武汉理工大学08级 材料焊接性 复习资料整理

4、低碳调质钢焊接接着冷却速度的选择要兼顾冷裂纹和过热区的脆化。

5、调质钢焊接时,HAZ峰值温度介于母材回火温度和AC1之间的区域会产生HAZ软化。 6、产生晶间腐蚀的主要原因是晶界\"贫铬理论\"。焊接热影响区可能产生晶间腐蚀有敏化腐蚀和刀口腐蚀两种,它们分别位于HAZ的敏化加热区间和熔合区。

7、为提高奥氏体不锈钢的抗裂纹和抗晶间腐蚀能力,焊缝组织最好是γ+δ双相组织。

8、18—8Ti的HAZ发生的晶间腐蚀是刀口腐蚀,18—8钢的HAZ发生的晶间腐蚀是敏化腐蚀。 9、焊后消除敏化的热处理的工艺是工件加热到1000～1100℃,使焊接时生成的铬的碳化物溶解,然后淬火,避免碳化物再次析出。四种凝固模式是A, F, FA, AF, 其中以FA模式最好 10、铬当量是指把每一铁素体化元素,按其铁素化的强烈程度折合成相当若干铬元素后的总和。镍当量是指把每一奥氏体化的元素按其奥氏体化的强烈程度折合成相当若干镍元素后的总和。 为保证双相钢焊缝的相比例与母材匹配,双相钢焊接应采用超合金化焊材。 11、奥氏体钢的敏化温度范围是600~850℃,铁素体钢的敏化温度范围是900℃以上； 12、铁素体不锈钢焊接接头脆化的类型有高温脆化、σ相脆化、475℃脆化。 13、马氏体不锈钢焊后正确的热处理工艺是：焊后冷却到Mf以下,然后回火

14、珠光体钢和奥氏体钢焊接时,存在的主要问题有1、焊缝成分的稀释2、凝固过渡层的形成3、碳迁移过渡层的形成4、残余应力的形成。由于碳的迁移,在靠近熔合区的珠光体一侧会出现脱碳层,而在靠近熔合区的奥氏体一侧会出现增碳层。

15、应力腐蚀是在拉应力和腐蚀介质的共同作用下发生的破坏现象。为了消除焊接残余应力,可以在焊后进行去应力退火热处理。

16、铝合金焊接气孔倾向较大的原因是液固相变化时氢的溶解度变化大、铝及铝合金比重小、导热性强,致使溶解于熔池中的大量氢在焊缝金属冷凝时来不及析出形成气孔、焊材及母材表面氧化膜吸水。 热处理强化铝合金的的三个阶段分别是固溶处理 淬火 时效 17、采用Al5%Si的焊丝焊接铝合金,抗裂纹性较好是由于该焊丝具有愈合裂纹的作用。 18、冷作硬化铝合金HAZ软化的原因是HAZ峰值温度超过再结晶温度,时效强化铝合金HAZ软化的原因是θ′和θ析出、粗化。对于热处理强化铝合金,为了减小软化程度,焊接热输入应减小,焊后进行固溶+淬火+人工时效可以恢复整体强度

19、铝合金TIG焊宜采用交流弧焊电源,MIG焊宜采用直流反极性电源。

20、钛合金的活性大,焊接过程中,焊缝及温度超过400℃的热影响区都要进行保护。 21、下列材料中有冷裂纹倾向的材料有(A低碳调质钢 C马氏体不锈钢 E钛合金) 22、钛合金在焊接时生成的气孔主要是氢气孔,其气孔常在熔合线附近形成

23、钛合金焊接时,焊缝和热影响区的表面色泽是保护郊果的标志,一般要求表面最好为银白色,其次为金黄色。 26灰铸铁异质焊材电弧冷焊时,焊缝易出现结晶裂纹的原因是易形成低熔共晶 27灰铸铁中碳的存在形式是石墨,白口铸铁中碳的存在形式是渗碳体

24、铸铁的成分特点是含碳量大于2.11%,同时含有一定量的硅、锰及杂质元素的硫磷。 25、灰铁铁焊缝冷裂纹一般在500℃产生。防止冷裂纹方法是降低减小热应力,如采用电弧热和相变应力松驰效应。 (准备工作好,焊接电流适当小,短段继续分散焊,焊后立即小锤敲)

1、常用的直接性试验方法。(1)焊接冷裂纹试验 插销试验、斜Y坡口对接裂纹试验、刚性拘束裂纹试验、拉伸拘束裂纹试验(2)焊接热裂纹试验 可调拘束裂纹试验、FISCO焊接裂纹试验、窗形拘束对接裂纹试验、刚性固定对接裂纹试验(3)再热裂纹试验 H型拘束试验、斜Y形坡口再热裂纹试验、插销式再热裂纹试验(4)层状撕裂试验 Z向拉伸试验、Z向窗口试验、Cranfield试验(5)应力腐蚀裂纹试验U型弯曲试验、缺口试验(6)脆性断裂试验低温冲击试验、落锤试验、裂纹张口位移试验。常用的间接性试验方法： 1、碳当量法2、焊接冷裂纹指数法3、热裂纹敏感性指数法4消除热裂纹敏感指数法5层状撕裂敏感性指数法6焊接热影响区最高硬度法

1热轧、正火钢的HAZ的脆化(过热区脆化的原因,与线能量的关系)

热轧钢：过热区脆化的原因是采用较大线能量,粗晶区的将因晶粒长大或出现魏氏体组织而降低韧性,焊接热输入小,粗晶区的马氏体组织所占有的比例增大而降低韧性。正火钢：采用大的热输入时,粗晶区的V(C、N)析出相基本固溶,这时V(C、N)化合物抑制奥氏体晶粒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组元,导致粗晶区的专属降低和时效敏感性增大。焊接热输入：对于含碳量偏高的热轧钢,焊接热输入要适中。对于含有碳、氮化物形成元素的正火钢,应采用小的热输入。 低碳调质钢 冷裂纹倾向(与冷却速度有关)

低碳钢由于淬硬倾向大,在焊接热影响区具有产生冷裂纹和韧性下降的倾向。但热影响区的淬硬组织为Ms点高的低碳马氏体,具有一定的韧性,裂纹敏感性小。冷却速度较慢时,马氏体可进行“自回火”处理可避免冷裂纹；冷速较快时,冷裂纹倾向增大。

过热区的脆化(原因,与冷却速度的关系) 冷却速度较慢时,奥氏体A向铁素体F转变,剩余高碳奥氏体继续冷却时转变为贝氏体B。混合组织F+B,使过热区脆化。冷速越低,先共析F越多,脆化越严重。

低碳调质钢焊接线能量的确定 原则：防止热影响区脆化和冷裂纹。 若冷速太慢,形成大量的F+高碳M和B,导致HAZ脆化。若冷速太快,没有足够时间自回火,易产生氢致裂纹。 根据焊接时的冷裂倾向决定是否预热。预热温度的确定

目的：防止冷裂纹(氢致裂纹)。 对改善组织无明显作用，低温预热,一般不超过200℃， 预热温度不能太高,否则冷却速度太小,奥氏体转变为铁素体或粗大的贝氏体,强韧性下降。 一般不需要焊后热处理

中碳调质钢的焊接性 (1)冷裂纹倾向大 碳当量大,淬硬倾向大；Ms点较低,形成的马氏体难以产生“自回火”效应；形成高碳马氏体(2)过热区脆化(原因) 高碳马氏体组织脆化；大线能量焊接难以避免马氏体形成,且晶粒粗大(3)HAZ软化 焊接线能量越小,软化程度越小,软化区宽度越窄；焊接热源越集中,对减少软化越有利。焊后调质处理可消除软化

中碳调质钢热裂纹产生与防止：(产生)含碳量高；结晶温度区间宽；易出现偏析；(防止)采用低碳低硅的焊材；严格控制母材焊材中S、P量；降低熔合比；注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。

中碳调质钢的焊接工艺特点 ①退火状态下焊接的工艺特点

(1)焊接时所要解决的问题主要就是裂纹,热影响区的性能可以通过焊后的调质处理来保证。 (2)焊接方法：在这种情况下对选择焊接工艺方法几乎没有限制。薄板时,CO2气体保护焊、TIG、微束等离子焊

(3)焊接材料：要求保证不产生冷、热裂纹外,还有一些特殊要求即焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致,以保证调质后的接头性能也与母材相同；焊缝金属的主要合金组成应尽量与母材相似,但对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素应该加以严格控制。 2.调制状态下焊接时的工艺特点

(1)除了裂纹外,热影响区的主要问题是：高碳马氏体引起的硬化和脆化；高温回火区软化引起的强度降低。

(2)前者可通过焊后的回火处理来解决的,后者若无法焊后调质处理,则无法避免 (3)焊接工艺应从防止冷裂纹和避免软化出发 对脆硬 :为了消除过热区的淬硬组织和防止延迟裂纹,须正确选定预热温度,焊后须及时回火。(注意预热、层间温度、中间热处理和焊后热处理的温度,都一定要控制在比母材淬火后的回火温度低50℃)。 对软化 : 应采用热量集中、能量密度大的方法．且焊接线能量越小越好。如：TIG、脉冲氩弧焊、等离子焊、电子束焊等 焊接材料：选择焊接材料时没有必要考虑成分和热处理规范要与母材相匹配的问题,为防止冷裂纹,常采用纯奥氏体的铬镍钢焊条或镍基焊条。

晶间腐蚀：奥氏体钢在450～850℃加热(敏化加热)时,会由于沿晶界沉淀出铬的碳化物,致使晶粒周边形成贫Cr区,在腐蚀介质中即可沿晶粒边界发生所谓晶间腐蚀。 刀口腐蚀碳化物变化趋势：以18-8Ti为例,焊前M23C6全部固溶TiC呈沉淀游离态。焊后TiC大部分固溶,峰值温度越高TiC固溶量越大,M23C6发生沉淀相应形成晶界贫铬区,越靠近熔合区贫铬越严重。

刀口腐蚀和敏化腐蚀的区别？产生在什么钢种？产生条件、部位？

刀口腐蚀只发生在稳定化钢种中(如Nb或Ti的18-8Nb和18-8Ti钢)。产生刀蚀的必要条件是：高温过热和中温敏化相继作用。刀蚀发生在熔合区,呈刀削切口形式。刀蚀防治措施：发展超低碳的不锈钢；减少近缝区过热,小线能量；焊后进行稳定化处理；合理安排焊接顺序或调整焊接工艺；加入稀土元素(REMS)。

HAZ敏化区腐蚀是指焊接热影响区加热峰值温度处于敏化加热区间的部位所发生晶间腐蚀。发生在含碳量大于0.05%的奥氏体不锈钢,如304钢。温度区间约为600～1000℃防治措施：焊后固溶处理；降低母材含碳量；母材中加入强碳化物形成元素(Ti,Nb)；热输入的影响(含碳量一定,热输入越大,敏化区越宽,敏化区停留时间越长,敏化腐蚀越严重).

从抗热裂纹和抗晶间腐蚀角度,为什么焊接18-8不锈钢希望得到γ+5%δ双相焊缝组织？ (抗晶间腐蚀角度)因焊缝中有少量δ相可以细化晶粒,打乱单一γ相柱状晶的方向性,不致形成连续的贫铬层,δ相富Cr,有良好的供Cr条件,可减少γ晶粒形成贫铬层。(抗热裂纹角度)同时,δ相比γ相溶解更多S、P,可以提高焊缝的抗裂能力。偏析液膜能够润湿γ- γ、δ- δ界面,不能润湿γ-δ异相界面。凝固裂纹最易产生于单相奥氏体(γ)组织的焊缝中,如果为γ+δ双相组织则不易产生凝固裂纹。

δ相的作用：利：δ相可打乱单一γ相柱状晶的方向性,不致形成连续的贫铬层。δ相富Cr,有良好的供Cr条件,可减少γ晶粒形成贫铬层。δ相比γ相溶解更多S、P,可以提高焊缝的抗热裂能力。不利：过量的δ相在高温时易促使形成σ相,引起σ相脆化。δ相选择性腐蚀。合适的δ相含量非常重要。太多(≥10vol%),塑性、韧性和耐蚀性均下降。太少(≤5%vol%),易产生结晶裂纹。

双相钢为什么采用超合金化焊接材料焊接：焊接的关键是使焊缝金属和HAZ均保持有适量的铁素体和奥氏体组织。由于焊接过程是不平衡冷却过程,对于同样成分的焊缝和母材,焊缝中的γ相要比母材少得多,故对于双相钢焊缝应当用奥氏体元素(Ni、N)进行超合金化,以保证焊缝中δ/γ有适当的相比例。

铁素体不锈钢晶间腐蚀和奥氏体不锈钢的差异：

铁素体钢与奥氏体钢(非稳定化)产生晶间腐蚀的条件不同；铁素体钢敏化温度范围：900℃以上；经过650～800℃退火后,可恢复其耐蚀性；降低含碳量对防止敏化腐蚀效果不大(除非含碳量相当低,如：0.002%C)；产生晶间腐蚀的位置是紧挨焊缝的高温区。与奥氏体钢相同,

加入Nb或Ti有利于减少敏化。

铁素体不锈钢的脆化(高温脆化,σ相脆化,475℃脆性)

高温脆性铁素体不锈钢焊接接头加热到950～1000 ℃以上后急冷到室温,焊接热影响区的塑性和韧性显著降低,称为“高温脆性”。影响因素：1)(C+N)的含量,2 )冷却速度,3)晶粒粗化。焊后重新加热到750～850℃,可恢复塑性。但在这个温度区间停留时间太长,会引起σ相脆化。 σ相脆化含Cr>21%时,若在520～820 ℃之间长时间加热,可析出σ相。 475℃脆性含Cr>15%的铁素体不锈钢,加热到475 ℃(425～550 ℃)附近或自高温缓冷至475 ℃附近,塑性和韧性下降的现象。可通过焊后加热到600~700 ℃,保温1h空冷,可以恢复原有性能,但时间过长,会引起σ相脆化。

马氏体不锈钢的冷裂纹及热处理工艺：焊后为淬硬的马氏体组织。马氏体不锈钢导热性较碳钢差,焊后残余应力较大,如果焊接接头刚度又大或焊接过程含氢量高,则高温直冷至120~100℃以下时很容易产生冷裂纹。热处理工艺：预热的目的：防止氢致裂纹。C=0.06%~0.3%要求预热和层温控制；对于薄件,允许预热温度和层温小于Ms。对于厚大件或碳含量高的钢种,预热温度和层温大于Ms。焊后热处理的目的：对马氏体进行回火,回火前适当冷却,使奥氏体基本分解为马氏体组织,不允许直接冷至室温。降低焊缝和热影响区硬度、改善其塑性和韧性；减少焊接残余应力。

奥氏体不锈钢凝固模式与热裂纹的关系：由晶粒润湿理论指明,偏析液膜能够润湿γ- γ、δ- δ界面,不能润湿γ-δ异相界面。以FA模式形成的δ相呈蠕虫状,妨碍γ枝晶支脉发展,构成理想的γ-δ界面,因而不会有热裂纹倾向。以AF模式凝固时,由于是通过包晶/共晶反应面形成γ+δ,这种共晶δ不足以构成理想的γ+δ界面,所以仍然可以呈现液膜润湿现象,以致还会有一定的热裂倾向。(Creq/Nieq＞1.5,FA模式,抗裂性好) 异种钢焊接的主要问题1、焊缝成分的稀释2、凝固过渡层的形成3、碳迁移过渡层的形成4、残余应力的形成。异种钢焊接材料的选择：为保证接头强度和塑韧性,常选用强度稍低但塑韧性较好的熔敷金属。原则：保证接头的使用性能；保证焊缝金属的致密性；应具有良好的工艺性能；保证焊缝金属具有所要求的特性；不能形成固溶体的可加中间过渡层。

铝及其合金焊接性：化学活性很强,表面极易形成难熔氧化膜,Al2O3熔点约为2050℃,MgO熔点约为2500℃；导热性强——不熔合现象；氧化膜密度与铝的密度接近——夹杂物；线膨胀系数大——热裂纹；氧化膜易吸附水分——气孔问题；

防止氢气孔的措施 1、减少氢的来源：焊材干燥处理；焊前清理；机械清理；溶剂脱脂；化学腐蚀清理；加强保护(气体的纯度,氩气中的含水量小于0.08%时不易形成气孔；正反面全面保护)；铲根、MIG焊时采用粗焊丝比细焊丝好.2、控制焊接工艺：①限制溶氢量(小的热输入—减少熔池存在时间,从而减少气氛中氢的溶入)。②改善氢的逸出条件(增大熔池时间以利气泡逸出；)③改变弧柱气氛的性质(在氩弧焊时,Ar中加入少量CO2或O2等氧化性气体,使氢发生氧化而减小氢分压,能减少气孔的生成倾向。)

合理选择焊接材料,“愈合”裂纹 由于铝合金为共晶型合金,少量易熔共晶会增大凝固裂纹倾向,所以,一般都是使主要合金元素含量超过xm,以便能产生“愈合”作用。 铸铁主要焊接问题： 焊接接头易出现白口及淬硬组织；焊接接头易出现裂纹。

同质焊缝电弧冷焊(具有好的抗裂性)主要问题：防止白口(冷裂)采用大直径焊条,大电流连续焊工艺。异质焊缝电弧冷焊工艺要点：准备工作要做好；焊接电流适当小：减少杂质熔入焊缝,减小热裂纹。减少焊缝含碳量,减小冷裂纹。减少热输入,降低焊接应力。减小半熔化区宽度。采用小直径焊条；短段、断续、分散焊：目的是改善应力状态。“短段”—每道焊缝要短(10～40㎜)。“断续”—每焊完一段后,要冷却到可以手摸时(50～60℃),再焊下一道。“分散”—每段焊缝短且不连续,而采用分散多处起焊。焊后立即小锤敲。