焊接冶金學材料焊接性課后答案李亞江版

焊接冶金學材料-焊接性課后習題答案第一章：概述第二章：焊接性及其實驗評定1.了解焊接性的基本概念。什么是工藝焊接性？影響工藝焊接性的主要因素有哪些？答：焊接性是指同質材料或異質材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預期使用要求的能力。影響因素：材料因素、設計因素、工藝因素、服役環(huán)境。第三章：合金結構鋼 1分析熱軋鋼和正火鋼的強化方式和主強化元素又什么不同，二者的焊接性有何差別？在制定焊接工藝時要注意什么問題？ 答：熱軋鋼的強化方式有：（1）固溶強化，主要強化元素：Mn，Si。（2）細晶強化，主要強化元素：Nb,V。（3）沉淀強化，主要強化元素：Nb,V.；正火鋼的強化方式：（1）固溶強化，主要強化元素：強的合金元素（2）細晶強化，主要強化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀強化，主要強化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：熱軋鋼含有少量的合金元素，碳當量較低冷裂紋傾向不大，正火鋼含有合金元素較多，淬硬性有所增加，碳當量低冷裂紋傾向不大。熱軋鋼被加熱到 1200以上的熱影響區(qū)可能產(chǎn)生粗晶脆化，韌性明顯降低，而是、正火鋼在該條件下粗晶區(qū)的 V 析出相基本固溶，抑制 A 長大及組織細化作用被削弱，粗晶區(qū)易出現(xiàn)粗大晶粒及上貝、M-A 等導致韌性下降和時效敏感性增大。制定焊接工藝時根據(jù)材料的結構、板厚、使用性能要求及生產(chǎn)條件選擇焊接。 2分析 Q345 的焊接性特點，給出相應的焊接材料及焊接工藝要求。答:Q345 鋼屬于熱軋鋼，其碳當量小于 0.4，焊接性良好，一般不需要預熱和嚴格控制焊接熱輸入，從脆硬傾向上，Q345 鋼連續(xù)冷卻時，珠光體轉變右移，使快冷下的鐵素體析出，剩下富碳奧氏體來不及轉變?yōu)橹楣怏w，而轉變?yōu)楹剂扛叩呢愂象w與馬氏體具有淬硬傾向，Q345 剛含碳量低含錳高，具有良好的抗熱裂性能，在 Q345剛中加入 V、Nb 達到沉淀強化作用可以消除焊接接頭中的應力裂紋。被加熱到 1200以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)可能產(chǎn)生粗晶脆化，韌性明顯降低，Q345 鋼經(jīng)過 6001h 退火處理，韌性大幅提高，熱應變脆化傾向明顯減小。；焊接材料：對焊條電弧焊焊條的選擇：E5 系列。埋弧焊：焊劑 SJ501，焊絲 H08A/H08MnA.電渣焊：焊劑HJ431、HJ360 焊絲 H08MnMoA。CO2 氣體保護焊：H08 系列和 YJ5 系列。預熱溫度：100150。焊后熱處理：電弧焊一般不進行或600650回火。電渣焊 900930正火，600650回火 3.Q345 與 Q390 焊接性有何差異？Q345 焊接工藝是否適用于 Q390 焊接，為什么？ 答：Q345 與 Q390 都屬于熱軋鋼，化學成分基本相同，只是 Q390 的Mn 含量高于 Q345，從而使 Q390 的碳當量大于 Q345，所以 Q390 的淬硬性和冷裂紋傾向大于 Q345，其余的焊接性基本相同。Q345 的焊接工藝不一定適用于 Q390 的焊接，因為 Q390 的碳當量較大，一級Q345 的熱輸入叫寬，有可能使 Q390 的熱輸入過大會引起接頭區(qū)過熱的加劇或熱輸入過小使冷裂紋傾向增大，過熱區(qū)的脆化也變的嚴重。 4.低合金高強鋼焊接時，選擇焊接材料的原則是什么？焊后熱處理對焊接材料有什么影響？ 答：選擇原則：考慮焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)對焊接接頭強韌性的影響。由于一般不進行焊后熱處理，要求焊縫金屬在焊態(tài)下應接近母材的力學性能。中碳調質鋼，根據(jù)焊縫受力條件，性能要求及焊后熱處理情況進行選擇焊接材料，對于焊后需要進行處理的構件，焊縫金屬的化學成分應與基體金屬相近。 5.分析低碳調質鋼焊接時可能出現(xiàn)的問題？簡述低碳調質鋼的焊接工藝要點，典型的低碳調質鋼如(14MnMoNiB、HQ70、HQ80)的焊接熱輸入應控制在什么范圍？在什么情況下采用預熱措施，為什么有最低預熱溫度要求，如何確定最高預熱溫度。 答：焊接時易發(fā)生脆化，焊接時由于熱循環(huán)作用使熱影響區(qū)強度和韌性下降。焊接工藝特點：焊后一般不需熱處理，采用多道多層工藝，采用窄焊道而不用橫向擺動的運條技術。典型的低碳調質鋼的焊接熱輸入應控制在 Wc?0.18時不應提高冷速，Wc?0.18時可提高冷速（減小熱輸入）焊接熱輸入應控制在小于 481KJ/cm 當焊接熱輸入提高到最大允許值裂紋還不能避免時，就必須采用預熱措施，當預熱溫度過高時不僅對防止冷裂紋沒有必要，反而會使800500的冷卻速度低于出現(xiàn)脆性混合組織的臨界冷卻速度，使熱影響區(qū)韌性下降，所以需要避免不必要的提高預熱溫度，包括屋間溫度，因此有最低預熱溫度。通過實驗后確定鋼材的焊接熱輸入的最大允許值，然后根據(jù)最大熱輸入時冷裂紋傾向再來考慮，是否需要采取預熱和預熱溫度大小，包括最高預熱溫度。 6.低碳調質鋼和中碳調質鋼都屬于調質鋼，他們的焊接熱影響區(qū)脆化機制是否相同？為什么低碳鋼在調質狀態(tài)下焊接可以保證焊接質量，而中碳調質鋼一般要求焊后熱處理？ 答：低碳調質鋼：在循環(huán)作用下，t8/5 繼續(xù)增加時，低碳鋼調質鋼發(fā)生脆化，原因是奧氏體粗化和上貝氏體與 M-A 組元的形成。中碳調質鋼：由于含碳高合金元素也多，有相當大淬硬傾向，馬氏體轉變溫度低，無自回火過程，因而在焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生大量 M 組織大致脆化。低碳調質鋼一般才用中、低熱量對母材的作用而中碳鋼打熱量輸入焊接在焊后進行及時的熱處理能獲得最佳性能焊接接頭。7.比較 Q345、T-1 鋼、2.25Cr-Mo 和 30MnSiA 的冷裂、熱裂和消除應裂紋的傾向. 答：1、冷裂紋的傾向：Q345 為熱扎鋼其碳含量與碳當量較底，淬硬傾向不大，因此冷裂紋敏感傾向較底。T-1 鋼為低碳調質鋼，加入了多種提高淬透性的合金元素，保證強度、韌性好的低碳自回火M 和部分下 B 的混合組織減緩冷裂傾向，2.25Cr-1Mo 為珠光體耐熱鋼，其中 Cr、Mo 能顯著提高淬硬性，控制 Cr、Mo 的含量能減緩冷裂傾向，2.25-1Mo 冷裂傾向相對敏感。30CrMnSiA 為中碳調質鋼，其母材含量相對高，淬硬性大，由于 M 中 C 含量高，有很大的過飽和度，點陣畸變更嚴重，因而冷裂傾向更大。2、熱裂傾向 Q345 含碳相對低，而 Mn 含量高，鋼的 Wmn/Ws 能達到要求，具有較好的抗熱裂性能，熱裂傾向較小。T-1 鋼含 C 低但含 Mn 較高且 S、P 的控制嚴格因此熱裂傾小。30CrMnSiA 含碳量及合金元素含量高，焊縫凝固結晶時，固-液相溫度區(qū)間大，結晶偏析嚴重，焊接時易產(chǎn)生潔凈裂紋，熱裂傾向較大。3、消除應力裂紋傾向：鋼中 Cr、Mo 元素及含量對 SR 產(chǎn)生影響大，Q345 鋼中不含 Cr、Mo，因此 SR 傾向小。T-1 鋼令 Cr、Mo 但含量都小于 1%，對于 SR 有一定的敏感性；SR 傾向峽谷年隊較大，2.25Cr-Mo 其中 Cr、Mo 含量相對都較高，SR 傾向較大。 8.同一牌號的中碳調質鋼分別在調質狀態(tài)和退火狀態(tài)進行焊接時焊接工藝有什么差別？為什么中碳調質鋼一般不在退火的狀態(tài)下進行焊接？ 答：在調質狀態(tài)下焊接，若為消除熱影響區(qū)的淬硬區(qū)的淬硬組織和防止延遲裂紋產(chǎn)生，必須適當采用預熱，層間溫度控制，中間熱處理，并焊后及時進行回火處理，若為減少熱影響的軟化，應采用熱量集中，能量密度越大的方法越有利，而且焊接熱輸入越小越好。 在退火狀態(tài)下焊接：常用焊接方法均可，選擇材料時，焊縫金屬的調質處理規(guī)范應與母材的一致，主要合金也要與母材一致，在焊后調質的情況下，可采用很高的預熱溫度和層間溫度以保證調質前不出現(xiàn)裂紋。 因為中碳調質鋼淬透性、淬硬性大，在退火狀態(tài)下焊接處理不當易產(chǎn)生延遲裂紋，一般要進行復雜的焊接工藝，采取預熱、后熱、回火及焊后熱處理等輔助工藝才能保證接頭使用性能。 9 珠光體耐熱鋼的焊接性特點與低碳調質鋼有什么不同?珠光體耐熱鋼選用焊接材料的原則與強度用鋼有什么不同？why？ 答：珠光體耐熱鋼和低碳調質鋼都存在冷裂紋，熱影響區(qū)硬化脆化以及熱處理或高溫長期使用中的再熱裂紋，但是低碳調質鋼中對于高鎳低錳類型的剛有一定的熱裂紋傾向，而珠光體耐熱鋼當材料選擇不當時才可能常產(chǎn)生熱裂紋。珠光體耐熱鋼在選擇材料上不僅有一定的強度還要考慮接頭在高溫下使用的原則，特別還要注意焊接材料的干燥性，因為珠光體耐熱鋼是在高溫下使用有一定的強度要求。 10 低溫鋼用于-40 度和常溫下使用時在焊接工藝和材料上選擇是否有所差別？why？ 答：低溫鋼為了保證焊接接頭的低溫脆化及熱裂紋產(chǎn)生要求材料含雜質元素少，選擇合適的焊材控制焊縫成分和組織形成細小的針狀鐵素體和少量合金碳化物，可保證低溫下有一定的 AK 要求。 對其低溫下的焊接工藝選擇采用 SMAW 時用小的線能量焊接防止熱影響區(qū)過熱，產(chǎn)生 WF 和粗大 M,采用快速多道焊減少焊道過熱。采用 SAW時，可用振動電弧焊法防止生成柱狀晶。 第四章 不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1. 不銹鋼焊接時，為什么要控制焊縫中的含碳量？如何控制焊縫中的含碳量？答：焊縫中的含碳量易形成脆硬的淬火組織，降低焊縫的韌性，提高冷裂紋敏感性。碳容易和晶界附近的 Cr 結合形成 Cr的碳化物 Cr23C6，并在晶界析出，造成“貧 Cr”現(xiàn)象，從而造成晶間腐蝕。 選擇含碳量低的焊條和母材，在焊條中加入Ti，Zr，Nb，V 等強碳化物形成元素來降低和控制含氟中的含碳量。2. 為什么 18-8 奧氏體不銹鋼焊縫中要求含有一定數(shù)量的鐵素體組織？通過什么途徑控制焊縫中的鐵素體含量？答：焊縫中的 相可打亂單一 相柱狀晶的方向性，不致形成連續(xù)，另外 相富碳Cr，又良好的供 Cr 條件，可減少 晶粒形成貧 Cr 層，故常希望焊縫中有 4%12%的 相。 通過控制鐵素體化元素的含量，或控制 Creq/Nieq 的值，來控制焊縫中的鐵素體含量。 3. 18-8 型不銹鋼焊接接頭區(qū)域在那些部位可能產(chǎn)生晶間腐蝕，是由于什么原因造成？如何防止？答：18-8 型焊接接頭有三個部位能出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象：1焊縫區(qū)晶間腐蝕。產(chǎn)生原因根據(jù)貧鉻理論，碳與晶界附近的 Cr 形成 Cr23C6，并在在晶界析出，導致 晶粒外層的含 Cr 量降低，形成貧 Cr 層，使得電極電位下降，當在腐蝕介質作用下，貧 Cr 層成為陰極，遭受電化學腐蝕；2熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕。是由于敏化區(qū)在高溫時易析出鉻的碳化物，形成貧 Cr 層，造成晶間腐蝕；3融合區(qū)晶間腐蝕刀狀腐蝕。只發(fā)生在焊 Nb 或Ti 的 18-8 型鋼的溶合區(qū)，其實質也是與 M23C6 沉淀而形成貧 Cr 有關，高溫過熱和中溫敏化相繼作用是其產(chǎn)生的的必要條件。 防止方法：1控制焊縫金屬化學成分，降低含碳量，加入穩(wěn)定化元素Ti、Nb；2 控制焊縫的組織形態(tài)，形成雙向組織+15%；3控制敏化溫度范圍的停留時間；4焊后熱處理：固溶處理，穩(wěn)定化處理，消除應力處理。 4. 簡述奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的原因？在母材和焊縫合金成分一定的條件下，焊接時應采取何種措施防止熱裂紋？答：產(chǎn)生原因：1奧氏體鋼的熱導率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接時局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中產(chǎn)生較大的拉應力；2奧氏體鋼易于聯(lián)生結晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有雜質偏析，而促使形成晶間液膜，顯然易于促使產(chǎn)生凝固裂紋；3奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復雜，不僅 S、P、Sn、Sb 之類雜質可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限如 Si、Nb，也易形成易