材料焊接性_使用焊接性

材料焊接性由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“使用焊接性”。

一、焊接性概念

材料在限定的焊接施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。（国家标准）

一是结合性能----工艺焊接性 材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷

二是使用性能

焊接完成的接头在一定使用条件下可靠运行的能

二、研究焊接性的目的1查明指定材料在指定焊接工艺条件下可能出现的问题

2确定焊接工艺的合理性或材料的改进方向

三、影响焊接性的因素

1材料因素2设计因素3工艺因素4服役环境

四、评定焊接性的原则

一是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据； 二是评定焊接接头能否满足结构使用性能要求

五、评定焊接接头工艺缺陷的敏感性主要进行抗裂性试验，其中包括热裂纹试验、冷裂纹试验、消除应力裂纹试验和层状撕裂试验。

六、实焊类方法包含：裂纹敏感性试验、焊接接头的力学性能测试、低温脆性试验、断裂韧性试验、高温蠕变及持久强度试验。（较小的焊件直接做试验，较大的实物缩小化）

七、碳当量的间接估测法

定义：可以把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系 化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。将钢中各种合金元素折算成碳的含量。

钢中决定强度和可焊性的因素主要是含碳量。以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值越小，钢材的焊接性能越好。缺点：

1碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用

2没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。3用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。所以，碳当量法只能用于对钢材焊接性的初步分析 1）使用国际焊接学会（IIW）

推荐的碳当量公式时，对于板厚δ＜20mm的钢材 CE＜0.4%焊接性良好，焊前不需要预热；

CE＝0.4%-0.6%，尤其是CE>0.5%时，焊接性差，钢材易淬硬，表焊接性已变差，焊接时需预热才能防止裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高。2)日本工业标准（JIS）的碳当量公式时

当钢板厚度δ＜25mm和采用焊条电弧焊时（焊接热输入为17kJ/cm），对于不同强度级别的钢材规定了不产生裂纹的碳当量界限和相应的预热措施

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。低合金钢“小铁研”试验表面裂纹率小于20%时，用于一般焊接结构生产是安全的。

八、微合金控轧钢：采用微合金化和控轧等技术，达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。

九、热裂纹和消除应力裂纹

(1)焊缝中的热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。

热轧、正火钢一般含碳量较低，而Mn含量较高，因此Mn/S比能达到要求，具有较好的抗热裂性能。异常：热轧及正火钢中C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关。

（2）消除应力裂纹：焊后焊件在一定温度范围再次加热时，由于高温及残余应力的共同作用而产生的晶间裂纹。

产生部位：在热影响区的粗晶区，延向细晶区停止

产生原因：与杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”导致的晶界脆化有关。

十、低合金高强钢焊缝金属的组织主要包括：先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体、上贝氏体、珠光体等，马氏体较少。

11、热应变脆化：由氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成的钉轧作用造成的。措施：在钢中加入足够量的氮化物形成元素（Al、Ti、V），如Q420比Q345倾向小。、焊后退火处理。

12、热轧、正火钢预热和焊后热处理的目的：

预热作用：改善韧性，降低马氏体转变时的冷却速度，创造马氏体“自回火”条件，从而避免产生冷裂纹。

预热温度的选择与材料的淬硬倾向、焊接时的冷却速度、拘束度、含氢量、焊后是否进行热处理有关。焊后热处理作用：焊件焊后或冷加工后钢的韧度过低，要求结构尺寸稳定或要求焊件耐应力腐蚀，则需要进行焊后热处理。

13、热轧、正火钢确定焊后回火温度的原则

（1）不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能（2）对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间

14、“调质钢”：经过“淬火+回火”热处理的钢（在焊接界高温回火或低温回火均称为调质）

15、提高钢的脆透性和马氏体的回火稳定性：添加如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等

16、低碳调质钢焊缝等强匹配：（σb）w/（σb）b=1时，称为等强匹配（焊缝强度等于母材的强度）

17、低碳调质钢热影响区软化：本质碳化物沉淀、聚集长大

18、低温钢按有无镍分类：无镍（铝镇静低温钢、低合金低温钢），有镍(低、中、高)

19、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 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：①要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；②要求在800~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。此外，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。

20、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？为什么？ 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。

21、不锈钢及耐热钢按组织分类：奥氏体钢，铁素体钢、马氏体钢、铁素体-奥氏体双相钢、沉淀硬化钢

22、不锈钢的主要腐蚀形式有：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀

23、晶间腐蚀：在晶粒边界发生的有选择性的腐蚀现象。

24、晶间腐蚀与晶界贫“铬”现象有关。奥氏体不锈钢是由于经450～850℃加热（敏化加热），即过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散，产生晶间腐蚀与晶界贫“铬”现象。对于铁素体钢，由于碳在铁素体中扩散速度快，故快冷时就易析出Cr23C6，再次加热时就易使碳化物溶解，消除贫铬层。

25、应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。

26、475℃脆性：在430~480℃之间长期加热并缓冷，就可导致在常温时或负温时出现强度升高而韧性下降的现象。

27、σ相：Cr的质量分数约45%的典型FeCr金属间化合物，无磁性，硬而脆。

28、奥氏体钢接头耐蚀性：晶间腐蚀有代表性的18-8钢焊接接头，有三个部位出现晶间腐蚀现象，包括焊缝区腐蚀、敏化区腐蚀、熔合区腐蚀。防止焊缝区晶间腐蚀，采取措施有：

①通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或含有足够的稳定化元素Nb，一般希望Nb≥8%或Nb≈1%；

②调整焊缝成分以获得一定的铁素体(δ)相。

29、HAZ敏化区晶间腐蚀：指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位所发生的晶间腐蚀。

只有普通18-8钢才会有敏化区存在，含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳的18-8钢，不易有敏化区出现。防止18-8钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采取快速过程，以减少处于敏化加热去区间。30、熔合区刀口腐蚀：只出现在18-8中（Ⅹ）

31、为什么18-8奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？

答：焊缝中的δ相可打乱单一γ相柱状晶的方向性，不致形成连续，另外δ相富碳Cr，又良好的供Cr条件，可减少γ晶粒形成贫Cr层，故常希望焊缝中有4%~12%的δ相。

通过控制铁素体化元素的含量，或控制Creq/Nieq的值，来控制焊缝中的铁素体含量。

32、18-8型不锈钢焊接接头区域在那些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成？如何防止？

答：18-8型焊接接头有三个部位能出现腐蚀现象：{1}焊缝区晶间腐蚀。产生原因根据贫铬理论，碳与晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，导致γ晶粒外层的含Cr量降低，形成贫Cr层，使得电极电位下降，当在腐蚀介质作用下，贫Cr层成为阴极，遭受电化学腐蚀；{2}热影响区敏化区晶间腐蚀。是由于敏化区在高温时易析出铬的碳化物，形成贫Cr层，造成晶间腐蚀；{3}融合区晶间腐蚀{刀状腐蚀}。只发生在焊Nb或Ti的18-8型钢的融合区，其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr有关，高温过热和中温敏化连过程依次作用是其产生的的必要条件。

防止方法：{1}控制焊缝金属化学成分，降低C%，加入稳定化元素Ti、Nb； {2}控制焊缝的组织形态，形成双向组织{γ+15%δ}； {3}控制敏化温度范围的停留时间；

{4}焊后热处理：固溶处理，稳定化处理，消除应力处理。

33、铝及铝合金分类：工业纯铝、防锈铝、防锈铝、硬铝、锻铝、超硬铝、特殊铝

非热处理强化铝合金－－－3系列、4系列、5系列

热处理强化铝合金－－－2系列、6系列、7系列

34、铝及铝合金熔焊是最常见的缺陷是焊缝气孔，特别是对于纯铝和防锈铝的焊接

35、焊接热裂纹：焊丝成分的影响，采用异质焊丝，即其他合金组成的焊丝（同质焊丝具有较大的裂纹倾向）

36、非时效强化铝合金HAZ的软化：主要发生在焊前经冷作硬化的合金上。经冷作硬化的铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度（200~300℃）的区域时就产生明显的软化现象。

37、铜材的焊接工艺要点

焊前准备

铜易氧化，工件表面会有氧化膜，此外油、水份、污物等亦妨碍焊接，必须清理干净。

焊接工艺条件的一般要求（弧焊为主）

（1）因其导热快，要求采用大电流。

（2）合理设计坡口形式以尽量减少拘束和收缩应力。

（3）合理的焊接顺序。

（4）推荐采用TIG焊（填丝容易控制）。

（5）采用Ar或富Ar的（Ar+He）混合气体保护。

焊接参数

（1）铜及其合金的TIG焊，一般多采用直流正接。

（2）铍青铜和铝青铜，采用反接；亦可用交流，能清除氧化膜同时减少钨极过热。

（3）熔化极氩弧焊采用反接。

——焊接质量的相关问题及予防措施

纯铜及铜合金焊接区的主要缺陷：裂纹、气孔。裂纹主要是热裂纹、氢蚀裂纹

预防措施：A）采用含有脱氧剂（Mn、Si、Ti等）的焊丝；B）高温预热；C）焊后缓冷；D）磁力搅拌熔池

焊接中应注意的问题：预热、防止气孔、焊接用焊丝、防止变形、防止未熔合/未焊透、HAZ强度下降

38、为什么Al-Mg及al-li合金焊接时易形成气孔？al及其合金焊接时产生气孔的原因是什么？如何防止气孔？为什么纯铝焊接易出现分散小气孔？而al-mg焊接时易出现焊接大气孔？

答：1）氢是铝合金及铝焊接时产生气孔的主要原因。

2）氢的来源非常广泛，弧柱气氛中的水分，焊接材料以及母材所吸附的水分，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水，保护气体的氢和水分等都是氢的来源。

3）氢在铝及其合金中的溶解度在凝点时突降，这是促使焊缝产生气孔的重要原因之一。

4)铝的导热性很强，熔合区的冷速很大，不利于气泡的浮出，更易促使形成气孔

防止措施：1）减少氢的来源，焊前处理十分重要，焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除。

2）控制焊接参数，采用小热输入减少熔池存在时间，控制氢溶入和析出时 3）改变弧柱气氛中的性质

原因：1）纯铝对气氛中水分最为敏感，而al-mg合金不太敏感，因此纯铝产生气孔的倾向要大

2）氧化膜不致密，吸水强的铝合金al-mg比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向，因此纯铝的气孔分数小，而al-mg合金出现集中大气孔

3）Al-mg合金比纯铝更易形成疏松而吸水强的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受热而分解出氢，并在氧化膜上冒出气泡，由于气泡是附着在残留氧化膜上，不易脱离浮出，且因气泡是在熔化早期形成有条件长大，所以常造成集中大的气孔。因此al-mg合金更易形成集中的大气孔。

39、硬铝及超硬铝焊接时易产生什么样的裂缝？为什么？如何防止裂纹？

答：裂纹倾向大，铝及硬铝产生焊接热裂纹

原因：1）易熔共晶的存在，是铝合金焊缝产生裂纹的重要原因

2）线膨胀系数大，在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力也是产生裂纹的原因之一

防止措施：1）加合金元素cu,mn,si,mg,zn使主要合金元素含量Me%>Xm，产生自愈合作用

2）生产中采用含5%的Si，Al合金焊丝解决抗裂问题，具有很好的愈合作用 3）加入Ti,zr,v,b微量元素作为变质剂，细化晶粒，改善塑性韧性，并提高抗裂性

4）热能集中焊接方法可防止形成方向性强的粗大柱状晶，改善抗裂性 5）采用小电流焊接，降低焊接速度均可改善抗裂性问题

论述题

1.2000年9月,天铁集团承担了套筒的制作任务,材质16Mn,壁厚30mm,直径3.5m,高4m,制作时采用手工电弧焊,焊条J506,无预热,焊后自然冷却。焊后，表面质量均达到图纸要求，没有宏观缺陷。但放置两天后，产生许多小裂纹，大多分布在熔合线多表现为纵向裂纹。（1）分析什么缺陷及其原因（2）合理工艺措施某电机厂准备开发一款新型的风力发电机，转子为焊接结构轴材为42CrMo, 尺寸φ210mm×620 mm，供货状态为调质； 辐板为Q235，尺寸160 mm×600 mm×40 mm，供货为热轧，化学成分和结构如下。（1）分析焊接性？（2）确定合理的焊接材料？（3）焊接结构？

焊接工艺？