焊接冶金学复习资料

一、名词解释1．金属焊接性；P11金属焊接性是指同质或异质金属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。

2．碳当量；P22把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，该参数指标就是碳当量。

3．焊接线能量；熔焊时由焊接热源输入给单位长度焊缝上的热量，又称为线能量。

4．熔合比；熔合比是指熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。

5．t8/3（t8/5，t100）；t8/3是指从800-300℃的冷却时间；t8/5是指从800-500℃的冷却时间；t100是指从峰值温度冷却至100℃的冷却时间。

6．微合金化；P47V、Ti、Nb强烈形成碳化物，Al、V、Ti、Nb还形成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及AlN、VN、TiN、Nb（C、N）产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服强度提高50-100MPa，并保持了韧性。

上述元素均是微量加入，故称为微合金化。

7．焊缝成形系数；P56焊缝成形系数是指焊缝宽度与厚度之比。

8．回火脆性；P100铬钼耐热钢及其焊接接头在350-500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。

9．点腐蚀；P116点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻徽，而分散发生的局部腐蚀，又称坑蚀或孔蚀。

10．凝固模式；P126所谓凝面模式，首先是指以何种初生相相（γ或δ）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。

11．稳定化处理；P117为避免碳与铬形成高铬碳化物，在奥氏体钢中加入稳定化元素（如Ti和Nb），将其加热到875℃以上温度时，以形成稳定的碳化物（由于Ti和Nb能优先与碳结合，形成TiC或NbC），大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度（含量），从而起到了牺牲Ti或Nb保Cr的目的，以此为目的的热处理就称为稳定化处理。

稳定化处理的工艺条件为：将工件加热到900-950℃，保温足够长的时间，空冷。

12．铬当量；P121铬当量是把每一铁素体化元素，按其铁素体化的强烈程度折合成相当若干铬元素后的总和。

13．应力腐蚀；P117应力腐蚀也称应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking，简称SCC）是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。

14．镍当量；P121镍当量，为把每一奥氏体化元素折合成相当若干镍元素后的总和。

15．均匀腐蚀；P116均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。

16．晶间腐蚀；P116晶间腐蚀是指在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。

17．敏化处理；P117一般是指已经固溶处理的奥氏体不锈钢，在450~850℃加热，将Cr从固溶体中以碳化铬的形式析出，由于C比Cr扩散快得多，Cr来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边层Cr的质量分数低于12%，即所谓“贫铬”现象，造成奥氏体不锈钢的晶界腐蚀敏感性，这就是敏化处理。

18．热强性；P118热强性是指在高温下长时间工作时对断裂的抗力(持久强度)，或在高温下长时间工作时抗塑性变形的能力(蠕变抗力)。

19．耐热性能；P118耐热性能是指高温下，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即热强性。

20．475℃脆化；P118Cr的质量分数超过15%的铁素体钢不锈钢在在430-480℃之间长期加热并缓冷，就可导致在常温时或负温时出现强度升高而韧性下降的现象，称之为475℃脆性。

21．固溶处理将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奥氏体中，然后快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态（碳已经稳定了，没有能力和机会与铬形成高铬碳化物）。

这种热处理称为固溶处理。

22．时效强化时效强化的本质是从过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒（一般是金属化合物，也可能是过饱和固溶体中的溶质原子在许多微小地区的聚集），以达到沉淀强化的目的。

23．铸铁电弧热焊P212电弧热焊是铸铁焊接应用最早的一种工艺。

将铸铁件预热到600-700℃，然后在塑性状态下进行焊接，焊接温度不低于400℃，为防止焊接过程中开裂，焊后立即进行消除应力处理及缓冷。

此铸铁焊补工艺称为电弧热焊。

24. 铸铁电弧半热焊P212铸铁预热温度在300-400℃时的电弧焊称为半热焊。

二、选择题1．焊接性试验（冷裂纹、热裂纹）2．奥氏体钢化学元素的作用3．合金钢焊接性的比较4．合金钢的组织5．不锈钢的析出脆化6．铝焊接气孔7．铜焊接气孔8．强化方式9．微合金化10．铸铁石墨存在形貌11．比较焊接方法或合金的焊接性，P14-1512.不同不锈钢的性能特点13.不同铸铁的组织性能特点14.不同铸铁焊条型号的焊接接头的组织性能区别1、评定低合金钢焊接热影响区冷裂敏感性的焊接试验是（）A. 压板对接B. 斜Y坡口焊接裂纹试验C. 窗口拘束试验D. 直Y坡口焊接裂纹试验三、问答题1. Q345（16Mn）与Q390（15MnTi）的强化机制有何不同？二者焊接性有何差异？16Mn的焊接工艺是否完全适用于15MnTi的焊接？为什么？答：16Mn是Q345钢，属于热轧钢，主要强化方式是固溶强化；而15MnTi是Q390钢，属于正火钢，主要强化方式是TiC和TiN的细晶强化和沉淀强化。

（3分）1)、冷裂纹（1分）15MnTi的淬硬性略大于16Mn的淬硬性，对冷裂纹略为敏感。

2)、热裂纹（1分）16Mn与15MnTi都含有足够的Mn元素，保证适当的Mn/S值，热裂纹敏感性不大。

3)、热影响区脆化（2分）热轧钢16Mn存在粗晶脆化，正火钢15MnTi存在粗晶脆化和上贝氏体、M-A 组元等的组织脆化。

因此，16Mn的焊接工艺不能完全适用于15MnTi的焊接。

（1分）首先是焊接材料的选择，16Mn只能选择50级别的焊条，而15MnTi可以选择50级别或55级别的焊条。

其次，焊接热输入的选择要合适，防止焊接接头出现冷裂纹（过小）或热影响区脆化（偏大）。

由于16Mn和15MnTi的CCT曲线有差异，两者的最佳线能量应不一样。

（2分）2. 低碳调质钢和中碳调质钢都属于调质钢，它们的焊接热影响区脆化机制是否相同？为什么低碳调质钢焊后一般不希望后热处理？为什么中碳调质钢焊后需要进行后热处理？答：不相同。

低碳调质钢热影响区的脆化在焊接线能量较小时是由于马氏体的出现，而当线能量较大时，由于上贝氏体和M-A组元的出现。

而高碳调整钢无论线能量的大小，脆化的原因都是由于马氏体的出现，当线能量大时会出现粗大的马氏体。

由于低碳调质钢含碳量低，马氏体形成温度较高，工艺上能提供一个自回火条件，生成的回火马氏体具有较高的强度和优良的韧性，所以焊后一般不需要回火。

另外，低碳调质钢有再热裂纹倾向，回火有助于产生裂纹，所以焊后一般不要求回火。

中碳调质钢含碳量高，马氏体形成温度低，不能进行自回火。

焊接后形成的粗大马氏体严重降低焊缝的性能，所以焊后必须回火处理，一方面该善焊缝组织，另一方面还能消除焊接应力，减少焊接裂纹。

3. 奥氏体钢焊接时为何需采用“超合金化”焊接材料？答：1).能提高焊缝的耐蚀性焊缝中含有一定量的铁素体相，能增强焊缝抗晶间腐蚀的能力，所以在焊材中应提高铁素体化元素，另外生成双相组织也有助于提高焊缝抗应力腐蚀和点蚀的能力。

2).能提高焊缝的抗裂性不锈钢容易产生热裂纹，热裂纹的产生与焊缝金属的凝固模式有很大的关系，当焊缝金属以铁素体-奥氏体形式凝固时，能形成理想的界面，具有较强的抗裂性，研究表明当铬当量与镍当量的比值大于1.5时能形成这种界面，这就要求焊接材料适当的超合金化。

3).减少高温脆化当焊缝中含有铁素体时容易产生σ相脆化，此时应增加焊缝中奥氏体化元素的含量，也要求焊缝超合金化。

4)．弥补焊接过程中造成的合金元素烧损4. 18-8不锈钢焊接接头区域哪些部位可能产生晶间腐蚀，如何防止？1)、焊缝区晶间腐蚀为防止焊缝区晶间腐蚀可采取：a、通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或者含有足够的稳定化元素Nb(因Ti不易过渡到焊缝中而不采用Ti)，一般希望w Nb≥8w c或w Nb≈1%；b、调整焊缝成分以获得一定数量的铁素体(δ)相。

2)、热影响区敏化区晶间腐蚀对于不含Ti和Nb的奥氏体不锈钢，在焊接热影响区450-850℃受热或者停留时间较长时，过饱和的碳向晶界扩散，与晶界附近的铬结合形成铬的碳化物Cr23C6或（Fe，Cr）C6，并在晶界析出，由于碳原子的扩散速度比铬快得多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边层铬的质量分数低于12%，既所谓“贫铬”现象，从而造成晶间腐蚀。

防止措施一是采用含Ti和Nb的奥氏体不锈钢母材。

二是减少焊缝过热，加快450-850℃冷却速度。

3)、熔合区刀状腐蚀刀蚀只发生在含Nb和Ti的不锈钢中，焊前奥氏体不锈钢经过固溶处理，M23C6全部固溶，TiC则呈沉淀游离态，在焊态下的熔合区由于经历了1200℃以上的高温过热，发生的变化是TiC将大部分固溶，这种状态如果在450-850℃再次受热或者停留时间较长时，碳向晶界扩散，Ti来不及扩散而保留在原地，碳与晶界附近的铬结合形成铬的碳化物Cr23C6或（Fe，Cr）C6，并在晶界析出，以至于邻近晶界的晶粒周边层铬的质量分数低于12%，既所谓“贫铬”现象，从而造成晶间腐蚀。

防止措施一是使母材超低碳。

二是减小焊缝熔合区过热，加快冷却速度，面向介质的焊缝最后施焊，避免交叉焊缝，采用小的线能量，加入稀土元素。

5. 25-20钢为何比18-8不锈钢容易产生热裂纹？6. 简述铝合金焊缝产生气孔的原因？7. 简述铝及其合金焊接时，产生焊缝凝固裂纹的原因？1)、铝合金属于共晶型合金，易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生凝固裂纹的重要原因之一。

在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点的共晶被排挤在柱状晶交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜”，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液体薄膜就形成了薄弱地带。

在拉伸应力的作用下就有可能在这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。

2)、铝合金的线膨胀系数比钢约大1倍，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力，也是促使铝合金具有较大裂纹倾向的原因之一。

8. 简述铜合金焊逢产生气孔的原因?答：纯铜、黄铜及铝青铜埋弧焊时只有氢及水蒸气易使铜及其合金焊缝出现气孔。

1)、扩散氢气孔。

纯铜焊缝对氢气孔的敏感性比低碳钢焊缝高得多，原因如下：a、铜的热导率(20℃)比低碳钢高达7倍以上，所以铜焊缝结晶过程进行得特别快，氢不易析出，熔池易为氢所饱和而形成气孔；b、平衡状态时铜的最高溶解度与熔点溶解度的比值为7.2，而铁的相应比值仅为1.6，由液态转为固态时(1083℃)，氢的溶解度突变，大量的氢过饱和析出。