金属材料焊接性知识要点

精心整理
金属材料焊接性知识要点1.金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。

包括（工艺焊接性和使用焊接性）。

2.工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。

3.使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。

4.影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境
5.评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定
6.
7.A:斜Y 插销试验C:一问答：答：12、（2（3
（4
3、答：比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好。

4、为什么可以用热影响区最高硬度来评价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性？焊接工艺条件对热影响区最高硬度有什么影响？ 答：因为（1）.冷裂纹主要产生在热影响区；
（2）其直接评定的是冷裂纹产生三要素中最重要的，接头淬硬组织，所以可以近似用来评价冷裂纹。

一般来说，焊接接头包括热影响区，它的硬度值相对于母材硬度值越高，证明焊接接头的韧性就越差，综合机械性能也就越差，容易出现脆化，断裂等危害。

合理的焊接工艺条件就是减少这种硬度值的差异，保证焊接接头的使用性能。

碳当量增大时，热影响区淬硬倾向随之提高，但并非始终保持线性关系。

三合金结构钢的焊接
低碳调质钢的焊接性分析
低碳调质钢主要是作为高强度的焊接结构用钢，因此含碳量限制的较低，在合金成分的设计上考虑了焊接性的要求。

低碳调质钢碳的质量分数不超过0.18%，焊接性能远优于中碳调质钢。

由于这类钢的焊接热影响区是低碳马氏体，马氏体转变温度Ms较高，所形成的马氏体具有“自回火”特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。

低碳调质钢热影响区获得细小的低碳马氏体（ML）组织或下贝氏体（B）组织时，韧性良好，而韧性最佳的组织为ML与低温转变贝氏体组织（B）的混合组织下贝氏体的板条间结晶位相差较大，有效晶粒直径取决于板条宽度，比较微细，韧性良好，当ML与BL混合生成时，原奥氏体晶粒被先析出的B有效地分割，促使ML有更多的形核位置，且限制了ML的生长，因此ML+B混合组织有效晶粒最为细小。

Ni是发展低温钢的一个重要元素。

为了提高钢的低温性能，可加入Ni元素，形成含Ni的铁素体低温钢，如1.5Ni钢等在提高Ni的同时，应降低含碳量和严格限制S、P的含量及N、H、O的含量，防止产生时效脆性和回火脆性等。

这类钢的热处理条件为正火、
正火+
1
2
9Ni
1
（1
M 2
软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。

热源越集中的焊接方法，对减小软化越有利。

三、中碳调质钢的焊接工艺特点
（1）中碳调质钢一般在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀焊接接头。

(2)时必须在调质后进行焊接时，热影响区性能恶化往往难以解决。

(3)焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施。

一：分析Q345钢的焊接性特点，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1200℃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600℃×1h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：100～150℃。

焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。

电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火
二：Q345与Q390的焊接性有何差异？Q345的焊接工艺是否适用于Q390的焊接，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的热输入较宽，有可能使Q390的热输入过大会引起接头区过
5.、HQ70、
Wc?0.18当焊接8
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.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？为什么？
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。

10、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
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℃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氏体、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方法。

11、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
12
不同？
答：但裂纹。

不锈钢
耐热钢：指
热强性
力）。

1Cr的
2Ni的作用系数为
3.4750C475度
4.凝固模式：凝固模式首先指以何种初生相（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。

四种凝固模式：以δ相完成凝固过程，凝固模式以F表示；初生相为δ，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以FA表示；初生相为γ，然后依次发生包晶反应和共晶反应，凝固模式以AF表示；初生相为γ，直到凝固结束不再发生变化，用A表示凝固模式。

5.应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下，在低于材料屈服点和微弱的腐蚀介质中发生的开裂形式
6.σ相脆化:σ相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。

25-20钢焊缝在800～875℃加热时，γ向σ转变非常激烈。

在稳定的奥氏体钢焊缝中，可提高奥氏体化元素镍和氮，克服σ脆化。

7、晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。

8、贫铬机理：过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散。

与边界附近的铬形成铬的碳化物CR23C16或（Fe、Cr）C6并在晶界析出，由于碳比铬扩散的快的多，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Cr的质量分数低于12%，即所谓“贫铬”现象
奥氏体钢产生热裂纹的原因？
1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。

3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类会形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也可能形成易溶共晶。

选择焊接材料注意问题：
1
1
度，
3.18-8
答：18-8
Cr形成
型钢
条件。

成双向组织{γ+15%δ}；{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。

5.奥氏体钢焊接时为什么常用“超合金化”焊接材料？
答：为提高奥氏体钢的耐点蚀性能，采用较母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料。

提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo的负偏析显着减少，更有利于提高耐点蚀性能。

6.铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题？焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料？在焊接工艺上有什么特点？
答：易出现问题：{1}焊接接头的晶间腐蚀；{2}焊接接头的脆化①高温脆性②σ相脆化③475℃脆化。

SMAW要求耐蚀性：选用同质的铁素体焊条和焊丝；要求抗氧化和要求提高焊缝塑性：选用A焊条和焊丝。

CO2气保焊选用
专用焊丝H08Cr20Ni15VNAl。

焊接工艺特点：{1}采用小的q/v，焊后快冷——控制晶粒长大；{2}采用预热措施，T℃<=300℃——接头保持一定ak；{3}焊后热处理，严格控制工艺——消除贫Cr区;{4}最大限度降低母材和焊缝杂质——防止475℃脆性产生；{5}根据使用性能要求不同，采用不同焊材和工艺方法。

9.双相不锈钢的成分和性能特点，与一般A不锈钢相比双相不锈钢的焊接性有何不同？在焊接工艺上有什么特点？
答：双相不锈钢是在固溶体中F和A相各占一半，一般较少相的含量至少也要达到30%的不锈钢。

这类钢综合了A不锈钢和F不锈钢的优点，具有良好的韧性、强度及优良的耐氧化物应力腐蚀性能。

与一般A不锈钢相比：{1}其凝固模式以F模式进行；{2}焊接接头具有优良的耐蚀性，耐氯化物SCC性能，耐晶间腐蚀性能，但抗H2S的SCC性能较差;{3}焊接接头的脆化是由于Cr的氮化物析出导致；{4}双相钢在一般情况下很少有冷裂纹，也不会
/
10、
，
，Zr，Nb，V
11
热裂纹？
、P—可
12、“脆化
的塑性
Cr
低含Cr
13、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：易出现冷裂纹、粗晶脆化。

焊接材料的选用：{1}对简单的Cr13型，要保证性能，要求S、P、Si，C含量较低，使淬硬性下降，更要保证焊接接头的耐蚀性。

{2}对Cr12为基加多元元素型，希望焊缝成分接近母材，形成均一的细小M组织。

{3}对于超低C复相M钢，采用同质焊材，焊后经超微细复相化处理，可使焊缝的强韧化约等于母材水平。

工艺特点:{1}预热温度高{局部或整体}T℃=150-260℃；{2}采用小的q/v：防止近缝区出现粗大α和κ析出；{3}选用低H焊条：焊缝成分与母材同质，高碳M可选用A焊条焊
第五章有色金属的焊接
冷作硬化：钢材在常温或再结晶温度以下的加工，能显着提高强度和硬度降低塑性和韧性。

焊接时最容易出现的焊接性问题及基本原因，防止的针对性措施：主要问题是：焊缝中气孔，焊接热裂纹，焊接接头与母材的等强性。

（1）气孔。

最常见的缺陷。

氢是铝及其合金产生气孔的主要原因，氢的来源有弧柱气氛中的水分，焊接材料及母材中的水分。

针对性措施：减少氢的来源；控制工艺措施。

（2）热裂纹：铝及其合金的线膨胀系数大，在拘束条件下焊接易产生较大的焊接应力。

针对性措施：合金系统的影响；焊丝成分影响；焊接工艺的影响。

2为什么Al-Mg合金及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合金焊接时易出现焊接大气孔？
答：1）氢是铝合金及铝焊接时产生气孔的主要原因。

2
3
4)
1
原因：1
密，合金出
3、
2）
4
4、
答：1
性及抗淡水，盐水，氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能2）焊接性：?铜及合金在焊接中难熔合，易变形，而且产生很大的焊接应力；铜及合金与杂质形成多种低熔点共晶，焊接时出现热裂纹铜及合金焊接中易产生扩散气孔（H）反应气孔（冶金反应）及氮气孔（空气中的氮）焊接接头的性能变化：纯铜焊接时，焊缝与焊接接头的抗拉强度可与母材接近，但塑性比母材有些降低3）焊接方法对铜及合金的接头性能影响：焊条电弧焊，使焊接接头焊缝中氢氧百分比增加，zn蒸发严重容易形成气孔?埋弧焊时，对中厚板焊接可获得优质焊接接头氩弧焊工艺，TIG焊由于电弧能量集中易使焊接接头产生难熔合及变形MIG焊可获得好的焊接接头等离子弧焊可使接头不易变形，焊接接头质量达到母材
5.分析采用埋弧焊和氩弧焊焊接中等厚度纯铜板的工艺特点，各有什么优缺点？
答：1）埋弧焊?板厚δ<20mm工件在不预热及开坡口条件下获得优质接头，使焊接工艺大为简化，特别适合中厚板长焊缝的焊接2）氩弧焊TIG具有电弧能量集中，保护效果好，热影响区窄，操作灵活的优点，特别适合中板及薄小件的焊接和补焊
MIG下熔化效率高，熔深大，焊速快
第六章铸铁焊接
拘束度：衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标。

拘束度有拉伸和弯曲两类：拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝每单位长度上受力的大小；弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。

对于机构复杂或厚大灰铸铁件上的缺陷焊补，焊接方向和顺序的合理安排非常重要，应本着拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接的原则
为避免陶瓷与金属接头出现裂纹，除添加中间层或合理选用钎料外，可采取以下工艺措施：
（1）合理选择被焊陶瓷与金属，在不影响焊接接头使用性能的条件下，尽可能使两者的线膨胀系数相差最小。

（2）应尽可能地减少焊接部位及其附近温度梯度，控制加热和冷却温度；降低冷却速度，有利于应力松弛而使
（3
珠光体-
答：。