金属材料焊接性知识要点.docx

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）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。6.实验方法应满足的原则：1可比性 2针对性 3再现性 4经济性7.常用焊接性试验方法：A:斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。 B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法一 问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度 预热温度 角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的）2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？答：影响因素：（1）材料因素 包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。（2）设计因素 焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。（3）工艺因素 对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。（4）服役环境 焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。3、举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。而工艺焊接性是指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的能力。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+回火和淬火+回火等。1在低温钢中由于含碳量和杂质S、P的含量控制的都很严格，所以液化裂纹在这类钢中不是很明显。2另一个问题是回火脆性，要控制焊后回火温度和冷却速度。低温钢焊接的工艺特点：除要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热影响区的低温韧性，这是制定低温钢焊接工艺的一个根本出发点。9Ni钢具有优良的低温韧性但用与9Ni钢相似的铁素体焊材时所得焊缝的韧性很差。这除了与铸态焊缝组织有关外，主要与焊缝中的含氧量有很大的关系。与9Ni钢同质的11Ni铁素体焊材，只有在钨极氩弧焊时才能获得良好的低温韧性。因为此时能使焊缝金属中氧的质量分数降低到与母材相同的0.05%以下。二 中碳调质钢的焊接性分析（一）焊缝中的热裂纹 中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，因此液-固相区间 大，偏析也更严重，具有较大的热裂纹倾向。（二）冷裂纹 中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬倾向明显；由于M s点低，在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应，冷裂倾向严重。（三）再热裂纹 （四）热影响区的性能变化1、过热区的脆化（1）中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，有相当大的淬硬性，因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化倾向越严重。（2）即使大线能量也难以避免高碳M出现，反而会使M更粗大，更脆。 （3）一般采用小线能量，同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。2、热影响区软化焊后不能进行调质处理时，需要考虑热影响区软化问题。调质钢的强度级别越高，软化问题越严重。软化程度和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6001h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：100150。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600650回火。电渣焊900930正火，600650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热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大，过热区的脆化也变的严重。三：低合金高强钢焊接时选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。由于一般不进行焊后热处理，要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。中碳调质钢，根据焊缝受力条件，性能要求及焊后热处理情况进行选择焊接材料，对于焊后需要进行处理的构件，焊缝金属的化学成分应与基体金属相近。5.分析低碳调质钢焊接时可能出现的问题？简述低碳调质钢的焊接工艺要点，典型的低碳调质钢如(14MnMoNiB、HQ70、HQ80)的焊接热输入应控制在什么范围？在什么情况下采用预热措施，为什么有最低预热温度要求，如何确定最高预热温度。答：焊接时易发生脆化，焊接时由于热循环作用使热影响区强度和韧性下降。焊接工艺特点：焊后一般不需热处理，采用多道多层工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。典型的低碳调质钢的焊接热输入应控制在Wc0.18时不应提高冷速，Wc0.18时可提高冷速（减小热输入）焊接热输入应控制在小于481KJ/cm当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时，就必须采用预热措施，当预热温度过高时不仅对防止冷裂纹没有必要，反而会使800500的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使热影响区韧性下降，所以需要避免不必要的提高预热温度，包括屋间温度，因此有最低预热温度。通过实验后确定钢材的焊接热输入的最大允许值，然后根据最大热输入时冷裂纹倾向再来考虑，是否需要采取预热和预热温度大小，包括最高预热温度。8同一牌号的中碳调质钢分别在调质状态和退火状态进行焊接时焊接工艺有什么差别？为什么中碳调质钢一般不在退火的状态下进行焊接？在调质状态下焊接：若为消除热影响区的淬硬区的淬硬组织和防止延迟裂纹产生，必须适当采用预热，层间温度控制，中间热处理，并焊后及时进行回火处理，若为减少热影响的软化，应采用热量集中，能量密度越大的方法越有利，而且焊接热输入越小越好。在退火状态下焊接：常用焊接方法均可，选择材料时，焊缝金属的调质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组元的形成。中碳调质钢：由于含碳高合金元素也多，有相当大淬硬倾向，马氏体转变温度低，无自回火过程，因而在焊接热影响区易产生大量M组织大致脆化。低碳调质钢一般才用中、低热量对母材的作用而中碳钢打热量输入焊接在焊后进行及时的热处理能获得最佳性能焊接接头.12、珠光体耐热钢的焊接性特点与低碳调质钢有什么不同?珠光体耐热钢选用焊接材料的原则与强度用钢有什么不同？why？答：珠光体耐热钢和低碳调质钢都存在冷裂纹，热影响区硬化脆化以及热处理或高温长期使用中的再热裂纹，但是低碳调质钢中对于高镍低锰类型的刚有一定的热裂纹倾向，而珠光体耐热钢当材料选择不当时才可能常产生热裂纹。珠光体耐热钢在选择材料上不仅有一定的强度还要考虑接头在高温下使用的原则，特别还要注意焊接材料的干燥性，因为珠光体耐热钢是在高温下使用有一定的强度要求。不锈钢及耐热钢的焊接不锈钢：指在大气环境下及有侵蚀性化学介质中使用的钢。耐热钢：包括抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢，对高温强度要求不高。热强钢：指在高温下即具有抗氧化能力，又要具有高温强度。热强性：指在高温下长时工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力（蠕变抗力）。部分概念：1铬当量：在不锈钢成分与组织间关系的图中各形成铁素体的元素，按其作用的程度折算成Cr元素（以Cr的作用系数为1）的总和，即称为Cr当量。2镍当量：不锈钢成分与组织间关系的图中各形成奥氏体的元素按其作用的程度，折算成Ni元素（以Ni的作用系数为1）的总和，即称为Ni当量。3.4750 C脆化: 高铬铁素体不锈钢在400540度范围内长期加热会出现这种脆性，由于其最敏感的温度在475度附近，故称475度脆性，此时钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性明显下降。4.凝固模式：凝固模式首先指以何种初生相（或）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：以相完成凝固过程，凝固模式以F表示；初生相为，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，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，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.相脆化: 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800875加热时，向转变非常激烈。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。