焊接冶金学材料焊接性复习资料

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/H08Mn2；二氧化碳保护焊：H08Mn2SiA

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 ℃。为了减少热影响区的软化，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；另外，由于珠光体耐热钢在350---500℃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℃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

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而造成贫鉻。

3 18—8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。

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Al2O3、MgO组成，其致密性比纯铝的氧化膜Al2O3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。