第四章 不锈钢及耐热钢的焊接

1、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C

2、r，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

3、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，在焊接局部加热和冷却条件下，街头在

4、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：Ni<15%，适当提高铁素体化元素含量，使焊缝%提高，从而提高抗裂性；Ni>15%时，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re<0.01%达到细化焊缝、净

5、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

6、用A焊条和焊丝。  CO2气保焊选用专用焊丝H08Cr20Ni15VNAl。   焊接工艺特点：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。 7. 何为“脆化现象”？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象，各发生在什么温度区域？如何避免？答：“脆化现象”就是材料硬度高，但塑性和韧性差。   现象：1高温脆性：在9001000急冷至室温，焊接接头HAZ的塑性和韧

7、性下降。可重新加热到750850，便可恢复其塑性。2相脆化：在570820之间加热，可析出相。相析出与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形有关。加入Mn呢过使相所需Cr的含量降低，Ni能使形成相所需温度提高。3475脆化：在400500长期加热后可出现475脆性适当降低含Cr量，有利于减轻脆化，若出现475脆化通过焊后热处理来消除。 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：易出现冷裂纹、粗晶脆化。 焊接材料的选用：1对简单的Cr13型，要保证性能，要求S、P、Si，C含量较低，使淬硬性下降，更要保证

8、焊接接头的耐蚀性。2对Cr12为基加多元元素型，希望 焊缝成分接近母材，形成均一的细小M组织。3对于超低C复相M钢，采用同质焊材，焊后经超微细复相化处理，可使焊缝的强韧化约等于母材水平。   工艺特点:1预热温度高局部或整体T=150-260；2采用小的q/v：防止近缝区出现粗大和析出；3选用低H焊条：焊缝成分与母材同质，高碳M可选用A焊条焊接. 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，

9、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。 10. 从双相不锈

10、钢组织转变的角度出发，分析焊缝中Ni含量为什么比母材高及焊接热循环对焊接接头组织，性能有何影响？答：双相不锈钢的合金以F模式凝固，凝固结束为单相组织，随着温度的下降，开始发生转变不完全，形成两相组织。显然，同样成分的焊缝和母材，焊缝中相要比母材少得多，导致焊后组织不均匀，韧性、塑性下降。提高焊缝中Ni含量，可保证焊缝中/的比例适当，从而保证良好的焊接性。    在焊接加热过程，整个HAZ受到不同峰值温度的作用，最高接近钢的固相线，但只有在加热温度超过原固溶处理温度区间，才会发生明显的组织变化，一般情况下，峰值低于固溶处理的加热区，无显著组织变化，/值变化不大，超过

11、固溶处理温度的高温区，会发生晶粒长大和相数量明显减少，紧邻溶合线的加热区，相全部溶于相中，成为粗大的等轴组织，冷却后转变为奥氏体相，无扎制方向而呈羽毛状，有时具有魏氏组织特征。 第五章：有色金属 1.为什么Al-Mg及al-li合金焊接时易形成气孔？al及其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

12、.69ml/100g突降至0.036mol/100g相差约20倍，这是促使焊缝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

13、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。 2.硬铝及超硬铝焊接时易产生什么样的裂缝？为什么？如何防止裂纹？ 答：裂纹倾向大，铝及硬铝产生焊接热裂纹 原因：1）易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生裂纹的重要原因 2）线膨胀系数大，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力也是产生裂纹的原因之一 防止措施：1）加合金元素cu,mn,si,mg,zn使主要合金元素含量Me%>Xm，产生自愈合作用 2）生产中采用含5%

14、的Si，Al合金焊丝解决抗裂问题，具有很好的愈合作用 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的粗大柱状晶，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的原因及防止措施，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的合金上，经冷作硬化的铝合金，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

15、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）采用小的焊接热输入 2）对al-zn-mg合金，焊后经自然时效可逐步恢复或接近母材的水平 热处理对接头性能的影响：1）焊后不热处理接头强度均低于母材，特别是在时效状态下焊接的硬铝，即使焊后人工热处理，接头强度系数也未超过60% 2）al-zn-mg合金强度与焊后自然时效长短有关系，随自然时效的增长，强度可接近母材     要求焊缝有足够的强度，则焊后要热处理     焊后要洗掉焊剂残渣，以防焊件腐蚀 4.铜及铜合金的物理化学性能有何特点，焊接性如何？不同的

16、焊接方法对铜及铜合金焊接接头有什么影响？ 答：1）铜及铜合金的物理化学性能：优良的导电导热性能；冷热加工性能好，无磁性；具有高的强度，抗氧化性及抗淡水，盐水，氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能 2）焊接性：铜及合金在焊接中难熔合，易变形，而且产生很大的焊接应力；             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

17、生扩散气孔（H）反应气孔（冶金反应）及氮气孔（空气中的氮）             焊接接头的性能变化：纯铜焊接时，焊缝与焊接接头的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的接头性能影响：             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