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合工大金属熔焊性考试要点（题库）第一章金属的焊接性1.金属焊接性概念：指金属材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。2.影响焊接性的因素1）材料因素材料是指用于制造结构的金属材料及焊接材料。2）设计因素焊接方法、焊接工艺3）工艺因素结构形式、接头形式4）使用因素工况环境、负载等条件3．如何分析金属的焊接性1）从金属的特性分析焊接性化学成分a碳当量法;b焊接冷裂纹敏感系数利用物理性能分析金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容量等因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响利用化学性能分析铝、钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真空中焊接等利用合金相图分析主要是分析热裂纹倾向。依照成分范围，查找相图，可知道结晶范围，脆性温度区间的大小，是否形成低熔点共晶物，形成何组织等利用CCT图或SHCCT图分析2）从焊接工艺条件分析焊接性热源特点保护方法热循环的控制正确选择焊接工艺规范控制焊接热循环预热、缓冷、层间温度改变焊接性其它工艺因素彻底清理坡口及其附近焊接材料处理、烘干、除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用合理安排焊接顺序正确制定焊接规范4.焊接性试验1)焊接性试验的内容焊缝金属抵抗产生热裂的能力:压板对接（FISCO)焊接裂纹试验;可调拘束裂纹试验法。焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力:斜Y坡口对接裂纹试验;插销试验。焊接接头金属抵抗脆性转变能力；焊接接头的使用能力。2)试验方法的选用原则：针对性可靠性经济性第二章结构钢的焊接第一节合金结构钢合金结构钢：在碳素钢基础上加入一定的合金元素来达到所需要求的钢种称为合金结构钢。包括：强度用钢（热扎正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢）和特殊用钢（珠光体耐热钢、低温钢、低合金耐气候腐蚀钢）应用范围：机械零件、工程机械、交通运输工具、桥梁、建筑结构、管道等新发展：微合金控扎钢（热机轧制细晶粒钢）焊接无裂纹钢抗层状撕裂钢焊接大线能量第二节热轧正火钢的焊接热轧钢强化方式：主要是固溶强化；合金系：C-Mn或Mn-SiQ295Q345Q390；正火钢强化方式：固溶强化＋沉淀强化或细化晶粒，；合金系：C-Mn或Mn-Si加：V、Nb、Ti、MoQ390Q420Q460。1．热轧正火钢的焊接性焊缝中的热裂纹因含C量低，Mn/S高，具有较好的抗热裂性能。冷裂纹1）热轧钢含C量不高，但含有少量的合金元素，这类钢的淬硬倾向比低碳钢的淬硬倾向大，并且随着钢材强度级别的提高淬硬倾向逐渐增大。热轧钢碳当量都比较低，除环境温度很低或钢板厚度很大，一般情况下其冷裂倾向都不大。2）正火钢的冷裂纹倾向随着强度级别的提高而增大。当碳当量大于0.5％时钢的淬硬倾向和冷裂倾向逐渐增加。防止措施：小线能量+预热和焊后热处理。3）再热裂纹C-Mn和Mn-Si系热轧钢对再热裂纹不敏感。正火钢、正火+回火钢只有含沉淀强化的钢种如18MnMoNb、14MnMoV存在再热裂纹敏感性。对策是可提高预热温度和焊后立即后热来防止再热裂纹的产生。4）层状撕裂在低碳钢、热轧、正火钢中都可能发生层状撕裂。主要取决于冶炼条件，即钢中存在沿轧制方向的片状硫化物与层状硅酸盐等杂质。只发生在某些结构的截面厚度较大，构件厚度方向(Z向)承受较大拉伸应力的情况下。5）热影响区的性能变化①热轧钢焊接线能量过大：导致冷速过慢，过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低，焊接线能量过小：由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低，这在含碳量偏高时较明显。②对含V、Nb的正火钢焊接时线能量过大：会导致过热区沉淀相固溶，这时V、Nb的碳、氮化合物细化晶粒、抑制奥氏体长大的作用大大削弱，过热区奥氏体晶粒显著长大，冷却过程中可能产生一系列不利的组织转变，如魏氏体、粗大的马氏体、塑性很低的混合组织（铁素体、高碳马氏体和贝氏体）和M-A组元，再加上过热区金属碳、氮固溶量的增加，导致过热区韧性降低和时效敏感性增加。③焊接含钛正火钢(Ti含量约O.22％)线能量过大时：过热区的TiN、TiC都向奥氏体内熔入。由于钛的扩散能力低，在随后的冷却过程中，即使大线能量条件下也来不及析出而停留在铁素体中，显著提高了铁素体的硬度，降低了材料的冲击韧性。正火钢的过热敏感性较热轧钢大。预防措施：采用小线能量6）热应变脆化产生区域：热影响区中发生过塑性变形同时受热温度在ACl以下、尤其最高加热温度在200-400℃的区间。产生原因：一般认为这种脆化是由于氮原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用所造成的。发生材质：固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中。如造船中常用的16Mn、16MnC(热轧钢)就具有一定的热应变脆化倾向。消除措施：焊后消除应力退火经验得出：16Mn焊后经600℃、1h的退火处理，韧性有很大提高。2．热扎正火钢的焊接工艺特点焊接方法的选取主要根据材料的厚度、产品结构和具体施工条件来确定。如SMAW、SAW、MIG、TIG、ESW都可选用。焊接材料的选择①．选择相应强度级别的焊接材料例如：焊接Q345、15MnTi、15MnV:SMAW可选用用焊条J507(E5015)SAW:H08MnA+HJ431②.考虑熔合比和冷却速度的影响③.必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响对于焊后要进行正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。例如焊接大坡口的15MnV厚板，焊后需进行热处理时，必须选用H08Mn2Si焊丝，若选用H10Mn2焊丝，焊缝金属的强度会偏低。焊接工艺参数的确定：焊接线能量对于热轧钢：焊接线能量一般无限制；只是不能过大。对于正火钢：小焊接线能量＋预热。预热焊接时进行预热的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。预热温度的确定与以下多种因素有关：1）材料的成分(决定材料的淬硬倾向)，CE0.4%基本上没有淬硬倾向，不必预热2）冷却速度(取决于环境温度、板厚、焊接线能量、焊接方法等)，3）结构的拘束度，拘束度增加，预热温度要求提高4）含氢量(取决于焊接材料的烘干等)，含氢量增加，预热温度要求提高5）焊后热处理。焊后不热处理，预热温度应偏高，对减少内应力和改善性能有利焊后热处理热扎正火钢一般焊后不需要热处理但母材ss≥490MPa焊后立即消应力退火或消氢处理厚壁构件为消除应力，焊后消应力退火电渣焊接头为细化晶粒，焊后要求正火或正火+回火对于抗应力腐蚀的焊接结构、低温下第三节低碳调质钢的焊接强化机理：主要是相变强化（调质处理)C≤0.18%、Mn-Ni-Cr-Mo系：14MnMoVN、WCF62、HQ70A、HQ80C1．低碳调质钢的焊接性分析热裂纹低碳调质钢中S、P杂质控制严，含C量低、含Mn量较高．因此热裂纹倾向较小。热影响区的液化裂纹液化裂纹主要发生在高Ni低Mn的钢中.冷裂纹这类钢马氏体含碳量很低，马氏体开始转变温度Ms较高，在该温度下以较慢的速度冷却，存在自回火作用，冷裂纹倾向较小。“若马氏体转变时冷却速度较快，得不到“自回火”效果，冷裂倾向就会增大。再热裂纹存在一定的再热裂纹倾向，特别是V，Mo存在时，Mo-V钢、Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感；例如多元化钢HT-80Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V-B含有多种促使再热裂纹的元素。500～650℃加热2小时就出现再热裂纹。14MnMoNbB对再热裂纹也敏感。层状撕裂无热影响区性能的变化过热区的脆化过热造成奥氏体晶粒粗化引起脆化；形成上贝氏体引起的脆化；由于合金化程度增加提高了奥氏体的稳定性，在贝氏体中的铁素体之间形成M-A组元引起的脆化等。得到低碳马氏体+(10～30％)贝氏体，韧性最好。焊接热影响区的软化接头热影响区的强度和硬度低于母材焊前的强度和硬度的现象软化区Ac1～T回火(焊前母材回火温度)焊前回火T越低，软化区越宽，强度下降幅度越大。对策：热量集中的焊接方法；小E2．低碳调质钢的焊接工艺制定低碳调质钢焊接工艺的主要依据一是要求在马氏体转变时冷速不能太快，以免产生冷裂；二是要求在800℃～500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。热影响区的软化问题在采用小线能量的焊接解决。焊接工艺方法和焊接材料的选择焊接方法σs≤70kg/mm2:SMAW,SAWσ,CO2焊，MIG,TIGσs＞70kg/mm2:TIG,MIGσs≥100kg/mm2:TIG,真空电子束焊焊接材料等强原则特殊情况(结构刚度很大)，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料。焊接工艺参数的选择焊接线能量和预热的选择原则：不出现裂纹和脆化。在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下，线能量应该尽可能选择大些。防止冷裂纹要求冷却速度慢些，脆化则要求冷却速度要快些为好（低碳M+B下）。但对于大厚板，即使采用大线能量，冷速也很大，要预热来解决。预热温度预热主要是为了防止冷裂，预热温度一般低于200℃。焊后热处理一般不进行消应力热处理。除非特殊情况，例如要求耐应力腐蚀的焊件，进行消除应力退火处理；应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低30℃左右。第四节中碳调质钢的焊接强化机理：主要是相变强化（调质处理)；C:0.25～0.5%；Cr、Cr-Mo，Cr-Mn-Si、Cr–Ni-Mo系：14MnMoVN、40Cr,35CrMoA,30CrMnSi1．中碳调质钢的焊接性分析热裂纹因含碳、硅较高，有较大的热裂纹倾向。冷裂纹含碳较高，合金元素多，淬硬倾向明显，冷裂纹倾向大。热影响区的性能变化过热区的脆化：高碳马氏体。热影响区的软化：退火态焊接时，无软化问题；调质态焊接时，有软化问题。2．中碳调质钢的焊接工艺①退火态下焊接时的工艺特点因可以焊后热处理，所以焊接材料要选择成分与母材相当，以便得到热处理所要的性能。焊接工艺及焊接参数要求不严。②调质态焊接时的工艺特点防止冷裂纹：预热缓冷。防止软化：要选择小焊接线能量。第五节特殊用钢的焊接珠光体耐热钢的焊接1．珠光体耐热钢的主要焊接性问题与低碳调质高强钢很相似，冷裂、再热裂纹、HAZ脆化、软化、回火脆性现象。焊接接头产生冷裂纹Cr,Mo含量↑钢的冷裂倾向大；对策采用焊前预热、控制层间温度、焊后去氢处理、改善组织状态以及减小和消除应力等处理方法。热影响区的再热裂纹取决于钢中沉淀强化元素MoVTiNb等；敏感T:500～700℃再热裂纹的产生部位一般都在工件较厚，残余应力大的部位。所以，在厚板结构的焊接过程中，当焊缝焊到一定厚度后，先进行—次中间消除应力热处理，有利于防止再热裂纹的产生。HAZ脆化:Cr,Mo↑钢的淬硬性及过冷A稳定性,E过大,HAZ粗化;E过小HAZ易淬硬。回火脆性：P耐热钢在350～500℃长期运行易发生剧烈脆变。X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2≤20PPMJ=(Si+Mn)(P+Sn)×104≤1502．珠光休耐热钢焊接工艺特点焊接方法焊接生产中最常用的两种焊接方法是SMAW和SAW。焊接材料的选择焊接材料的选择应力求焊缝金属成分和机械性能与母材相匹配。预热和层间温度的控制珠光体耐热钢的预热温度和层间温度应控制在150～350℃之间。焊后热处理选择热处理参数时，应尽量避免在回火脆性及消除应力裂纹敏感温度范围内进行，并规定在危险区间内快速加热通过。。低温钢的焊接低温钢的成分特点无镍低温钢：含镍钢：在低碳钢中加入一些镍，提高强度，改善低温韧性2.5Ni,3.5Ni等1.低温钢焊接的主要问题无镍低温钢：相当于热轧正火钢和低碳调质钢，过热区脆化导致接头低温韧性降低；含镍钢：焊缝与热影响区低温韧性下降。2.低温钢的焊接工艺特点a)严格控制线能量b)正确选择焊接材料焊接低温用低合金钢时，除要保证焊缝的低温韧性外还要保证焊缝与母材等强。焊接低镍钢时所用焊条的含镍量应与母材相同或高于母材。耐候钢与耐海水腐蚀用钢的焊接耐候钢机理：通过加入P、Cu、Cr、Ni等元素在金属表面形成自保护的氧化膜抵抗大气腐蚀的钢。供货状态：热轧或正火；屈服强度：290～390MPa焊接材料选