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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；正火钢的强化方式
2、：(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 C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分析Q345的焊接性
3、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1200C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600CXlh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
4、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： 100150C。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600650C回火。电渣焊900930C正火，600650C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，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
5、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
6、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
7、止冷裂纹没有必要，反而会使800500C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
8、 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，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
9、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，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
10、、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,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
11、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
12、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
13、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
14、缝中的6相可打 乱单一Y相柱状晶的方向性，不致形成连续，另外6相富碳Cr,又 良好的供Cr条件，可减少Y晶粒形成贫Cr层，故常希望焊缝中有 4%12%的 6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Y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
15、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Y +15% 5 ； 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
16、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妆口 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 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
