金屬材料焊接性知識要點-

1、金屬材料焊接性知識要點1. 金屬焊接性:指同質材料或異質材料在制造工藝條件下,能夠形成完整接頭并滿足預期使用要求的能力。包括(工藝焊接性和使用焊接性。2. 工藝焊接性:金屬或材料在一定的焊接工藝條件下,能否獲得優(yōu)質致密無缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭能力。3. 使用焊接性:指焊接接頭和整體焊接結構滿足各種性能的程度,包括常規(guī)的力學性能。4. 影響金屬焊接性的因素:1、材料本因素2、設計因素3、工藝因素4、服役環(huán)境5. 評定焊接性的原則:(1評定焊接接頭中產(chǎn)生工藝缺陷的傾向,為制定合理的焊接工藝提供依據(jù);(2評定焊接接頭能否滿足結構使用性能的要求。6. 實驗方法應滿足的原則:1可比性2針對性3

2、再現(xiàn)性4經(jīng)濟性7. 常用焊接性試驗方法:A:斜Y坡口焊接裂紋試驗法: 此法主要用于評定碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性。B:插銷試驗C:壓板對接焊接裂紋試驗法D:可調拘束裂紋試驗法一問答:“小鐵研”實驗的目的是什么,適用于什么場合?了解其主要實驗步驟,分析影響實驗結果穩(wěn)定性的因素有哪些?答:1、目的是用于評定用于評定碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性。評定碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性時,影響結果穩(wěn)定因素焊接接頭拘束度預熱溫度角變形和未焊透。(一般認為低合金鋼“小鐵研實驗”表面裂紋率小于20%時。用于一般焊接結構是安全的三合金結構鋼的焊接低碳調質鋼的焊

3、接性分析低碳調質鋼主要是作為高強度的焊接結構用鋼,因此含碳量限制的較低,在合金成分的設計上考慮了焊接性的要求。低碳調質鋼碳的質量分數(shù)不超過0.18%,焊接性能遠優(yōu)于中碳調質鋼。由于這類鋼的焊接熱影響區(qū)是低碳馬氏體,馬氏體轉變溫度Ms較高,所形成的馬氏體具有“自回火”特性,使得焊接冷裂紋傾向比中碳調質鋼小。低碳調質鋼熱影響區(qū)獲得細小的低碳馬氏體(ML組織或下貝氏體(B組織時,韌性良好,而韌性最佳的組織為ML與低溫轉變貝氏體組織(B的混合組織下貝氏體的板條間結晶位相差較大,有效晶粒直徑取決于板條寬度,比較微細,韌性良好,當ML與BL混合生成時,原奧氏體晶粒被先析出的B有效地分割,促使ML有更多的形

4、核位置,且限制了ML的生長,因此ML+B混合組織有效晶粒最為細小。Ni是發(fā)展低溫鋼的一個重要元素。為了提高鋼的低溫性能,可加入Ni元素,形成含Ni的鐵素體低溫鋼,如1.5Ni鋼等在提高Ni的同時,應降低含碳量和嚴格限制S、P的含量及N、H、O的含量,防止產(chǎn)生時效脆性和回火脆性等。這類鋼的熱處理條件為正火、正火+回火和淬火+回火等。1在低溫鋼中由于含碳量和雜質S、P的含量控制的都很嚴格,所以液化裂紋在這類鋼中不是很明顯。2另一個問題是回火脆性,要控制焊后回火溫度和冷卻速度。低溫鋼焊接的工藝特點:除要防止出現(xiàn)裂紋外,關鍵是要保證焊縫和熱影響區(qū)的低溫韌性,這是制定低溫鋼焊接工藝的一個根本出發(fā)點。9N

5、i鋼具有優(yōu)良的低溫韌性但用與9Ni鋼相似的鐵素體焊材時所得焊縫的韌性很差。這除了與鑄態(tài)焊縫組織有關外,主要與焊縫中的含氧量有很大的關系。與9Ni鋼同質的11Ni鐵素體焊材,只有在鎢極氬弧焊時才能獲得良好的低溫韌性。因為此時能使焊縫金屬中氧的質量分數(shù)降低到與母材相同的0.05%以下。二中碳調質鋼的焊接性分析(一焊縫中的熱裂紋中碳調質鋼含碳量及合金元素含量都較高,因此液-固相區(qū)間大,偏析也更嚴重,具有較大的熱裂紋傾向。(二冷裂紋中碳調質鋼由于含碳量高,加入的合金元素多,淬硬傾向明顯;由于M s點低,在低溫下形成的馬氏體一般難以產(chǎn)生自回火效應,冷裂傾向嚴重。(三再熱裂紋(四熱影響區(qū)的性能變化1、過熱

6、區(qū)的脆化(1中碳調質鋼由于含碳量高,加入的合金元素多,有相當大的淬硬性,因而在焊接過熱區(qū)內容易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體,冷卻速度越大,生成的高碳馬氏體越多,脆化傾向越嚴重。(2即使大線能量也難以避免高碳M出現(xiàn),反而會使M更粗大,更脆。(3一般采用小線能量,同時預熱、緩冷和后熱措施改善過熱區(qū)性能。2、熱影響區(qū)軟化焊后不能進行調質處理時,需要考慮熱影響區(qū)軟化問題。調質鋼的強度級別越高,軟化問題越嚴重。軟化程度和軟化區(qū)的寬度與焊接線能量、焊接方法有很大關系。熱源越集中的焊接方法,對減小軟化越有利。三、中碳調質鋼的焊接工藝特點(1中碳調質鋼一般在退火狀態(tài)下焊接,焊后通過整體調質處理才能獲得性能滿足要求的均

7、勻焊接接頭。(2 時必須在調質后進行焊接時,熱影響區(qū)性能惡化往往難以解決。(3 焊前所處的狀態(tài)決定了焊接時出現(xiàn)問題的性質和采取的工藝措施。一:分析Q345鋼的焊接性特點,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

8、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600×1h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回火二:Q345與Q390的焊接性有何差異?Q345的焊接工藝是否適用于Q390的焊接,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

9、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的熱輸入較寬,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。三: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

10、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Wc0.18%時不應提高冷速,Wc0.18%時可提高冷速(減小熱輸入焊接熱輸入應控制在小于481KJ/c

11、m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。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?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

12、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. 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?為什么?答:低溫鋼為了保證焊接接

13、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不銹鋼:指在大氣環(huán)境下及有侵蝕性化學介質中使用的鋼。耐熱鋼:包括抗氧化鋼和熱強鋼。抗氧化鋼指在高溫下具有抗氧化性能的鋼,對高溫強度要求不高。熱強鋼:指在高溫下即具有抗氧化能力,又要具有高溫強度。熱強性:指在高溫下長時工作時對斷裂的抗力(持久強度,或在高溫下長時工

14、作時抗塑性變形的能力(蠕變抗力。部分概念:1.鉻當量:在不銹鋼成分與組織間關系的圖中各形成鐵素體的元素,按其作用的程度折算成Cr元素(以Cr的作用系數(shù)為1的總和,即稱為Cr當量。2.鎳當量:不銹鋼成分與組織間關系的圖中各形成奧氏體的元素按其作用的程度,折算成Ni元素(以Ni的作用系數(shù)為1的總和,即稱為Ni當量。3. 4750 C脆化: 高鉻鐵素體不銹鋼在400540度范圍內長期加熱會出現(xiàn)這種脆性,由于其最敏感的溫度在475度附近,故稱475度脆性,此時鋼的強度、硬度增加,而塑性、韌性明顯下降。4.凝固模式:凝固模式首先指以何種初生相(或開始結晶進行凝固過程,其次是指以何種相完成凝固過程。四種凝

15、固模式:以相完成凝固過程,凝固模式以F表示;初生相為,然后依次發(fā)生包晶反應和共晶反應,凝固模式以FA表示;初生相為,然后依次發(fā)生包晶反應和共晶反應,凝固模式以AF表示;初生相為,直到凝固結束不再發(fā)生變化,用A表示凝固模式。5.應力腐蝕裂紋:在應力和腐蝕介質共同作用下,在低于材料屈服點和微弱的腐蝕介質中發(fā)生的開裂形式6. 相脆化: 相是一種脆硬而無磁性的金屬間化合物相,具有變成分和復雜的晶體結構。25-20鋼焊縫在800875加熱時,向轉變非常激烈。在穩(wěn)定的奧氏體鋼焊縫中,可提高奧氏體化元素鎳和氮,克服脆化。7、晶間腐蝕:在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象。8、貧鉻機理:過飽和固溶的碳向晶粒

16、邊界擴散。與邊界附近的鉻形成鉻的碳化物CR23C16或(Fe、CrC6并在晶界析出,由于碳比鉻擴散的快的多,鉻來不及從晶內補充到晶界附近,以至于鄰近晶界的晶粒周邊層Cr的質量分數(shù)低于12%,即所謂“貧鉻”現(xiàn)象奧氏體鋼產(chǎn)生熱裂紋的原因?1、奧氏體鋼的導熱系數(shù)小和線脹系數(shù)大,在焊接局部加熱和冷卻條件下,接頭在冷卻過程中可形成較大的拉應力。3、奧氏體鋼及焊縫的合金組成復雜,不僅S、P、Sn、Sb之類會形成易溶液膜,一些合金元素因溶解度有限(如Si、Nb,也可能形成易溶共晶。選擇焊接材料注意問題:1、應堅持“適用性原則”。2、根據(jù)所選各焊接材料的具體成分來確定是否適用。3、考慮具體應用的焊接方法和工藝

17、參數(shù)可能造成的熔合比大小。4、根據(jù)技術條件規(guī)定的全面焊接性要求來確定合金化程度5、不僅要重視焊縫金屬合金系統(tǒng),而且要注意具體合金成分在該合金系統(tǒng)中的作用;不僅考慮使用性能的要求,要考慮防止焊接缺陷的工藝焊接性要求。焊接工藝要點:(134頁1、合理選擇焊接方法2、控制焊接參數(shù)3、接頭設計合理性應給予足夠的重視4、盡可能控制焊接工藝的穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定5、控制焊縫成形6、防止工件表面污染馬氏體不銹鋼焊前熱處理和焊后熱處理的特點:答:采用同質焊縫焊接馬氏體不銹鋼時,為防止接頭形成冷裂紋,易采取預熱措施。預熱溫度的選擇與材料的厚度,填充金屬的種類,焊接方法和接頭的拘束度有關,其中與碳含量關系最

18、大。馬氏體不銹鋼預熱溫度不宜過高,否者使奧氏體晶粒粗大,并且隨冷卻溫度降低,還會形成粗大鐵素體加晶界碳化物組織,使焊接接頭塑性和強度均有所下降。焊后熱處理的目的是降低焊縫和熱影響區(qū)的硬度,改善其塑性和韌性,同時減少焊接殘余應力。焊后熱處理必須嚴格限制焊件的溫度,焊件焊后不可隨意從焊接溫度直接升溫進行回火熱處理。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

19、,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型鋼的融合區(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連過程依次作用是其產(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C%,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。5. 奧氏體鋼焊接時為什么常用“超合金化”焊接材料?答:為提高奧氏體鋼的耐點蝕性能,采用較

20、母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料。提高Ni含量,晶軸中Cr、Mo的負偏析顯著減少,更有利于提高耐點蝕性能。6. 鐵素體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)什么問題?焊條電弧焊和氣體保護焊時如何選擇焊接材料?在焊接工藝上有什么特點?答:易出現(xiàn)問題:1焊接接頭的晶間腐蝕;2焊接接頭的脆化高溫脆性相脆化475脆化。SMAW要求耐蝕性:選用同質的鐵素體焊條和焊絲;要求抗氧化和要求提高焊縫塑性:選用A焊條和焊絲。CO2氣保焊選用專用焊絲H08Cr20Ni15VNAl。焊接工藝特點:1采用小的q/v,焊后快冷控制晶粒長大;2采用預熱措施,T<=300接頭保持一定ak;3焊后熱處理,嚴格控制工藝消除貧Cr

21、區(qū);4最大限度降低母材和焊縫雜質防止475脆性產(chǎn)生;5根據(jù)使用性能要求不同,采用不同焊材和工藝方法。9. 雙相不銹鋼的成分和性能特點,與一般A不銹鋼相比雙相不銹鋼的焊接性有何不同?在焊接工藝上有什么特點?答:雙相不銹鋼是在固溶體中F和A相各占一半,一般較少相的含量至少也要達到30%的不銹鋼。這類鋼綜合了A不銹鋼和F不銹鋼的優(yōu)點,具有良好的韌性、強度及優(yōu)良的耐氧化物應力腐蝕性能。與一般A不銹鋼相比:1其凝固模式以F模式進行;2焊接接頭具有優(yōu)良的耐蝕性,耐氯化物SCC性能,耐晶間腐蝕性能,但抗H2S的SCC性能較差;3焊接接頭的脆化是由于Cr的氮化物析出導致;4雙相鋼在一般情況下很少有冷裂紋,也不

22、會產(chǎn)生熱裂紋。焊接工藝特點:1焊接材料應根據(jù)“適用性原則”,不同類型的雙向鋼所用焊材不能任意互換,可采取“適量”超合金化焊接材料;2控制焊接工藝參數(shù),避免產(chǎn)生過熱現(xiàn)象,可適當緩冷,以獲得理想的/相比例;3A不銹鋼的焊接注意點同樣適合雙相鋼的焊接。第五章有色金屬的焊接冷作硬化:鋼材在常溫或再結晶溫度以下的加工,能顯著提高強度和硬度降低塑性和韌性。焊接時最容易出現(xiàn)的焊接性問題及基本原因,防止的針對性措施:主要問題是:焊縫中氣孔,焊接熱裂紋,焊接接頭與母材的等強性。(1氣孔。最常見的缺陷。氫是鋁及其合金產(chǎn)生氣孔的主要原因,氫的來源有弧柱氣氛中的水分,焊接材料及母材中的水分。針對性措施:減少氫的來源;

23、控制工藝措施。(2熱裂紋:鋁及其合金的線膨脹系數(shù)大,在拘束條件下焊接易產(chǎn)生較大的焊接應力。針對性措施:合金系統(tǒng)的影響;焊絲成分影響;焊接工藝的影響。2為什么Al-Mg合金及AlLi合金焊接時易形成氣孔?鋁及鋁合金焊接時產(chǎn)生氣孔的原因是什么,如何防止氣孔?為什么純鋁焊接易出現(xiàn)分散小氣孔?而AlMg合金焊接時易出現(xiàn)焊接大氣孔?答:1氫是鋁合金及鋁焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因。2氫的來源非常廣泛,弧柱氣氛中的水分,焊接材料以及母材所吸附的水分,焊絲及母材表面氧化膜的吸附水,保護氣體的氫和水分等都是氫的來源。3氫在鋁及合金中的溶解度在凝點時可從0.69ml/100g突降至0.036mol/100g,相差20倍,這是產(chǎn)生氣孔的重要原因之一。4鋁的導熱性很強,熔合區(qū)的冷速很大,不利于氣泡的浮出,更易促使形成氣孔防止措施: 1減少氫的來源,焊前處理十分重要,焊絲及母材表面的氧化膜應徹底清除。2控制焊接參數(shù),采用小熱輸入減少熔池存在時間,控制氫溶入和析出時間3改變弧柱氣氛中的性質原因: