焊接性及其試驗評定

1.焊接：通過加熱或加壓，加或不加填充材料，使兩個物體進行原子間的結合形成不可分割的整體的工藝過程。

2.焊接性：指同質材料或異質材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預期使用要求的能力。

3.影響焊接性的四大因素是：材料，設計，工藝及服役環境。

4.評定焊接性的原則主要包括：

①評定焊接接頭產生工藝缺陷的傾向，為制定合理焊接工藝提供依據;

②評定焊接接頭能否滿足結構使用性能的要求;設計新的焊接試驗方法就符合下述原則：可比性，針對性，再現性和經濟性。

5.碳當量：把鋼中合金元素的含量按相當于若干碳含量折算并疊加起來，作為粗略評定鋼材冷裂紋傾向的參數指標。

6. 斜Y型坡口對接裂紋試驗：目的是主要用于鑒定低合金高強鋼第一層焊縫和HAZ形成冷裂紋傾向，也可用于擬定焊接工藝。1)試件制備，被焊鋼材板厚 δ=9-38mm。對接接頭坡口用機械方法加工，試板兩端各在60mm范圍內施焊拘束焊縫，采用雙面焊。注意防止角變形和未焊透。保證中間待焊試樣焊縫處有2mm間隙。2)試驗條件：試驗焊縫選用的焊條就與母材相匹配，所用焊條應嚴格烘干，焊條直徑4mm，焊接電流(170±10)A，焊接電壓(24±2)V，焊接速度(150±10)mm/min。試驗焊縫可在各種不同溫度下施焊，試驗焊縫只焊一道，不填滿坡口。焊后靜置和自然冷卻24h后截取試樣和進行裂紋檢測。3)檢測與裂紋條率計算。用肉眼或手持5-10倍放大鏡來檢測焊縫和熱影響區的表面和斷面是否有裂紋。一般認為低合金鋼“小鐵研” 試驗表面裂紋率小于20%時，一般不產生裂紋。

7.插銷試驗：目的，主要評定鋼材的氫致延遲裂紋傾向，附加其他設備，也可以測定再熱裂紋敏感性和層狀敏感性。1)試件制備，將被焊鋼材加工或圓柱的插銷試棒，沿軋制方向取樣并注明插銷在厚度方向的位置。試棒上端附近有環形或螺形缺口。將插銷試棒插入底板相應的孔中，使帶缺口一端與底板表面平齊。對于環形缺口的插銷試棒，缺口與端面的距離a應使焊道熔深與缺口根部所截平面相切或相交，但缺口根部圓周被熔透的部分不得超過20%。對于低合金鋼，a值在焊接熱輸入為E=15KJ/cm時為2mm。2)試驗過程，按選定的焊接方法和嚴格控制的工藝參數，在底板上熔一層堆焊焊道，焊道中心線通過試樣的中心，其熔深應使缺口尖端位于熱影響區的粗晶區，焊道長度L約100-150mm。施焊時應測定 800-500℃的冷卻時值t8/5值，不預熱焊接時，焊后冷卻至100-150℃時加載;焊前預熱時，應在高于預熱溫度50-70℃時加載。載荷應在 1min之內且在冷卻至100℃或高于預熱溫度50-70℃之前施加完畢。如有后熱，應在后熱之前加載。當試棒加載時，插銷可能在載荷持續時間內發生斷裂，記下承載時間。

合金結構鋼的焊接性

1.高強鋼：屈服強度σs≥295MPa的強度用鋼均可稱為高強鋼。

2.Mn的固溶強化作用很顯著，ωMn≤1.7%時，可提高韌性，降低脆性轉變溫度，Si會降低塑性，韌性，Ni既固溶強化又同時提高韌性且大幅度降低脆性轉變溫度的元素，常用于低溫鋼。

3.熱軋鋼(正火鋼)：屈服強度為295-490MPa的低合金高強鋼，一般是在熱軋或正火狀態下供貨使用。

4.高強鋼焊接接頭的設計原則：高強鋼以其強度作為選用依據，因而焊接接頭的原則為：焊接接頭的強度等于母材的強度(等強原則)，分析：①焊接接頭強度大于母材強度，塑韌性降低，②等于時壽命相當③小于時，接頭強度不足。

5. 熱軋及正火鋼的焊接性：熱軋鋼含有少量的合金元素一般情況下冷裂紋傾向不大，正火鋼由于含合金元素較多，淬硬傾向有所增加，隨著正火鋼碳當量及板厚的增加，淬硬性及冷裂紋傾向隨之增大。影響因素：⑴碳當量⑵淬硬傾向：熱軋鋼的淬硬傾向及正火鋼的淬硬傾向⑶熱影響區最高硬度，熱影響區最高硬度是評定鋼材淬硬傾向和冷裂紋感性的一個簡便的方法。

6.SR裂紋(消除應力裂紋，再熱裂紋)：含Mo正火鋼厚壁壓力容器之類的焊接結構，進行焊后消除應力熱處理或焊后再次高溫加熱的過程中，可能出現另一種形式的裂紋。

7.韌性是表征金屬對脆性裂紋產生和擴展難易程度的性能。

8. 低合金鋼選擇焊接材料時必須考慮兩個方面的問題：

①不能有裂紋等焊接缺陷

②能滿足使用性能要求。

熱軋鋼及正火鋼焊接一般是根據其強度級別選擇焊接材料，其選用要點如下：

①選擇與母材力學性能匹配的相應級別的焊接材料

②同時考慮熔合比和冷卻速度的影響

③考慮焊后熱處理對焊縫力學性能的影響。

9.確定焊后回火溫度的原則：

①不要超過母材原來的回火溫度以免影響母材本身的性能

②對于有回火的材料，要避開出現回火脆性的溫度區間。

10.調質鋼：淬火+回火(高溫)。

11.高強鋼焊接采用“低強匹配”能提高焊接區的抗裂性。

12. 低碳調質鋼焊接時要注意兩個基本問題：

①要求馬氏體轉變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體有自回火作用，以防止冷裂紋的產生

②要求在800℃-500℃之間的冷卻速度大于產生脆性混合組織的臨界速度。

低碳調質鋼焊接要解決的問題：

①防止裂紋

②在保證滿足高強度要求的同時，提高焊縫金屬及熱影響區的韌性。

13.對于含碳量低的低合金鋼，提高冷卻速度以形成低碳馬氏體，對保證韌性有利。

14.中碳調質鋼合金元素的加入主要起保證淬透性和提高抗回火性能的作用，而真強度性能主要還是取決于含碳量。主要特點：高的比強度和高硬度。

15. 提高珠光體耐熱鋼的熱強性有三種方式：

①基體固溶強化，加入合金元素強化鐵素體基體，常用的Cr,Mo,W,Nb元素能顯著提高熱強性

②第二相沉淀強化：在鐵素體為基體的耐熱鋼中，強化相主要是合金碳化物

③晶界強化：加入微量元素能吸附于晶界，延緩合金元素沿晶界的擴散，從而強化晶界。

16.珠光體耐熱鋼焊接中存在的主要問題是冷裂紋，熱影響區的硬化，軟化，以及焊后熱處理或高溫長期使用中的消除應力裂紋。

17.-10到-196℃的溫度范圍稱為“低溫”，低于-196℃時稱為“超低溫”。

不銹鋼焊接

1.不銹鋼：不銹鋼是指能耐空氣，水，酸，堿，鹽及其溶液和其他腐蝕介質腐蝕的，具有高度化學穩定性的合金鋼的總稱。

2. 不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕，點腐蝕，縫隙腐蝕和應力腐蝕等。均勻腐蝕，指接觸腐蝕介質的金屬表面全部產生腐蝕的現象;點腐蝕，指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發生的局部腐蝕;縫隙腐蝕，在電解液中，如在氧離子環境中，不銹鋼間或與異物接觸的表面間存在間隙時，縫隙中溶液流動將發生遲滯現象，以至于溶液局部Cl-，形成濃差電池，從而導致縫隙中不銹鋼鈍化膜吸附Cl-而被局部破壞的現象;晶間腐蝕，在晶粒邊界附近發生的有選擇性的腐蝕現象;應力腐蝕，指不銹鋼在特定的腐蝕介質和拉應力作用下出現的低于強度極強的脆性開裂的現象。

3.防止點腐蝕的措施：1)減少氯離子含量和氧離子含量2)在不銹鋼中加入鉻，鎳，鉬，硅，銅等合金元素3)盡量不進行冷加工，以減少位錯露頭處發生點腐蝕的可能4)降低鋼中的含碳量。

4.不銹鋼及耐熱鋼的高溫性能：475℃脆性，主要出現在Cr>13%的鐵素體，430-480℃之間長期加熱并緩冷，導致在常溫時或負溫時出現強度升高而韌性下降;σ相脆化，是Cr的質量分數的45%的典型，FeCr金屬間化合物，無磁性，硬而脆。

5.奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性：1)晶間腐蝕，2)熱影響區敏化區晶間腐蝕，3)刀狀腐蝕。

6.防止焊縫發生晶間腐蝕的措施：1)通過焊接材料，使焊縫金屬或者成為超低碳情況，或者含有足夠的穩定化元素Nb。2)調整焊縫成分獲得一定δ相。晶間腐蝕理論本質上就是貧鉻理論。

7.熱影響區敏化區晶間腐蝕：指焊接熱影響區中加熱峰值溫度處于敏化加熱區間的部位所發生的晶間腐蝕。

8.刀狀腐蝕：在熔合區產生的晶間腐蝕，有如刀削切口形式，故稱為“刀狀腐蝕”。

9. 防止刀狀腐蝕措施：

①選用低碳母材和焊接材料

②采用又相組織的不銹鋼

③采用小電流焊接，減少焊接粗晶區的過熱程度及寬度

④與腐蝕介質接觸的焊縫最后焊接

⑤交叉焊接

⑥加大鋼中Ti,Tb含量，使焊接粗晶區的晶粒邊界有足夠的Ti,Tb與碳化合。

10.不銹鋼為什么采用小電流焊接?以減小焊接熱影響區的溫度，防止焊縫晶間腐蝕的產生，防止焊條，焊絲過熱，焊接變形，焊接應力，可以減少熱輸入等。

11.引起應力腐蝕開裂的三個條件：環境，選擇性的腐蝕介質，拉應力。

12.防止應力腐蝕開裂的措施：1)調整化學成分，超低碳有利于提高抗應力腐蝕的能力，成分與介質的匹配問題，2)清除焊接殘余應力3)電化學腐蝕，定期檢查及時修補等。

13.為提高耐點蝕性能：1)一方面必須減少Cr,Mo的偏析2)一方面采用較母材更高Cr，Mo含量的所謂“超合金化”焊接材料。

14.奧氏體不銹鋼焊接時會產生熱裂紋，應力腐蝕裂紋，焊接變形，晶間腐蝕。

15.奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因：1)奧氏體鋼的熱導率小，線膨脹系數大，拉應力致大，2)奧氏體鋼易于聯生結晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜質偏析3)奧氏體鋼合金組成較復雜，易溶共晶。

16.防止熱裂紋措施：①嚴格限制母材和焊接材料中的P，S含量②盡量使焊縫形成雙相組織③控制焊縫的化學成分④小電流焊接。

17.18-8型和25-20型在防止熱裂紋時其焊縫組織有何不同?18-8型鋼焊縫形成A+δ組織，δ相可以溶解大量的P,S，δ相一般為3%-7%，25-20型鋼焊縫形成A+一次碳化物組織。

18. 奧氏體不銹鋼選材時應注意：①堅持“適用性原則”②根據所選各焊材的具體成分確定是否適用③考慮具體應用的焊接方法和工藝參數可能造成的熔合比大小④根據技術條件規定的全面焊接性要求來確定合金化程度⑤要重視焊縫金屬合金系統，具體合金成分在該合金系統中的作用，考慮使用性能要求和工藝焊接性要求。

19.鐵素體不銹鋼焊接性分析：1)焊接接頭的晶間腐蝕2)焊接接頭的脆化，高溫脆化，σ相脆化，475℃脆化。

鑄鐵焊接

1.鑄鐵的三大特點：減振性，吸油性，耐磨性。

2.鑄鐵的性能主取決于石墨的形狀，大小，數量和分布等，同時基體組織也有一定的影響。

3.球墨鑄鐵：F基體+圓球狀石墨;灰口鑄鐵：F基體+片狀石墨;蠕墨鑄鐵：基體+蠕蟲狀石墨;可鍛鑄鐵：F基體+團絮狀石墨。

4. 低碳鋼焊條是否可以焊接鑄鐵?不可以，在焊接時，即使小電流，母材在第一道焊縫中所占的比例為25%-30%，若依鑄鐵中C=3%計算，第一道焊縫中的含碳量為0.75%-0.9%，屬于高碳鋼，焊接冷卻后立即出現高碳馬氏體，且焊接HAZ會出現白口組織，機械加工困難。

5.電弧熱焊：熔鑄件預熱到600-700℃，然后在塑性狀態下進行焊接，焊接溫度不低于400℃，為防止焊接過程中開裂，焊后立即進行消除應力處理及緩冷，此鑄鐵焊補工藝稱為電弧熱焊。

6.半熱焊：預熱溫度在300-400℃時稱為半熱焊。