常见钢焊接性

1.试述低碳钢的焊接性。

由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。

低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。

焊接低碳钢时可采取哪些措施消除应力裂纹?（1）降低消应力退火温度。

（2）控制母材中V、B的含量。

⑶坡口形式将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。

如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。

⑷焊接工艺参数由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。

⑸焊后热处理焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。

消除应力的回火温度为600～650℃。

若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。

4.试述高碳钢的焊接工艺要点。

⑴焊接性当高碳钢的碳的质量分数大于0.60%时，焊后的硬化、裂纹敏感倾向更大，因此焊接性极差，不能用于制造焊接结构。

常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊补修复。

⑵焊条选用由于高碳钢的抗拉强度大都在675MPa以上，所以常用的焊条型号为E7015、E6015，对构件结构要求不高时可选用E5016、E5015焊条。

此外，亦可采用铬镍奥氏体钢焊条进行焊接。

⑶焊接工艺1）由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性，材料本身都需经过热处理，所以焊前应先进行退火，才能进行焊接。

2）焊件焊前应进行预热，预热温度一般为250～350℃以上，焊接过程中必需保持层间温度不低于预热温度。

3）焊后焊件必需保温缓冷，并立即送入炉中在650℃进行消除应力热处理。

5.试述低合金高强钢的焊接性。

强度级别较低的低合金高强钢，如300～400MPa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。

随着钢中合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题是：⑴热影响区的淬硬倾向含碳时较少、强度级别较低的钢种，如09Mn2、09Mn2Si、09MnV钢等，淬硬倾向很小。

随着强度级别的提高，淬硬倾向也开始加大，如16Mn、15MnV钢焊接时，快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织。

⑵冷裂纹低合金高强钢焊接时，热影响区的冷裂纹倾向加大，并且这种冷裂纹往往具有延迟的性质，危害性很大。

例如，材料为18MnMoNb钢壁厚115mm的一大型容器，由于预热温度不够，焊后在热影响区形成大量冷裂纹。

低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂，其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快，这种开裂属于冷裂纹性质。

⑶热裂纹一般情况下，强度等级为294～392MPa的热轧、正火钢，热裂倾向较小，但在厚壁压力容器的高稀释率焊道（如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道）中也会出现热裂纹。

电渣焊时，若母材的含碳量偏高并含镍时，电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。

强度等级为800～1176MPa的中碳调质钢（如30CrMnSiA钢），焊接时热裂的敏感性较大。

⑷粗晶区脆化热影响区中被加热至1100℃以上的粗晶区，当焊接线能量过大时，粗晶区的晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降，出现脆化段。

6.试述低合金高强钢焊接时的主要工艺措施。

⑴预热预热是防止裂纹的有效措施，并且还有助于改善接头性能。

但预热会恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性。

因此，焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分（碳当量）、板厚、结构形状、刚度大小以及环境温度等决定。

宜用快速多道焊以减轻焊道过热，并通过多层焊的重热作用细化晶粒，多道焊时要控制层间温度不得过高，如焊接06MnNbDR低温用钢时，层间温度不得大于300℃。

低温用钢焊后可进行消除应力热处理，以降低焊接结构的脆断倾向10.试述珠光体耐热钢的焊接工艺。

高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢称为耐热钢，以Cr、Mo为主要合金元素的低合金耐热钢，基体组织是珠光体（或珠光体+铁素体）称为珠光体耐热钢，常用钢号有15CrMo、12CrMoV、12Cr2MoWVTiB、14MnMov、18MnMoNb、13MnNiMoNb。

由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以热影响区会产生硬脆的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易形成冷裂纹。

因此在焊接时应采取以下几项工艺措施：⑴预热预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。

为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中，焊件都应预热并保持为100～150℃用氩弧焊打底和CO2气体保护焊时，可以降低预热温度或不预热。

⑵焊后缓冷焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。

⑶焊后热处理焊后应立即进行高温回火，防止产生延迟裂纹、消除应力和改善组织。

焊后热处理温度应避免在350～500℃温度区间内进行，因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的加火脆性现象。

11.试述低碳调质钢的焊接性。

碳的质量分数不超过0.21%，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu，经过奥氏体化-淬火-回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、HQ70A、B、⑵焊接材料为防止产生冷裂纹，因此必须严格控制焊接材料中的含氢量，要求所使用的焊条必须是低氢型或超低氢型的，焊前应严格按规定进行烘干、贮存。

⑶焊接技术为避免过度损伤热影响区的韧性，应避免使用过大的线能量，因此，不推荐使用大直径的焊条或焊丝。

只要可能，应采用多层小焊道焊缝，最好采用窄焊道，而不采用横向摆动的运条技术。

⑷焊后热处理大多数低碳调质钢的焊接构件都是在焊态下使用，只有在下述条件下才进行焊后热处理。

1）焊后或冷加工后的韧性过低。

2）焊后需进行高精度加工，要求保证结构尺寸的稳定性。

3）焊接结构承受应力腐蚀。

焊后热处理的温度必须低于母材调质处理的回火温度。

13.试述中碳调质钢的焊接性。

碳的质量分数量较高（含碳量0.25%～0.5%），并加入适量的合金元素（Mn 、Si、Cr、Ni、B、Mo、W、V、Ti等）以保证钢的淬透性，再通过调质处理以获得综合性能较好的高强钢称为中碳调质钢，常用牌号有30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、35CrMoA、35CrMoVA、34CrNi13MoA、40CrNiMoA等。

中碳调质钢的屈服点可达到880～1176MPa，但焊接性较差，主要表现在：⑴焊接热影响区的脆化和软化首先，由于中碳调质钢的含碳量高、合金元素多，钢的淬硬倾向大，在热影响区的淬火区会产生大量的马氏体，导致严重脆化。

其次，热影响区被加热到超过调质处理时回火温度的区域，将出现强度、硬度低于母材的软化区。

⑵裂纹倾向严重中碳调质钢的淬硬倾向大，热影响区产生的马氏体组织，增大了焊接接头的冷裂倾向。

此外，中碳调质钢的碳及合金元素含量高，熔池的结晶温度区间大，偏析严重，因而具有较大的热裂纹敏感性。

14.试述中碳调质钢的焊接工艺。

常用的各种熔焊方法，都可以适用于焊接中碳调质钢。

⑴预热及后热除了拘束度小、构造简单的薄壳结构不用预热外，中碳调质钢都应采取焊前预热和后热措施，预热温度约为200～350℃后热温度为300℃左右。

如果焊后不能及时进行调质处理，则必需在焊后及时进行中间热处理，即在等于或高于预热温度下进行保温一段时间的热处理，如低温回火或650～680℃高温回火。

若焊件焊前处于调质状态，其预热温度、层间温度及热处理温度都应比母材淬火后的回火温度低50℃。

进行局部预热时，应在焊缝两侧各100mm范围内均匀加热。

⑵焊接材料为了防止产生热裂纹，要求采用低碳焊丝，焊丝中的碳的质量分数应控制在0.15%以内，最高不超过0.25%，并且控制硫、磷的质量分数应小于0.03%～0.035%。

焊接中碳调质钢焊条的选用，见表16。

表中HTJ-1及HTJ-4焊条涂料只起稳弧作用，焊缝金属的力学性能和抗裂性能较差，只适用于受力小、待焊处可达性不好及要求变形小的30CrMnSiA钢薄板的焊接。

⑶焊接线能量中碳调质钢宜用小线能量焊接，以有利于减少淬火区的高温停留时间，降低奥氏体的晶粒长大，从而降低淬火区的脆化程度。

15.试述耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接工艺。

铜、磷能显著地降低钢的腐蚀速度，这是耐候钢及耐海水腐蚀用钢的主要合金元素，常用耐候钢及耐海水腐蚀用钢有：16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、09Mn2Cu、16MnCu、09MnCuPTi、08MnPRE、10MnPNbRE钢等。

铜、磷耐蚀钢对焊接热循环不敏感，焊接热影响区的最高硬度不超过350HV。

虽然钢中含有Cu、P等元素，但其含量均不高，通常铜的质量分数控制在0.2%～0.4%，不会促使产生热裂纹。

含磷钢中碳、磷的质量分数都在0.25%以下，因而钢的冷脆倾向也不大，所以焊接性良好，焊接工艺与强度级别较低（σs为343～392MPa）的普通热轧钢相同。

16.试述不锈钢焊接接头的脆化现象。

不锈钢的焊缝在高温加热一段时间后，出现冲击韧度下降的现象称为脆化。

⑴475℃脆性含有较多铁素体相（超过15%～20%）的双相焊缝金属，经过350～500℃加热后，塑性和韧性会显著降低，即性质脆化。

由于在475℃时脆化速度最快，故称为“475℃脆性”。

铁素体越多，这种脆化越严重。

已产生475℃脆化的焊缝，可以900℃淬火消除。

⑵σ相脆化不锈钢焊接接头在375～875℃范围内长期使用，会产生一种FE-Cr金属间化合物，称为“σ相”。

σ相硬而脆，硬度大于68HRC时，由于σ相析出的结果，焊缝的冲击韧度急剧下降，这种现象称为“σ相脆化”。

通常认为，σ相是由铁素体演变而来，当铁素体的质量分数超过5%时，很快会形成σ相。

因此，对于高温下使用的不锈钢材料，为了防止出现σ相，必须控制铁素体的含量。

为了消除已经生成的σ相，恢复焊接接头的韧性，可以把焊接接头加热到1000～1050℃，然后快速冷却。

σ相在1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊缝中一般不会产生。

⑶熔合线脆断不锈钢焊件在高温下长期使用，在沿焊缝熔合线外几个晶粒的地方，会发生脆断现象，此现象称为熔合线脆断。

钢中加入Mo元素能提高钢材抗脆断的能力。

17.试述铁素体不锈钢的焊接工艺。

属于铁素体不锈钢的钢号有0Cr13A1、1Cr17、1Cr28、0Cr17Ti、1Cr25Ti、1Cr17Mo2Ti 等。

铁素体不锈钢焊接工艺如下：⑴焊接性铁素体不锈钢焊接时，由于热影响区晶粒急剧长大、475℃脆性和σ相析出不仅引起接头脆化，而且也使冷裂倾向加大。