焊接冶金学-材料焊接性1.docx

1、 分析16Mn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，16Mn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急转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体和马氏体具有淬硬倾向，16Mn含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在16Mn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。被加热到1200以上的热影响区过热区可能产生脆化，韧性明显降低，16Mn经过6001h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化明显减小。焊接材料：对焊条电弧焊的选择E5系列。埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08/H08MnA。电渣焊：焊剂HJ431、HJ360,焊丝H08MnMoA。CO2焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100150。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600650回火，电渣焊900930正火，600650回火。2、18-8型不锈钢焊接接头区域在哪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，并在晶界析出，导致r晶粒外层的含cr量降低，形成贫铬层，使得电极电位下降，当在腐蚀介质作用下，贫铬层为阴极，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，形成贫铬层，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沉淀而形成贫铬有关，高温过热和中温敏化连接过程依次作用是产生的必要条件。防止方法：（1）控制焊缝金属化学成分，降低C%，加入稳定元素Ti、Nb；（2）控制焊缝的组织形态，形成双向组织；（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。3、简述奥氏体不锈钢产热裂纹的原因？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、Sb之类杂质可以形成易容液膜，一些合金元素因溶解度有限，也易形成易溶共晶。防止方法：（1）严格控制有害杂质元素；（2）形成双向组织，以FA模式凝固，无裂纹倾向；（3）适当调整合金成分。Ni15%时，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re达到细化焊缝、净化晶界作用，以提高抗裂性；（4）选择适合的焊接工艺。4、为什么Al-Mg合金焊接时易形成气孔？Al及其合金焊接时产生气孔的原因？如何防止？为什么纯吕焊接易出现分散气孔？答：1）氢是铝及合金焊接时产生气孔的主要原因。2）氢来源很广，弧柱气氛中的水分，焊接材料以及母材所吸附的水分，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水，保护气体的氢和水分等都是氢的来源。3）氢在铝及合金中的溶解度在凝点时可以从0.69%/100g突降至0.036mol/100g相差约20倍，这是促使焊缝产生气孔的重要原因之一。4）铝的导热性很强，熔合区的冷速很大，不利于气泡，更易促使气孔。防止措施：1）减少氢来源，焊前处理十分重要，焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除。2）控制焊接参数，采用小热输入减少熔池存在时间，控制氢溶入和析出时间，3）改变弧柱气氛中的性质。原因：1）纯铝对气氛中水分最为敏感，而铝镁合金太不敏感，因纯吕产生气孔倾向大；2）氧化膜不致密，吸水性强的铝镁比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向，因此纯铝的气孔分数小，而铝镁合金出现集中气孔；3）铝镁合金比纯铝更易形成疏松而吸水强的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受热而分解出氢，并在氧化膜上产生气泡，由于气泡是附着在残留氧化膜上，不易脱离浮出，且因气泡是在熔化早期形成条件长大，所以常造成集中大的气孔。因此铝镁合金更易形成集中的大气孔。5、说明铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊工艺要点“短段断续分散焊，较小电流熔深浅，每段锤击消应力，退火焊道前段软。”的具体内容？答：使用异质焊接材料进行铸铁电弧冷焊时，在保证焊缝金属成分及与母材熔合良好的条件下，尽量用小规格焊条和小规范施焊，并采用短弧焊、短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝的工艺措施，其目的是降低焊接应力，减小半熔化区和热影响区宽度，改善接头的加工性及防止裂纹产生。1）采用较低的电弧电压和较快的焊接速度进行焊接；2）为了避免焊补处温度过高、应力增大，可采用断续焊；3）待焊接区域冷却至5060再焊接下一段；4）每焊完一段，趁焊缝金属高温塑性良好时，立即锤击焊缝，使之产生明显的塑性变形，消除伴随冷却收缩而增大的热应力。6、珠光体和奥氏体异种钢焊接中的问题及防止措施？答：1）焊缝中易出现脆性的马氏体组织，通过选择焊接的合金成分可以避免马氏体组织的产生。2）为防止熔合区马氏体脆性层，在珠光体钢一侧坡口上堆焊一层Cr23-Ni13过渡层，避免在奥氏体上堆焊一层碳钢或者低合金钢的隔离层，因这样将导致形成脆硬的马氏体组织；3）为了防止异种钢熔合区附近碳迁移扩散，可用含碳化物形成元素的珠光体作过渡段，或用含V、Nb、Ti的焊条在珠光体坡上堆焊一隔离层，在利用奥氏体焊条堆焊第二隔离层，以防止或减小碳迁移扩散层，使接头大为改善；4）若珠光体淬硬倾向大，为了防止冷裂纹，焊前应进行预热，预热温度比单独焊接同类珠光体钢时要低。由于珠光体与奥氏体线膨胀系数不同，焊后在接头处产生很大的残余应力，可通过适当的合金系和焊接次序减小作用于接头处的应力，一般不进行退火。7、铝及合金的焊接工艺与“愈合作用”？答：1）铝及其合金焊接时，常见的热裂纹主要是焊缝凝固裂纹和近缝区液化裂纹。裂纹倾向大的原因：线膨胀系数大；存在大的两相区；杂质的存在；形成低熔点薄膜；易熔共晶的存在。2）对于裂纹，主要是通过合理确定焊缝的成分，并配合适当的焊接工艺来进行控制，都是使主要合金元素含量超过Xm，以便能产生愈合作用，固可形成较多的易容共晶流动性好，具有很好的愈合作用，很高的抗裂性能。3）防止焊接裂纹的途径：（1）控制调节冶金因素；原则：细化晶粒，减小BTR区，改变液态薄膜的形状和大小；方法：选用裂纹倾向小的母材，选用合理的焊丝改善焊缝组织，治愈热裂纹。（2）控制及调节力学因素；原则：减小拉应力，改善应力应变辅助热场、力场；脉冲焊，辅助磁场焊接 方法；减小接头刚性，反变形法，减小应力集中。8、铝及合金焊缝的气孔？答：氢是铝及其合金焊缝时产生的主要原因，H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。1）弧柱气氛中水分的影响，这时所形成的气孔具有白亮内壁的特征。2）氧化膜中水分的影响：Al-Mg合金气焊或TIG焊慢焊条件，母材表面氧化膜也会在近缝区引起“气孔”，这种气孔以表面密集的小颗粒状的“鼓包”形式呈现出来，也被认为是“皮下气孔”。在凝固点以上形成粗大孤立的“皮下气孔”在凝固点时，沿结晶的层状线均布的小气孔，即“结晶层气孔”。防止焊缝气孔途径：（1）减少氢来源：对焊丝及母材表面的氧化膜采用化学方法或机械方法彻底除；（2）控制焊接参数：对TIG焊，弧柱气氛中氢的影响，主要是防止工件表面产生氧化膜，都应用大I大V。对MIG：焊丝是主要威胁，故希望焊接线能量大，适当增大I，但主要靠减小电压V。9、低碳调质钢的焊接工艺？答：注意的两个问题：（1）要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；（2）要求在800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。一）焊接方法基本不受限制；二）焊接材料的选择：由于低碳钢焊后一般不再进行热处理，在选择焊接材料时，要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。三）焊接线能量和预热的选择原则：不出现裂纹和脆化。四）焊后热处理：低碳调质钢焊接结构一般是在焊态下使用，正常情况下不进行焊后热处理，除非焊后接头区强度和韧性过低等，为了保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须必母材原调质处理的回火低30左右。10、中碳调质钢的焊接工艺要点？答：（1）退火或正火态下焊接时的工艺特点：A选择材料的要求是产生冷、热裂纹，要求焊缝金属与母材在同一热处理工艺下调质处理，能获得相同性能的焊接接头。B焊接方法的限制。C在焊后调质的情况下，焊接参数的确定主要是保证在调质处理之前不出现裂纹，接头性质有焊后处理来保证：a可采用很高的预热温度200300和层间温度；b焊后来不及立即调质处理时，须在焊后及时进行一次中间热处理c采用局部预热时，预热的温度范围离焊缝两侧应不小于100mm。焊后若不能及时调质处理应进行680回火处理；d为了防止冷裂，