焊接冶金学重点答案

1、影响焊接性的因素。（1）材料因素：母材和焊接材料1）在相同焊接条件下，决定母材焊接性的主要因素是它本身的物理化学性能，其中化学成分是主要影响因素，它能决定HAZ的淬硬倾向、脆化倾向和产生裂纹的敏感性。2）焊接材料直接参与焊接过程中的一系列化学冶金反应，决定着焊缝金属的成分、组织、性能及缺陷的形成。（2）、工艺因素：焊接方法、焊接参数、预热、后热及焊后热处理等。（3）结构因素：主要有焊接结构和焊接接头的设计形式。1）其影响主要表现在热的传递和力的状态方面；2）改善措施：减小接头刚度、减少交叉焊缝，避免焊缝过于密集以及减少造成应力集中的各种因素。（4）焊接结构的使用条件：焊接结构的工作温度（高温、低温）;受载类别（静载荷、动载荷、冲击载荷、交变载荷等）;工作环境（焊接结构的服役地点、工作介质有无腐蚀性等）。2、碳当量公式和冷裂纹敏感性指数有什么意义？根据什么原理建立起来的，各适用于何种材料？在应用中应注意什么问题？1）碳当量法钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(Ceq)，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。碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件2）焊接冷裂纹敏感系数(1）不仅包括了母材的化学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件的作用。(2）根据Pc值可以通过经验公式求出斜y坡口对接裂纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预热温度To(℃):To=1440Pc-392(百度)通常的讲就是对冷裂纹发生可能的敏感程度或指标。一般和碳当量同步的，其值越高，裂纹倾向就越大，一般碳当量公式计算结果大于等于0.45即有冷裂纹的倾向。此外表面硬度越高，裂纹倾向也越大。3、焊接性的试验方法分类？焊接性试验方法分类：（一）、直接模拟试验类：１）焊接冷裂纹试验２）焊接热裂纹试验３）再热裂纹试验４）层状撕裂试验５）应力腐蚀裂纹试验６）脆性断裂试验（二）间接推算类：碳当量法、冷裂纹敏感指数Pc法、HAZ最高硬度法等（三）使用性能试验类：力学性能试验、耐压试验等3-2:选择或制定焊接性试验方法的原则:１)针对性与可比性原则：焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件相一致２)可靠性原则：焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性３)注意试验方法的经济性原则4、模拟焊接热影响区连续冷却组织转变图SH-CCT的作用。对于各类低合金钢，可以利用其各自的连续冷却曲线（CCT图）或模拟焊接热影响区的连续冷却曲线（SHCCT图）分析焊接性问题。这些曲线可以大体上说明在不同焊接热循环条件下将获得什么样的金相组织和硬度，可以估计有无冷裂纹的危险，可以确定适当的焊接工艺条件。(百度)它可以比较方便地预测焊接热影响区的组织和性能，同时也能作为选择焊接线能量、预热温度和制定焊接工艺的依据。5、叙述利用插销实验法。主要用于测定碳钢和低合金高强度钢HAZ的冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。此法是测定刚才焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。插销试验是将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，试棒插入底板上的孔中，试棒上端与底板表面齐平。试棒上端附近有环形或螺形缺口。试验时在底板上以规定的线能量熔敷一条焊道，其中心线通过试棒的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区内。底板材料应与被试材料相同或热物理常数基本一致。施焊时应测定t8/5值。如不预热，焊后冷却至100-150℃时加载。如有预热，应在高于预热温度50-70℃时加载。载荷应在1min之内，且在冷却至100℃或高于预热温度50-70℃之前施加完毕。如有后热，应在后热之前加载。在无预热条件下，载荷保持16h而试棒未断裂即可卸载。有预热条件下，载荷保持至少24h才可卸载。经多次改变载荷，即可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力σcr。临界应力σcr可以用启裂准则，也可以用断裂准则，但应加以注明。σcr的大小，即可相对比较材料抵抗产生冷裂纹的能力。6、热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢的屈服强度范围和性能特点。A、热轧及正火钢：屈服强度294~490MPa的低合金高强度钢，一种非热处理强化钢B、低碳调质钢：屈服强度一般为441~980MPa，一种热处理强化钢，可以在调质状态下进行焊接，焊后不须进行调质处理，必要时可采取消应力处理C、中碳调质钢：屈服强度一般为880~1176MPa以上，热处理强化钢，经常需要在退火状态下进行焊接，然后再通过整体热处理来达到所需要的强度和硬度。7、热轧及正火钢焊接材料的选择原则。(1)选择相应强度级别的焊接材料(2)必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响(3)必须考虑到热处理对焊缝力学性能的影响:1）焊缝化学成分不仅取决于焊接材科，而且与母材的熔入量即熔合比有很大关系，而焊缝组织的过饱和度则与冷却速度有很大关系。2）对焊后要进行正火处理时，必须选择强度更高一些的焊接材料。8、涉及低碳调质钢焊接裂纹的问题有哪些。(1)焊缝中的结晶裂纹：只要正确选用相应的焊接材料，焊接热裂纹是不会产生的。(2)热影响区液化裂纹：1）在一般钢中并不常见，主要发生在高镍低锰的低合金高强度钢中。2）避免的关键在于控制碳和硫的含量，保证高的锰硫比，尤其当含镍量高时，对此要求更为严格。(3)冷裂纹：1）希望高温时冷却速度较高些，而在低温时的Ms点附近的冷却速度要低些。2）对扩散氢比较敏感。(4)再热裂纹：1)不同成分的钢对再热裂纹敏感的温度范围不尽相同；2）焊接时可以通过降低退火温度、进行适当预热或后热等措施，防止和消除。(5)层状撕裂：敏感性很低9、同一牌号的中碳钢分别在调质状态和退火状态进行焊接时，焊接工艺有何差别？(一)退火状态下焊接时的工艺特点(1)焊接方法的选择:几乎没有限制，常用的一些焊接方法都能采用。(2)焊接材料的选择: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纹倾向和促使金属脆化的元素应加以严格限制。(3)焊接参数的确定:在焊后调质的情况下，确定焊接参数的出发点主要是保证调质处理前不出现裂纹，接头性能由焊后热处理来保证。因此可以采用高的预热温度(200～350℃)和层间温度。另外，在很多情况下焊后往往来不及立即进行调质处理，所以为了保证冷却到室温后，在调质处理前不致产生延迟裂纹，还必须在焊后及时地进行一次中间热处理。这种热处理一般是焊后在等于或高于预热温度下保持一段时间，其目的是为了从两个方面来防止延迟裂纹的产生：一是起到扩散除氢的作用；二是使组织转变为对冷裂敏感性低的组织。另外，当处理温度高时，还有消除应力的作用。(二)中碳钢调质状态下焊接时的工艺特点(1)当必须在调质状态下进行焊接时，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)高碳马氏体引起的硬化和脆化是可以通过焊后的回火处理来解决的。(3)但对高温回火区软化引起的强度下降，在焊后不能调质处理的情况下是无法挽救的。(4)所以在确定调质状态下的焊接参数时，主要应从防止冷裂纹和避免软化出发。(5)为了消除过热区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须正确选定预热温度，并应焊后及时进行回火处理。(6)在焊接调质状态的钢材时必须注意预热、层间温度和焊后热处理的温度，一定要控制在比母材淬火后的回火温度低50℃。(7)为了减少热影响区的软化，从焊接方法考虑应采用热量集中、能量密度大的方法，而且焊接热输入越小越好，这一点与低碳低合金调质钢的焊接是一致的。(8)从经济性和方便性考虑，目前在焊接这类钢时，焊条电弧焊还是用得最为普遍。(9)从防止冷裂纹的要求出发，经常采用纯奥氏体的铬镍钢焊条或镍基焊条。（百度）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。10、为什么低碳调质钢一般不在退火状态下进行焊接？因为调质状态和退火状态,使材料的性能发生改变。低碳调质钢的组织为低碳马氏体+下贝氏体，强度和韧性都较高，低碳调质钢在退火状态下进行焊接,不牢固,质量不行。（中，百度）因为中（低）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。11、分析Q345的焊接特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺。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600℃×1h退火出理，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：100～150℃。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火。（1、Q345钢相当于旧牌号的12MnV、14MnNb、16Mn等钢种。2、焊接性较好，一般不需要预热；当结构刚度较大或在低温下施工时，应适当预热。3、选用E50--型焊条；4、为了降低应力，防止定位焊缝开裂，应尽量避免强行装配。）12、焊接9%Ni钢时，应注意哪些问题？（1）焊接材料要匹配：所选用的焊接材料必须使焊缝金属具有与母材相近的低温韧性和线胀系数。（2）磁偏吹现象：1）9﹪Ni钢属强磁性材料，所以有磁偏吹现象。2）防止措施是避免接触强磁场、退磁、检测残留磁场，使其低于50A／m；也可选用适于交流焊接的镍基合金焊条。（3）热裂纹1）当采用镍基焊接材料时，焊缝金属容易产生热裂纹，尤其是弧坑裂纹。因此，应选用抗裂性能好，线胀系数与母材相近的焊接材料。2）在工艺上采取一些措施，如收弧时注意填满弧坑等。3）含Ni钢有回火脆性，需要注意控制焊后回火温度及冷却速度。13、珠光体耐热钢的焊接特点与低碳调质钢有何不同。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。14、低温用钢的种类及焊接特点。低温用钢按化学成分分为含镍和无镍两大类。若按钢的显微组织可分为铁素体型、低碳马氏体型和奥氏体型等三种类型。低温用钢的焊接特点：（1）焊接方法及热输入的选择：1）焊接方法：选常用的有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊及熔化极气体保护焊等。2）热输入：低温用钢焊接时，为避免焊缝金属及近缝区形成粗大组织而使焊缝及热影响区的韧性恶化，低温用钢焊接时，焊条尽量不摆动，采用窄焊道、多道多层焊；焊接电流不宜过大，宜用快速多道焊以减轻焊道过热，并通过多层焊的重热作用细化晶粒。（2）焊接材料的选择：1）焊接-40℃级l6MnDR钢可采用E5015-G或E5016-G高韧性焊条。（G表示高韧性）；2）埋弧焊时，可用中性熔炼焊剂配合Mn-Mo焊丝或碱性熔炼焊剂配合含Ni焊丝；也可采用C-Mn钢焊丝配合碱性非熔炼焊剂，由焊剂向焊缝渗入微量Ti、B合金元素，以保证焊缝金属获得良好的低温韧性。（