焊接冶金学材料焊接性复习资料

1、立身以立学为先，立学以读书为本第三章 合金结构钢的焊接1分析热轧钢和正火钢的强化方式及主强化元素有什么不同，二者的焊接性有何差别，在选择焊接材料时应注意什么问题？ 答：热轧钢通过固溶强化，主强化元素有：Mn、Si，而正火钢除了固溶强化之外，还利用合金元素的沉淀强化，主强化元素有：Mn、Mo、Nb、V、Ti 等。热轧钢因其碳含量低，冷裂倾向不大，而正火钢随其强度级别、碳当量及板厚提高，淬硬性及冷裂倾向随之增加，需采取 工艺措施，如控制焊接热输入、预热、焊后热处理等措施控制裂纹。热轧钢和正火钢因其碳含量较低，而锰含量较高，热裂纹倾向不大，但Cr、Mo等沉淀强化的正火钢具有消除应力裂纹倾向，可以采用

2、提高预热温度或者焊后热处理等措施来防止消除应力裂纹的产生。热轧钢和正火钢均可能产生粗晶脆化或者热应变脆化，正火钢需采用较小焊接热输入量，而热轧钢则需适中。在选择焊接材料时需注意：（1）选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料； （2）同时考虑熔合比和冷却速度的影响； （3）考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响。2、分型Q235的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求？ 答：Q235属于热轧钢，因其碳含量低，冷裂倾向不大；又因其锰含量较高， 热裂倾向不大，主要问题是过热区可产生粗晶脆化， 需控制焊缝热输入量。另外，具有一定的热应变脆化倾向，加入一定的氮化物形成元素可有效防止。Q235可采用

3、焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等方法，选择与母材力学性能匹配焊接材料，主要有：焊条电弧焊E5015/E5016 ;埋弧焊 HJ431、焊丝 H08A/H08Mn 2； 二氧化碳保护焊：H08Mn 2SiA6、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？为什么低碳调质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进行调制处理？答：低碳调质钢热影响区脆化的原因除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要的是上贝氏体和 M-A组元的形成。中碳马氏体脆化的主要原因是产生大量脆硬的高碳、粗大马氏体组织。低碳调质钢因其碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体+下贝

4、氏体；其马氏体转变点Ms较高，可提供一次“自回火”，以上因素均有利于防止裂纹的产生，因而在调质状态下就可以保证其焊接质量。中碳调质钢因其含碳量及合金元素含量较多，Ms较低，形成高碳马氏体，且不提供“自回火” ，致使焊缝和热影响区的淬硬性和冷裂倾向大，另外还有软化问题，高碳马氏体引起的硬化和脆化可以通过焊后回火处理予以解决，但无法消除高温回火区 所引起的软化问题，只有焊后重新调质处理才能解决上述问题。8同一牌号的中碳调质钢分别在调制状态和退火状态进行焊接时，焊接工艺有什么差别？为什么低碳钢一般不在退火状态下 进行焊接？答：在退火状态下进行焊接，可以通过焊后调质处理获得性能满足要求的焊接接头，其主

5、要问题是解决裂纹问题，常用的焊接 方法如：焊条电弧焊、埋弧焊 /TIG/MIG等方法均可，选择焊接材料尽量保证不产生冷、热裂纹，焊缝金属的调质规范应和母材 一致，采用很高的预热温度、层间温度和中间热处理等措施防止裂纹产生。在调质状态下进行焊接，主要问题是防止焊接裂纹、热影响区高碳马氏体所引起的硬化和脆化以及高温回火区所引起的强度 降低。为了防止焊接冷裂纹，可选用塑韧性好的奥氏体焊条，如镍基合金。另外为 了消除热影响区淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须采用预热，层间温度控制，中间热处理，并应焊后及时进行回火处理， 上述工艺过程的温度控制应比母材淬火后的回火温度至少低50 C。为了减少热影响区的软

6、化，采用热量集中，能量密度高的焊接方法，而且控制焊缝的热输入，采用TIG、MIG方法。低碳调质钢因其碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体+下贝氏体，其Ms较高，可提供一次自回火，以上因素均有利于防止裂纹的产生，因而在调质状态下就可以保证其焊接质量，没有必要在退货状态下进行焊接。9.珠光体耐热钢的焊接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用钢有什么不同？为什 么？答珠光体耐热钢的焊接特点与低碳调质钢相似，焊接中存在的主要问题是冷裂纹、 热裂纹以及热影响区的硬化、软化问题。但由于珠光体耐热钢的 Cr、Mo等合金元素含量高于低碳调质钢， 其消除应力裂纹倾向大；另

7、外，由于珠光体耐热钢在 350-500 C 温度区间长期运行，有产生回火脆化的问题。低碳调质钢一般采用低于200 C 的预热温度，且不采用焊后热处理。而珠光体耐热钢一般均在预热状态下进行焊接，焊后大多进行高温回火处理。为了保证焊缝性能与母材匹配，具有必要的热强性，珠光体耐热钢的焊缝成分应与母材相近，且焊缝中的碳的质量分数要 求比母材低一些，焊缝金属的合金成分及使用温度下的强度性能应与母材相一致，或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。而一般强度用钢根据其强度级别选用焊接材料，一般采用“等强匹配”；或者强度稍低于母材，但具有较高的韧性。第四章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

8、缝中的含碳量？答 由于不锈钢加热时，晶内过饱和的碳向境界扩散，与晶界附近的鉻结合形成鉻的碳化物Cr23C6或者（Cr，Fe） 23C6,并在晶界析出，由于碳比鉻的扩散快得多，鉻来不及从晶内补充到晶界，以致于晶界附近区域的含鉻量低于0.12，即所谓贫鉻立身以立学为先，立学以读书为本现象，从而导致晶界腐蚀，因而需控制焊缝中的含碳量'。采用超低碳，即焊缝中的含碳量低于其基体的碳溶解度，就不会有Cr23C6或者（Cr，Fe） 23C6而造成贫鉻。采用碳化物稳定元素如 Nb、Ti等合金元素，经稳定化处理使其析出 NbC、TiC等碳化物，可以防止形成 Cr23C6或者（Cr， Fe）23C6而造成

9、贫鉻。3 188不锈钢焊接接头区域在哪些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么造成的？如何防止？答18 8不锈钢属于奥氏体不锈钢。 其焊接接头可在焊缝、 热影响区和熔合区产生晶间腐蚀，均是由于晶间贫鉻所引起的。焊缝区防止办法：通过焊接材料，使焊缝成为超低碳情况或者含有足够的稳定化元素Nb，调整焊缝成为以获得一定量的铁素体相。热影响区：焊接工艺采用小热输入、快焊速过程，以减小处于晶间腐蚀的敏化加热的时间。熔合区：焊接时尽量减小过热，避免交叉焊缝和采用小的热输入；加入稀土元素的La、Ce加速碳化物在晶内的沉淀。5. 奥氏体钢焊接时为什么常用“超合金化”焊接材料？答：由于焊缝冷却和凝固速度快，使晶内和晶间

10、成分相差较大，尤其偏析成分差别较大，导致局部发生点蚀，因而采用“超合金化”的焊接材料可使偏析的成分达到要求。8. 马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问题？在焊接材料的选用和工艺上有什么特点？制定焊接工艺时应采取哪些措施？ 答:除超低碳复相马氏体钢无淬赢倾向，常见的马氏体钢主要问题死含碳量较高的马氏体钢淬硬性所导致的冷裂纹和脆化问题。采用同质填充金属来焊接马氏体钢，并添加少量的Ti、Al、N、Nb等合金元素细化晶粒，也可通过焊前预热、焊后缓冷及热处理来改善接头的性能。焊接结构件不便加热进行预热或者热处理时，也可采用奥氏体不锈钢焊接材料防止裂纹，但强度不 匹配，需考虑母材稀释问题。热强性马氏体钢注意焊

11、缝成分接近母材，以平衡焊缝中奥氏体和铁素体化合金元素。为防止焊接接头形成冷裂纹，宜采取 预热措施，焊后热处理需严格控制焊件的温度。第五章有色金属的焊接1. 铝及其合金是如何分类的，各以何种途径强化？铝合金焊接存在什么问题，在焊接性方面有何特点？答：铝合金按强化方式可分为非热处理强化铝合金和热处理强化铝合金，前者只能形变强化，后者既可热处理强化，也可变形 强化。铝及其合金的化学活性强，表面极易形成难熔氧化膜，加之氧化膜密度和铝的密度接近，也易成为焊缝金属的夹杂物。氧化 膜吸附的水分成为焊缝气孔的原因之一。此外，铝及其合金的线膨胀系数大，焊接时容易产生翘曲变形，部分铝合金存在易熔 共晶，具有一定的

12、热裂倾向。铝合金焊接接头存在软化区，需采用小线能量焊接，为了提高焊接接头的耐蚀性，需改善组织成 分的不均匀性，消除焊接应力，采取保护措施等手段。2. 为什么Al-Mg合金以及Al-Li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Al-Mg合金焊接易出现大气孔？答：Al-Mg合金以及Al-Li合金焊接时易形成气孔的原因是其焊丝或者母材表面氧化膜吸附的水分所致。氢是铝及铝合金焊接 时产生情况的主要原因，氢来源于弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中，焊丝及母材表面氧化膜的吸附 水分，对焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。

13、防止气孔有两个途径：（1）限制氢溶入熔融金属或减少氢来源，或者减少氢同熔融金属作用的时间，即所有焊接材料均需 干燥处理，彻底清除焊丝及母材表面的氧化膜。（2）控制焊接工艺，采用小能量焊接以减少熔池存在的时间。Al-Mg合金的氧化膜由 AI2O3、MgO组成，其致密性比纯铝的氧化膜Al 2O3差，更易吸附水分，因而易出现集中大气孔，而纯铝氧化膜的致密性和完整性较好，故只易出现分散小气孔。6. 铜及铜合金的物理化学性能有何特点，焊接性如何？不同的焊接方法对焊接接头的性能有什么影响？答：铜及铜合金具有优良的导电、导热性能，冷、热加工性能良好，具有高度的强度、抗氧化性以及抗淡水、盐水、氨碱溶液 和有机

14、化学物质腐蚀的性能。因其导电性好、线膨胀系数比较大，因而焊接时存在难熔合及易变性、气孔问题。另外，铜与杂 志形成多种低熔点共晶，具有一定的热裂倾向。焊接铜及铜合金需要大功率、高束能的焊接热源，热效率越高，能量越集中对焊接越有利。不同的焊接方法，可导致焊缝 及其热影响区晶粒形态不同而影响其强度、延伸率等性能以及部分合金元素的氧化蒸发。7. 分析采用埋弧焊和氩弧焊焊接中等厚度纯铜板的焊接工艺特点，各有什么优、缺点？答：埋弧焊焊接中厚板时，在不预热和不开坡口的条件下获得优质接头，纯铜、青铜埋弧焊的焊接性能较好，黄铜的焊接性尚 可。焊接铜及铜合金采用高硅高锰焊剂而获得满意的工艺性能，采用单面焊，接头反

15、面采用垫板，防止液态铜的流失。钨极氩弧焊具有电弧能量集中、保护效果好、热影响区窄、操作灵活等特点，对于中等厚度的板，单面或者双面需开V型坡口，焊前用高频振荡器引弧或在碳块、石墨块上引弧，然后移入坡口区进行焊接。熔化极氩弧焊具有熔化效率高、熔深大、 焊速快等特点。立身以立学为先，立学以读书为本第六章铸铁焊接4. 分析灰铸铁同质焊缝产生冷裂纹（热应力裂纹）的原因及防止措施。铸铁冷裂纹与钢的焊接冷裂纹相同吗？答：灰铸铁同质焊缝易产生裂纹，原因如下：灰铸铁在500C以下几乎没有塑性，强度低；片状石墨的尖端成为应力集中的区域，止裂能力差；另外，冷却较快时，焊缝尤其半溶合区具有强烈的淬硬盒白口化倾向，焊接

16、应力大，上述因素致使灰铸 铁同质焊缝易产生冷裂纹。其防止措施有：1）预热减小焊接热应力，促进石墨化，改变焊缝无塑性状态；2）加入一定量的锰、镍、铜等合金元素，使焊缝析出石墨，并相继发生贝氏体和马氏体转变，利用相变塑性松弛焊缝热应力。铸铁冷裂纹与钢的焊接冷裂纹不同。5. 说明用镍基铸铁焊条电弧冷焊铸铁时，焊缝易产生热裂纹的原因及防止措施答：用镍基铸铁焊条电焊冷焊铸铁时，由于铸铁母材中含有较多的硫、磷等杂质，溶入镍基奥氏体焊缝金属后，与镍形成 Ni-Ni3S2（644 C）、Ni-Ni 3P（880 C ）等低熔点共晶，而镍基合金凝固后较为出大的单相奥氏体柱状晶，利于低熔点共晶成连续分 布，促进热

17、裂纹的产生。调节焊缝碳、硅、钴、稀土的合金含量，降低硫磷的含量或偏析程度，或脱硫脱磷；另外，减小溶合比，降低母材的稀释 作用。9. 说明铸铁异质焊缝焊条电弧冷焊工艺要点“短段断续分散焊、较小电流熔深浅、每段锤击消应力、退火焊道前段软。”的具体内容。答：使用异种焊接材料进行铸铁电弧冷焊时，在保证焊缝金属成形与母材溶合良好的前提下，尽量用小规格焊条和小规范 施焊，并采用短弧焊、短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝等工艺措施，适当提高焊接速度，不作横向摆动，并注意 选择合理的焊接方向和焊接顺序，其目的是降低焊接应力，减小半熔化区和热影响区宽度，改善接头的加工性及防止裂纹产生。为了采用较低的电弧电

18、压和较快的焊接速度进行焊接，为了避免焊补温度过高，应力增大，采用断续焊。趁焊缝金属高温 塑性良好时，立即用较钝的尖头小锤快速锤击焊缝，使之产生明显塑性变形，消除伴随冷却收缩而增大的热应力。采用退火焊 道降低焊缝的淬硬性开裂倾向。3什么是碳迁移过渡层？焊接异种钢时如何防止碳的扩散迁移？（第8章）答：异种钢焊接时（特别是多层焊）和焊后回火处理以后，往往可以看到低合金一侧的碳通过焊缝边界（溶合线）向高合 金焊缝中“迁移”的现象，分别在焊缝边界形成脱碳层和增碳层，在低合金一侧的母材上形成脱碳层，在高合金一侧形成增碳 层，这种脱碳层和增碳层的总称为碳迁移过渡层。防止措施：1）采用过度层，用碳化物形成元素

19、（V、Nb Ti ）的焊条或高镍奥氏体焊条，预先在珠光体一侧坡口上堆焊过渡层，以防止珠光体的碳向熔合区迁移。2）采用中间过渡层，中间过渡层的材质与被焊异种钢应具有良好的焊接性，通常需用含强碳化物形成元素的珠光体钢。3）采用镍含量高的填充材料。1：奥氏体钢焊接热裂纹原因：奥氏体钢的热导率小和线性膨胀系数大，冷却过程形成大得拉应力O 2奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶组织，有利于有害杂质的偏析，促使产生凝固裂纹O3奥氏体钢及焊缝的合金组成成分较复杂，合金元素因溶解度有限形成易溶共晶2：普通纯度铁素体钢的焊接方法：焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、埋弧焊。无论哪种方法

20、，都应以控制热输入为目的，限制焊接区的铁素体晶粒过分长大3: 了解焊接性的基本概念，什么是工艺焊接性？其影响因素有哪些？（1） 焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够完成焊接，形成完整接头并满足预期使用要求的能力。（2） 工艺焊接性：指金属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的 能力。（3）材料、工艺、设计、服务环境4. 异种材料的焊接：将不同化学成分，不同组织性能的两种或两种以上的金属在一定的工艺条件下焊接成规定设计要求的构件， 并使其满足预订的服役要求。异种材料的焊接性取决于两种材料的组织结构，物理化学性能。5. 影响异种材料焊接性

21、的因素？（1）物理性能的差异（2）结晶化学性能的差异（3）材料的表面状态（4）过渡层的性能。采取工艺措施：（1）尽量缩短被焊材料在液态的停留时间，防止或减少生成金属间化合物（2）焊接时要加强对被焊材料的保护，防止或减少周围空气的侵入（3）采用与两种被焊材料都能很好结合的中间过渡层，或向焊缝中加入某些合金元素。6. 异种材料焊接方法：（1）熔焊方法有：焊条电弧焊，气体保护焊，电子束焊，激光焊（2）压焊方法有：电阻焊，冷压焊，扩散焊，摩擦焊7. 异种材料焊接时，材料的选择原则？（1）保证焊接接头的使用性能（2）保证焊缝金属具有一定的致密性（3）应具有良好的工艺性能（4）保证焊缝金属具有所要求的的特

22、性（5）为了改善异种金属的焊接性，对不能形成固溶体的异种金属，可在两种金属中加中间层。1不锈钢：指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的，具有高浓度化学性质的钢的总称，不锈钢的主要成 分是Cr和Li,不锈钢最低铬的质量分数12%13%,不锈耐酸钢，铬的质量分数不应低于17%，增Ni、Cr含量耐腐蚀、耐热性提高2:耐热钢：是抗氧化钢和热强钢的总称3:不锈钢、耐热钢俺空冷后室温组织分：奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、铁素体+奥氏体双相钢、沉淀硬化钢4:不锈钢的主要腐蚀形式：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀5:点腐蚀：指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀，又称坑蚀或者孔蚀6:晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象7:应力腐蚀：指不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象&耐热性能：在高温下既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能，即热稳定性，同时又有足够的强度9:提高钢的热强性的措施：提高Ni量以稳定基体利用 Mo、W固溶强化，提高原子间的结合力O 2适当提高碳含量，同时加入强碳化物形成元素O 3减少晶界和强化晶界10:47.5C脆性：在430480 C之间长期加热并缓冷，就可以导致在常温或负温时出现强度升高而韧性下降现象。主要