠕虫状，妨碍枝晶支脉发展，构成理想的+界面，固而不会有热裂倾向，而单纯F或A模式凝固时，只有-界面或-界面会有热裂倾向 2晶间腐蚀主要是晶界贫铬理论造成的，焊缝中相可打乱单一相柱状晶的方向性，不致形成连续贫Cr层，相富Cr，有良好的富Cr条件，可减少晶粒形成的贫Cr层，故希望得到+双相焊缝组织7刀口腐蚀一般发生在什么情况？怎样防止刀口腐蚀？答：刀口腐蚀只发生在含Mo或Ti的18-8Nb和18-8Ti钢的融合区，其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr层有关，高温过热和中温敏化是刀口腐蚀的必要条件。防止措施：1改进母材成分，发展超低碳的不锈钢，促进碳化物在晶内沉淀 2工艺方面：减少近缝区过热，小线能量焊接合理安排顺序或调整焊接工艺 3焊后进行稳定化处理：焊后1000-1100度退火，有助于Cr23C6溶解Ti Nb碳化物形成8奥氏体钢为何有较大的热裂纹倾向？答：奥氏体钢的热导率小和膨胀系数大，残余应力大，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，焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件 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，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 Sb之类杂质可形成溶-液膜，一些合金元素因溶解度有限也能形成易溶共晶9 16Mn钢与0Cr18Ni11Ti焊接时，为什么要在16Mn钢母材金属坡口上堆焊过渡层？答：16Mn钢是珠光体钢，OCr18Ni11Ti是奥氏体钢，故16Mn钢与0Cr18Ni11Ti焊接时属于异种钢焊接，在珠光体钢一侧坡口面上堆焊一层过渡层，是为了防止融合区马氏体脆性层，防止异种钢溶合区附近碳的扩散迁移1铝及其合金焊接时为何易形成气孔？有何防治措施？答：原因：1弧柱气雾中水分解会形成氢，凝固相变时的溶解度变化大，氢使铝容易产生气孔 2铝的导热性很强，在同样的工艺条件下，铝融合区的冷却速度是高强钢焊接时的4-7倍，不利于气泡浮出，易于促进成气孔 3焊丝或工件氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因，例如TIG焊时，在熔透不足的情况下，母材坡口根部未清除干净的氧化膜所吸附的水分是产生气孔的主要原因。防止措施：1是限制氢溶入熔融金属，或减少氢与熔融金属作用时间，2是尽量促使氢自熔池逸出，即在熔池凝固之前是氢以气泡形式及时排出，焊接材料提前烘干，消除氧化膜等，控制焊接参数，对TIG焊，采用大焊接电流配合较高的焊接速度，MIG焊时薄板焊接电流配合较高的焊接速度，MIG焊时薄板焊接应增大热输入，对接接头形式更好，氢弧焊时，自Ar加入Co2或O2，也可减少气孔产生2铝及其合金焊接热裂纹倾向大的原因是什么？有何防治措施？答：1铝合金属于共晶型合金，易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生凝固裂纹的主要原因之一 2铝合金的线膨胀系数比钢约大一倍，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力，这也是促进铝合金有较大裂纹倾向的原因之一。防止措施：1合金的影响：控制适当的易熔共晶并缩小结晶温度区间，使主要合金元素含量超过Xm，以便能产生愈合作用，还可以加入Ti，B等微量元素，作为变质剂，细化晶粒，改善韧塑性，提高其抗裂性能 2焊丝成分的影响：采用成分与母材相同的焊丝，具有较大的热裂纹倾向，因此应改用其他合金组成的焊丝3焊接参数的影响：采用热能集中的方法，使用小电流焊接，减小焊速等5、1010钢和304不锈钢焊接。假设熔合比为30%，母材熔化量中，304和1010各占一半。（1）采用含0.12%C的310焊材施焊，估算焊缝中相含量及热裂纹敏感性。（2）采用含0.03%309ELC（extra low carbon)焊材施焊，估算焊缝中相含量及热裂纹敏感性Cr(%）Ni(%）C (%）Mn(%）Si (%）1010000.10.40.23041880.052.031026210.121.750.430924130.031.980.4答：由镍当量Nieq=Ni+30C+0.5Mn+30N（%）铬当量Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb+V(%) 分别计算出焊材的铬镍当量如下：Creq（%） Nieq（%）1010 0.3 3.2304 18 10.5310 26.6 25.475309 74.6 64.89又母材熔化量中304和1010各占一半，故对于母材：Creq=（0.3+18）/2=9.15% Nieq=（3.2+10.5）/2=6.85%（1）计算焊缝金属中Creq NieqCreq=9.15%+（26.6%9.15%）*70%=21.365%Nieq=6.85%+（25.475%6.85%）*70%=19.888%由焊缝组织图知，处于A区相含量为0，则Creq/Nieq=21.365%/19.888%=1.071.5,故一般不会发生热裂纹碳当量公式：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+(Cu+Ni)/15 (%)使用碳当量公式时，对于板厚20mm的钢材，当CE0.5%时，钢材易淬硬，焊接需预热才能防止裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高1如何通过焊接性试验确定焊接线能量？答：缺口韧性试验，可确定满足其韧性要求的最大线能量2低碳调质钢在什么情况下需预热？如何确定预热温度？为什么要采用低温预热？为什么不需要焊后热处理？答：如果采用最大线能量焊接时，仍产生冷裂纹，则需预热。可通过小铁研或插销试验确定预热温度。对低碳调质钢来说，预热的目的主要是为了防止裂纹，对于改善热影响区的组织性能影响不大。相反，从它对800500度的冷却速度的影响看，对热影响区韧性还可能有不利的影响，因此在焊接低碳调质钢时都采用较低的预热温度低碳调质钢进行焊接后热处理时，易出现回火脆性，产生再热裂纹，工艺复杂，风险大，成本高，所以一般不进行焊后热处理3低碳调质钢焊接线能量（热输入）选取的原则是什么？为什么E太大不好？答：焊接热输入E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，却要求冷却快较好，因此因兼顾两者的冷却速度范围。这个范围的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的混合组织。因此，所选的焊接热输入应保证热影响区过热区的冷却速度刚好在该区域内。热输入增大使热影响区晶粒粗化，同时也促使形成上贝氏体，甚至形成M-A组元，使韧性降低。（当热输入过小时，热影响区的淬硬性明显增强，也使韧性下降）4、根据下表所示的2219（Al-Cu)铝合金机械性能测试结果，(a)分析焊后热处理对抗拉强度的影响；(b)焊接接头的塑性与母材相比有何变化？焊后热处理对塑性的影响如何？测试试样工艺抗拉强度（N/mm2)弯曲角（deg)母材SS(固溶）320180SS+AA（人工时效）412121焊接接头SS+ welding25464SS+AA+ welding28754SS+ welding +AA30044SS+ Welding+ SS+ AA37384AN（退火）+ welding+ SS+ AA40393答：a不论焊前状态如何，若焊后