第三章連接焊接課后習(xí)題參考答案

焊接連接參考答案一、概念題3．1從功能上分類，連接有哪幾種基本類型？3．2焊縫有兩種基本類型—對接坡口焊縫和貼角焊縫，二者在施工、受力、適用范圍上各有哪些特點(diǎn)？3．3對接接頭連接需使用對接焊縫，角接接頭連接需采用角焊縫，這么說對嗎？3．4hf和lw相同時，吊車梁上的焊縫采用正面角焊縫比采用側(cè)面角焊縫承載力高？3．5為何對角焊縫焊腳尺寸有最大和最小取值的限制？對側(cè)面角焊縫的長度有何要求？為什么？【答】（1）最小焊腳尺寸：角焊縫的焊腳尺寸不能過小，否則焊接時產(chǎn)生的熱量較小，致使施焊時冷卻速度過快，導(dǎo)致母材開裂?！兑?guī)范》規(guī)定：hf≥1.5，式中：t2——較厚焊件厚度，單位為mm。計算時，焊腳尺寸取整數(shù)。自動焊熔深較大，所取最小焊腳尺寸可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時，則取與焊件厚度相同。（2）最大焊腳尺寸：為了避免焊縫區(qū)的主體金屬“過熱”，減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，角焊縫的焊腳尺寸應(yīng)滿足式中：t1——較薄焊件的厚度，單位為mm。（3）側(cè)面角焊縫的最大計算長度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻，兩端大而中間小，可能首先在焊縫的兩端破壞，故規(guī)定側(cè)面角焊縫的計算長度lw≤60hf。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分布，例如焊接梁翼緣與腹板的連接焊縫，可不受上述限制。3．6簡述焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的實質(zhì)，其最大分布特點(diǎn)是什么？3．7畫出焊接H形截面和焊接箱形截面的焊接殘余應(yīng)力分布圖。3．8貼角焊縫中，何為端焊縫？何為側(cè)焊縫？二者破壞截面上的應(yīng)力性質(zhì)有何區(qū)別？3．9規(guī)范規(guī)定：側(cè)焊縫的計算長度不得大于焊腳尺寸的某個倍數(shù)，原因何在？規(guī)范同時有焊縫最小尺寸的規(guī)定，原因何在？3.10規(guī)范禁止3條相互垂直的焊縫相交，為什么。3.11舉3～5例說明焊接設(shè)計中減小應(yīng)力集中的構(gòu)造措施。3.12簡述連接設(shè)計中等強(qiáng)度法和內(nèi)力法的含義。3.13對接焊接時為什么采用引弧板？不用引弧板時如何考慮？在哪些情況下不需計算對接焊縫？3.14試判斷下圖所示牛腿對接焊縫的最危險點(diǎn)3.15焊縫質(zhì)量檢驗是如何分級的？【答】《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級、二級焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗并符合相應(yīng)級別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。焊縫質(zhì)量的外觀檢驗檢查外觀缺陷和幾何尺寸，內(nèi)部無損檢驗檢查內(nèi)部缺陷。二、計算題2．1已知兩塊等厚不等寬的鋼板用焊透的對接焊縫連接，焊接中采用引弧板。鋼板材料為Q345鋼。焊縫承受變化軸力作用（標(biāo)準(zhǔn)值），Nmax=+1600KN,Nmin=+240KN,試：分別按《橋規(guī)》和《鋼規(guī)》對于對接焊縫進(jìn)行強(qiáng)度驗算。循環(huán)次數(shù)按2x106，焊縫等級為一級?！窘狻坑捎趯雍缚p承受變化軸力作用，必須先確定其疲勞容許應(yīng)力，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗算。（一）按鋼規(guī)驗算（1）疲勞驗算：該焊縫為2類，容許應(yīng)力幅為：不滿足疲勞強(qiáng)度要求。（2）靜力強(qiáng)度驗算焊縫強(qiáng)度滿足要求（二）《橋規(guī)》（1）疲勞容許應(yīng)力［σ0］。驗算構(gòu)件為焊接，疲勞應(yīng)力為拉－拉構(gòu)件應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)ρ的計算：最大應(yīng)力為拉應(yīng)力，連接屬5.2類，相應(yīng)容許應(yīng)力為II類，疲勞驗算公式，，（此三項系數(shù)均為假定的一種情況，實際按規(guī)范表查）按橋規(guī)不滿足疲勞強(qiáng)度要求。2．2驗算如圖所示三塊鋼板焊成的工字型截面梁的對接焊縫強(qiáng)度。尺寸如圖，截面上作用的軸心拉力設(shè)計值N=250kN，彎矩設(shè)計值M=40kN.m，剪力設(shè)計值V=200kN，鋼材為Q345,手工焊，焊條為E50型，施焊時采用引弧板，三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。(ftw=265N/mm2,fcw=310N/mm2,fvw=180N/mm2)【解】 2．3圖中I32a牛腿用對接焊縫與柱連接。鋼材為Q235，焊條用E43型，手工焊，用II級焊縫的檢驗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。已知：I32a的截面面積A=67.05cm2；抵抗矩Wx=692.2cm2；腹板截面面積AW=25.4cm2。Ix:Sx=27.5,tw=9.5mm。試按照《鋼規(guī)》和《橋規(guī)》（焊縫為一級）分別求F的最大值?！窘狻繉雍缚p所承受的內(nèi)力為：；鋼規(guī)；對接焊縫A點(diǎn)處彎曲應(yīng)力最大，由得，；F=694KN中和軸處剪應(yīng)力最大，得F=461.8KN根據(jù)翼緣和腹板相交處折算應(yīng)力應(yīng)滿足：得，SW’=得F=527KN按鋼規(guī)F的最大值為461.8KN。【按照橋規(guī)做為選作題】橋規(guī)對接焊縫A點(diǎn)處彎曲應(yīng)力最大，由得，；F=468KN中和軸處剪應(yīng)力最大，得F=314KN根據(jù)翼緣和腹板相交處折算應(yīng)力應(yīng)滿足：得，SW’=得F=352.8KN按橋規(guī)F的最大值為314KN。2．4已知500mm×12mm鋼板，鋼材：Q235，E43焊條，手工焊，未使用引弧板，焊縫質(zhì)量為III級，鋼板承受軸心拉力。設(shè)計：用雙拼接板和圍焊角焊縫的拼接，試求所需拼接板尺寸和焊腳尺寸。角焊縫強(qiáng)度設(shè)計值：=160Mpa?！窘狻?）設(shè)計拼接板拼接板寬為450mm；（連接的強(qiáng)度不小于被連接構(gòu)件的強(qiáng)度）。按等強(qiáng)度設(shè)計原則，拼接板截面≥基材截面，取8mm。拼接板面積2×8×（500－2x25）=7200mm>12×500=6000mm2。焊腳尺寸對手工焊，焊腳mm，，取6mm。3）側(cè)焊縫計算連接需要傳遞的內(nèi)力=1800000N端焊縫可傳遞內(nèi)力=2.44×0.7×6×450×160=738Kn側(cè)焊縫需傳遞內(nèi)力=512KN則：=512/(4×4.2×160)=190.5mm<60=360mm符合規(guī)范規(guī)定實際側(cè)焊縫長度=195.5mm，取為200mm。2．5圖(尺寸單位：mm)所示鋼板牛腿用四條貼角焊縫連接在鋼柱上（無引弧板）。鋼材為Q235，焊條E43型。焊角尺寸hf=10mm，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計值為試確定最大承載力P。【解】=4×0.7x10×200=5600mm2；=4×0.7x10×2002/6=186666.7mm3；；/5600=100/186666.7=/1866.7因160Mpa所以105×160/47.4=337.55kN2．6一雨棚拉桿受力如圖所示，通過鋼板和預(yù)埋件用角焊縫連接，需要進(jìn)行角焊縫連接的驗算，已知焊縫承受的靜態(tài)斜向力為N＝200kN(設(shè)計值），角度，角焊縫的焊腳尺寸hf=10mm,焊縫計算長度lw=300mm,鋼材為Q235-B,手工焊，焊條為E43型。連接角焊縫是否滿足設(shè)計要求？習(xí)題3.6圖【解】內(nèi)力分解2．7試設(shè)計雙角鋼與節(jié)點(diǎn)板的角焊縫連接。鋼材為Q235－B，焊條為E43型，手工焊，作用著軸心力N=1000kN（設(shè)計值），分別采用三面圍焊和兩面?zhèn)群高M(jìn)行設(shè)計?！窘狻拷呛缚p強(qiáng)度設(shè)計值。焊腳尺寸確定：最?。航卿撝馓幾畲螅航卿撝程幾畲螅航卿撝夂椭扯既　＂挪捎萌鎳刚娼呛缚p承擔(dān)的力為：所以側(cè)面角焊縫實際受力：所以所需側(cè)焊縫的實際長度為：，取310mm，取120mm⑵采用兩面?zhèn)群附呛缚p實際受力：所以所需側(cè)焊縫的實際長度為：（同理：若取，則三面圍焊時焊縫尺寸取肢背6-430，肢尖6-180；兩面?zhèn)群笗r焊縫尺寸取肢背6-510，肢尖6-260）2．8試設(shè)計如圖所示牛腿與柱的連接角焊縫①②③，鋼材為Q235－B，焊條為E43型，手工焊?！窘狻考俣ㄊ┖笗r采用引弧板，則焊縫有效截面尺寸如圖所示。⑴焊縫②③的設(shè)計焊腳尺寸確定：最小：最大：取。計算焊縫有效截面的形心位置：＝143.7mm焊縫②③全部焊縫有效截面的慣性矩為：故焊縫②頂端由于M引起的最大正應(yīng)力為焊縫③下端由于M引起的最大正應(yīng)力和由于V引起的最大剪應(yīng)力為牛腿翼緣與腹板交接處焊縫③有彎矩M引起的正應(yīng)力和剪力V引起的剪應(yīng)力的共同作用（假定剪力全部由腹板焊縫③承擔(dān)并按近似計算）：合力為⑵焊縫①的設(shè)計根據(jù)構(gòu)造要求，取，則焊縫①為端焊縫，受軸心力N與彎矩M作用。焊縫①截面慣性矩為：焊縫端部受正應(yīng)力最大：滿足要求。2．9圖所示牛腿，材料為Q235，焊條E43型，手工焊，三面圍焊，焊腳尺寸，承受靜力荷載。試驗算焊縫強(qiáng)度【解】假定施焊時采用引弧板，則焊縫有效截面尺寸如圖所示。計算焊縫有效截面的形心位置：焊縫有效截面的慣性矩：所以截面的極慣性矩：所以焊縫所受的扭矩為和剪力為扭矩T在截面上A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為剪力V在截面上A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為所以A點(diǎn)的合力應(yīng)滿足：即該連接所能承受的最大荷載為245.5kN。螺栓連接參考答案普通螺栓、摩擦性型高強(qiáng)度螺栓、承壓型高強(qiáng)度螺栓受剪型連接的傳力機(jī)理是什么？【答】普通螺栓受剪型連接依靠栓桿抗剪和孔壁承壓傳力；摩擦性型高強(qiáng)度螺栓受剪型連接依靠板件間的摩擦力傳力；承壓型高強(qiáng)度螺栓受剪型連接依靠栓桿抗剪和孔壁承壓傳力。普通螺栓群的單栓抗剪承載力設(shè)計值在什么條件下需要進(jìn)行折減？為什么折減？怎樣折減？（要求繪出接頭構(gòu)造及折減曲線）?！敬稹克ㄈ涸谳S力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。螺栓承載力折減系數(shù)：普通螺栓群受偏心力作用時的受拉螺栓計算應(yīng)怎樣區(qū)分大、小偏心情況？【答】先假定轉(zhuǎn)動中心位于螺栓群的形心，算出在軸力和彎矩作用下的低排和頂排螺栓的受力，如果，說明，所有螺栓受拉，屬于小偏心情況；如果，說明下部螺栓受壓，所以前面假定錯誤，屬大偏心情況，按照構(gòu)件的轉(zhuǎn)動中心在低排螺栓連線重新計算。為什么要控制高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力，其設(shè)計值是怎樣確定的？【答】高強(qiáng)螺栓的應(yīng)用，不論是受剪力連接、受拉力連接還是拉剪連接中，其受力性能主要是基于螺栓對板件產(chǎn)生的壓力，即緊固的預(yù)拉力，即使是承壓型的連接，也是部分利用這一性能，因此，控制預(yù)拉力是保證高強(qiáng)螺栓連接質(zhì)量的一個關(guān)鍵性因素。高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力設(shè)計值是這樣確定的：基于鋼材的屈服強(qiáng)度，考慮材料的不均勻性，為防止預(yù)拉力的松弛而需要的超張拉以及擰緊螺栓扭矩產(chǎn)生的剪力等因素進(jìn)行綜合確定，即：。螺栓群在扭矩作用下，在彈性受力階段受力最大的螺栓其內(nèi)力值是在什么假定條件下求得的？【答】螺栓群在扭矩作用下，其內(nèi)力計算基于下列假定：⑴被連接板件為絕對剛性體；⑵螺栓是彈性體；⑶各螺栓繞螺栓群的形心旋轉(zhuǎn)，使螺栓沿垂直于旋轉(zhuǎn)半徑r的方向受剪，各螺栓所受的剪力大小與r成正比。8.螺栓的性能等級是如何表示的？【答】螺栓的性能等級“m.n級”，小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于m×100N/mm2，小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示螺栓材料的屈強(qiáng)比—屈服點(diǎn)（高強(qiáng)螺栓取條件屈服點(diǎn)）與抗拉強(qiáng)度的比值。3－1．試設(shè)計圖的粗制螺栓連接。（設(shè)計值），【解】：（1）螺栓計算：先布置好螺栓（如圖所示），再進(jìn)行驗算。選用M20普通螺栓，一個抗剪螺栓的承載力設(shè)計值為：抗剪承載力設(shè)計值承壓承載力設(shè)計值螺栓受力計算：螺栓受剪力V和扭矩T共同作用：最外螺栓受力最大，為故有：滿足要求。（2）鋼板凈截面強(qiáng)度驗算鋼板截面1-1面積最小，而受力較大，應(yīng)校核這一截面強(qiáng)度。其幾何參數(shù)為：鋼板截面最外邊緣正應(yīng)力鋼板截面靠近形心處的剪應(yīng)力3－2.試設(shè)計如圖所示①角鋼與連接板的螺栓連接，②豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接，構(gòu)件鋼材為Q235-B，螺栓為粗制螺栓，并分別考慮支托是否受剪兩種情況?！窘狻浚孩俳卿撆c連接板的螺栓連接設(shè)計螺栓采用M22，一個抗剪螺栓的承載力設(shè)計值為：抗剪承載力設(shè)計值承壓承載力設(shè)計值所以連接所需螺栓數(shù)為取4個，連接構(gòu)造如圖所示。②豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接設(shè)計⑴假定剪力V由支托承受，螺栓只受軸力N作用螺栓采用M22，取，按如圖所示布置，驗算螺栓承載力。一個螺栓的受拉承載力為假定螺栓受力為小偏心，滿足要求。⑵假定支托只在安裝時起作用，則螺栓同時承受拉力和剪力作用一個螺栓的承載力設(shè)計值為螺栓布置同上，螺栓實際受力，所以有及滿足要求。3－3.按摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓設(shè)計題2中所要求的連接，并分別考慮①，②。【解】采用8.8級摩擦型高強(qiáng)度螺栓M20，連接處構(gòu)件接觸面用噴砂處理。所以有⑴角鋼與連接板的螺栓連接設(shè)計一個摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計值所以連接所需螺栓數(shù)為取4個，連接構(gòu)造如圖所示。⑵豎向連接板與柱的翼緣板的螺栓連接設(shè)計①取，螺栓布置同3.7題，驗算螺栓承載力。一個高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力為螺栓受剪力和軸心拉力作用：按新規(guī)范：連接滿足設(shè)計要求。②螺栓布置同上。螺栓受剪力、軸心拉力和彎矩作用。按規(guī)范：，誤差在5％以內(nèi)，連接滿足設(shè)計要求3－4.牛腿用2L100×20（由大角鋼截得）及M22摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓（10.9級）和柱相連，構(gòu)件鋼材Q235-B，接觸面作噴砂處理，要求確定連接角鋼兩個肢上的螺栓數(shù)目；（摩擦型及）承壓型設(shè)計兩肢上的螺栓數(shù)目。習(xí)題3-4圖【解】①用摩擦型高強(qiáng)度螺栓⑴抗剪螺栓設(shè)計：取，螺栓布置如圖所示。一個摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計值螺栓受力：螺栓受剪力和扭矩共同作用：所以有滿足要求⑵抗剪拉螺栓設(shè)計：螺栓受剪力和彎矩共同作用：取，螺栓布置如圖所示。一個高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力為：一個高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力為：螺栓受力：按新規(guī)范：不滿足，應(yīng)重新布置設(shè)計。增加一排螺栓，②用承壓型高強(qiáng)度螺栓⑴抗剪螺栓設(shè)計：布置同摩擦型高強(qiáng)螺栓。一個承壓型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計值：所以有⑵抗剪拉螺栓設(shè)計：布置同摩擦型高強(qiáng)螺栓。一個承壓型高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計值：螺栓承受的剪力：所以有滿足要求。3－5.兩塊截面為14mmx400的鋼板，采用雙拼接板進(jìn)行拼接，拼接板厚8mm，鋼材Q235B。作用在螺栓群形心處的軸心拉力設(shè)計值N=750kN，設(shè)計采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，已知：高強(qiáng)度螺栓為8.8級，直徑為M20,孔徑22mm,接觸面采用噴砂處理。設(shè)計該連接?！窘狻恳阎焊邚?qiáng)度螺栓為8.8級，直徑為M20,孔徑22mm,接觸面采用噴砂處理，抗滑移系數(shù)，,單栓抗剪承載力設(shè)計值：所需螺栓數(shù)按構(gòu)造要求排列，并進(jìn)行凈截面驗算凈截面驗算：3－6一雨棚拉桿受力如圖所示，構(gòu)件鋼材Q235-B,采用兩列摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，已知拉桿承受的靜態(tài)斜向力為N＝250kN(設(shè)計值），角度如圖所示，高強(qiáng)度螺栓為8.8級，直徑為M20,孔徑22mm,接觸面采用噴砂處理，問：連接采用的高強(qiáng)螺栓群是否滿足設(shè)計要求？【解】抗滑移系數(shù)，已知單個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為單個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為7．某多層框架結(jié)構(gòu)中，圖示為次梁與主梁的簡支連接——用連接板與主梁加勁肋雙面相連，連接板厚8mm。次梁H500×200×9×14支承在主梁H596×199×10×15的中心線上，梁端剪力設(shè)計值V=160KN，鋼材為Q235，采用8.8級承壓型高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓M20，孔徑d0=21.5mm。試驗算此連接是否滿足承載力要求。（注：應(yīng)考慮由于連接偏心所產(chǎn)生的附加彎矩），已知，?！窘狻浚海?）單螺栓抗剪承載力設(shè)計值（2）螺栓群受剪力V=100KN，偏心彎矩M=Ve=100×0.06=6KN·m一個螺栓受力為：則最外側(cè)螺栓所受合力為：8．試驗算圖連接中，角焊縫強(qiáng)度和普通螺栓連接的強(qiáng)度。已知：（設(shè)計值）。兩塊鋼板A為mm，中間連接板B為mm，兩塊A板用四條角焊縫與柱焊接，手工焊，焊條E43系列，B板與A板用8個直徑d=20mm的普通螺栓連接。夾角＝150，鋼材Ｑ235。=215N/mm2，焊腳尺寸,160N/mm2。普通螺栓孔徑305N/mm2，130N/mm2?！窘狻浚郝菟ㄈ菏芰Γ篜=250KN單栓承載力：螺栓群驗算：,二．焊縫驗算V=214.5KN,N=64.7KNM=V·(120+60+70)-N·100=214.5×250-64.7×100=47155KN.mm第三章：合金結(jié)構(gòu)焊接熱影響區(qū)（HAZ）最高硬度

焊接熱影響區(qū)（heataffectedzone,簡稱HAZ）最高硬度，是指焊接后焊接接頭中的熱影響區(qū)硬度的最高值。一般其硬度值采用維氏硬度來表示，例如HV10。是評價鋼種焊接性的重要指標(biāo)之一，比碳當(dāng)量更為準(zhǔn)確。采用焊接熱影響區(qū)最高硬度作為一個因子來評價金屬焊接性（包括冷裂紋敏感性），不僅反映鋼鐘化學(xué)成分的作用，還反映了焊接工藝參數(shù)影響下形成的不同組織形態(tài)的作用。因為硬度與強(qiáng)度有一定的頭條，即強(qiáng)度高，對應(yīng)的硬度也高。因此焊接熱影響區(qū)最高硬度也反映了焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度，而焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度超高，會導(dǎo)致其塑性降低，從而易形成裂紋或裂紋易于擴(kuò)展。另外，不同的組織形態(tài)的硬度值也不一樣，在鋼中，高碳馬氏體（孿晶馬氏體）的硬度值最高，且高碳馬氏體的塑性、韌性最差，所以焊接熱影響區(qū)最高硬度也可以間接反映接頭的性能。焊接熱影響區(qū)的最高硬度值的數(shù)值越高，其對就的強(qiáng)度就越高，韌性、塑性就越差。因些，重要結(jié)構(gòu)中，對焊接熱影響區(qū)最高硬度有一定的限制，并作為評價指標(biāo)之一。

鋼1．分析熱軋鋼和正火鋼的強(qiáng)化方式和主強(qiáng)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(qiáng)化方式有：（1）固溶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Mn，Si。（2）細(xì)晶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Nb,V。（3）沉淀強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Nb,V.；正火鋼的強(qiáng)化方式：（1）固溶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：強(qiáng)的合金元素（2）細(xì)晶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：熱軋鋼含有少量的合金元素，碳當(dāng)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(dāng)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(xì)化作用被削弱，粗晶區(qū)易出現(xiàn)粗大晶粒及上貝氏體、M-A等導(dǎo)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)條件選擇焊接方法。2．分析Q345的焊接性特點(diǎn)，給出相應(yīng)的焊接材料及焊接工藝要求。答:Q345鋼屬于熱軋鋼，其碳當(dāng)量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要預(yù)熱和嚴(yán)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，具有良好的抗熱裂性能，在Q345剛中加入V、Nb達(dá)到沉淀強(qiáng)化作用可以消除焊接接頭中的應(yīng)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600℃×1h退火處理，韌性大幅提高，熱應(yīng)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(hù)焊：H08系列和YJ5系列。預(yù)熱溫度：100～150℃。焊后熱處理：電弧焊一般不進(jìn)行或600～650℃回火。電渣焊900～930℃正火，600～650℃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(xué)成分基本相同，只是Q390的Mn含量高于Q345，從而使Q390的碳當(dāng)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(dāng)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(yán)重。4.低合金高強(qiáng)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(qiáng)韌性的影響。由于一般不進(jìn)行焊后熱處理，要求焊縫金屬在焊態(tài)下應(yīng)接近母材的力學(xué)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(jìn)行選擇焊接材料，對于焊后需要進(jìn)行處理的構(gòu)件，焊縫金屬的化學(xué)成分應(yīng)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(diǎn)，典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼如(14MnMoNiB、HQ70、HQ80)的焊接熱輸入應(yīng)控制在什么范圍？在什么情況下采用預(yù)熱措施，為什么有最低預(yù)熱溫度要求，如何確定最高預(yù)熱溫度。（P81）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(qiáng)度和韌性下降。焊接工藝特點(diǎn)：①要求馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體有一“自回火”作用，以防止冷裂紋的產(chǎn)生；②要求在800~500℃之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界速度。此外，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(yùn)條技術(shù);典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼在Wc＞0.18％時不應(yīng)提高冷速，Wc＜0.18％時可提高冷速（減小熱輸入）焊接熱輸入應(yīng)控制在小于481KJ/cm；當(dāng)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(yù)熱措施，當(dāng)預(yù)熱溫度過高時不僅對防止冷裂紋沒有必要，反而會使800～500℃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(yù)熱溫度，包括層間溫度，因此有最低預(yù)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(yù)熱和預(yù)熱溫度大小，包括最高預(yù)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(jī)制是否相同？為什么低碳鋼在調(diào)質(zhì)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(dāng)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(jìn)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(yīng)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(dāng)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(diào)質(zhì)鋼，加入了多種提高淬透性的合金元素，保證強(qiáng)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(diǎn)陣畸變更嚴(yán)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(dá)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(yán)格因此熱裂傾小。30CrMnSiA含碳量及合金元素含量高，焊縫凝固結(jié)晶時，固-液相溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析嚴(yán)重，焊接時易產(chǎn)生潔凈裂紋，熱裂傾向較大。3、消除應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(dāng)采用預(yù)熱，層間溫度控制，中間熱處理，并焊后及時進(jìn)行回火處理，若為減少熱影響的軟化，應(yīng)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(yīng)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(yù)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(dāng)易產(chǎn)生延遲裂紋，一般要進(jìn)行復(fù)雜的焊接工藝，采取預(yù)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(diǎn)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(qiáng)度用鋼有什么不同？why？答：珠光體耐熱鋼和低碳調(diào)質(zhì)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(dāng)材料選擇不當(dāng)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(qiáng)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(qiáng)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(zhì)元素少，選擇合適的焊材控制焊縫成分和組織形成細(xì)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(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(qiáng)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δ相可打亂單一γ相柱狀晶的方向性，不致形成連續(xù)，另外δ相富碳Cr，又良好的供Cr條件，可減少γ晶粒形成貧Cr層，故常希望焊縫中有4%~12%的δ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(dǎo)致γ晶粒外層的含Cr量降低，形成貧Cr層，使得電極電位下降，當(dāng)在腐蝕介質(zhì)作用下，貧Cr層成為陰極，遭受電化學(xué)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(xué)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{γ+15%δ}；{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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)力；{2}奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強(qiáng)的柱狀晶的焊縫組織，有利于雜質(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(fù)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(yán)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(dāng)調(diào)整合金成分：Ni<15%，適當(dāng)提高鐵素體化元素含量，使焊縫δ%提高，從而提高抗裂性；Ni>15%時，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re{<0.01%}達(dá)到細(xì)化焊縫、凈化晶界作用，以提高抗裂性；{4}選擇合適的焊接工藝。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(diǎn)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(fù)偏析顯著減少，更有利于提高耐點(diǎn)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(hù)焊時如何選擇焊接材料？在焊接工藝上有什么特點(diǎn)？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①高溫脆性②σ相脆化③475℃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(diǎn)：{1}采用小的q/v，焊后快冷——控制晶粒長大；{2}采用預(yù)熱措施，T℃<=300℃——接頭保持一定ak；{3}焊后熱處理，嚴(yán)格控制工藝——消除貧Cr區(qū);{4}最大限度降低母材和焊縫雜質(zhì)——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。7.何為“脆化現(xiàn)象”？鐵素體不銹鋼焊接時有哪些脆化現(xiàn)象，各發(fā)生在什么溫度區(qū)域？如何避免？答：“脆化現(xiàn)象”就是材料硬度高，但塑性和韌性差?，F(xiàn)象：{1}高溫脆性：在900~1000℃急冷至室溫，焊接接頭HAZ的塑性和韌性下降?？芍匦录訜岬?50~850℃，便可恢復(fù)其塑性。{2}σ相脆化：在570~820℃之間加熱，可析出σ相。σ相析出與焊縫金屬中的化學(xué)成分、組織、加熱溫度、保溫時間以及預(yù)先冷變形有關(guān)。加入Mn使σ相所需Cr的含量降低，Ni能使形成σ相所需溫度提高。{3}475℃脆化：在400~500℃長期加熱后可出現(xiàn)475℃脆性適當(dāng)降低含Cr量，有利于減輕脆化，若出現(xiàn)475℃脆化通過焊后熱處理來消除。8.馬氏體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)什么問題，在焊接材料的選用和工藝上有什么特點(diǎn)？制定焊接工藝時應(yīng)采取哪些措施？答：易出現(xiàn)冷裂紋、粗晶脆化。焊接材料的選用：{1}對簡單的Cr13型，要保證性能，要求S、P、Si，C含量較低，使淬硬性下降，更要保證焊接接頭的耐蝕性。{2}對Cr12為基加多元元素型，希望焊縫成分接近母材，形成均一的細(xì)小M組織。{3}對于超低C復(fù)相M鋼，采用同質(zhì)焊材，焊后經(jīng)超微細(xì)復(fù)相化處理，可使焊縫的強(qiáng)韌化約等于母材水平。工藝特點(diǎn):{1}預(yù)熱溫度高{局部或整體}T℃=150-260℃；{2}采用小的q/v：防止近縫區(qū)出現(xiàn)粗大α和κ析出；{3}選用低H焊條：焊縫成分與母材同質(zhì)，高碳M可選用A焊條焊接.9.雙相不銹鋼的成分和性能特點(diǎn)，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(diǎn)？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(dá)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(diǎn)，具有良好的韌性、強(qiáng)度及優(yōu)良的耐氧化物應(yīng)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(jìn)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(dǎo)致；{4}雙相鋼在一般情況下很少有冷裂紋，也不會產(chǎn)生熱裂紋。焊接工藝特點(diǎn)：{1}焊接材料應(yīng)根據(jù)“適用性原則”，不同類型的雙相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(dāng)緩冷，以獲得理想的δ/γ相比例；{3}A不銹鋼的焊接注意點(diǎn)同樣適合雙相鋼的焊接。10.從雙相不銹鋼組織轉(zhuǎn)變的角度出發(fā)，分析焊縫中Ni含量為什么比母材高及焊接熱循環(huán)對焊接接頭組織，性能有何影響？答：雙相不銹鋼的合金以F模式凝固，凝固結(jié)束為單相δ組織，隨著溫度的下降，開始發(fā)生δ→γ轉(zhuǎn)變不完全，形成兩相組織。顯然，同樣成分的焊縫和母材，焊縫中γ相要比母材少得多，導(dǎo)致焊后組織不均勻，韌性、塑性下降。提高焊縫中Ni含量，可保證焊縫中γ/δ的比例適當(dāng)，從而保證良好的焊接性。在焊接加熱過程，整個HAZ受到不同峰值溫度的作用，最高接近鋼的固相線，但只有在加熱溫度超過原固溶處理溫度區(qū)間，才會發(fā)生明顯的組織變化，一般情況下，峰值低于固溶處理的加熱區(qū)，無顯著組織變化，γ/δ值變化不大，超過固溶處理溫度的高溫區(qū)，會發(fā)生晶粒長大和γ相數(shù)量明顯減少，緊鄰溶合線的加熱區(qū)，γ相全部溶于δ相中，成為粗大的等軸δ組織，冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相，無扎制方向而呈羽毛狀，有時具有魏氏組織特征。第五章：有色金屬1.為什么Al-Mg及al-li合金焊接時易形成氣孔？al及其合金焊接時產(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al-mg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(hù)氣體的氫和水分等都是氫的來源。3）氫在鋁及其合金中的溶解度在凝點(diǎn)時可從0.69ml/100g突降至0.036mol/100g相差約20倍，這是促使焊縫產(chǎn)生氣孔的重要原因之一。4)鋁的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，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(yīng)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(zhì)原因：1）純鋁對氣氛中水分最為敏感，而al-mg合金不太敏感，因此純鋁產(chǎn)生氣孔的傾向要大2）氧化膜不致密，吸水強(qiáng)的鋁合金al-mg比