第四章 不銹鋼及耐熱鋼的焊接

1、第四章 不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1. 不銹鋼焊接時，為什么要控制焊縫中的含碳量？如何控制焊縫中的含碳量？答：焊縫中的含碳量易形成脆硬的淬火組織，降低焊縫的韌性，提高冷裂紋敏感性。碳容易和晶界附近的Cr結(jié)合形成Cr的碳化物Cr23C6，并在晶界析出，造成“貧Cr”現(xiàn)象，從而造成晶間腐蝕。    選擇含碳量低的焊條和母材，在焊條中加入Ti，Zr，Nb，V等強碳化物形成元素來降低和控制含氟中的含碳量。 2. 為什么18-8奧氏體不銹鋼焊縫中要求含有一定數(shù)量的鐵素體組織？通過什么途徑控制焊縫中的鐵素體含量？答：焊縫中的相可打亂單一相柱狀晶的方向性，不致形成連續(xù)，另外相富碳C

2、r，又良好的供Cr條件，可減少晶粒形成貧Cr層，故常希望焊縫中有4%12%的相。    通過控制鐵素體化元素的含量，或控制Creq/Nieq的值，來控制焊縫中的鐵素體含量。 3. 18-8型不銹鋼焊接接頭區(qū)域在那些部位可能產(chǎn)生晶間腐蝕，是由于什么原因造成？如何防止？答：18-8型焊接接頭有三個部位能出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象：1焊縫區(qū)晶間腐蝕。產(chǎn)生原因根據(jù)貧鉻理論，碳與晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，導致晶粒外層的含Cr量降低，形成貧Cr層，使得電極電位下降，當在腐蝕介質(zhì)作用下，貧Cr層成為陰極，遭受電化學腐蝕；2熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕。是由于敏化區(qū)在高溫時易析

3、出鉻的碳化物，形成貧Cr層，造成晶間腐蝕；3融合區(qū)晶間腐蝕刀狀腐蝕。只發(fā)生在焊Nb或Ti的18-8型鋼的融合區(qū)，其實質(zhì)也是與M23C6沉淀而形成貧Cr有關(guān)，高溫過熱和中溫敏化連過程依次作用是其產(chǎn)生的的必要條件。 防止方法：1控制焊縫金屬化學成分，降低C%，加入穩(wěn)定化元素Ti、Nb；2 控制焊縫的組織形態(tài)，形成雙向組織+15%；3控制敏化溫度范圍的停留時間；4焊后熱處理：固溶處理，穩(wěn)定化處理，消除應力處理。 4. 簡述奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的原因？在母材和焊縫合金成分一定的條件下，焊接時應采取何種措施防止熱裂紋？答：產(chǎn)生原因：1奧氏體鋼的熱導率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，街頭在

4、冷卻過程中產(chǎn)生較大的拉應力；2奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有雜質(zhì)偏析，而促使形成晶間液膜，顯然易于促使產(chǎn)生凝固裂紋；3奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復雜，不僅S、P、Sn、Sb之類雜質(zhì)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嚴格控制有害雜質(zhì)元素S、P可形成易溶液膜;2形成雙向組織，以FA模式凝固，無熱裂傾向；3適當調(diào)整合金成分：Ni<15%，適當提高鐵素體化元素含量，使焊縫%提高，從而提高抗裂性；Ni>15%時，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re<0.01%達到細化焊縫、凈

5、化晶界作用，以提高抗裂性；4選擇合適的焊接工藝。   5. 奧氏體鋼焊接時為什么常用“超合金化”焊接材料？答：為提高奧氏體鋼的耐點蝕性能，采用較母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負偏析顯著減少，更有利于提高耐點蝕性能。   6. 鐵素體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)什么問題？焊條電弧焊和氣體保護焊時如何選擇焊接材料？在焊接工藝上有什么特點？答：易出現(xiàn)問題：1焊接接頭的晶間腐蝕；2焊接接頭的脆化高溫脆性相脆化475脆化。  SMAW要求耐蝕性：選用同質(zhì)的鐵素體焊條和焊絲；要求抗氧化和要求提高焊縫塑性：選

6、用A焊條和焊絲。  CO2氣保焊選用專用焊絲H08Cr20Ni15VNAl。   焊接工藝特點：1采用小的q/v，焊后快冷控制晶粒長大；2采用預熱措施，T<=300接頭保持一定ak；3焊后熱處理，嚴格控制工藝消除貧Cr區(qū);4最大限度降低母材和焊縫雜質(zhì)防止475脆性產(chǎn)生；5根據(jù)使用性能要求不同，采用不同焊材和工藝方法。 7. 何為“脆化現(xiàn)象”？鐵素體不銹鋼焊接時有哪些脆化現(xiàn)象，各發(fā)生在什么溫度區(qū)域？如何避免？答：“脆化現(xiàn)象”就是材料硬度高，但塑性和韌性差。   現(xiàn)象：1高溫脆性：在9001000急冷至室溫，焊接接頭HAZ的塑性和韌

7、性下降。可重新加熱到750850，便可恢復其塑性。2相脆化：在570820之間加熱，可析出相。相析出與焊縫金屬中的化學成分、組織、加熱溫度、保溫時間以及預先冷變形有關(guān)。加入Mn呢過使相所需Cr的含量降低，Ni能使形成相所需溫度提高。3475脆化：在400500長期加熱后可出現(xiàn)475脆性適當降低含Cr量，有利于減輕脆化，若出現(xiàn)475脆化通過焊后熱處理來消除。 8. 馬氏體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)什么問題，在焊接材料的選用和工藝上有什么特點？制定焊接工藝時應采取哪些措施？答：易出現(xiàn)冷裂紋、粗晶脆化。 焊接材料的選用：1對簡單的Cr13型，要保證性能，要求S、P、Si，C含量較低，使淬硬性下降，更要保證

8、焊接接頭的耐蝕性。2對Cr12為基加多元元素型，希望 焊縫成分接近母材，形成均一的細小M組織。3對于超低C復相M鋼，采用同質(zhì)焊材，焊后經(jīng)超微細復相化處理，可使焊縫的強韌化約等于母材水平。   工藝特點:1預熱溫度高局部或整體T=150-260；2采用小的q/v：防止近縫區(qū)出現(xiàn)粗大和析出；3選用低H焊條：焊縫成分與母材同質(zhì)，高碳M可選用A焊條焊接. 9. 雙相不銹鋼的成分和性能特點，與一般A不銹鋼相比雙相不銹鋼的焊接性有何不同？在焊接工藝上有什么特點？答：雙相不銹鋼是在固溶體中F和A相各占一半，一般較少相的含量至少也要達到30%的不銹鋼。這類鋼綜合了A不銹鋼和F不銹鋼的優(yōu)點，

9、具有良好的韌性、強度及優(yōu)良的耐氧化物應力腐蝕性能。    與一般A不銹鋼相比：1其凝固模式以F模式進行；2焊接接頭具有優(yōu)良的耐蝕性，耐氯化物SCC性能，耐晶間腐蝕性能，但抗H2S的SCC性能較差;3焊接接頭的脆化是由于Cr的氮化物析出導致；4雙相鋼在一般情況下很少有冷裂紋，也不會產(chǎn)生熱裂紋。   焊接工藝特點：1焊接材料應根據(jù)“適用性原則”，不同類型的雙向鋼所用焊材不能任意互換，可采取“適量”超合金化焊接材料；2控制焊接工藝參數(shù)，避免產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，可適當緩冷，以獲得理想的/相比例；3A不銹鋼的焊接注意點同樣適合雙相鋼的焊接。 10. 從雙相不銹

10、鋼組織轉(zhuǎn)變的角度出發(fā)，分析焊縫中Ni含量為什么比母材高及焊接熱循環(huán)對焊接接頭組織，性能有何影響？答：雙相不銹鋼的合金以F模式凝固，凝固結(jié)束為單相組織，隨著溫度的下降，開始發(fā)生轉(zhuǎn)變不完全，形成兩相組織。顯然，同樣成分的焊縫和母材，焊縫中相要比母材少得多，導致焊后組織不均勻，韌性、塑性下降。提高焊縫中Ni含量，可保證焊縫中/的比例適當，從而保證良好的焊接性。    在焊接加熱過程，整個HAZ受到不同峰值溫度的作用，最高接近鋼的固相線，但只有在加熱溫度超過原固溶處理溫度區(qū)間，才會發(fā)生明顯的組織變化，一般情況下，峰值低于固溶處理的加熱區(qū)，無顯著組織變化，/值變化不大，超過

11、固溶處理溫度的高溫區(qū)，會發(fā)生晶粒長大和相數(shù)量明顯減少，緊鄰溶合線的加熱區(qū)，相全部溶于相中，成為粗大的等軸組織，冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相，無扎制方向而呈羽毛狀，有時具有魏氏組織特征。 第五章：有色金屬 1.為什么Al-Mg及al-li合金焊接時易形成氣孔？al及其合金焊接時產(chǎn)生氣孔的原因是什么？如何防止氣孔？為什么純鋁焊接易出現(xiàn)分散小氣孔？而al-mg焊接時易出現(xiàn)焊接大氣孔？ 答：1）氫是鋁合金及鋁焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因。 2）氫的來源非常廣泛，弧柱氣氛中的水分，焊接材料以及母材所吸附的水分，焊絲及母材表面氧化膜的吸附水，保護氣體的氫和水分等都是氫的來源。 3）氫在鋁及合金中的溶解度在凝點時可從0

12、.69ml/100g突降至0.036mol/100g相差約20倍，這是促使焊縫產(chǎn)生氣孔的重要原因之一。 4鋁的導熱性很強，熔合區(qū)的冷速很大，不利于氣泡的浮出，更易促使形成氣孔 防止措施： 1） 減少氫的來源，焊前處理十分重要，焊絲及母材表面的氧化膜應徹底清除。2）控制焊接參數(shù)，采用小熱輸入減少熔池存在時間，控制氫溶入和析出時間3）改變弧柱氣氛中的性質(zhì) 原因：1）純鋁對氣氛中水分最為敏感，而al-mg合金不太敏感，因此純鋁產(chǎn)生氣孔的傾向要大2）氧化膜不致密，吸水強的鋁合金al-mg比氧化膜致密的純鋁具有更大的氣孔傾向，因此純鋁的氣孔分數(shù)小，而al-mg合金出現(xiàn)集中大氣孔3）Al-mg合金比純鋁更

13、易形成疏松而吸水強的厚氧化膜，而氧化膜中水分因受熱而分解出氫，并在氧化膜上萌出氣泡，由于氣泡是附著在殘留氧化膜上，不易脫離浮出，且因氣泡是在熔化早期形成有條件長大，所以常造成集中大的氣孔。因此al-mg合金更易形成集中的大氣孔。 2.硬鋁及超硬鋁焊接時易產(chǎn)生什么樣的裂縫？為什么？如何防止裂紋？ 答：裂紋傾向大，鋁及硬鋁產(chǎn)生焊接熱裂紋 原因：1）易熔共晶的存在，是鋁合金焊縫產(chǎn)生裂紋的重要原因 2）線膨脹系數(shù)大，在拘束條件下焊接時易產(chǎn)生較大的焊接應力也是產(chǎn)生裂紋的原因之一 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，產(chǎn)生自愈合作用 2）生產(chǎn)中采用含5%

14、的Si，Al合金焊絲解決抗裂問題，具有很好的愈合作用 3）加入Ti,zr,v,b微量元素作為變質(zhì)劑，細化晶粒，改善塑性韌性，并提高抗裂性 4）熱能集中焊接方法可防止形成方向性強的粗大柱狀晶，改善抗裂性 5）采用小電流焊接，降低焊接速度均可改善抗裂性問題 3.分析高強度鋁合金焊接接頭性能低于母材的原因及防止措施，焊后熱處理對焊接接頭性能有什么影響？什么情況下對焊接接頭進行焊后熱處理？ 答：原因：1）晶粒粗化，降低塑性，晶界液化產(chǎn)生顯微裂紋 2）非時效強化鋁合金haz軟化，主要發(fā)生在焊前經(jīng)冷作硬化的合金上，經(jīng)冷作硬化的鋁合金，haz峰值溫度超過再結(jié)晶溫度（200-300）區(qū)域就產(chǎn)生明顯軟化 3）時

15、效強化鋁合金haz軟化，由于第二相脫溶析出聚集長大發(fā)生過時效軟化 防止措施：1）采用小的焊接熱輸入 2）對al-zn-mg合金，焊后經(jīng)自然時效可逐步恢復或接近母材的水平 熱處理對接頭性能的影響：1）焊后不熱處理接頭強度均低于母材，特別是在時效狀態(tài)下焊接的硬鋁，即使焊后人工熱處理，接頭強度系數(shù)也未超過60% 2）al-zn-mg合金強度與焊后自然時效長短有關(guān)系，隨自然時效的增長，強度可接近母材     要求焊縫有足夠的強度，則焊后要熱處理     焊后要洗掉焊劑殘渣，以防焊件腐蝕 4.銅及銅合金的物理化學性能有何特點，焊接性如何？不同的

16、焊接方法對銅及銅合金焊接接頭有什么影響？ 答：1）銅及銅合金的物理化學性能：優(yōu)良的導電導熱性能；冷熱加工性能好，無磁性；具有高的強度，抗氧化性及抗淡水，鹽水，氨堿溶液和有機化學物質(zhì)腐蝕的性能 2）焊接性：銅及合金在焊接中難熔合，易變形，而且產(chǎn)生很大的焊接應力；             銅及合金與雜質(zhì)形成多種低熔點共晶，焊接時出現(xiàn)熱裂紋             銅及合金焊接中易產(chǎn)

17、生擴散氣孔（H）反應氣孔（冶金反應）及氮氣孔（空氣中的氮）             焊接接頭的性能變化：純銅焊接時，焊縫與焊接接頭的抗拉強度可與母材接近，但塑性比母材有些降低 3）焊接方法對銅及合金的接頭性能影響：             焊條電弧焊，使焊接接頭焊縫中氫氧百分比增加，zn蒸發(fā)嚴重容易形成氣孔             埋弧焊時，對中厚板焊接可獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭             氬弧焊工藝，TIG焊由于電弧能量集中易使焊接接頭產(chǎn)生難熔合及變形