焊接冶金与焊接性

1.铝及铝合金焊接时存在的主要问题是什么？
答：主要存在气孔和热裂纹和软化问题
（1）气孔的存在降低了焊缝的致密性和耐蚀性，易形成应力集中从而降低了接头的强度，塑性、气孔可分为；临近焊缝表面的皮下气孔、焊缝中部或根部的密集气，熔合区边界的氧化膜气孔。

（2）热裂纹可能出现在焊缝，焊接热影响区、以及焊缝的弧坑处，焊缝中的热裂纹属于结晶裂纹，热影响区中的热裂纹主要是液化裂纹。

（3）热处理强化铝合金及焊前经过冷作硬化的非热处理强化铝合金，热影响区的强度和硬度相对于原来的母材会有不同程度的降低及软化；软化可分为：非时效强化铝合金的软化，时效强化铝合金的软化。

2. 铝及铝合金的焊接工艺要点是什么？
答：（1）焊接方法：应根据合金牌号，焊件厚度，产品结构以及焊接质量要求加以选择，其方法包括：钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、变极性等离子弧焊、激光和电子束焊、搅拌摩擦焊等（2）焊接材料：选择时要充分考虑接头的力学性能，抗裂性及抗腐蚀性，并结合母材及成分，产品的具体实施条件和结构的刚性等（3）接头设计：应根据材料的厚度，焊接方法、焊接位置有无衬垫和是否清根等条件进行接头设计，合理选择接头类型和坡形式。

（4）焊接参数：焊接参数的选定要考虑接头的形式，尺寸及焊缝成型的要求，同时要考虑对气孔、裂纹和接头软化成程度的影响。

（5）焊前准备：主要包括焊前清理，施加垫板，焊前预热（6）焊后处理：主要为及时清理焊后留在焊缝区及临近区的残存熔滴和焊渣。

3.钛及钛合金的类型和牌号有那些？
答：工业纯钛（TA0.TA1.Ta3）α型钛合金（TA4 TA6 TA7），α+β型钛合金（TC3.TC1.TC4.TC6.TC11）β型钛合金（TB2.TB4）
4.钛及钛合金的焊接性
答：（1）间隙渣滓引起的接头力学性能变化。

钛及钛合金在常温下能与氧气形成致密的氧化膜而保持很高的稳定性和耐蚀性，但是在高温下，钛及钛合金吸收氧气氮气和氢气能力很强，对焊接接头力学性能产生较大的影响。

（2）焊接裂纹；钛及钛合金中S P 和C等渣滓很少，晶界上低熔点共晶不易形成，结晶温度区间窄，加之焊接凝固时收缩小，因此出现焊接热裂纹可能性很小。

（3）气孔；气孔是焊接钛合金时比较为普遍的缺陷，其特点是分布在融合线附近，主要为氢气孔，是由于氢气在钛中的溶解度在凝固时存在突变和随温度的升高而降低造成的（4）焊接热影响区的组织变化，包括相和晶粒尺寸的变化
5.钛及钛合金的焊接工艺要点是什么？
答：（1）焊接方法；选择焊接方法时，主要考虑钛合金的物理性能，化学性能和冶金学特点，还要兼顾工件与结构的尺寸，应选择能量集中的焊法，同时采用很好的保护方法（2）焊接材料；钛及钛合金一般可以选择与母材成分相同的焊丝，也可选择强度略低于母材的焊丝，以提高结构的韧性。

（3）焊前准备；主要包括板材切割、坡口设计和加工、表面清理，（4）焊接参数；钛及钛合金焊接时都有晶粒粗化的倾向，尤其β型钛合金最为显著，为防止晶粒粗化，应采用较小的焊接热输入，但也要注意输入过低造成的不利影响（5）焊后处理；焊后热处理可以调整钛及钛合金焊缝级热影响区的微观组织，从而改善焊接接头的性能，一般采用真空退火工艺，而对α+β型钛合金来讲，可以采用淬火+时效+焊接+局部退火或者淬火+焊接+退火。

6.焊接灰铸铁时主要存在的问题是什么？
答：（1）焊接接头容易出现白口（渗碳组织）及淬硬组织（2）焊接接头易出现裂纹。

（3）低碳钢和镍基铸铁焊接时易出现热裂纹。

7. 灰铸铁异质焊缝的电弧冷焊的工艺要点
答：焊前准备工作要做好，焊接电流要适当的小，采用焊道断续分散焊接。

焊接是时候要用小锤敲击减少应力。

8. 什么是焊接性，其内涵是什么
答:焊接性是金属材料是否能适应焊接加工面形成完整的具有一定使用性能的焊接接头的特性，内涵：一是金属在进行焊接加工中是否容易产生缺陷；二是所形成的焊接接头在一定使用条件下的可靠运行的能力。

9.什么是工艺焊接性，什么是使用焊接性？
答：工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。

使用焊接性是指焊接头满足某种使用性能的能力，通常包括常规的力学性能、持久强度以及抗腐蚀性和耐磨性。

10.影响焊接性因素有那些？选择焊接性实验方法的原则。

答：因素：材料因素、工艺因素、结构因素、使用条件。

原则：可比性，针对性，再现性，经济性。

11.焊接性实验内容有哪些？
答：评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力、评价焊缝和热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力、评价焊接接头抵抗脆性转变的能力、评价焊接接头的使用性能
12.常用的工艺焊接性试验方法的应用范围
答：（1）碳当量的间接测试法；估计低合金钢淬硬及裂纹敏感性的方法、适用于强度系数较高的（500—1000Mpa）的调制态和非调制态的低合金高强度钢。

（2）可调拘束裂纹产生的实验法：在焊缝凝固的后期，施加不同的应变值，研究产生裂纹的规律，主要用于研究各类的热裂纹。

（3）斜Y形坡口裂纹实验法：广泛用于打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向，一般认为在这种实验中的裂纹率不超过20%则实际结构焊接时不会产生裂纹。

（4）插销实验法：主要用于考核热影响区的氢致延迟裂纹的敏感性，也可以用于考核再热裂纹的层状撕裂等的敏感性。

（4）鱼骨状裂纹实验法：考核焊接热裂纹敏感性实验主要用于评定铝合金和钛合金薄板焊缝及热影响区的热裂纹敏感性。

（5）刚性固定对接裂纹实验法：适用于碳钢，低合金钢，焊条电弧焊，埋弧焊和气体保护焊工艺方法可以用于钢材及焊接材料对接接头的抗裂性对比及焊接工艺性实验。

13.灰铸铁同质焊缝的焊接方法有那些？
答：（1）电弧热焊：将工件或者有缺陷的部位预热到600—700°（暗红色）以后进行焊补，焊后进行缓冷的铸铁焊补工艺，用于厚度大于10mm的缺陷焊件。

（2）气焊：利用氧—乙炔的火焰加热焊条（＜3400°）进行铸铁缺陷焊补的方法（薄壁件，刚度较小，厚度＜10mm）（3）电弧冷焊：焊工条件好，焊接成本低，过程短。

适用于预热困难或者不易预热的焊件。

14.灰铸铁的异质焊缝的焊接方法有那些。

答：异质焊缝的电弧冷焊；灰铸铁的钎焊（黄铜）
15.铜及铜合金焊接过程中容易产生的问题是什么
答：（1）铜的导热率比铁的大，散热快，焊接时母材难以融化焊缝难以成型。

（2）渣滓元素多，热裂纹倾向大。

（3）气孔较为严重（4）接头处的塑性严重变坏，导电性下降，耐腐蚀性下降。

16.铜及铜合金的焊接工艺要点。

答：（1）焊接材料：焊条均采用底氢形药皮，且在药皮中添加硅铁，锰铁、钛铁、铝铁和铝铜等金属粉，对于纯铜一般选着含有Si、P、T脱氧剂的无铜焊丝，气焊通用焊剂主要有硼酸盐、卤化物或者他们的混合物。

（2）接头设计：应采用散热条件下对称的对接接头，端接接头并根据目材厚度和焊接方法不同制备相应的坡口。

（3）焊接方法及工艺：高硅量密度常用的方法有气焊、焊条电弧焊、氩弧焊、埋弧焊、等离子弧焊和电子束焊。

17.低合金高强度钢的焊接性如何
答：（1）热轧钢和正火钢①具有较好的抗热裂纹能力，但当材料成分不合格而发生严重偏析
或局部含C P S量很高时，也会出现热裂纹②低合金高强度钢中热轧钢的冷裂纹倾向是最小的与Q345、16Mn等正火钢相比正火钢由于合金元素较多，强度级别提高，淬硬倾向增大，且同为正火钢，强度级别提高，合金元素含量增加，冷裂纹敏感性增加，对于强度级别及碳当量较低的正火钢来说冷裂纹倾向不大，但随强度级别及板厚增加而增加③C-Mn和Mn-Si 系的热轧钢中由于不含碳化物形成元素，故而对再热裂纹不敏感，对于正火钢Q420（15MnVN）来讲热裂纹倾向较小（1钢材的化学成分直接影响再热裂纹的敏感性2钢材的显微组织和接头的应力状态过热区的粗精加剧了再热裂纹的敏感性，焊缝厚度方向外层区域存在较大的裂余拉力导致了该区域再热裂纹的产生，其他同理）④不受刚才的种类和强度级别的限制，但与板厚有关一般板厚16mm以下就不易产生层状撕裂，热轧钢和正火钢除杂效果不好，达不到要求因而对层状撕裂有一定的敏感性⑤热轧钢的焊接接头脆化原因因含碳量不同而异，含碳量＜0.12%时脆化一般内过热区晶轻粗化，而形成魏氏组织。

当＞0.12%时发生偏析等情况还能由于形成高碳马氏体而脆化。

正火钢脆化不仅与晶粒粗化有关，而且与沉淀强化元素有关且碳化物形成元素的含量越多脆化越明显。

结论：热轧钢对脆化比较敏感且随碳当量增加而增加，正火钢较敏感且随碳化物形成元素增加而增加软化倾向不明显。

（2）低碳调质钢：①低碳调质钢的含碳量较低含Mn量较高，一般无热裂纹倾向，但对于一些高Ni低Mn类型的低碳调质钢热裂纹倾向会增大②从淬透性角度看，低碳调质钢的焊接性冷裂纹倾向应很大，但若工艺合适，使低碳马氏体产生“自回火”作用可以避免。

③Cr—Mo—V钢和Mo—V钢对再热裂纹敏感，Mo—B钢和Cr—Mo钢也有一定的再热裂纹倾向，过热区粗晶焊缝厚度方向外层有残余应力都可能产生再热裂纹④对于调质钢来说，由于采用了现代的冶金技术，对夹杂物控制较严纯净度较高，因此层状撕裂不敏感，然而对于板厚方向承受特大载荷时也存在有的可能性。

⑤在最佳冷却时，调冷却可产生马氏体和10%~~30%的贝氏体，可使过热区脆化不明显否则韧性会降低，较易出现焊接热影响区的软化，随着强度增多而突出。

（3）中碳调质钢：①含碳量及合金元素较多具有较大的热裂纹倾向。

②含碳量高合金元素多淬硬性十分明显，冷裂纹倾向很大。

③Cr—Mo—V钢和Mo—V 钢对再热裂纹敏感，Mo—B钢和Cr—Mo钢也有一定的再热裂纹倾向，过热区粗晶焊缝厚度方向外层有残余应力都可能产生再热裂纹④对于调质钢来说，由于采用了现代的冶金技术，对夹杂物控制较严纯净度较高，因此层状撕裂不敏感，然而对于板厚方向承受特大载荷时也存在有的可能性。

⑤含碳量高合金元素多，过热区易产生硬而脆的高碳马氏体因而脆化倾向比较严重。

调质状态下的中碳调质钢在焊接热性需求较易出现软化现象而随强度升高而突出。

18.低合金钢的焊接工艺要点是什么？
答：（1）热轧钢及正火钢；①焊接方法：对于热轧钢及正火钢，焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等常规焊接方法都可以采用，主要根据材料的厚度产品的结构和具体条件确定。

②含碳量低和含有V、Nb和Ti的钢种选着较小热输入含碳量偏上限的焊接热输入可以适当加大。

③一般情况下焊缝金属的热裂纹倾向较小，有一定的冷裂倾向，一般可按等强原则喜欢这焊接材料，重要结构或厚板焊接优先选择底氢焊条或碱性适度的埋弧焊焊剂。

④一般来说对接焊缝比角焊缝更为合理，不同的焊接方法焊接不同厚度的钢材，坡口形式和尺寸是不同的。

⑤预热温度取决于钢种的化学成分、板厚、焊接结构形状和环境温度等。

板厚超过30mm预热100—150°⑥热轧钢及正火钢一般不需要焊后低温热处理，但对于结构约束应力比较大而使冷裂纹倾向明显增大时，可以考虑后热措施，板厚较大，焊接残余应力较大，低温工作承受动载荷或有应力腐蚀要求及尺寸稳定性要求的时候应做消除应力处理，正火钢须作焊后正火处理，恢复正太组织，强度级别达到500Mpa时可采用调质处理提高接头的强度和韧性。

（2）低碳调质钢；①如果焊后进行调质处理则需用电弧焊方法等可以进行调质处理必须限制焊接过程中热量对母材的左右超过980Mpa时最好采用钨极氩弧焊和电子束焊，低于
980Mpa时可采用焊条电弧焊、埋弧焊、融化极气体保护焊和钨极氩弧焊等，并根据板厚和施工条件选择。

②焊接输入的选择应结合焊接时采用的预热温度，使焊接接头的冷却速度出现最值的冷却速度范围之内。

③一般按等强度原则进行焊接材料的选择，但当结构钢强度较大时可以选择强度比母材稍低的焊接材料。

④焊接接头设计；一般来说对接焊缝比角焊缝更为合理，不同的焊接方法焊接不同厚度的钢材，坡口形式和尺寸是不同的。

⑤预热150--200°⑥一般不需要低温热处理，板厚较大焊接残余应力较大，低温工作承受动载荷或有应力腐蚀要求以及尺寸稳定性要求时作消除应力处理，强度超过500Mpa时，可做焊后调质处理。

（3）中碳调质钢；①先退火并在退火状态下进行焊接时应尽量采用能量密度高的热源进行焊接，但从经济和方便性考虑，目前仍用焊条电弧焊。

②一般采用小焊接热输入焊接降低奥氏体的过热③先退火后再焊接，焊后整体调质时，焊接材料应尽量降低焊缝金属中的S、P含量。

控制C、Si量，成分与母材相似。

④一般来说对接焊缝比角焊缝更为合理，不同的焊接方法焊接不同厚度的钢材，坡口形式和尺寸是不同的。

⑤预热温度在200—300°⑥焊后应立即采用低温热处理措施，板厚较大，焊接残余应力较大，低温工作承受动载荷或有应力腐蚀要求及尺寸稳定性要求的时候应做消除应力处理，正火钢须作焊后正火处理，恢复正太组织，强度级别达到500Mpa时可采用调质处理提高接头的强度和韧性。

19.各种不锈钢及耐热钢的焊接性能如何？
答：（1）贝氏体不锈钢；①贝氏体不锈钢焊接时容易产生热裂纹，并以结晶裂纹为主，有时也可能出现液化裂纹。

②异种钢焊接时，接头成分不均匀，形成单向奥氏体焊缝时有热裂倾向。

③焊接热影响区易产生晶间腐蚀，多层多道焊的情况下还易出现焊缝区的晶间腐蚀，焊接接头具有点蚀倾向。

④焊缝组织以Fa凝固模式时最好，使焊缝具有良好的综合性能。

⑤б在晶界析出，并以魏氏组织形式存在，使得焊接接头塑性、韧性及持久强度大大降低⑥е≥0.06%时熔合区易出现刀状腐蚀。

（2）铁素体钢；①铁素体钢裂纹敏感性较低。

②焊接接头在焊接热循环的作用下，被加热到950°以上的区域存在晶间腐蚀问题，保温退火处理可恢复耐蚀性③接头易出现б相脆化，从而降低韧性。

④易出现粗晶脆化，焊缝475°脆化。

（3）马氏体钢；对冷裂纹较为敏感尤其为氢致延迟裂纹（4）铁素体奥氏体双相钢；①对热裂纹有一定的敏感性，б相的存在易出现粗晶脆化倾向，同时也有б相的脆化倾向可能出现焊缝475°的脆化。

20.不锈钢及耐热钢的焊接工艺要点是什么？
答：（1）奥氏体不锈钢；①焊材的选择：一般按照“同质焊接材料”原则和“微超合金化焊接材料”来选择，考虑母材稀释作用的同时，根据焊接材料的具体成分及变化范围来确定与母材是否匹配实用。

②焊接方法：一般的焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊、埋弧焊等均可采用，根据生产质量和效率加以确定。

③焊接热输入：合理控制焊接参数避免接头产生过热现象，电流不宜过大，比碳钢小20%左右。

④预热和后热：通常不需要预热也不需要后热处理，适当加快冷却。

⑤必须保证化学成分的稳定。

融合比稳定；保护原焊件表面状态，不做清理工作；焊接接头根据板厚具体情况确定；（2）铁素体不锈钢：1焊材选择：尽量限制焊材材料中的杂质，同时添加Ti、Nb、Li化晶粒（同质焊接）2焊接方法：通常采用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊，有时也采用埋弧焊，真空电子束焊。

3焊接热输入应采用较小的热输入。

4焊前必须预热一般为100—150，Cr含量越多，预热越高，焊后650—850热处理。

（3）马氏体钢；一般采用同质填充材料，焊接马氏体钢；采用焊条电弧焊，TIG焊和MIG 焊；一般预热温度到150—400之间；焊后处理根据母材和焊缝金属的具体条件和要求而定；（4）铁素体—奥氏体双相钢：按照“超合体化焊接材料”；一般用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊、埋弧焊等均可采用；尽量选用小的热输入；通常不需要焊前预热也不需要后热处理；尽可能控制焊接工艺，保证融合比稳定。