焊接冶金學課后習題

1、第三章：合金結(jié)構(gòu)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

2、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(jié)構(gòu)、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(zhuǎn)變右移，使快冷下的鐵素體析出，剩下富碳奧氏體來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，而轉(zhuǎn)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

3、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Q3

4、90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

5、金屬在焊態(tài)下應接近母材的力學性能。中碳調(diào)質(zhì)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(gòu)件，焊縫金屬的化學成分應與基體金屬相近。 5.分析低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時可能出現(xiàn)的問題？簡述低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝要點，典型的低碳調(diào)質(zhì)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(shù)。典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接熱輸入應控制在

6、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(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼都屬于調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)

7、狀態(tài)下焊接可以保證焊接質(zhì)量，而中碳調(diào)質(zhì)鋼一般要求焊后熱處理？ 答：低碳調(diào)質(zhì)鋼：在循環(huán)作用下，t8/5繼續(xù)增加時，低碳鋼調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)鋼：由于含碳高合金元素也多，有相當大淬硬傾向，馬氏體轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì)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

8、敏感傾向較底。T-1鋼為低碳調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)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

9、素含量高，焊縫凝固結(jié)晶時，固-液相溫度區(qū)間大，結(jié)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(diào)質(zhì)鋼分別在調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)鋼一般不在退火的狀態(tài)下進行焊接？ 答：在調(diào)質(zhì)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

10、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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)的情況下，可采用很高的預熱溫度和層間溫度以保證調(diào)質(zhì)前不出現(xiàn)裂紋。 因為中碳調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)

11、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(diào)質(zhì)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？為什么？ 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(zhì)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

12、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(jié)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

13、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(zhì)作用下，貧Cr

14、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(zhì)也是與M23C6沉淀而形成貧Cr有關(guān)，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。 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)

15、生原因：1奧氏體鋼的熱導率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中產(chǎn)生較大的拉應力；2奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有雜質(zhì)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(zhì)可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限如Si、Nb，也易形成易溶共晶。 防止方法：1嚴格控制有害雜質(zhì)元素S、P可形成易溶液膜;2形成雙向組織，以FA模式凝固，無熱裂傾向；3適當調(diào)整合金成分：Ni15%時，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re0.01%達到細化焊縫、凈化晶界作用，以提高抗裂性；4選擇合適的

16、焊接工藝。 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(zhì)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，

17、焊后快冷控制晶粒長大；2采用預熱措施，TXm，產(chǎn)生自愈合作用 2）生產(chǎn)中采用含5%的Si，Al合金焊絲解決抗裂問題，具有很好的愈合作用 3）加入Ti,zr,v,b微量元素作為變質(zhì)劑，細化晶粒，改善塑性韌性，并提高抗裂性 4）熱能集中焊接方法可防止形成方向性強的粗大柱狀晶，改善抗裂性 5）采用小電流焊接，降低焊接速度均可改善抗裂性問題 3.分析高強度鋁合金焊接接頭性能低于母材的原因及防止措施，焊后熱處理對焊接接頭性能有什么影響？什么情況下對焊接接頭進行焊后熱處理？ 答：原因：1）晶粒粗化，降低塑性，晶界液化產(chǎn)生顯微裂紋 2）非時效強化鋁合金haz軟化，主要發(fā)生在焊前經(jīng)冷作硬化的合金上，經(jīng)冷作硬化

18、的鋁合金，haz峰值溫度超過再結(jié)晶溫度（200-300）區(qū)域就產(chǎn)生明顯軟化 3）時效強化鋁合金haz軟化，由于第二相脫溶析出聚集長大發(fā)生過時效軟化 防止措施：1）采用小的焊接熱輸入 2）對al-zn-mg合金，焊后經(jīng)自然時效可逐步恢復或接近母材的水平 熱處理對接頭性能的影響：1）焊后不熱處理接頭強度均低于母材，特別是在時效狀態(tài)下焊接的硬鋁，即使焊后人工熱處理，接頭強度系數(shù)也未超過60% 2）al-zn-mg合金強度與焊后自然時效長短有關(guān)系，隨自然時效的增長，強度可接近母材 要求焊縫有足夠的強度，則焊后要熱處理 焊后要洗掉焊劑殘渣，以防焊件腐蝕 4.銅及銅合金的物理化學性能有何特點，焊接性如何？

19、不同的焊接方法對銅及銅合金焊接接頭有什么影響？ 答：1）銅及銅合金的物理化學性能：優(yōu)良的導電導熱性能；冷熱加工性能好，無磁性；具有高的強度，抗氧化性及抗淡水，鹽水，氨堿溶液和有機化學物質(zhì)腐蝕的性能 2）焊接性：銅及合金在焊接中難熔合，易變形，而且產(chǎn)生很大的焊接應力； 銅及合金與雜質(zhì)形成多種低熔點共晶，焊接時出現(xiàn)熱裂紋 銅及合金焊接中易產(chǎn)生擴散氣孔（H）反應氣孔（冶金反應）及氮氣孔（空氣中的氮） 焊接接頭的性能變化：純銅焊接時，焊縫與焊接接頭的抗拉強度可與母材接近，但塑性比母材有些降低 3）焊接方法對銅及合金的接頭性能影響： 焊條電弧焊，使焊接接頭焊縫中氫氧百分比增加，zn蒸發(fā)嚴重容易形成氣孔

20、埋弧焊時，對中厚板焊接可獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭 氬弧焊工藝，TIG焊由于電弧能量集中易使焊接接頭產(chǎn)生難熔合及變形 MIG焊可獲得好的焊接接頭 等離子弧焊可使接頭不易變形，焊接接頭質(zhì)量達到母材 5.分析采用埋弧焊和氬弧焊焊接中等厚度純銅板的工藝特點，各有什么優(yōu)缺點？ 答：1）埋弧焊 板厚20mm工件在不預熱及開坡口條件下獲得優(yōu)質(zhì)接頭，使焊接工藝大為簡化，特別適合中厚板長焊縫的焊接 2）氬弧焊 TIG具有電弧能量集中，保護效果好，熱影響區(qū)窄，操作靈活的優(yōu)點，特別適合中板及薄小件的焊接和補焊 MIG下熔化效率高，熔深大，焊速快7.Fe-FeC3相圖有哪些應用，又有哪些局限性？ 答：鐵滲碳體相圖的應用： 1

21、） 在鋼鐵選材方法的應用； 2）在鑄造工藝方法的應用； 3）在熱鍛、熱軋、熱鍛工藝方法的應用 ； 4）在熱處理工藝方法的應用。 滲碳體相圖的局限性 ： 1）只反映平衡相,而非組織；2）只反映鐵 二元合金中相的平衡； 3）不能用來分析非平衡條件下的問題8. 試用多晶體的塑性變形過程說明金屬晶粒越細強度越高、塑性越好的原因是什么？ 答：由 Hall-Petch 公式可知，屈服強度s 與晶粒直徑平方根的倒數(shù) d v2呈線性關(guān)系。 在多晶體中，滑移能否從先塑性變形的晶粒轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯塞 積群所產(chǎn)生的應力集中能否激發(fā)相鄰晶?；葡抵械奈诲e源，使其開動起來，從而進行協(xié)調(diào)性的多滑移。 由=n0知，塞積位錯數(shù)目n越大，應力集中越大。位錯數(shù)目n與引起塞積的晶界到位錯源的距離成正比。晶粒越大，應力集中越大，晶粒小，應力集中小，在同樣外加應力下，小晶粒需要在較大的外加應 力下才能使相鄰晶粒發(fā)生塑性變