1、 焊接冶金学材料 -焊接性课后习题答案 第一章：概述 第二章：焊接性及其实验评定 1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。 第三章：合金结构钢 1分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？ 答：热轧钢的强化方式有：（ 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.；
2、正火钢的强化方式：（ 1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（ 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：热轧钢含有少量的合金元素，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。热轧钢被加热到 1200以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的 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 等导致韧性下降和时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。 2
3、分析 Q345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 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 600 1h 退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显
4、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：100 150。焊后热处理：电弧焊一般不进行或 600 650回火。电渣焊 900 930正火， 600 650回火 3.Q345 与 Q390 焊接性有何差异？ Q345 焊接工艺是否适用于 Q390 焊接，为什么？ 答： Q345 与 Q390 都属于热轧钢，化学成分基本相同，只是 Q390 的Mn含量高于 Q345，从而使 Q390的碳当量大于 Q345，
5、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的热输入叫宽，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。 4.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
6、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 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
7、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。 6.低碳调质钢和中碳调质钢都属于调质钢，他们的焊接热影响区脆化机制是否相同？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
8、继续增加时，低碳钢调质钢发生脆化，原因是奥氏体粗化和上贝氏体与 M-A组元的形成。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 组织大致脆化。低碳调质钢一般才用中、低热量对母材的作用而中碳钢打热量输入焊接在焊后进行及时的热处理能获得最佳性能焊接接头。 7.比较 Q345、 T-1 钢、 2.25Cr-Mo 和 30MnSiA 的冷裂、热裂和消除应裂纹的倾向 . 答： 1、冷裂纹的倾向： 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的合金元素
9、，保证强度、韧性好的低碳自回火 M和部分下 B 的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的含量能减缓冷裂倾向，2.25-1Mo 冷裂倾向相对敏感。 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，有很大的过饱和度，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，钢的 Wmn/Ws 能达到要求，具有较好的抗热裂性能，热裂倾向 较小。 T-1钢含 C 低但含 Mn 较高且 S、 P的控制严格因此热裂倾小。 30CrMnSiA 含碳量及合金元素含量高
10、，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 倾向小。 T-1 钢令 Cr、 Mo但含量都小于 1%，对于 SR 有一定的敏感性； 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接？ 答：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，
11、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 珠光体耐热钢的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的原则与强度
12、用钢有什么不同？ why？ 答：珠光体耐热钢和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的再热裂纹，但是低碳调质钢中对于高镍低锰类型的刚有一定的热裂纹倾向，而珠光体耐热钢当材料选择不当时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的 强度还要考虑接头在高温下使用的原则，特别还要注意焊接材料的干燥性，因为珠光体耐热钢是在高温下使用有一定的强度要求。 10 低温钢用于 -40 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？ why？ 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
13、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 1. 不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？答：焊缝中的含碳量易形成脆硬的淬火组织，降低焊缝的韧性，提高冷裂纹敏感性。碳容易和晶界附近的 Cr 结合形成 Cr的碳化物 Cr23C6，并在晶界析出，造成“贫 Cr”现象，从而造成晶间腐蚀。 选择含碳量低的焊条和母材，在焊条中加入 Ti， Zr， Nb， V等强碳化
14、物形成元素来降低和控制含氟中的含碳量。 2. 为什么 18-8 奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素 体组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？答：焊缝中的相可打乱单一相柱状晶的方向性，不致形成连续，另外相富碳 Cr，又良好的供 Cr 条件，可减少晶粒形成贫 Cr 层，故常希望焊缝中有4%12%的相。 通过控制铁素体化元素的含量，或控制Creq/Nieq的值，来控制焊缝中的铁素体含量。 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，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，碳与晶界附近的 C
15、r 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 溶合 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 相继 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 含碳量 ，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
16、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。 4. 简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因？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奥氏体钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接 时 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奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂，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
17、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 和微量 Zr、 Ta、 Re0.01%达到细化焊缝 组织 、净化晶界作用，以提高抗裂性； 4选择合适的焊接工艺。 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
