焊接連接參考答案一、概念題3．1從功能上分類，連接有哪幾種基本類型？3．2焊縫有兩種基本類型—對接坡口焊縫和貼角焊縫，二者在施工、受力、適用范圍上各有哪些特點？3．3對接接頭連接需使用對接焊縫，角接接頭連接需采用角焊縫，這么說對嗎？3．4hf和lw相同時，吊車梁上的焊縫采用正面角焊縫比采用側面角焊縫承載力高？3．5為何對角焊縫焊腳尺寸有最大和最小取值的限制？對側面角焊縫的長度有何要求？為什么？【答】（1）最小焊腳尺寸：角焊縫的焊腳尺寸不能過小，否則焊接時產生的熱量較小，致使施焊時冷卻速度過快，導致母材開裂。《規范》規定：hf≥1.5，式中：t2——較厚焊件厚度，單位為mm。計算時，焊腳尺寸取整數。自動焊熔深較大，所取最小焊腳尺寸可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，應增加1mm；當焊件厚度小于或等于4mm時，則取與焊件厚度相同。（2）最大焊腳尺寸：為了避免焊縫區的主體金屬“過熱”，減小焊件的焊接殘余應力和殘余變形，角焊縫的焊腳尺寸應滿足式中：t1——較薄焊件的厚度，單位為mm。（3）側面角焊縫的最大計算長度側面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻，兩端大而中間小，可能首先在焊縫的兩端破壞，故規定側面角焊縫的計算長度lw≤60hf。若內力沿側面角焊縫全長分布，例如焊接梁翼緣與腹板的連接焊縫，可不受上述限制。3．6簡述焊接殘余應力產生的實質，其最大分布特點是什么？3．7畫出焊接H形截面和焊接箱形截面的焊接殘余應力分布圖。3．8貼角焊縫中，何為端焊縫？何為側焊縫？二者破壞截面上的應力性質有何區別？3．9規范規定：側焊縫的計算長度不得大于焊腳尺寸的某個倍數，原因何在？規范同時有焊縫最小尺寸的規定，原因何在？3.10規范禁止3條相互垂直的焊縫相交，為什么。3.11舉3～5例說明焊接設計中減小應力集中的構造措施。3.12簡述連接設計中等強度法和內力法的含義。3.13對接焊接時為什么采用引弧板？不用引弧板時如何考慮？在哪些情況下不需計算對接焊縫？3.14試判斷下圖所示牛腿對接焊縫的最危險點3.15焊縫質量檢驗是如何分級的？【答】《鋼結構工程施工質量驗收規范》規定焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質量標準；一級、二級焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數量的超聲波檢驗并符合相應級別的質量標準。焊縫質量的外觀檢驗檢查外觀缺陷和幾何尺寸，內部無損檢驗檢查內部缺陷。二、計算題2．1已知兩塊等厚不等寬的鋼板用焊透的對接焊縫連接，焊接中采用引弧板。鋼板材料為Q345鋼。焊縫承受變化軸力作用（標準值），Nmax=+1600KN,Nmin=+240KN,試：分別按《橋規》和《鋼規》對于對接焊縫進行強度驗算。循環次數按2x106，焊縫等級為一級。【解】由于對接焊縫承受變化軸力作用，必須先確定其疲勞容許應力，然后進行強度驗算。（一）按鋼規驗算（1）疲勞驗算：該焊縫為2類，容許應力幅為：不滿足疲勞強度要求。（2）靜力強度驗算焊縫強度滿足要求（二）《橋規》（1）疲勞容許應力［σ0］。驗算構件為焊接，疲勞應力為拉－拉構件應力循環特征系數ρ的計算：最大應力為拉應力，連接屬5.2類，相應容許應力為II類，疲勞驗算公式，，（此三項系數均為假定的一種情況，實際按規范表查）按橋規不滿足疲勞強度要求。2．2驗算如圖所示三塊鋼板焊成的工字型截面梁的對接焊縫強度。尺寸如圖，截面上作用的軸心拉力設計值N=250kN，彎矩設計值M=40kN.m，剪力設計值V=200kN，鋼材為Q345,手工焊，焊條為E50型，施焊時采用引弧板，三級質量標準。(ftw=265N/mm2,fcw=310N/mm2,fvw=180N/mm2)【解】 2．3圖中I32a牛腿用對接焊縫與柱連接。鋼材為Q235，焊條用E43型，手工焊，用II級焊縫的檢驗質量標準。已知：I32a的截面面積A=67.05cm2；抵抗矩Wx=692.2cm2；腹板截面面積AW=25.4cm2。Ix:Sx=27.5,tw=9.5mm。試按照《鋼規》和《橋規》（焊縫為一級）分別求F的最大值。【解】對接焊縫所承受的內力為：；鋼規；對接焊縫A點處彎曲應力最大，由得，；F=694KN中和軸處剪應力最大，得F=461.8KN根據翼緣和腹板相交處折算應力應滿足：得，SW’=得F=527KN按鋼規F的最大值為461.8KN。【按照橋規做為選作題】橋規對接焊縫A點處彎曲應力最大，由得，；F=468KN中和軸處剪應力最大，得F=314KN根據翼緣和腹板相交處折算應力應滿足：得，SW’=得F=352.8KN按橋規F的最大值為314KN。2．4已知500mm×12mm鋼板，鋼材：Q235，E43焊條，手工焊，未使用引弧板，焊縫質量為III級，鋼板承受軸心拉力。設計：用雙拼接板和圍焊角焊縫的拼接，試求所需拼接板尺寸和焊腳尺寸。角焊縫強度設計值：=160Mpa。【解】1）設計拼接板拼接板寬為450mm；（連接的強度不小于被連接構件的強度）。按等強度設計原則，拼接板截面≥基材截面，取8mm。拼接板面積2×8×（500－2x25）=7200mm>12×500=6000mm2。焊腳尺寸對手工焊，焊腳mm，，取6mm。3）側焊縫計算連接需要傳遞的內力=1800000N端焊縫可傳遞內力=2.44×0.7×6×450×160=738Kn側焊縫需傳遞內力=512KN則：=512/(4×4.2×160)=190.5mm<60=360mm符合規范規定實際側焊縫長度=195.5mm，取為200mm。2．5圖(尺寸單位：mm)所示鋼板牛腿用四條貼角焊縫連接在鋼柱上（無引弧板）。鋼材為Q235，焊條E43型。焊角尺寸hf=10mm，角焊縫強度設計值為試確定最大承載力P。【解】=4×0.7x10×200=5600mm2；=4×0.7x10×2002/6=186666.7mm3；；/5600=100/186666.7=/1866.7因160Mpa所以105×160/47.4=337.55kN2．6一雨棚拉桿受力如圖所示，通過鋼板和預埋件用角焊縫連接，需要進行角焊縫連接的驗算，已知焊縫承受的靜態斜向力為N＝200kN(設計值），角度，角焊縫的焊腳尺寸hf=10mm,焊縫計算長度lw=300mm,鋼材為Q235-B,手工焊，焊條為E43型。連接角焊縫是否滿足設計要求？習題3.6圖【解】內力分解2．7試設計雙角鋼與節點板的角焊縫連接。鋼材為Q235－B，焊條為E43型，手工焊，作用著軸心力N=1000kN（設計值），分別采用三面圍焊和兩面側焊進行設計。【解】角焊縫強度設計值。焊腳尺寸確定：最小：角鋼肢尖處最大：角鋼肢背處最大：角鋼肢尖和肢背都取。⑴采用三面圍焊正面角焊縫承擔的力為：所以側面角焊縫實際受力：所以所需側焊縫的實際長度為：，取310mm，取120mm⑵采用兩面側焊角焊縫實際受力：所以所需側焊縫的實際長度為：（同理：若取，則三面圍焊時焊縫尺寸取肢背6-430，肢尖6-180；兩面側焊時焊縫尺寸取肢背6-510，肢尖6-260）2．8試設計如圖所示牛腿與柱的連接角焊縫①②③，鋼材為Q235－B，焊條為E43型，手工焊。【解】假定施焊時采用引弧板，則焊縫有效截面尺寸如圖所示。⑴焊縫②③的設計焊腳尺寸確定：最小：最大：取。計算焊縫有效截面的形心位置：＝143.7mm焊縫②③全部焊縫有效截面的慣性矩為：故焊縫②頂端由于M引起的最大正應力為焊縫③下端由于M引起的最大正應力和由于V引起的最大剪應力為牛腿翼緣與腹板交接處焊縫③有彎矩M引起的正應力和剪力V引起的剪應力的共同作用（假定剪力全部由腹板焊縫③承擔并按近似計算）：合力為⑵焊縫①的設計根據構造要求，取，則焊縫①為端焊縫，受軸心力N與彎矩M作用。焊縫①截面慣性矩為：焊縫端部受正應力最大：滿足要求。2．9圖所示牛腿，材料為Q235，焊條E43型，手工焊，三面圍焊，焊腳尺寸，承受靜力荷載。試驗算焊縫強度【解】假定施焊時采用引弧板，則焊縫有效截面尺寸如圖所示。計算焊縫有效截面的形心位置：焊縫有效截面的慣性矩：所以截面的極慣性矩：所以焊縫所受的扭矩為和剪力為扭矩T在截面上A點產生的應力為剪力V在截面上A點產生的應力為所以A點的合力應滿足：即該連接所能承受的最大荷載為245.5kN。螺栓連接參考答案普通螺栓、摩擦性型高強度螺栓、承壓型高強度螺栓受剪型連接的傳力機理是什么？【答】普通螺栓受剪型連接依靠栓桿抗剪和孔壁承壓傳力；摩擦性型高強度螺栓受剪型連接依靠板件間的摩擦力傳力；承壓型高強度螺栓受剪型連接依靠栓桿抗剪和孔壁承壓傳力。普通螺栓群的單栓抗剪承載力設計值在什么條件下需要進行折減？為什么折減？怎樣折減？（要求繪出接頭構造及折減曲線）。【答】栓群在軸力作用下各個螺栓的內力沿栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。螺栓承載力折減系數：普通螺栓群受偏心力作用時的受拉螺栓計算應怎樣區分大、小偏心情況？【答】先假定轉動中心位于螺栓群的形心，算出在軸力和彎矩作用下的低排和頂排螺栓的受力，如果，說明，所有螺栓受拉，屬于小偏心情況；如果，說明下部螺栓受壓，所以前面假定錯誤，屬大偏心情況，按照構件的轉動中心在低排螺栓連線重新計算。為什么要控制高強度螺栓的預拉力，其設計值是怎樣確定的？【答】高強螺栓的應用，不論是受剪力連接、受拉力連接還是拉剪連接中，其受力性能主要是基于螺栓對板件產生的壓力，即緊固的預拉力，即使是承壓型的連接，也是部分利用這一性能，因此，控制預拉力是保證高強螺栓連接質量的一個關鍵性因素。高強螺栓預拉力設計值是這樣確定的：基于鋼材的屈服強度，考慮材料的不均勻性，為防止預拉力的松弛而需要的超張拉以及擰緊螺栓扭矩產生的剪力等因素進行綜合確定，即：。螺栓群在扭矩作用下，在彈性受力階段受力最大的螺栓其內力值是在什么假定條件下求得的？【答】螺栓群在扭矩作用下，其內力計算基于下列假定：⑴被連接板件為絕對剛性體；⑵螺栓是彈性體；⑶各螺栓繞螺栓群的形心旋轉，使螺栓沿垂直于旋轉半徑r的方向受剪，各螺栓所受的剪力大小與r成正比。8.螺栓的性能等級是如何表示的？【答】螺栓的性能等級“m.n級”，小數點前的數字表示螺栓成品的抗拉強度不小于m×100N/mm2，小數點及小數點后的數字表示螺栓材料的屈強比—屈服點（高強螺栓取條件屈服點）與抗拉強度的比值。3－1．試設計圖的粗制螺栓連接。（設計值），【解】：（1）螺栓計算：先布置好螺栓（如圖所示），再進行驗算。選用M20普通螺栓，一個抗剪螺栓的承載力設計值為：抗剪承載力設計值承壓承載力設計值螺栓受力計算：螺栓受剪力V和扭矩T共同作用：最外螺栓受力最大，為故有：滿足要求。（2）鋼板凈截面強度驗算鋼板截面1-1面積最小，而受力較大，應校核這一截面強度。其幾何參數為：鋼板截面最外邊緣正應力鋼板截面靠近形心處的剪應力3－2.試設計如圖所示①角鋼與連接板的螺栓連接，②豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接，構件鋼材為Q235-B，螺栓為粗制螺栓，并分別考慮支托是否受剪兩種情況。【解】：①角鋼與連接板的螺栓連接設計螺栓采用M22，一個抗剪螺栓的承載力設計值為：抗剪承載力設計值承壓承載力設計值所以連接所需螺栓數為取4個，連接構造如圖所示。②豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接設計⑴假定剪力V由支托承受，螺栓只受軸力N作用螺栓采用M22，取，按如圖所示布置，驗算螺栓承載力。一個螺栓的受拉承載力為假定螺栓受力為小偏心，滿足要求。⑵假定支托只在安裝時起作用，則螺栓同時承受拉力和剪力作用一個螺栓的承載力設計值為螺栓布置同上，螺栓實際受力，所以有及滿足要求。3－3.按摩擦型連接高強度螺栓設計題2中所要求的連接，并分別考慮①，②。【解】采用8.8級摩擦型高強度螺栓M20，連接處構件接觸面用噴砂處理。所以有⑴角鋼與連接板的螺栓連接設計一個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力設計值所以連接所需螺栓數為取4個，連接構造如圖所示。⑵豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接設計①取，螺栓布置同3.7題，驗算螺栓承載力。一個高強度螺栓的抗拉承載力為螺栓受剪力和軸心拉力作用：按新規范：連接滿足設計要求。②螺栓布置同上。螺栓受剪力、軸心拉力和彎矩作用。按規范：，誤差在5％以內，連接滿足設計要求3－4.牛腿用2L100×20（由大角鋼截得）及M22摩擦型連接高強度螺栓（10.9級）和柱相連，構件鋼材Q235-B，接觸面作噴砂處理，要求確定連接角鋼兩個肢上的螺栓數目；（摩擦型及）承壓型設計兩肢上的螺栓數目。習題3-4圖【解】①用摩擦型高強度螺栓⑴抗剪螺栓設計：取，螺栓布置如圖所示。一個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力設計值螺栓受力：螺栓受剪力和扭矩共同作用：所以有滿足要求⑵抗剪拉螺栓設計：螺栓受剪力和彎矩共同作用：取，螺栓布置如圖所示。一個高強度螺栓的抗拉承載力為：一個高強度螺栓的抗剪承載力為：螺栓受力：按新規范：不滿足，應重新布置設計。增加一排螺栓，②用承壓型高強度螺栓⑴抗剪螺栓設計：布置同摩擦型高強螺栓。一個承壓型高強度螺栓抗剪承載力設計值：所以有⑵抗剪拉螺栓設計：布置同摩擦型高強螺栓。一個承壓型高強度螺栓承載力設計值：螺栓承受的剪力：所以有滿足要求。3－5.兩塊截面為14mmx400的鋼板，采用雙拼接板進行拼接，拼接板厚8mm，鋼材Q235B。作用在螺栓群形心處的軸心拉力設計值N=750kN，設計采用摩擦型高強螺栓，已知：高強度螺栓為8.8級，直徑為M20,孔徑22mm,接觸面采用噴砂處理。設計該連接。【解】已知：高強度螺栓為8.8級，直徑為M20,孔徑22mm,接觸面采用噴砂處理，抗滑移系數，,單栓抗剪承載力設計值：所需螺栓數按構造要求排列，并進行凈截面驗算凈截面驗算：3－6一雨棚拉桿受力如圖所示，構件鋼材Q235-B,采用兩列摩擦型高強螺栓連接，已知拉桿承受的靜態斜向力為N＝250kN(設計值），角度如圖所示，高強度螺栓為8.8級，直徑為M20,孔徑22mm,接觸面采用噴砂處理，問：連接采用的高強螺栓群是否滿足設計要求？【解】抗滑移系數，已知單個螺栓的抗剪承載力設計值為單個螺栓的抗拉承載力設計值為7．某多層框架結構中，圖示為次梁與主梁的簡支連接——用連接板與主梁加勁肋雙面相連，連接板厚8mm。次梁H500×200×9×14支承在主梁H596×199×10×15的中心線上，梁端剪力設計值V=160KN，鋼材為Q235，采用8.8級承壓型高強度螺栓連接，螺栓M20，孔徑d0=21.5mm。試驗算此連接是否滿足承載力要求。（注：應考慮由于連接偏心所產生的附加彎矩），已知，。【解】：（1）單螺栓抗剪承載力設計值（2）螺栓群受剪力V=100KN，偏心彎矩M=Ve=100×0.06=6KN·m一個螺栓受力為：則最外側螺栓所受合力為：8．試驗算圖連接中，角焊縫強度和普通螺栓連接的強度。已知：（設計值）。兩塊鋼板A為mm，中間連接板B為mm，兩塊A板用四條角焊縫與柱焊接，手工焊，焊條E43系列，B板與A板用8個直徑d=20mm的普通螺栓連接。夾角＝150，鋼材Ｑ235。=215N/mm2，焊腳尺寸,160N/mm2。普通螺栓孔徑305N/mm2，130N/mm2。【解】：螺栓群受力：P=250KN單栓承載力：螺栓群驗算：,二．焊縫驗算V=214.5KN,N=64.7KNM=V·(120+60+70)-N·100=214.5×250-64.7×100=47155KN.mm第三章：合金結構焊接熱影響區（HAZ）最高硬度

焊接熱影響區（heataffectedzone,簡稱HAZ）最高硬度，是指焊接后焊接接頭中的熱影響區硬度的最高值。一般其硬度值采用維氏硬度來表示，例如HV10。是評價鋼種焊接性的重要指標之一，比碳當量更為準確。采用焊接熱影響區最高硬度作為一個因子來評價金屬焊接性（包括冷裂紋敏感性），不僅反映鋼鐘化學成分的作用，還反映了焊接工藝參數影響下形成的不同組織形態的作用。因為硬度與強度有一定的頭條，即強度高，對應的硬度也高。因此焊接熱影響區最高硬度也反映了焊接熱影響區的強度，而焊接熱影響區的強度超高，會導致其塑性降低，從而易形成裂紋或裂紋易于擴展。另外，不同的組織形態的硬度值也不一樣，在鋼中，高碳馬氏體（孿晶馬氏體）的硬度值最高，且高碳馬氏體的塑性、韌性最差，所以焊接熱影響區最高硬度也可以間接反映接頭的性能。焊接熱影響區的最高硬度值的數值越高，其對就的強度就越高，韌性、塑性就越差。因些，重要結構中，對焊接熱影響區最高硬度有一定的限制，并作為評價指標之一。

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：Mn，Si。（2）細晶強化，主要強化元素：Nb,V。（3）沉淀強化，主要強化元素：Nb,V.；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℃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氏體、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的結構、板厚、使用性能要求及生產條件選擇焊接方法。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剛含碳量低含錳高，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℃以上的熱影響區過熱區可能產生粗晶脆化，韌性明顯降低，Q345鋼經過600℃×1h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H08MnMoA。CO2氣體保護焊：H08系列和YJ5系列。預熱溫度：100～150℃。焊后熱處理：電弧焊一般不進行或600～650℃回火。電渣焊900～930℃正火，600～650℃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。（P81）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性下降。焊接工藝特點：①要求馬氏體轉變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體有一“自回火”作用，以防止冷裂紋的產生；②要求在800~500℃之間的冷卻速度大于產生脆性混合組織的臨界速度。此外，焊后一般不需熱處理，采用多道多層工藝，采用窄焊道而不用橫向擺動的運條技術;典型的低碳調質鋼在Wc＞0.18％時不應提高冷速，Wc＜0.18％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℃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，包括層間溫度，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。低碳調質鋼一般才用中、低熱量對母材的作用而中碳鋼打熱量輸入焊接在焊后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-1Mo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，2.25-1Mo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Wmn/Ws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。T-1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？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，必須適當采用預熱，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？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鎳低錳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時才可能常產生熱裂紋。珠光體耐熱鋼在選擇材料上不僅有一定的強度還要考慮接頭在高溫下使用的原則，特別還要注意焊接材料的干燥性，因為珠光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？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SMAW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δ相可打亂單一γ相柱狀晶的方向性，不致形成連續，另外δ相富碳Cr，又良好的供Cr條件，可減少γ晶粒形成貧Cr層，故常希望焊縫中有4%~12%的δ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。產生原因根據貧鉻理論，碳與晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，導致γ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鉻的碳化物，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型鋼的融合區，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連過程依次作用是其產生的的必要條件。防止方法：{1}控制焊縫金屬化學成分，降低C%，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{γ+15%δ}；{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定的條件下，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δ%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、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：為提高奧氏體鋼的耐點蝕性能，采用較母材更高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：易出現問題：{1}焊接接頭的晶間腐蝕；{2}焊接接頭的脆化①高溫脆性②σ相脆化③475℃脆化。SMAW要求耐蝕性：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。CO2氣保焊選用專用焊絲H08Cr20Ni15VNAl。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℃<=300℃——接頭保持一定ak；{3}焊后熱處理，嚴格控制工藝——消除貧Cr區;{4}最大限度降低母材和焊縫雜質——防止475℃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：{1}高溫脆性：在900~1000℃急冷至室溫，焊接接頭HAZ的塑性和韌性下降。可重新加熱到750~850℃，便可恢復其塑性。{2}σ相脆化：在570~820℃之間加熱，可析出σ相。σ相析出與焊縫金屬中的化學成分、組織、加熱溫度、保溫時間以及預先冷變形有關。加入Mn使σ相所需Cr的含量降低，Ni能使形成σ相所需溫度提高。{3}475℃脆化：在400~500℃長期加熱后可出現475℃脆性適當降低含Cr量，有利于減輕脆化，若出現475℃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藝上有什么特點？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Cr13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Cr12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M組織。{3}對于超低C復相M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℃=150-260℃；{2}采用小的q/v：防止近縫區出現粗大α和κ析出；{3}選用低H焊條：焊縫成分與母材同質，高碳M可選用A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F和A相各占一半，一般較少相的含量至少也要達到30%的不銹鋼。這類鋼綜合了A不銹鋼和F不銹鋼的優點，具有良好的韌性、強度及優良的耐氧化物應力腐蝕性能。與一般A不銹鋼相比：{1}其凝固模式以F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;{3}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”，不同類型的雙相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δ/γ相比例；{3}A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δ組織，隨著溫度的下降，開始發生δ→γ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γ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γ/δ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，γ/δ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γ相數量明顯減少，緊鄰溶合線的加熱區，γ相全部溶于δ相中，成為粗大的等軸δ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1.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。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）氫在鋁及其合金中的溶解度在凝點時可從0.69ml/100g突降至0.036mol/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）改變弧柱氣氛中的性質原因：1）純鋁對氣氛中水分最為敏感，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，吸水強的鋁合金al-mg比