金属材料焊接性知识要点.doc

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1、金属材料焊接性知识要点 1. 金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。2. 工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。3. 使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4. 影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境5. 评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。6. 实验方法应满足的原则：1可比性

2、 2针对性 3再现性 4经济性7. 常用焊接性试验方法：A:斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。 B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法一 问答：“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素 焊接接头拘束度 预热温度 角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的）

3、 三 合金结构钢的焊接低碳调质钢的焊接性分析低碳调质钢主要是作为高强度的焊接结构用钢，因此含碳量限制的较低，在合金成分的设计上考虑了焊接性的要求。低碳调质钢碳的质量分数不超过0.18%，焊接性能远优于中碳调质钢。由于这类钢的焊接热影响区是低碳马氏体，马氏体转变温度Ms较高，所形成的马氏体具有“自回火”特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。低碳调质钢热影响区获得细小的低碳马氏体（ML）组织或下贝氏体（B）组织时，韧性良好，而韧性最佳的组织为ML与低温转变贝氏体组织（B）的混合组织下贝氏体的板条间结晶位相差较大，有效晶粒直径取决于板条宽度，比较微细，韧性良好，当ML与BL混合生成时，原奥氏体晶粒

4、被先析出的B有效地分割，促使ML有更多的形核位置，且限制了ML的生长，因此ML+B混合组织有效晶粒最为细小。 Ni是发展低温钢的一个重要元素。为了提高钢的低温性能，可加入Ni元素，形成含Ni的铁素体低温钢，如1.5Ni钢 等在提高Ni的同时，应降低含碳量和严格限制S、P的含量及N、H、O的含量，防止产生时效脆性和回火脆性等。这类钢的热处理条件为正火、正火+回火和淬火+回火等。1在低温钢中由于含碳量和杂质S、P的含量控制的都很严格，所以液化裂纹在这类钢中不是很明显。 2另一个问题是回火脆性，要控制焊后回火温度和冷却速度。 低温钢焊接的工艺特点：除要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热影响区的低温

5、韧性，这是制定低温钢焊接工艺的一个根本出发点。9Ni钢具有优良的低温韧性但用与9Ni钢相似的铁素体焊材时所得焊缝的韧性很差。这除了与铸态焊缝组织有关外，主要与焊缝中的含氧量有很大的关系。与9Ni钢同质的11Ni铁素体焊材，只有在钨极氩弧焊时才能获得良好的低温韧性。因为此时能使焊缝金属中氧的质量分数降低到与母材相同的0.05%以下。 二 中碳调质钢的焊接性分析（一）焊缝中的热裂纹 中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，因此液-固相区间 大，偏析也更严重，具有较大的热裂纹倾向。（二）冷裂纹 中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬倾向明显；由于M s点低，在低温下形成的马氏体一般难以产生自回

6、火效应，冷裂倾向严重。 （三）再热裂纹 （四）热影响区的性能变化 1、过热区的脆化（1）中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，有相当大的淬硬性，因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化倾向越严重。 （2）即使大线能量也难以避免高碳M出现，反而会使M更粗大，更脆。 （3）一般采用小线能量，同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。 2、热影响区软化焊后不能进行调质处理时，需要考虑热影响区软化问题。调质钢的强度级别越高，软化问题越严重。软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。热源越集中的焊接方法，对减小软化越有利。 三、中碳调质钢的焊接

7、工艺特点（1）中碳调质钢一般在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀焊接接头。 (2) 时必须在调质后进行焊接时，热影响区性能恶化往往难以解决。 (3) 焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施。一：分析Q345钢的焊接性特点，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

8、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，Q345钢经过6001h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：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回火二：Q345与Q390的焊接性有何差异？Q345的焊接工艺是否适用于Q390的焊接

9、，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的热输入较宽，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。 三：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

10、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(14MnMoNiB、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。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：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。典型的低碳调质钢的焊接热输入应控制在Wc0.18时不应

11、提高冷速，Wc0.18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800500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，包括屋间温度，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。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

12、接？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. 低温钢用于-4

13、0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？为什么？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不锈钢：指在大气环境下及有侵蚀性化学介质中使用的钢。耐热钢：包括抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢，对高温强度要求不高。 热强钢：指在高温下即具有抗氧化

14、能力，又要具有高温强度。热强性：指在高温下长时工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力（蠕变抗力）。 部分概念：1铬当量：在不锈钢成分与组织间关系的图中各形成铁素体的元素，按其作用的程度折算成Cr元素（以Cr的作用系数为1）的总和，即称为Cr当量。2镍当量：不锈钢成分与组织间关系的图中各形成奥氏体的元素按其作用的程度，折算成Ni元素（以Ni的作用系数为1）的总和，即称为Ni当量。3. 4750 C脆化: 高铬铁素体不锈钢在400540度范围内长期加热会出现这种脆性，由于其最敏感的温度在475度附近，故称475度脆性，此时钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性明显下降。4.

15、凝固模式： 凝固模式首先指以何种初生相（或）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。四种凝固模式：以相完成凝固过程，凝固模式以F表示；初生相为，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以FA表示；初生相为，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以AF表示；初生相为，直到凝固结束不再发生变化，用A表示凝固模式。5.应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下，在低于材料屈服点和微弱的腐蚀介质中发生的开裂形式 6. 相脆化: 相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。25-20钢焊缝在800875加热时，向转变非常激烈。在稳定的奥氏体钢焊缝中，可提高奥氏体化元素镍

16、和氮，克服脆化。7、晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。8、贫铬机理：过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散。与边界附近的铬形成铬的碳化物CR23C16或（Fe、Cr） C6并在晶界析出，由于碳比铬扩散的快的多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边层Cr的质量分数低于12%，即所谓“贫铬”现象奥氏体钢产生热裂纹的原因？1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类会形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也可能形成易溶共晶。 选择焊接材料注意

17、问题：1、应坚持“适用性原则”。2、根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用。3、考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小。4、根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度5、不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；不仅考虑使用性能的要求，要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性要求。焊接工艺要点：（134页）1、合理选择焊接方法2、控制焊接参数3、接头设计合理性应给予足够的重视4、尽可能控制焊接工艺的稳定以保证焊缝金属成分稳定5、控制焊缝成形6、防止工件表面污染 马氏体不锈钢焊前热处理和焊后热处理的特点：答：采用同质焊缝焊接马氏体不锈钢时，为防止接头形

18、成冷裂纹，易采取预热措施。预热温度的选择与材料的厚度，填充金属的种类，焊接方法和接头的拘束度有关，其中与碳含量关系最大。马氏体不锈钢预热温度不宜过高，否者使奥氏体晶粒粗大，并且随冷却温度降低，还会形成粗大铁素体加晶界碳化物组织，使焊接接头塑性和强度均有所下降。焊后热处理的目的是降低焊缝和热影响区的硬度，改善其塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。 焊后热处理必须严格限制焊件的温度，焊件焊后不可随意从焊接温度直接升温进行回火热处理。 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

19、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

20、溶处理，稳定化处理，消除应力处理。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

21、：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=300接头保持一定ak；3焊后热处理，严格控制工艺消除贫Cr区;4最大限度降低母材和焊缝杂质防止475脆性产生；5根据使用性能要求不同，采用不同焊材和工艺方法。9. 双相不锈钢的成分和性能特点，与一般A不锈钢相比双相不锈钢的焊接性有何不同？在焊接工艺上有什么特点？答：双相不锈钢是在固溶体中F和A相各占一半，一般较少相的含量至少也要达到30%的不锈钢。这类钢综合了A不锈钢和F不锈钢的优点，具有良好的韧性、强度及优良的耐氧化物应力腐蚀性能。 与一般A不锈钢相比：1其凝固模式以F模式进行；2焊接接头具有优良的耐蚀性，耐氯化物SCC性能，耐

22、晶间腐蚀性能，但抗H2S的SCC性能较差;3焊接接头的脆化是由于Cr的氮化物析出导致；4双相钢在一般情况下很少有冷裂纹，也不会产生热裂纹。 焊接工艺特点：1焊接材料应根据“适用性原则”，不同类型的双向钢所用焊材不能任意互换，可采取“适量”超合金化焊接材料；2控制焊接工艺参数，避免产生过热现象，可适当缓冷，以获得理想的/相比例；3A不锈钢的焊接注意点同样适合双相钢的焊接。第五章 有色金属的焊接冷作硬化：钢材在常温或再结晶温度以下的加工，能显著提高强度和硬度降低塑性和韧性。 焊接时最容易出现的焊接性问题及基本原因，防止的针对性措施： 主要问题是：焊缝中气孔，焊接热裂纹，焊接接头与母材的等强性。 （

23、1）气孔。最常见的缺陷。氢是铝及其合金产生气孔的主要原因，氢的来源有弧柱气氛中的水分，焊接材料及母材中的水分。针对性措施：减少氢的来源；控制工艺措施。 （2）热裂纹：铝及其合金的线膨胀系数大，在拘束条件下焊接易产生较大的焊接应力。针对性措施：合金系统的影响；焊丝成分影响；焊接工艺的影响。2为什么Al-Mg合金及AlLi合金焊接时易形成气孔？铝及铝合金焊接时产生气孔的原因是什么，如何防止气孔？为什么纯铝焊接易出现分散小气孔？而AlMg合金焊接时易出现焊接大气孔？ 答：1）氢是铝合金及铝焊接时产生气孔的主要原因。2）氢的来源非常广泛，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

24、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从0.69ml/100g突降至0.036mol/100g，相差20倍，这是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，不利于气泡的浮出，更易促使形成气孔 防止措施：1）减少氢的来源，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al-mg合金不太敏感，因此纯铝产生气孔的倾向要大2）氧化膜不致密，吸水强的铝合金al-mg比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向，因此

25、纯铝的气孔分数小，而al-mg合金出现集中大气孔3）Al-mg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，并在氧化膜上萌出气泡，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有条件长大，所以常造成集中大的气孔。因此al-mg合金更易形成集中的大气孔。第六章 铸铁焊接拘束度：衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标。拘束度有拉伸和弯曲两类：拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝每单位长度上受力的大小；弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。对于机构复杂或厚大灰铸铁件上的缺陷焊补，焊接方向和顺序的

26、合理安排非常重要，应本着拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接的原则为避免陶瓷与金属接头出现裂纹，除添加中间层或合理选用钎料外，可采取以下工艺措施：（1） 合理选择被焊陶瓷与金属，在不影响焊接接头使用性能的条件下，尽可能使两者的线膨胀系数相差最小。（2） 应尽可能地减少焊接部位及其附近温度梯度，控制加热和冷却温度；降低冷却速度，有利于应力松弛而使应力减少。（3） 采取缺口、突起和端部变薄等措施合理设计陶瓷与金属的接头结构。 珠光体-奥氏体异种钢焊接时，过渡区出现脆化是什么原因？如何防止？答：奥氏体和珠光体异种钢在焊接过程中，特别是接头处于热处理及高温运行中，熔合区附近存在碳的扩散迁移，在熔合区靠近珠光体钢一侧产生脱碳层，而相邻的靠近奥氏体焊缝一侧产生增碳层。由于增碳层而硬化使接头区塑性降低。（1）采用过渡层（2）采用中间过渡段。（3）采用Ni含量高的填充材料。