1、焊接冶金學材料 - 焊接性課后習題答案第一章：概述 第二章：焊接性及其實驗評定1. 了解焊接性的基本概念。什么是工藝焊接性？影響工藝焊接性的主要因素有哪些？ 答：焊接性是指同質材料或異質材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預期使用要求的能力。影響因素：材料因素、設計因素、工藝因素、服役環境。第三章：合金結構鋼1. 分析熱軋鋼和正火鋼的強化方式和主強化元素又什么不同，二者 的 焊接性有何差別？在制定焊接工藝時要注意什么問題？答：熱軋鋼的強化方式有： (1) 固溶強化，主要強化元素： Mm Sio(2) 細晶強化，主要強化元素： Nb,Vo (3) 沉淀強化，主要強化元 素： Nb,V

2、. ；正火鋼的強化方式： (1) 固溶強化，主要強化元素：強 的合金元 素 (2) 細晶強化，主要強化元素： V,Nb,Ti,Mo (3) 沉淀強 化，主要強化 元素： Nb,V,Ti,Mo. ；焊接性：熱軋鋼含有少量的合金 元素，碳當量較 低冷裂紋傾向不大，正火鋼含有合金元素較多，淬硬 性有所增加，碳當量低冷裂紋傾向不大。熱軋鋼被加熱到1200°C 以 上的熱影響區可能產生粗晶脆化，韌性明顯降低，而是、正火鋼在該條件下粗晶區的 V 析出相基本固溶，抑制 A 長大及組織細化作用被削 弱，粗晶區易出現粗大晶 粒及上貝、 M-A 等導致韌性下降和時效敏感 性增大。制定焊接工藝時根 據材料

3、的結構、板厚、使用性能要求及生 產條件選擇焊接。2. 分析Q345的焊接性特點，給出相應的焊接材料及焊接工藝要求。答:Q345鋼屬于熱軋鋼，其碳當量小于0.4%,焊接性良好，一般不 需要預熱和嚴格控制焊接熱輸入，從脆硬傾向上，Q345鋼連續冷卻 時，珠光體轉變右移，使快冷下的鐵素體析出，剩下富碳奧氏體來不及轉變為珠光體，而轉變為含碳量高的貝氏體與馬氏體具有淬硬傾 向， Q345 剛含碳 量低含猛高，具有良好的抗熱裂性能，在Q345剛中 加入V、Nb達到沉淀強化作用可以消除焊接接頭中的應力裂紋。被加熱到1200°C以上的熱影響區 過熱 區可 能產 生粗 晶 脆化 ， 韌性 明顯降 低，

4、 Q345 鋼 經過 600° CXlh 退火處理，韌性大幅提高，熱應變脆化 傾向明顯減小。；焊 接材料：對焊條電弧焊焊條的選擇：E5系列。埋弧焊：焊劑 SJ501,焊絲 H08A/H08MnA電渣焊：焊劑 HJ431、HJ360 焊絲H08MnM0A0 C0氣體保護焊：H08系列和 YJ5系列。預熱溫度： 100? 150° Co 焊后熱處理：電弧焊一般不進行或600? 650°C 回火。電渣焊900? 930°C正火，600? 650°C回火3. Q345與Q390焊接性有何差異？Q345焊接工藝是否適用于Q390焊接，為什么？答：Q345

5、與Q390都屬于熱軋鋼，化學成分基本相同，只是Q390的Mn含量高于Q345,從而使Q390的碳當量大于 Q345,所以Q390的淬硬性和 冷裂紋傾向大于Q345,其余的焊接性基本相同。Q345的焊接工藝不一定 適用于Q390的焊接，因為Q390的碳當量較大，一級 Q345的熱輸入叫寬， 有可能使Q390的熱輸入過大會引起接頭區過熱的加劇或熱輸入過小使冷裂紋傾向增大，過熱區的脆化也變的嚴重。4. 低合金高強鋼焊接時，選擇焊接材料的原則是什么？焊后熱處理對 焊 接材料有什么影響？答：選擇原則：考慮焊縫及熱影響區組織狀態對焊接接頭強韌性的影響。由于一般不進行焊后熱處理，要求焊縫金屬在焊態下應接近母

6、材的力學性能。中碳調質鋼，根據焊縫受力條件，性能要求及焊后熱處理情況進行選擇焊接材料，對于焊后需要進行處理的構件，焊縫金屬的化學成分應與基體金屬相近。5. 分析低碳調質鋼焊接時可能出現的問題？簡述低碳調質鋼的焊接 工藝要點，典型的低碳調質鋼如 (14MnMoNiB HQ70 HQ80的焊接熱 輸 入應控制在什么范圍？在什么情況下采用預熱措施，為什么有最低 預熱 溫度要求，如何確定最高預熱溫度。答：焊接時易發生脆化，焊接時由于熱循環作用使熱影響區強度和韌下降。焊接工藝特點：焊后一般不需熱處理，采用多道多層工藝， 釆用 窄焊道而不用橫向擺動的運條技術。典型的低碳調質鋼的焊接熱輸入應控制在 Wc?O

7、. 18%時不應提高冷速， Wc?O. 18%時可提高冷 速（減小 熱輸入）焊接熱輸入應控制在小于 481KJ/cm 當焊接熱輸入 提高到最大 允許值裂紋還不能避免時，就必須采用預熱措施，當預熱 溫度過高時不 僅對防止冷裂紋沒有必要，反而會使 800? 500°C 的冷 卻速度低于出現 脆性混合組織的臨界冷卻速度，使熱影響區韌性下 降，所以需要避免不 必要的提高預熱溫度，包括屋間溫度，因此有最 低預熱溫度。通過實驗 后確定鋼材的焊接熱輸入的最大允許值，然后 根據最大熱輸入時冷裂紋 傾向再來考慮 , 是否需要采取預熱和預熱溫 度大小，包括最高預熱溫度。6?低碳調質鋼和中碳調質鋼都屬于調

8、質鋼，他們的焊接熱影響區脆化機制是否相同？為什么低碳鋼在調質狀態下焊接可以保證焊接質量 ,而中碳調質鋼一般要求焊后熱處理 ?答：低碳調質鋼：在循環作用下， t8/5 繼續增加時，低碳鋼調質鋼 發生 脆化，原因是奧氏體粗化和上貝氏體與 M-A 組元的形成。中碳調 質鋼： 由于含碳高合金元素也多，有相當大淬硬傾向，馬氏體轉變溫 度低，無 自回火過程，因而在焊接熱影響區易產生大量 M 組織大致脆 化。低碳調入焊接在焊后質鋼一般才用中、低熱量對母材的作用而中碳鋼打熱量輸進行及時的熱處理能獲得最佳性能焊接接頭7. 比較 Q345、T-1 鋼、 2. 25Cr-Mo 和 30MnSiA 的冷裂、熱裂和消除

9、應 裂紋的傾向 .答： 1、冷裂紋的傾向： Q345 為熱扎鋼其碳含量與碳當量較底，淬硬傾向不大，因此冷裂紋敏感傾向較底。 T-1 鋼為低碳調質鋼，加入了 多種 提高淬透性的合金元素，保證強度、韌性好的低碳自回火 M 和部 分下 B 的混合組織減緩冷裂傾向， 2. 25Cr-lMo 為珠光體耐熱鋼，其 中 Cr 、Mo 能顯著提高淬硬性，控制 Cr、Mo的含量能減緩冷裂傾向，2. 25-lMo冷裂傾向相對敏感。30CrMnSiA為中碳調質鋼，其母材含量相對高，淬硬性大，由于 M中C含量高，有很大的過飽和度，點陣畸變更嚴重，因而冷裂傾向更大。2、熱裂傾向Q345含碳相對低，而 Mn含量高，鋼的

10、Wmn/W能達到要求，具有較好的抗熱裂性能，熱裂傾向較小。T-1鋼含C低但含Mn較高且S、P的控制嚴格因此熱裂傾小。30CrMnSiA含碳量及合金元素含量高，焊縫凝固結晶時，固 -液相溫度區 間大，結晶偏析嚴重，焊接時易產生潔凈裂紋，熱裂傾向較 大。 3、消除 應力裂紋傾向；鋼中 Cr、Mo元素及含量對SR產生影響大，Q345鋼中不 含Cr、Mo,因此SR傾向小。TT鋼令Cr、Mo但含 量都小于1%,對于SR 有一定的敏感性；SR傾向峽谷年隊較大， 2. 25Cr-Mo其中Cr、Mo含量相對都較高，SR傾向較大。8. 同一牌號的中碳調質鋼分別在調質狀態和退火狀態進行焊接時焊 接工 藝有什么差別

11、？為什么中碳調質鋼一般不在退火的狀態下進行 焊接？答：在調質狀態下焊接，若為消除熱影響區的淬硬區的淬硬組織和防 止 延遲裂紋產生，必須適當釆用預熱，層間溫度控制，中間熱處理 , 并焊后 及時進行回火處理，若為減少熱影響的軟化，應采用熱量集中， 能量密 度越大的方法越有利，而且焊接熱輸入越小越好。在退火狀態下焊接：常用焊接方法均可，選擇材料時，焊縫金屬的調質處理規范應與母材的一致，主要合金也要與母材一致，在焊后調質的情況下，可采用很高的預熱溫度和層間溫度以保證調質前不出現裂 紋。因為中碳調質鋼淬透性、淬硬性大，在退火狀態下焊接處理不當易產生延遲裂紋，一般要進行復雜的焊接工藝，采取預熱、后熱、回火

12、及焊后熱處理等輔助工藝才能保證接頭使用性能。9 珠光體耐熱鋼的焊接性特點與低碳調質鋼有什么不同? 珠光體耐熱 鋼選用焊接材料的原則與強度用鋼有什么不同？ why?時才可能答：珠光體耐熱鋼和低碳調質鋼都存在冷裂紋，熱影響區硬化脆化以 及 熱處理或高溫長期使用中的再熱裂紋 , 但是低碳調質鋼中對于高鐮 低猛類 型的剛有一定的熱裂紋傾向，而珠光體耐熱鋼當材料選擇不當度還要考慮性，因為珠光常產生熱裂紋。珠光體耐熱鋼在選擇材料上不僅有一定的強 接頭在高溫下使用的原則，特別還要注意焊接材料的干燥 體耐熱鋼是在高溫下使用有一定的強度要求。10低溫鋼用于-40度和常溫下使用時在焊接工藝和材料上選擇是否有所差別

13、？ why?答:低溫鋼為了保證焊接接頭的低溫脆化及熱裂紋產生要求材料含雜質元素少，選擇合適的焊材控制焊縫成分和組織形成細小的針狀鐵素體和少量合金碳化物，可保證低溫下有一定的 AK要求。對其低溫下 的焊接 工藝選擇采用SMAV時用小的線能量焊接防止熱影響區過熱， 產生WF和 粗大M,采用快速多道焊減少焊道過熱。采用 SAW時，可用 振動電弧焊法 防止生成柱狀晶。第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接1. 不銹鋼焊接時，為什么要控制焊縫中的含碳量？如何控制焊縫中的含碳量？答：焊縫中的含碳量易形成脆硬的淬火組織，降低焊縫的韌性，提高冷裂紋敏感性。碳容易和晶界附近的Cr結合形成 Cr的碳 化物Cr23C6,并在晶

14、界析出，造成“貧 Cr”現象，從而造成晶間腐 蝕。 選 擇含碳量低的焊條和母材，在焊條中加入Ti, Zr, Nb, V等強碳化物形成元素來降低和控制含氟中的含碳量。2. 為什么 18-8 奧氏體不銹鋼焊縫中要求含有一定數量的鐵素體組 織？通過什么途徑控制焊縫中的鐵素體含量？答: 焊縫中的§相可打 亂單一 y 相柱狀晶的方向性，不致形成連續，另外§相富碳 Cr, 又 良好的供 Cr 條件， 可減少丫晶粒形成貧Cr層，故常希望焊縫中有 4%12的6相。 通 過控制鐵素體化元素的含量，或控制Creq/Nieq 的值，來控制焊縫中的鐵素體含量。3. 18-8 型不銹鋼焊接接頭區域在

15、那些部位可能產生晶間腐蝕，是由 于 什么原因造成？如何防止？答： 18-8 型焊接接頭有三個部位能出 現腐蝕 現象：1焊縫區晶間腐蝕。產生原因根據貧鋸理論，碳與晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，導致 Y晶粒外層的含Cr量降低，形成 貧 Cr 層，使得電極電位下降，當在腐蝕介質作用下， 貧 Cr 層成為陰極， 遭受電化學腐蝕； 2熱影響區敏化區晶間腐蝕。 是由于敏化區在高溫 時易析出鋸的碳化物，形成貧 Cr 層，造成晶間 腐蝕； 3融合區晶間 腐蝕刀狀腐蝕。只發生在焊Nb或Ti的18-8型鋼的溶合區，其實質也是與M23C6沉淀而形成貧Cr有關，高溫過 熱和中溫敏化相繼作用是其 產生

16、的的必要條件。防止方法： 1 控制 焊縫金屬化學成分，降低含碳 量，加入穩定化元素 Ti 、Nb；2 控 制焊縫的組織形態，形成雙向組織 Y +15%5 ; 3控制敏化溫度范 圍的停留時間； 4 焊后熱處理： 固溶處理，穩定化處理，消除應力 處理。4. 簡述奧氏體不銹鋼產生熱裂紋的原因？在母材和焊縫合金成分一的條件下，焊接時應采取何種措施防止熱裂紋？答：產生原因：1奧氏體鋼的熱導率小，線膨脹系數大，在焊接時局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中產生較大的拉應力；2奧氏體鋼易于聯生結晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有雜質偏析，而促使形成晶間液膜，顯然易于促使產生凝固裂紋； 3奧氏體鋼及焊

17、縫的合 金組成較復雜，不僅 S、P、Sn、Sb 之類雜質可形成易溶液膜，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嚴格控制有害雜質元素S、P可形成易溶液膜 ; 2形成雙 向組織，以 FA 模式凝固 , 無熱裂傾向； 3適當調整合金成分 :Ni 15%, 適當提高鐵素體化元素含量，使焊縫§ %提高，從而提高抗裂性； Ni>15%時，加入 Mn W V、N 和微量 Zr、Ta、Re <0.01%達到細 化 焊縫組織、凈化晶界作用，以提高抗裂性； 4選擇合適的焊接工藝。5. 奧氏體鋼焊接時為什么常用“超合金化”焊接材料？答：為提高 奧 氏體

18、鋼的耐點蝕性能，釆用較母材更高Cr、Mo含量的“超合金化” 焊接材料。提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負偏析顯著減少，更有利 于提高 耐點蝕性能。6. 鐵素體不銹鋼焊接中容易出現什么問題？焊條電弧焊和氣體保護 焊題： 1時如何選擇焊接材料？在焊接工藝上有什么特點？答：易出現問焊接接頭的晶間腐蝕；2焊接接頭的脆化高溫脆性。相脆化475°C脆化。SMAM求耐蝕性：選用同質的鐵素體焊條和焊絲；要求抗氧化和要求提高焊縫塑性：選用A焊條和焊絲。C02氣 保焊選用專用焊絲H08Cr20N訂5VNA1焊接工藝特點：1采用小 的q/v，焊后 快冷控制晶粒長大；2采用預熱措施， T°C<

19、;=300°C 接頭保持一定ak;3焊后熱處理，嚴格控制工藝一一消除貧Cr區；4最大限度降低母材和焊縫雜質防止475°C脆性產生；5根據使用性能要求不同，采用不同焊材和工藝方法。7. 何為“脆化現象”？鐵素體不銹鋼焊接時有哪些脆化現象，各發 生在什么溫度區域？如何避免？答：“脆化現象”就是材 料硬度高 , 但塑性和韌性差。 現象與避免措施：1高溫脆性：在 900A1000°C急冷至室溫，焊接接頭 HAZ 的塑性和韌性下降。可重新加熱到 750850° C,便可恢復其塑性。2。相脆化：在 570820°C之間加熱, 可析出。相。相析出與焊縫金屬中

20、的化學成分、組織、加熱溫度、 保溫時間以及預先冷變形有關。加入Mn Nb使。相所需Cr的含量降 低,Ni能使形成。相所需溫度提高。3 475°C脆化：在400八500°匚長期加熱后可出現475°C脆化。適當降低含 Cr量，有利于減輕脆化，若 出現475°C脆化通過焊后熱處理來消除。8. 馬氏體不銹鋼焊接中容易出現什么問題，在焊接材料的選用和工上有什么特點？制定焊接工藝時應采取哪些措施？答 : 易出現冷裂 紋、粗 晶脆化。焊接材料的選用：1對簡單的Crl3型，要保證性 能，要求s、P、Si, c 含量較低，使淬硬性下降，更要保證焊接接頭 的耐蝕性。 2對

21、Crl2 為基加多元元素型，希望焊縫成分接近母材 , 形成均一的 細小馬氏體組織。 3對于超低碳復相馬氏體鋼，采用同 質焊材，焊后 經超微細復相化處理，可使焊縫的強韌化約等于母材水 平。工藝特點： 1預熱溫度高局部或整體 T°C=150-260°C； 2采用 小的 q/v :防止近縫區出現粗大 a和k析出；3選用低氫焊條：焊 縫成分 與母材同質，高碳馬氏體可選用奧氏體焊條焊接 .9. 雙相不銹鋼的成分和性能特點，與一般 A 不銹鋼相比雙相不銹鋼 的焊接性有何不同？在焊接工藝上有什么特點？答 : 雙相不銹鋼是在 固溶 體中鐵素體和奧氏體相各占一半，一般較少相的含量至少也要達

22、到 30% 的不銹鋼。這類鋼綜合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優 點，具有良 好的韌性、強度及優良的耐氧化應力腐蝕性能。與一般奧 氏體不銹鋼相 比： 1 其凝固模式以鐵素體模式進行；2焊接接頭具 有優良的耐蝕性，耐氯化物 SCC性能，耐晶間腐蝕性能，但抗 H2S的SCC性能較差;焊接接頭的脆化是由于 Cr 的氮化物析出導致； 4 雙相鋼在一般情況下很少有冷裂紋，也不會產生熱裂紋。焊接工 藝特點： 1 焊接材料 應根據“適用性原則”，不同類型的雙向鋼所 用焊材不能任意互換，可采取“適量”超合金化焊接材料；2控制 焊接工藝參數，避免產生過 熱現象，可適當緩冷，以獲得理想的§ / 丫相比例

23、；3奧氏體不銹鋼 的焊接注意點同樣適合雙相鋼的焊接。10. 從雙相不銹鋼組織轉變的角度出發，分析焊縫中 Ni 含量為什么 比 母材高及焊接熱循環對焊接接頭組織，性能有何影響？答：雙相不 銹鋼 的合金以 F 模式凝固，凝固結束為單相 8 組織，隨著溫度的下降 , 開始發 生 5-丫 轉變不完全，形成兩相組織。顯然，同樣成分的焊縫 和母材，焊 縫中 y 相要比母材少得多，導致焊后組織不均勻，韌性、 塑性下降。提 高焊縫中 Ni 含量，可保證焊縫中 丫/8 的比例適當，從 而保證良好的焊接 性。在焊接加熱過程，整個 HAZ受到不同峰值 溫度的作用，最高接近鋼 的固相線，但只有在加熱溫度超過原固溶處

24、理溫度區間，才會發生明顯 的組織變化，一般情況下，峰值低于固溶 處理的加熱區，無顯著組織變 化，Y/S值變化不大，超過固溶處理 溫度的高溫區，會發生晶粒長大和 T 相數量明顯減少，緊鄰溶合線的 加熱區， y 相全部溶于 5 相中，成為粗 大的等軸§組織，冷卻后轉變 為奧氏體相，無扎制方向而呈羽毛狀，有 時具有魏氏組織特征。第五章：有色金屬2. 為什么 Al-Mg 及 al-li 合金焊接時易形成氣孔？ al 及其合金焊接時產生氣孔的原因是什么？如何防止氣孔？為什么純鋁焊接易出現 分散小氣孔？而 al-mg 焊接時易出現焊接大氣孔？ 答： 1）氫是鋁合金 及鋁焊接時產生氣孔的主要原因。

25、 2） 氫的來源非 常廣泛，弧柱氣氛中的 水分，焊接材料以及母材所吸附的水分，焊絲 及母材表面氧化膜的吸附 水，保護氣體的氫和水分等都是氫的來源。3）氫在鋁及合金中的溶解度在凝點時可從0. 69ml/100g 突降至 0.036ml/100g 相差約 20倍, 這是促使焊縫產生氣孔的重要原因之一。4） 鋁的導熱性很強，熔合區的冷速很大，不利于氣泡的浮出，更易促 使形成氣孔。防止措施： 1） 減少氫的來源，焊前處理十分重要，焊絲及母材表面的氧化膜應徹底清除。 2） 控制焊接參數，采用小熱輸 入減少熔 池存在時間，控制氫溶入和析出時間3）改變弧柱氣氛中的 氫含量。原因： 1）純鋁對氣氛中水分最為敏

26、感，而 al-mg 合金不太 敏感，因此純 鋁產生氣孔的傾向要大 2）氧化膜不致密，吸水性強的 鋁合金 al-mg 比 氧化膜致密的純鋁具有更大的氣孔傾向，因此純鋁的 氣孔分數小，而 al-mg 合金出現集中大氣孔 3） Al-mg 合金比純鋁更 易形成疏松而吸水 性強的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受熱而分解出 氫，并在氧化膜上萌 出氣泡，由于氣泡是附著在殘留氧化膜上，不易 脫離浮出，且因氣泡是 在熔化早期形成有條件長大，所以常造成集中 大的氣孔。因此 al-mg 合 金更易形成集中的大氣孔。4. 硬鋁及超硬鋁焊接時易產生什么樣的裂縫？為什么？如何防止裂紋？ 答：裂紋傾向大，鋁及硬鋁產生焊接熱裂

27、紋。原因：1）易熔共晶的 存在，是鋁合金焊縫產生裂紋的重要原因。 2）線膨脹系數大，在拘 束條件下焊接時易產生較大的焊接應力也是產生裂紋的原因之一。防止措施 ： 1 勸口合金元素 cu, mn, si, mg, zn使主要合金元素含量 Me%>Xm產生自愈合作用。 2）生產中釆用含 5%的 Si, Al 合金焊絲解決抗裂 問題，具有 很好的愈合作用。 3）加入 Ti,zr,v,b 微量元素作為變質 劑，細化晶粒， 改善塑性韌性，并提高抗裂性。 4） 熱能集中焊接方 法可防止形成方向性 強的粗大柱狀晶，改善抗裂性。 5）釆用小電流 焊接，降低焊接速度均可 改善抗裂性問題。5. 分析高強度鋁合金焊接接頭性能低于母材的原因及防止措施，焊后 熱處理對焊接接頭性能有什么影響？什么情況下對焊接接頭進行焊 后熱 處理？答：原因： 1）晶粒粗化，降低塑性，晶界液化產生顯微裂紋。2） 非時效強化鋁合金 haz 軟化，主要發生在焊前經冷作硬化的合金上 , 經冷作硬 化的鋁合金， haz 峰值溫度超過再結晶溫度 （200-300 ）區 域就產生明顯 軟化。3）時效強化鋁合金haz軟化，由于第二相脫溶 析出聚集長大發生 過時效軟化。防止措施： 1）釆用小的焊接熱輸入。2）對 al