焊接冶金学课后答案机械制造制造加工工艺机械制造制造加工工艺.pdf

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1、 第三章:合金结构钢 1.分析热轧钢与正火钢得强化方式与主强化元素又什么不同,二者得焊接性有何差别？在制定焊接工艺时 要注意什么问题？答:热轧钢得强化方式有 :(1)固溶强化,主要强化元素 :Mn,Si。(2)细晶强化,主要强化元素 :Nb,V。(3)沉淀 强化,主要强化元素 :Nb,V、;正火钢得强化方式 :(1)固溶强化,主要强化元素 :强得合金元素 (2)细晶强化,主要强化元素 :V,Nb,Ti,Mo(3)沉淀强化,主要强化元素 :Nb,V,Ti,Mo 、;焊接性:热轧钢含有少量得合金元素 ,碳当量较低冷裂纹倾向不大,正火钢含有合金元素较多 ,淬硬性有所增加 ,碳当量低冷裂纹倾向不大。热

2、轧 钢被加热到 1200 以上得热影响区可能产生粗晶脆化,韧性明显降低 ,而就是、正火钢在该条件下粗晶区得 V 析出相基本固溶 ,抑制 A 长大及组织细化作用被削弱 ,粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A 等导致韧性下 降与时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料得结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。2.分析 Q345 得焊接性特点 ,给出相应得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,一般不需要预热与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,使快冷下得铁素体析出,剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光 体,而转变为含

3、碳量高得贝氏体与马氏体具有淬硬倾向 ,Q345 刚含碳量低含锰高 ,具有良好得抗热裂性能 ,在 Q345 刚中加入 V、Nb 达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中得应力裂纹。被加热到 1200 以上得热影 响区过热区可能产生粗晶脆化 ,韧性明显降低 ,Q345 钢经过 600 1h 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 :对焊条电弧焊焊条得选择 :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 系列与 YJ5 系列。预热温度:100 150。焊后热处理 :

4、电弧焊一般不进行或 600 650 回火。电渣焊 900930 正火,600 650回火 3、Q345 与 Q390 焊接性有何差异？Q345 焊接工艺就是否适用于 Q390 焊接,为什么？答:Q345 与 Q390 都属于热轧钢 ,化学成分基本相同,只就是 Q390 得 Mn 含量高于 Q345,从而使 Q390 得碳当 量大于 Q345,所以 Q390 得淬硬性与冷裂纹倾向大于 Q345,其余得焊接性基本相同。Q345 得焊接工艺不一定 适用于 Q390 得焊接,因为 Q390 得碳当量较大 ,一级 Q345 得热输入叫宽 ,有可能使 Q390 得热输入过大会引 起接头区过热得加剧或热输入

5、过小使冷裂纹倾向增大 ,过热区得脆化也变得严重。4、低合金高强钢焊接时,选择焊接材料得原则就是什么？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得影响。由于一般不进行焊后热处理 ,要求 焊缝金属在焊态下应接近母材得力学性能。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得构件,焊缝金属得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得问题？简述低碳调质钢得焊接工艺要点,典型得低碳调质钢如 (14MnMoNiB、HQ70、HQ80)得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,

6、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与韧性下降。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得运条技术。典型得低碳调质钢得焊接热输入应 控制在 Wc?0、18时不应提高冷速,Wc?0、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 800 500 得冷却速度低于出现脆性混合组织得临界冷却速度,使热 影响区韧性下降,所以需要避免不必要得提高预热温

7、度,包括屋间温度,因此有最低预热温度。通过实验后 确定钢材得焊接热输入得最大允许值,然后根据最大热输入时冷裂纹倾向再来考虑,就是否需要采取预热 与预热温度大小,包括最高预热温度。6、低碳调质钢与中碳调质钢都属于调质钢,她们得焊接热影响区脆化机制就是否相同？为什么低碳钢在调 质状态下焊接可以保证焊接质量,而中碳调质钢一般要求焊后热处理？答:低碳调质钢:在循环作用下 ,t8/5 继续增加时,低碳钢调质钢发生脆化 ,原因就是奥氏体粗化与上贝氏体 与 M-A 组元得形成。中碳调质钢 :由于含碳高合金元素也多 ,有相当大淬硬倾向 ,马氏体转变温度低 ,无自回 火过程,因而在焊接热影响区易产生大量 M 组

8、织大致脆化。低碳调质钢一般才用中、低热量对母材得作用 而中碳钢打热量输入焊接在焊后进行及时得热处理能获得最佳性能焊接接头。7、比较 Q345、T-1 钢、2、25Cr-Mo 与 30MnSiA 得冷裂、热裂与消除应裂纹得倾向、答:1、冷裂纹得倾向 :Q345 为热扎钢其碳含量与碳当量较底 ,淬硬倾向不大 ,因此冷裂纹敏感倾向较底。T-1 钢为低碳调质钢 ,加入了多种提高淬透性得合金元素 ,保证强度、韧性好得低碳自回火 M 与部分下 B 得混合 组织减缓冷裂倾向,2、25Cr-1Mo 为珠光体耐热钢,其中 Cr、Mo 能显著提高淬硬性,控制 Cr、Mo 得含量能减缓冷裂倾向,2、25-1Mo 冷

9、裂倾向相对敏感。30CrMnSiA 为中碳调质钢,其母材含量相对高,淬硬性大,由于 M 中 C 含量高,有很大得过饱与度,点阵畸变更严重,因而冷裂倾向更大。2、热裂倾向 Q345 含碳相对低,而 Mn 含量高,钢得 Wmn/Ws 能达到要求,具有较好得抗热裂性能,热裂倾向较小。T-1 钢含 C 低但含 Mn 较高且 S、P 得控制严格因此热裂倾小。30CrMnSiA 含碳量及合金元素含量高,焊缝凝固结晶时,固-液相温度区间大,结晶偏析严重,焊接时易产生洁净裂纹,热裂倾向较大。3、消除应力裂纹倾向:钢中 Cr、Mo 元素及含量对 SR 产生影响大,Q345 钢中不含 Cr、Mo,因此 SR 倾向

10、小。T-1 钢令 Cr、Mo 但含量都小于 1%,对于 SR 有一定得敏感性;SR 倾向峡谷年队较大,2、25Cr-Mo 其中 Cr、Mo 含量相对都较高,SR 倾向较大。8、同一牌号得中碳调质钢分别在调质状态与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 钢一般不在退火得状态下进行焊接？答:在调质状态下焊接 ,若为消除热影响区得淬硬区得淬硬组织与防止延迟裂纹产生,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,若为减少热影响得软化,应采用热量集中 ,能量密度 越大得方法越有利 ,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

11、属得调质处理规范应与母材得一致,主要合金 也要与母材一致 ,在焊后调质得情况下,可采用很高得预热温度与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,一般要进行复杂得焊接工 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 珠光体耐热钢得焊接性特点与低碳调质钢有什么不同?珠光体耐热钢选用焊接材料得原则与强度用钢有 什么不同？why？答:珠光体耐热钢与低碳调质钢都存在冷裂纹,热影响区硬化脆化以及热处理或高温长期使用中得再热裂 纹,但就是低碳调质钢中对于高镍低锰类型得刚有一定得热裂纹倾向,而珠光体耐热钢当材料选择不当时

12、才可能常产生热裂纹。珠光体耐热钢在选择材料上不仅有一定得强度还要考虑接头在高温下使用得原则,特别还要注意焊接材料得干燥性,因为珠光体耐热钢就是在高温下使用有一定得强度要求。10 低温钢用于 -40 度与常温下使用时在焊接工艺与材料上选择就是否有所差别？why？答:低温钢为了保证焊接接头得低温脆化及热裂纹产生要求材料含杂质元素少 ,选择合适得焊材控制焊缝 成分与组织形成细小得针状铁素体与少量合金碳化物 ,可保证低温下有一定得 AK 要求。对其低温下得焊 接工艺选择采用 SMAW 时用小得线能量焊接防止热影响区过热 ,产生 WF 与粗大 M,采用快速多道焊减少焊道 过热。采用 SAW 时,可用振动

13、电弧焊法防止生成柱状晶。第四章 不锈钢及耐热钢得焊接 1、不锈钢焊接时 ,为什么要控制焊缝中得含碳量？如何控制焊缝中得含碳量？答:焊缝中得含碳量易形成 脆硬得淬火组织 ,降低焊缝得韧性 ,提高冷裂纹敏感性。碳容易与晶界附近得 Cr 结合形成 Cr 得碳化物 Cr23C6,并在晶界析出 ,造成“贫 Cr”现象,从而造成晶间腐蚀。选择含碳量低得焊条与母材,在焊条中 加入 Ti,Zr,Nb,V 等强碳化物形成元素来降低与控制含氟中得含碳量。2、为什么 18-8 奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量得铁素体组织？通过什么途径控制焊缝中得铁素 体含量？答:焊缝中得 相可打乱单一 相柱状晶得方向性,不致形成

14、连续 ,另外 相富碳 Cr,又良好得供 Cr 条件,可减少 晶粒形成贫 Cr 层,故常希望焊缝中有 4%12%得 相。通过控制铁素体化元素得含量 ,或控制 Creq/Nieq 得值,来控制焊缝中得铁素体含量。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,就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。产生原因根据贫铬理论,碳与晶界附 近得 Cr 形成 Cr23C6,并在在晶界析出 ,导致 晶粒外层得含 Cr 量降低,形成贫 Cr 层,使得电极电位下降 ,艺时要注意什么问题答热轧钢得强化方式有固溶强化主要强化元素细晶强化主要强

15、化元素沉淀强化主要强化元素正火钢得强化方式固溶强化主要强化元素强得合金元素细晶强化主要强化元素沉淀强化主要强化元素焊接性热轧钢含有轧钢被加热到以上得热影响区可能产生粗晶脆化韧性明显降低而就是正火钢在该条件下粗晶区得析出相基本固溶抑制长大及组织细化作用被削弱粗晶区易出现粗大晶粒及上贝等导致韧性下降与时效敏感性增大制定焊接工艺时根据料钢其碳当量小于焊接性良好一般不需要预热与严格控制焊接热输入从脆硬倾向上钢连续冷却时珠光体转变右移使快冷下得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得贝氏体与马氏体具有淬硬倾向刚含碳量低 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

16、影响区敏化区晶间腐蚀。就是由于敏化区 在高温时易析出铬得碳化物,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 得 18-8 型钢得融合区 ,其实质也就是与 M23C6 沉淀而形成贫 Cr 有关,高温过热与中温敏化连过程依 次作用就是其产生得得必要条件。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 控制焊缝得组织形态 ,形成双向组织 +15%;3 控制敏化温度范围得停留时间;4 焊后热处 理:固溶处理,稳定化处理,消除应力处理。4、简述奥氏体不锈钢产生热裂纹得原因？在母材与焊缝合金成分一定得条件下,焊接时应采取何种

17、措施 防止热裂纹？答 :产生原因:1 奥氏体钢得热导率小 ,线膨胀系数大 ,在焊接局部加热与冷却条件下,街头 在冷却过程中产生较大得拉应力;2 奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强得柱状晶得焊缝组织,有利于有 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 奥氏体钢及焊缝得合金组成较复杂,不仅 S、P、Sn、Sb 之类杂质可形成易溶液膜 ,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 严格控制有害杂质元素 S、P可形成易溶液膜 ;2 形成双向组织 ,以 FA 模式凝固,无热裂倾 向;3 适当调整合金成分 :Ni15%时,加入 Mn、W、V、N 与微量 Zr

18、、Ta、Re0、01%达到细化焊缝、净化晶界作用,以提高抗裂性;4 选择合适得焊接工艺。5、奥氏体钢焊接时为什么常用“超合金化”焊接材料？答:为提高奥氏体钢得耐点蚀性能,采用较母材更 高 Cr、Mo 含量得“超合金化”焊接材料。提高 Ni 含量,晶轴中 Cr、Mo 得负偏析显著减少,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？焊条电弧焊与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 焊接接头得晶间腐蚀;2 焊接接头得脆化高温脆性相脆化 475脆化。SMAW 要求耐蚀性:选用同质得铁素体焊条与焊丝 ;要求抗氧化与要求提高焊缝塑性:选用 A 焊

19、 条与焊丝。CO2 气保焊选用专用焊丝 H08Cr20Ni15VNAl。焊接工艺特点 :1 采用小得 q/v,焊后快冷 控制晶粒长大 ;2 采用预热措施 ,T Xm,产生自愈合作用 2)生产中采用含 5%得 Si,Al 合金焊丝解决抗裂问题 ,具有很好得愈合作用 3)加入 Ti,zr,v,b 微量元素作为变质剂 ,细化晶粒,改善塑性韧性 ,并提高抗裂性 4)热能集中焊接方法可防止形成方向性强得粗大柱状晶,改善抗裂性 5)采用小电流焊接 ,降低焊接速度均可改善抗裂性问题 3、分析高强度铝合金焊接接头性能低于母材得原因及防止措施,焊后热处理对焊接接头性能有什么影响？什么情况下对焊接接头进行焊后热处

20、理？答:原因:1)晶粒粗化,降低塑性,晶界液化产生显微裂纹 2)非时效强化铝合金 haz 软化,主要发生在焊前经冷作硬化得合金上,经冷作硬化得铝合金,haz 峰值温度超 过再结晶温度 (200-300)区域就产生明显软化 3)时效强化铝合金 haz 软化,由于第二相脱溶析出聚集长大发生过时效软化防止措施:1)采用小得焊接热输入 艺时要注意什么问题答热轧钢得强化方式有固溶强化主要强化元素细晶强化主要强化元素沉淀强化主要强化元素正火钢得强化方式固溶强化主要强化元素强得合金元素细晶强化主要强化元素沉淀强化主要强化元素焊接性热轧钢含有轧钢被加热到以上得热影响区可能产生粗晶脆化韧性明显降低而就是正火钢在

21、该条件下粗晶区得析出相基本固溶抑制长大及组织细化作用被削弱粗晶区易出现粗大晶粒及上贝等导致韧性下降与时效敏感性增大制定焊接工艺时根据料钢其碳当量小于焊接性良好一般不需要预热与严格控制焊接热输入从脆硬倾向上钢连续冷却时珠光体转变右移使快冷下得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得贝氏体与马氏体具有淬硬倾向刚含碳量低 2)对 al-zn-mg 合金,焊后经自然时效可逐步恢复或接近母材得水平 热处理对接头性能得影响 :1)焊后不热处理接头强度均低于母材 ,特别就是在时效状态下焊接得硬铝 ,即使 焊后人工热处理 ,接头强度系数也未超过 60%2)al-zn-mg 合金强度与焊后自

22、然时效长短有关系 ,随自然时效得增长 ,强度可接近母材 要求焊缝有足够得强度 ,则焊后要热处理 焊后要洗掉焊剂残渣 ,以防焊件腐蚀 4、铜及铜合金得物理化学性能有何特点,焊接性如何？不同得焊接方法对铜及铜合金焊接接头有什么影 响？答:1)铜及铜合金得物理化学性能:优良得导电导热性能;冷热加工性能好,无磁性;具有高得强度,抗氧化性及抗淡水,盐水,氨碱溶液与有机化学物质腐蚀得性能 2)焊接性:铜及合金在焊接中难熔合 ,易变形,而且产生很大得焊接应力 ;铜及合金与杂质形成多种低熔点共晶,焊接时出现热裂纹 铜及合金焊接中易产生扩散气孔(H)反应气孔(冶金反应)及氮气孔(空气中得氮)焊接接头得性能变化:

23、纯铜焊接时,焊缝与焊接接头得抗拉强度可与母材接近,但塑性比母材有些降低 3)焊接方法对铜及合金得接头性能影响:焊条电弧焊,使焊接接头焊缝中氢氧百分比增加,zn 蒸发严重容易形成气孔 埋弧焊时,对中厚板焊接可获得优质焊接接头 氩弧焊工艺,TIG 焊由于电弧能量集中易使焊接接头产生难熔合及变形 MIG 焊可获得好得焊接接头 等离子弧焊可使接头不易变形,焊接接头质量达到母材 5、分析采用埋弧焊与氩弧焊焊接中等厚度纯铜板得工艺特点,各有什么优缺点？答:1)埋弧焊 板厚 20mm 工件在不预热及开坡口条件下获得优质接头,使焊接工艺大为简化,特别适合中 厚板长焊缝得焊接 2)氩弧焊 TIG 具有电弧能量集

24、中,保护效果好,热影响区窄,操作灵活得优点,特别适合中板及薄小件得焊接与补焊 MIG 下熔化效率高,熔深大,焊速快 艺时要注意什么问题答热轧钢得强化方式有固溶强化主要强化元素细晶强化主要强化元素沉淀强化主要强化元素正火钢得强化方式固溶强化主要强化元素强得合金元素细晶强化主要强化元素沉淀强化主要强化元素焊接性热轧钢含有轧钢被加热到以上得热影响区可能产生粗晶脆化韧性明显降低而就是正火钢在该条件下粗晶区得析出相基本固溶抑制长大及组织细化作用被削弱粗晶区易出现粗大晶粒及上贝等导致韧性下降与时效敏感性增大制定焊接工艺时根据料钢其碳当量小于焊接性良好一般不需要预热与严格控制焊接热输入从脆硬倾向上钢连续冷却时珠光体转变右移使快冷下得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得贝氏体与马氏体具有淬硬倾向刚含碳量低