焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案
第一章：概述
第二章：焊接性及其实验评定
1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？
答：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。
第三章：合金结构钢
1．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：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；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、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。
2．分析Q345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600℃×1h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：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
3.Q345与Q390焊接性有何差异？Q345焊接工艺是否适用于Q390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的热输入叫宽，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。
4.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Wc?0.18％时不应提高冷速，Wc?0.18％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800～500℃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。
6.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。
7.比较Q345、T-1钢、2.25Cr-Mo和30MnSiA的冷裂、热裂和消除应裂纹的倾向.
答：1、冷裂纹的倾向：Q345为热扎钢其碳含量与碳当量较底，淬硬倾向不大，因此冷裂纹敏感倾向较底。T-1钢为低碳调质钢，加入了多种提高淬透性的合金元素，保证强度、韧性好的低碳自回火M和部分下B的混合组织减缓冷裂倾向，2.25Cr-1Mo为珠光体耐热钢，其中Cr、Mo能显著提高淬硬性，控制Cr、Mo的含量能减缓冷裂倾向，2.25-1Mo冷裂倾向相对敏感。30CrMnSiA为中碳调质钢，其母材含量相对高，淬硬性大，由于M中C含量高，有很大的过饱和度，点阵畸变更严重，因而冷裂倾向更大。2、热裂倾向Q345含碳相对低，而Mn含量高，钢的Wmn/Ws能达到要求，具有较好的抗热裂性能，热裂
倾向较小。T-1钢含C低但含Mn较高且S、P的控制严格因此热裂倾小。30CrMnSiA含碳量及合金元素含量高，焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析严重，焊接时易产生洁净裂纹，热裂倾向较大。3、消除应力裂纹倾向：钢中Cr、Mo元素及含量对SR产生影响大，Q345钢中不含Cr、Mo，因此SR倾向小。T-1钢令Cr、Mo但含量都小于1%，对于SR有一定的敏感性；SR倾向峡谷年队较大，2.25Cr-Mo其中Cr、Mo含量相对都较高，SR倾向较大。
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？
答：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。
10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？why？
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。
第四章不锈钢及耐热钢的焊接
1. 不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？答：焊缝中的含碳量易形成脆硬的淬火组织，降低焊缝的韧性，提高冷裂纹敏感性。碳容易和晶界附近的Cr结合形成Cr的碳化物Cr23C6，并在晶界析出，造成“贫Cr”现象，从而造成晶间腐蚀。选择含碳量低的焊条和母材，在焊条中加入Ti，Zr，Nb，V 等强碳化物形成元素来降低和控制含氟中的含碳量。
2. 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。
3. 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型钢的溶合区，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相继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，降低含碳量，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。
4. 简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因？在母材和焊缝合金成分一定的条件下，焊接时应采取何种措施防止热裂纹？答：产生原因：{1}奥氏体钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接时局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中产生较大的拉应力；{2}奥氏体钢易于联生结
晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有杂质偏析，而促使形成晶间液膜，显然易于促使产生凝固裂纹；{3}奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类杂质可形成易溶液膜，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}严格控制有害杂质元素{S、P—可形成易溶液膜};{2}形成双向组织，以FA模式凝固，无热裂倾向；{3}适当调整合金成分：Ni<15%，适当提高铁素体化元素含量，使焊缝δ%提高，从而提高抗裂性；Ni>15%时，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re{<0.01%}达到细化焊缝组织、净化晶界作用，以提高抗裂性；{4}选择合适的焊接工艺。
5. 奥氏体钢焊接时为什么常用“超合金化”焊接材料？答：为提高奥氏体钢的耐点蚀性能，采用较母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo的负偏析显著减少，更有利于提高耐点蚀性能。
6. 铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题？焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料？在焊接工艺上有什么特点？答：易出现问题：{1}焊接接头的晶间腐蚀；{2}焊接接头的脆化①高温脆性②σ相脆化③475℃脆化。 SMAW要求耐蚀性：选用同质的铁素体焊条和焊丝；要求抗氧化和要求提高焊缝塑性：选用A焊条和焊丝。 CO2气
保焊选用专用焊丝H08Cr20Ni15VNAl。焊接工艺特点：{1}采用小的q/v，焊后快冷——控制晶粒长大；{2}采用预热措施，T℃<=300℃——接头保持一定ak；{3}焊后热处理，严格控制工艺——消除贫Cr 区;{4}最大限度降低母材和焊缝杂质——防止475℃脆性产生；{5}根据使用性能要求不同，采用不同焊材和工艺方法。
7. 何为“脆化现象”？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象，各发生在什么温度区域？如何避免？答：“脆化现象”就是材料硬度高，但塑性和韧性差。现象与避免措施：{1}高温脆性：在900~1000℃急冷至室温，焊接接头HAZ的塑性和韧性下降。可重新加热到750~850℃，便可恢复其塑性。{2}σ相脆化：在570~820℃之间加热，可析出σ相。σ相析出与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形有关。加入Mn、Nb使σ相所需Cr的含量降低，Ni能使形成σ相所需温度提高。{3}475℃脆化：在400~500℃长期加热后可出现475℃脆化。适当降低含Cr量，有利于减轻脆化，若出现475℃脆化通过焊后热处理来消除。
8. 马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问题，在焊接材料的选用和工艺上有什么特点？制定焊接工艺时应采取哪些措施？答：易出现冷裂纹、粗晶脆化。焊接材料的选用：{1}对简单的Cr13型，要保证性
能，要求S、P、Si，C含量较低，使淬硬性下降，更要保证焊接接头的耐蚀性。{2}对Cr12为基加多元元素型，希望焊缝成分接近母材，形成均一的细小马氏体组织。{3}对于超低碳复相马氏体钢，采用同质焊材，焊后经超微细复相化处理，可使焊缝的强韧化约等于母材水平。工艺特点:{1}预热温度高{局部或整体}T℃=150-260℃；{2}采用小的q/v：防止近缝区出现粗大α和κ析出；{3}选用低氢焊条：焊缝成分与母材同质，高碳马氏体可选用奥氏体焊条焊接.
9. 双相不锈钢的成分和性能特点，与一般A不锈钢相比双相不锈钢的焊接性有何不同？在焊接工艺上有什么特点？答：双相不锈钢是在固溶体中铁素体和奥氏体相各占一半，一般较少相的含量至少也要达到30%的不锈钢。这类钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，具有良好的韧性、强度及优良的耐氧化应力腐蚀性能。与一般奥氏体不锈钢相比：{1}其凝固模式以铁素体模式进行；{2}焊接接头具有优良的耐蚀性，耐氯化物SCC性能，耐晶间腐蚀性能，但抗H2S 的SCC性能较差;{3}焊接接头的脆化是由于Cr的氮化物析出导致；{4}双相钢在一般情况下很少有冷裂纹，也不会产生热裂纹。焊接工艺特点：{1}焊接材料应根据“适用性原则”，不同类型的双向钢所用焊材不能任意互换，可采取“适量”超合金化焊接材料；{2}控制焊接工艺参数，避免产生过热现象，可适当缓冷，以获得理想的δ/γ相比例；{3}奥氏体不锈钢的焊接注意点同样适合双相钢的焊接。
10. 从双相不锈钢组织转变的角度出发，分析焊缝中Ni含量为什么比母材高及焊接热循环对焊接接头组织，性能有何影响？答：双相不锈钢的合金以F模式凝固，凝固结束为单相δ组织，随着温度的下降，开始发生δ→γ转变不完全，形成两相组织。显然，同样成分的焊缝和母材，焊缝中γ相要比母材少得多，导致焊后组织不均匀，韧性、塑性下降。提高焊缝中Ni含量，可保证焊缝中γ/δ的比例适当，从而保证良好的焊接性。在焊接加热过程，整个HAZ受到不同峰值温度的作用，最高接近钢的固相线，但只有在加热温度超过原固溶处理温度区间，才会发生明显的组织变化，一般情况下，峰值低于固溶处理的加热区，无显著组织变化，γ/δ值变化不大，超过固溶处理温度的高温区，会发生晶粒长大和γ相数量明显减少，紧邻溶合线的加热区，γ相全部溶于δ相中，成为粗大的等轴δ组织，冷却后转变为奥氏体相，无扎制方向而呈羽毛状，有时具有魏氏组织特征。
第五章：有色金属
2.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）氢在铝及合金中的溶解度在凝点时可从0.69ml/100g突降至0.036ml/100g相差约20倍，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间3）改变弧柱气氛中的氢含量。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，吸水性强的铝合金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性强的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受热而分解出氢，并在氧化膜上萌出气泡，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。
4.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。
5.分析高强度铝合金焊接接头性能低于母材的原因及防止措施，焊后热处理对焊接接头性能有什么影响？什么情况下对焊接接头进行焊后热处理？
答：原因：1）晶粒粗化，降低塑性，晶界液化产生显微裂纹。2）非时效强化铝合金haz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，haz峰值温度超过再结晶温度（200-300）区域就产生明显软化。3）时效强化铝合金haz软化，由于第二相脱溶析出聚集长大发生过时效软化。防止措施：1）采用小的焊接热输入。2）对al-zn-mg合金，焊后经自然时效可逐步恢复或接近母材的水平。热处理对接头性能的影响：1）焊后不热处理接头强度均低于母材，特别是在时效状态下焊接的硬铝，即使焊后人工热处理，接头强度系数也未超过60%。2）al-zn-mg合金强度与焊后自然时效长短有关系，
随自然时效的增长，强度可接近母材，要求焊缝有足够的强度，则焊后要热处理，焊后要洗掉焊剂残渣，以防焊件腐蚀。
6.铜及铜合金的物理化学性能有何特点，焊接性如何？不同的焊接方法对铜及铜合金焊接接头有什么影响？
答：1）铜及铜合金的物理化学性能：优良的导电导热性能；冷热加工性能好，无磁性；具有高的强度，抗氧化性及抗淡水，盐水，氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能。2）焊接性：铜及合金在焊接中难熔合，易变形，而且产生很大的焊接应力。铜及合金与杂质形成多种低熔点共晶，焊接时出现热裂纹。铜及合金焊接中易产生扩散气孔（H）反应气孔（冶金反应）及氮气孔（空气中的氮）。焊接接头的性能变化：纯铜焊接时，焊缝与焊接接头的抗拉强度可与母材接近，但塑性比母材有些降低。3）焊接方法对铜及合金的接头性能影响：焊条电弧焊，使焊接接头焊缝中氢氧百分比增加，zn蒸发严重容易形成气孔。埋弧焊时，对中厚板焊接可获得优质焊接接头。氩弧焊工艺，TIG 焊由于电弧能量集中易使焊接接头产生难熔合及变形。MIG焊可获得好的焊接接头。等离子弧焊可使接头不易变形，焊接接头质量达到母材。
7.分析采用埋弧焊和氩弧焊焊接中等厚度纯铜板的工艺特点，各有什么优缺点？
答：1）埋弧焊板厚δ<20mm工件在不预热及开坡口条件下获得优质
接头，使焊接工艺大为简化，特别适合中厚板长焊缝的焊接。2）氩弧焊 TIG具有电弧能量集中，保护效果好，热影响区窄，操作灵活的优点，特别适合中板及薄小件的焊接和补焊。MIG下熔化效率高，熔深大，焊速快。
最后
首先，向最初提供这份答案的人致敬。由于本人正在备战考研，时间有限，不能将答案修改完善，补充完整。希望使用本文件的您若有暇，能够完成这份答案的修改与增补。
Clicknight于2011年11月18日
金属材料的焊接性能 （2014.2.27） 摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。 关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头 1 前言 随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。 2 金属材料的焊接性能 2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素 2.1.1 金属材料焊接性的定义 金属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。 使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
焊接冶金学（基本原理）习题 绪论 1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？ 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？ 4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？ 5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？ 6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？ 7.什么是焊接，其物理本质是什么？ 8.焊接冶金研究的内容有哪些 第一章焊接化学冶金 1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？ 2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？ 3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ 6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？ 7.氢对焊接质量有哪些影响？ 8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？ 9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。 10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？ 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？ 12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？ 13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？ 14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。 15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ 16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？ 18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。 19.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。 20.什么是焊接化学冶金过程，手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有何不同，主要进行哪些物理 化学反应？ 21.什么是熔合比，其影响因素有哪些，研究熔合比在实际生产中有什么意义？
焊接冶金学（基本原理） 部分习题及答案 绪论 一、什么是焊接，其物理本质是什么？ 1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。 2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。 二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？ 钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。 1.温度场定义，分类及其影响因素。 1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。 2、分类： 1)稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动； 2)非稳定温度场——温度场各点随时间而变动； 3)准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。 3、影响因素： 1)热源的性质 2)焊接线能量 3)被焊金属的热物理性质
a.热导率 b.比热容 c.容积比热容 d.热扩散率 e.热焓 f.表面散热系数 4)焊件厚板及形状
第一章 二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？ 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃) 1)水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高 温度下析出 2)某些物质分解:形成Co，CO2，H2O，O2等气体 3)铁合金氧化：先期氧化，降低气相的氧化性 2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1)温度高：1800－2400℃ 2)与气体、熔渣的接触面积大：1000－10000 cm2/kg 3)时间短速度快：；熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合. 3、熔池反应区 1)反应速度低 熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2)熔池温度不均匀的突出特点 熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应 3)具有一定的搅拌作用 促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。 三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？ 1、种类：金属及熔渣蒸气 2、来源： 1)焊接材料 2)气体介质
第三章：合金结构焊接热影响区（ HAZ最高硬度 1．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：（ 1）固溶强化， 主要强化元素：强的合金元素（ 2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo （ 3）沉淀强化，主要强化元素： Nb,V,Ti,Mo. ；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 C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。 2. 分析Q345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 C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600CX 1h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H08MnMo A CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100?150C。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600?650 C回火。电渣焊 900?930 C正火，600?650 C回火 3. Q345与Q390焊接性有何差异？ Q345焊接工艺是否适用于 Q390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的热输入叫宽，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。 4. 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。（P81）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：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800~500C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 ; 典型的低碳调质钢在 Wc> 0.18 %时不应提高冷速，Wc< 0.18 %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800?500C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，包括层间温度，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。 6. 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
焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案 第一章：概述 第二章：焊接性及其实验评定 1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。 第三章：合金结构钢 1．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：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；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、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。 2．分析Q345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600℃×1h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：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
(适用于材料成型与控制工程专业焊接模块) 一、概念或解释(每题2分共10分) 1、联生结晶： 2、熔合比： 3、焊条药皮重量系数： 4、金属焊接性： 5、电弧热焊： 二、选择填空(可以多个选择,每题1分,共15分) 1、焊接区内的气体主要来源于( ) 。 ①焊接材料②母材③焊条药皮 2、焊接时, 不与氮气发生作用的金属,即不能溶解氮又不形成氮化物的金属，可用N 作为保护气体, 这种金属是( ) 。 ①铜②铝③镍 3、焊接熔渣的作用有( ) ①机械保护作用②冶金处理作用③改善工艺性能 4、焊接熔池的结晶时, 熔池体积小，冷却速度大，焊缝中以( ) 为主。 ①柱状晶②等轴晶③平面晶
5、熔合区的化学不均匀性主要是体现于(
①凝固过渡层的形成 ②碳迁移过渡层的形成 ③合金分层现象 6、焊缝中的气孔和夹杂主要害处是 ( ) 。 ①焊缝有效截面下降 ②应力集中，疲劳强度下降 ③抗氧化性下降 气孔，使致 密性下降。 7、 打底焊道最易产生热裂纹 , 也最易产生冷裂纹 , 其主要原因是 ( ) 。 ①冷却速度快 ②应力集中 ③过热 8、 焊接结构钢用熔渣的成分是由 ( ) 等组成。 ①氧化物 ②氟化物 ③氯化物 ④硼酸盐 9、 焊接冷裂纹按产生原因可分为 ( ) 。 ①淬硬脆化裂纹 ②低塑性脆化裂纹 ③层状撕裂 ④应力腐蚀开裂 裂纹 10、 有利于改善焊缝抗热裂纹性能因素主要有 ( ) 。 ①细化晶粒 ②减少 S 、P ③结晶温度大 ④加入锰脱硫 11、 热扎、正火钢焊接时，过热区性能的变化取决于 ( ) 等因素。 ①高温停留时间 ②焊接线能量 ③钢材类型 ④冷裂倾向 12、 铸铁焊接时，影响半熔化区冷却速度的因素有： ( ) 。 ①焊接方法 ②预热温度 ③焊接热输入 ④铸件厚度 13、下列哪些钢种具有一定的热应变脆化倾向。 ( ①低碳钢 ②16Mn ③15 MnV 14、焊缝为铸铁型时，影响冷裂纹的因素有 ( ) 。 ①基体组织 ②石墨形状 ③焊补处刚度，体积及焊缝长短 ④深透性 ⑤延迟
绪论 1、什么是焊接? 焊接是指通过加热或加压，或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。 第一章 1、焊接热过程有何特点？焊条电弧焊焊接过程中，电弧热源的能量以什么方式传递给焊件？ 其一是对焊件的加热是局部的，焊件热源集中作用在焊件的接口部位，整个焊件的加热时不均匀的。其二是焊接过程是瞬时的，焊接热源始终以一定速度运动。主要是通过热辐射和热对流。 2、什么叫焊接温度场？温度场如何表示？影响温度场的主要因素有哪些？ 焊接过程中每一瞬时焊接接头上各点的温度分布状态称为焊接温度场。可用列表法、公式法或图像法表示。影响因素:1热源的性质及焊接工艺参数，2被焊金属的热物理性质，3焊件的几何尺寸级状态。 3、焊接热循环的主要参数有哪些？有何特点？有哪些影响因素？ 焊接热循环的主要参数是加热速度（VH）、最高加热温度Tm、相对温度以上停留时间（tH）及冷却速焊接热循环具有以下特点：1焊接热循环的参数对焊接冶金过程和焊接热影响区的组织性能有强烈的影响，从而影响焊接质量。2焊件上各点的热循环不同主要取决于各点离焊缝中心的距离，离焊缝中心越近，其加热速度越大，峰值温度越高，冷却速度也越大。 4、焊接冶金有何特点？焊条电弧焊有几个焊接化学冶金反应区？ 1焊接冶金反应分区域连续进行，2焊接冶金反应具有超高温特征，3冶金反应界面大，4焊接冶金过程时间短，5焊接金属处于不断运动状态。药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区。 5、焊条电弧焊各冶金反应区的冶金反应有何不同？ 药皮反应区是整个冶金过程的准备阶段，其产物就是熔滴和熔池反应区的反应物，对冶金过程有一定的影响。熔滴反应区是冶金反应最剧烈的区域，对焊缝的成分影响最大。熔池反应区是对焊缝成分起决定性作用的反应区。 6、焊条加热与焊化的热量来自于哪些方面？电阻热过大队焊接质量有何影响？ 来自于三个方面：焊接电弧传递给焊条的热能；焊接电流通过焊芯时产生的电阻热；化学冶金反应产生的反应热。 电阻热过大，会使焊芯和药皮升温过高引起以下不良反应：产生飞溅；药皮开裂与过早脱落，电弧燃烧不稳；焊缝成形变坏，甚至引起气孔等缺陷；药皮过早进行冶金反应，丧失冶金反应和保护能力；焊条发红变软，操作苦难。 7、熔滴过渡的作用力有哪些？其对熔滴过渡的影响如何？ 1重力平焊时，重力促进熔滴过渡；立焊和仰焊时，重力阻碍熔滴过渡 2表面张力平焊时，表面张力阻碍熔滴过渡，在立焊和仰焊时，表面张力促进熔滴过渡 3电磁压缩力电磁压缩力在任何焊接位置都促使熔滴过渡 4斑点压力斑点压力的作用方向是阻碍熔滴过渡，并且正接时的斑点压力较反接时大 5等离子流力等离子流力有利于熔滴过渡 6电弧气体吹力无论焊接位置如何，电弧气体吹力都有利熔滴过渡。 8、氢对焊接质量有何影响？控制焊接接头氢含量的措施有哪些？ 氢的危害性主要由以下几个方面：1形成氢气孔；2产生白点；3导致氢脆；4形成冷裂缝
《材料焊接性》（专科）学案 第一章绪论 二、本章习题 1. 根据本章所述内容，举例说明低合金钢焊接在工程结构中的重要作用。 2.先进材料的发展和应用在工程中越来越受到人们的重视，简述先进材料（如陶瓷、金属间化合物和复合材料等）和金属材料相比，在工程结构中的应用有什么不同？ 第2章材料焊接性及其试验方法 1. 了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。 影响因素：材料因素、工艺因素、结构因素、使用条件。 2. 什么是热焊接性和冶金焊接性，各涉及到焊接中的什么问题？ 冶金焊接性指在熔焊高温下的熔池金属与气象熔渣等相互之间繁盛化学冶金反映所引起的焊接变化
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。 工艺焊接性是指影响焊接操作的焊接性能，如电弧的稳定性、焊缝的成形性、脱渣性、飞溅大小及发尘量等。而使用焊接性则是指焊件需满足的使用要求，如接头的力学性能、物理性能及化学性能要求。 有时，工艺焊接性好的材料如果焊接材料选择不当，其使用性能就不一定好：例如不锈钢焊接，若使用普通结构钢焊条焊接，其工艺焊接性很好，即焊接过程很顺利，但是，焊缝不耐腐蚀，就不能满足不锈钢焊件的使用要求，因此焊接接头是不合格的。 金属材料使用性能主要指力学性能，即金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好| 第3章低合金结构钢的焊接 1. 分析热轧钢和正火钢的强化方式及主强化元素有什么不同。二者的焊接性有何差异，在制定焊接工艺时应注意什么问题。 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：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；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、正火钢在该条件粗晶区的析出相基本固溶，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、M-A等导致韧性下降和时敏感性增大。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 2. 分析16Mn的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。
模块二 2-1答： 与铸锭凝固相比，焊缝结晶有以下特点：（1）熔池的体积小，冷却速度大。由于熔池的体积小，而周围又被冷金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，平均约为4～100℃/s，比铸钢锭的平均冷却速度要大10000倍左右。因此，对于含碳量高、合金元素较多的钢种容易产生淬硬组织，甚至焊道上产生裂纹。由于冷却速度快，熔池中心和边缘还有较大的温度梯度，致使焊缝中柱状晶得到很大发展。所以一般情况下焊缝中没有等轴晶，只有在焊缝断面的上部有少量的等轴晶（电渣焊除外）。（2）熔池中的液态金属处于过热状态。在电弧焊的条件下，对于低碳钢或低合金钢来讲，熔池的平均温度可达1770±100℃，而溶滴的温度更高，约为2300±200℃。一般钢锭的温度很少超过1550℃，因此，熔池的液态金属处于过热状态。由于液态金属的过热程度较大，合金元素的烧损比较严重，使熔池中非自发晶核的质点大为减少，这也是促使焊缝中柱状晶得到发展的原因之一。 此外，在焊缝条件下，气体的吹力，焊条的摆动以及熔池内部气体的外逸，都会产生搅拌作用。这一点对于排除气体和夹杂是很有利的，也有利于得到致密而性能好的焊缝。 2-2答： 焊缝金属在结晶过程中，由于合金元素来不及扩散而存在化学成分的不均匀性。一般焊缝中的偏析主要有以下三种。（1）显微偏析一般来讲，先结晶的固相含溶质较低，也就是先结晶的固相比较纯，而后结晶的固相含溶质的浓度较高，并富集了较多的杂质。由于焊接过程中冷却较快，固相的成分来不及扩散，而在相当大的程度上保持着由于结晶有先后所产生的化学成分不均匀性。（2）区域偏析焊接时由于熔池中存在激烈的搅拌作用，同时焊接熔池又不断的向前推移，不断加入新的液体金属，因此结晶后的焊缝，从宏观上不会像铸锭那样有大面积的区域偏析。但是，在焊缝结晶时，由于柱状晶体继续长大和推移，此时会把溶质或杂质“赶”向熔池的中心。这使熔池中心的杂质浓度逐渐升高，致使在最后凝固的部位产生较严重的区域偏析。(3)层状偏析熔池金属结晶时，在结晶前沿的液体金属中，溶质的浓度较高，同时也富集了一些杂质。当冷却速度较慢时，这一层浓度较高的溶质和杂质可以通过扩散而减轻偏析的程度。但冷却速度很快时，还没有来得及“均匀化”就已凝固，造成了溶质和杂质较多的结晶层。 2-3答： 对于一般钢铁材料来说，合金元素在液相中的溶解度总是大于固相中的溶解度，熔合区正是液固两相发生强烈接触的地方，所以在液固两相的分界面处，溶质原子就会从固相向液相扩散。焊接条件下，在熔合区元素扩散转移的过程是明显存在的，特别是象C、S、P等强偏析元素，不均匀性更大。 2-4答： 在焊接条件下，熔化过程是很复杂的，即使焊接规范十分稳定，由于种种因素的影响，也会使热能的传播极不均匀（如周期性熔滴过渡，电磁吹力的变化等）。另一方面，在半熔
第三章：合金结构焊接热影响区（HAZ）最高硬度 焊接热影响区（heat affected zone,简称HAZ）最高硬度，是指焊接后焊接接头中的热影响区硬度的最高值。一般其硬度值采用维氏硬度来表示，例如HV10。是评价钢种焊接性的重要指标之一，比碳当量更为准确。采用焊接热影响区最高硬度作为一个因子来评价金属焊接性（包括冷裂纹敏感性），不仅反映钢钟化学成分的作用，还反映了焊接工艺参数影响下形成的不同组织形态的作用。因为硬度与强度有一定的头条，即强度高，对应的硬度也高。因此焊接热影响区最高硬度也反映了焊接热影响区的强度，而焊接热影响区的强度超高，会导致其塑性降低，从而易形成裂纹或裂纹易于扩展。另外，不同的组织形态的硬度值也不一样，在钢中，高碳马氏体（孪晶马氏体）的硬度值最高，且高碳马氏体的塑性、韧性最差，所以焊接热影响区最高硬度也可以间接反映接头的性能。焊接热影响区的最高硬度值的数值越高，其对就的强度就越高，韧性、塑性就越差。因些，重要结构中，对焊接热影响区最高硬度有一定的限制，并作为评价指标之一。 钢 1．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：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；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。 2．分析Q345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600℃×1h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：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
金属材料的焊接性能 （1）焊接性能良好的钢材主要有： 低碳钢（含碳量<0.25）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<0.20）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<0.18）。 （2）焊接性能一般的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.25～0.35）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<0.30）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡0.18） （3）焊接性能较差的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。 （4）焊接性能不好的钢材主要有： 中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.30～0.40）。 焊条和焊丝选择的基本要点如下： 同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素： 考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能； 考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。 异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况： 一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。 焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。 ###15CrMoR的换热器的热处理工艺 ***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。 *** 15CrMoR焊接性能良好。手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。 ###压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。 改善钢材性能的途径：化学成分的设计,组织结构的改变,零件表面改性。 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 一、化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳:碳含量增加时，钢的强度增大，可焊性下降，焊接时易在热影响区出现裂纹。 因此压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。 2、钒、钛、铌等：在钢中加入钒、钛、铌等元素，可提高钢的强度和韧性。
焊接课后答案及名词解 释 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
1.试述熔化焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别 熔化焊接：使两个被焊材料之间(母材与焊缝)形成共同的晶粒 针焊：只是钎料熔化，而母材不熔化，故在连理处一般不易形成共同的晶粒，只是在钎料与母材之间形成有相互原于渗透的机械结合。 粘接：是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，一般来讲没有原子的相互渗透或扩散。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 3.焊条的工艺性能包括哪些方面（详见：焊接冶金学（基本原理）p84） 焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度及焊条发尘量等 4.低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感（详见：焊接冶金学（基本原理）p94） 由于这类焊条的熔渣不具有氧化性，一旦有氢侵入熔池将很难脱出。所以，低氢型焊条对于铁锈、油污、水分很敏感。 5.焊剂的作用有哪些 隔离空气、保护焊接区金属使其不受空气的侵害，以及进行冶金处理作用。 6.能实现焊接的能源大致哪几种它们各自的特点是什么 见课本p3 ：热源种类 7.焊接电弧加热区的特点及其热分布（详见：焊接冶金学（基本原理）p4） 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，如果再进一步分析时，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。 8.什么是焊接，其物理本质是什么 焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性） 2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 9，焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同P8 （1）原材料不同：普通冶金材料的原材料主要是矿石、废钢铁和焦炭等；而焊接化学冶金的原材料主要是焊条、焊丝和焊剂等。（2）反应条件不同：普通化学冶金是对金属熔炼加工过程，是在放牧特定的炉中进行的；而焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于高炉。 10.为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度（详见：焊接冶金学（基本原理） p34） 电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度的主要原因在于：1）电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；2）电弧中的氮离子可在阴极溶解；3）在氧化性电弧气氛中形成NO，遇到温度较低的液态金属它分解为N和O，N迅速溶于金属。
1什么叫焊接性？其影响因素有哪些？ 答：焊接性是指同质或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力 影响因素：影响焊接性的四大因素是材料，设计，工艺及服役环境。 2焊接性直接试验方法有哪些？间接试验方法有哪些？ 答：直接实验方法：焊接冷裂纹实验方法，焊接热裂纹实验方法，焊接消除应力裂纹实验方法，层状撕裂实验方法。 间接实验方法：碳当量法，焊接冷裂纹敏感指数法，热裂纹敏感性指数法，消除应力裂纹敏感性指数法，层状撕裂敏感性指数法，焊接热影响区最高硬度法。 3如何利用插销试验来确定某种低合金高强钢所需要的预热温度？ 答：按插销试验方法的要求制备若干试样，设置一系列温度梯度的预热温度，按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔敷一层堆焊道，焊道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，焊道长度约为100~150mm，焊前预热时，应在高于预热温度50~70度时加载，载荷保持至少24h才可卸载，用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂，经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力σcr,满足σcr>σs条件所对应的最低温度及即为所需预热温度 Q345（16Mn）与Q390（15MnTi）的强化机制有何不同？二者过热区的脆化机制有何不同？焊接线能量的影响有何不同？ 答：1 Q345（16Mn）属于热轧钢，是在Wc<0.2%的基础上通过Mn.Si等合金元素的固溶强化作用来保证钢的强度，Q390（15MnTi）属于正火钢，是在Q345基础上加入一些沉淀强化的合金元素如V.Ti等强碳化物，氮化物形成元素以达到沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能2 Q345过热区的脆化主要是由于晶粒长大，出现魏氏组织而降低韧性，或粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性，Q390是由于出现粗大晶粒及上贝氏体，M-A组元等，导致粗晶区韧性降低3对于Q345，线能量太大出现粗晶脆化，太小出现组织脆化，焊接线能量要适中，因Q345含碳量很小，故焊接线能量的选择可适当放宽，可用较小的线能量，对于Q390，为了避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒过热引起的热影响区脆化，焊接线能量应偏小一些 3中碳调质钢在调质态焊接与在退火态焊接的工艺方案有哪些差别？ 答：1退火态焊接的主要问题是裂纹问题，调质态为防止焊接裂纹和避免热影响软化及HAZ 的脆化，硬化2退火态焊接HAZ和焊缝区的性能通过焊后的调质处理来保证，调质态后不调质处理，HAZ和焊缝区的性能通过焊接工艺及焊材保证3退火态焊接时，焊接方法的选择几乎没有限制，常用焊接方法都能采用，调质态焊接时为减少HAZ的软化，应采用热量集中，能量密度高的方法，焊接热输入越小越好4选择焊接材料时，退火除要求保证不产生冷裂纹外，还要求焊缝金属的调质处理规范应与母材一致，主要合金组成应当与母材相似，对引起焊缝热裂纹倾向和促使金属脆化的元素应加以严格控制，而调质态焊缝金属可与母材有区别，可采用塑韧性较好的奥氏体铬钢焊条或镍或镍基焊条5退火态可采用较高的预热温度和层间温度，焊后及时进行中间热处理，调质态为消除热影响区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须适当采用预热。层间温度控制，中间热处理焊后及时进行回火处理，以上温度应比母材淬火后的回火温度至少低50度 4通过本章学习，归纳在确定钢材是否需要焊后热处理以及确定焊后热处理温度时，应考虑哪些问题？ 答：1焊后回火温度不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材性能2对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的区间3为保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须比母材回火温度低4若焊后不得及时进行热处理，应进行保温或中间热处理
一.名词解释 1.焊接：被焊工件的材质(同质或异质)，通过加热或加压或二者并用，并且 用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性的连接的工艺过程。 2.熔合比：在焊缝金属中局部融化的母材所占的比例称为熔合比。 3.交互结晶：熔合区附近加热到半融化状态基本金属的晶粒表面，非自发形核 就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成所谓交互结晶。 4.焊缝扩散氢：由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的 晶格中自由扩散，故称扩散氢。 5.拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力。 6.熔敷系数：真正反映焊接生产率的指标。g/(A*H)在熔焊过程中，单位电流， 单位时间内，焊芯熔敷在焊件上的金属量。 7.熔敷比表面积：熔滴的表面积Ag与其质量pVg之比。 8.应力腐蚀：金属材料在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下产生的一种延迟破 坏现象，称为应力腐蚀。 9.层状撕裂：大型厚壁结构，在焊接过程中会沿钢板的厚度方向出现较大的拉 伸应力，如果钢中有较多的杂质，那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，称为层状撕裂。 10.再热裂纹：焊后再加热，为了消除应力退火或在高温工作时500-700摄氏度 产生的裂纹。 11.热影响区：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区 域。 12.热循环曲线：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达 到峰值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 13.焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。 14.热裂纹:是在焊接高温时晶沿界断裂产生的。冷裂纹：是焊后冷至较低温度 产生的。 二.简答 1.氢对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氢量的主要措施是什么？ a.氢脆，氢在室温附近使钢的塑性严重下降。 b.白点，碳钢和低合金钢焊缝， 如含氢量高常常在拉伸或弯曲断面上出现银白色局部脆断点。c.形成气孔，熔池吸收大量的氢，凝固时由于溶解度突然下降，使氢处于饱和状态，会产生氢气且不溶于液态金属，形成气泡产生气孔。d.氢促使产生冷裂纹。措施： a.限制焊接材料中的氢含量，制造低氢和超低氢型焊接材料和焊剂时，应尽 量选用不含或含氢量少的材料。b.清除焊件和焊丝表面上的铁锈，油污，吸附水等杂质。c.冶金处理：在药皮中加入氟化物，控制焊接材料的氧化还原势，在药皮或焊芯中加入微量的稀土和稀散元素，控制焊接工艺参数，焊后除氢处理。 2.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质，是促使焊缝产生气孔的主要原因。b氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度，降低塑性和韧性的元素。c氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。措施：a焊接区保护的影响，液态金属脱氮比较困难，所以控制氮的主要措施是加强保护，防止空气和金属作用。b焊接参
材料焊接性总复习 选择题： 1、用于机械零件和各种工程结构的钢材统称为（B） A、合金结构钢 B、结构钢 C、特殊用钢 D、工程用钢 2、以下不是合金结构钢的主要特点的是（B） A、实用性 B、综合性能 C、物理性能 D、力学性能 3、下列描述中，不属于对屈服强度为294~490MPa的低合金高强钢的描述有（A） A、熔合区 B、不完全重结晶区 C、细晶区 D、淬火区 4、低中合金特殊用钢分类不包括（B） A、珠光体耐热钢 B、低温钢 C、中碳调质钢 D、低合金耐蚀钢 5、按钢的屈服强度级别及热处理状态，合金结构钢的分类不包括（） A、热轧及正火钢 B、低碳调质钢 C、中碳调质钢 D、控轧钢 6、非调质钢的分类不包括（） A、正火钢 B、热轧钢 C、中碳调质钢 D、控轧钢 1、钢的强化方式有哪几种方式，（）、（）、（）、（）、（）。 2、钢工作温度在（）以上，可采用( )的低合金；工作温度在-60~-170℃的温度范围内应选用1.5%~8%的( )；工作温度达-170℃须选用( )和( )。 3、有色金属及合金的分类方法很多，按基体金属可分为( )、( )、( )、( )等。 4、有色金属及合金的分类方法很多，根据组成合金的元素数目，可分为( )、( )和( )。 5、有色金属及合金的分类方法很多，按合金组分总的质量分数，可分为质量分数小于2.5%
的为（），总质量分数为2.5%~10%的为（），总质量分数大于10％的为（）。 6、铝合金具有( )、( )、( )、( )、( )以及（)等特点。 7、铜及铜合金具有较高的( )、( )、( )和( )。 8、钛合金由于具有( )、( )、( )、( )等特点。 9、前发展的先进材料根据其使用性能可分为( )和( )。 10、显微组织由( )+( )发展为极低碳的贝氏体，使管线钢抗氢致裂纹的能力有了很大的提高。 答案： 1、固溶强化沉淀强化位错强化热处理强化细晶强化 2、-46℃铝镇静镍钢镍的质量分数为9%Ni钢和奥氏体钢 3、铝合金铜合金钛合金镍合金 4、二元合金三元合金多元合金 5、低合金中合金高合金 6、密度低强度高耐腐蚀导电导热性好可焊接加工性能好 7、导电导热性抗磁性耐蚀性良好的加工性 8、轻质高强耐热耐蚀 9、结构材料功能材料 10、铁素体珠光体 1、焊接加工时可能出现、、等缺陷。 2、影响热焊接性工艺措施：、、、 3、影响焊接性的四大因素是、、及服役环境。 4、评定焊接性的方法分为和两类。 5、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。 6、再热裂纹是指一些含铬、钼或钒的耐热钢、高强钢焊接后，为消除焊后残余应力，改善接头金相组织和力学性能，而进行消除应力热处理过程中产生的裂纹。 7、焊接性是指材料在规定的温度条件下，焊接成设计要求所规定的构件并满足预定服役要求的能力。 8、焊接性评定方法分类为：1）模拟类方法；2）实焊类方法；3）理论分析和计算类方法；4）利用经验公式。 9、影响焊接性的四大因素为：材料因素、设计因素、工艺因素和服役环境。