焊接冶金学及金属材料焊接-习题答案-模块八.pdf

模块八模块八 8-1 答：奥氏体不锈钢中含镍 8%25%，在焊接的时候，焊接接头容易出现应力开裂和热裂纹，为了保证焊接接头的质量，需要选择正确的工艺方法，焊接工艺要点如下：正确选择焊接材料，选择焊接材料的原则是焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并降低焊缝中碳、磷和硫等杂质的含量；选择合理的焊接方法，奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，可以采用焊条电弧焊，埋弧焊，惰性气体保护焊和等离子焊等焊接方法；焊前的准备，包括下料方法，坡口的加工方法，焊前的清理和表面的防护等；焊接工艺参数，焊接电流，电弧电压，焊接速度，焊丝或焊条的直径等。焊后表面处理方法，不锈钢焊接以后进行表面处理，以增加其抗腐蚀的能力，处理的方法有表面抛光，酸洗和钝化处理等；焊后检验，焊后除了进行一般的焊接缺陷检验以外，还要进行耐腐蚀性试验。8-2 答：（1）焊接性分析 奥氏体不锈钢焊接的主要问题是焊接接头晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、焊接接头热裂纹和焊接接头的力学性能，晶间腐蚀是奥氏体不锈钢板一种危险的破坏形式，通过调整焊缝金属组织，同样可以改善焊缝金属抗晶间腐蚀的能力。应力腐蚀发生在有应力作用的条件下，奥氏体不锈钢的热物理性能导热性差，线胀系数大，在相同的条件下，焊接残余应力较大，为防止产生应力腐蚀开裂，合理调整焊缝成分。奥氏体不锈钢焊接时，焊缝和近缝区均可产生热裂纹，这是因为奥氏体钢的物理性能有其独特之处。为了防止热裂纹，通常采用同材质的焊缝金属，应尽量选择含杂质较低的焊接材料，选择母材时也是如此，为提高镍含量大于 15%的奥氏体钢的抗裂性，可采用奥氏体加一次碳化物或奥氏体加硼化物的双相组织，这样不会损坏焊接接头的高温性能。若在高温环境中，作为热强钢或在低温下工作时，就应该注意低温脆化和高温脆化问题。（2）焊接工艺特点 奥氏体不锈钢的焊接，除一般结构钢的焊接工艺特点之外，还有其独特之处。1）由于奥氏体不锈钢热导率小，线胀系数大，自由状态焊接时易产生较大的焊接变形。通常选用焊接线能量比较集中、快速焊接的方法。2）为了防止过热，保证获得一定尺寸的焊缝，与低合金钢所用的焊接电流相比，焊接电流一般要小于 10%20%；应尽量采用细焊丝。3）埋弧自动焊接时焊丝外伸长度要短些，焊丝直径为 23mm 时，外伸长度应小于 2030mm；采用电弧焊接时，焊丝或焊芯中含有亲氧合金元素钛、铌、铬、铝等，应采用短电弧焊接，并尽量不做摆动而以直线运条，防止合金元素烧损。也可以采用焊条电弧焊，编写工艺文件，焊接方法选择，坡口形式及坡口尺寸，焊接工艺参数包括焊条的选择与烘干，坡口的加工方法，坡口的检验，焊接表面清理，施焊的环境及焊后热处理，埋弧焊时要选择合适的焊接参数，主要包括焊接电流，电弧电压，焊接速度，焊接材料，焊丝的直径，焊丝的偏移量，焊丝伸出的长度，电流种类及电极极性等。8-3 答：马氏体不锈钢是在铁素体不锈钢的基础上，适当增加含碳量，减少含铬量，高温时可以获得较多的奥氏体组织，快速冷却后，得到马氏体组织钢，由于 Cr 的含量在 12%以上，在焊接的时候容易出现焊接接头脆化，容易产生冷裂纹和焊接热影响区容易软化等问题，所以在焊接时，控制好冷却速度，降低碳和氢的含量，提高马氏体不锈钢的焊接性。8-4 答：由于马氏体不锈钢在焊接时容易出现焊接接头脆化，产生冷裂纹等问题，所以在焊接时应采取如下工艺方法：(1)焊前预热 当 wc 为 0.1%0.2%时，预热温度为 200260，对刚性比较高的焊件可预热到 400500；(2)回火前应使焊接冷却 让焊缝和热影响区的奥氏体基本上分解完毕，避免出现粗大晶粒，提高焊接接头的韧性；（3）焊后进行热处理 目的是降低焊缝和热影响区的硬度，改善焊缝的塑性和韧性，同时减少焊接残余应力；（4）焊条的选用 选用焊条的原则是焊缝的合金成分与母材成分基本相同，焊接马氏体不锈钢所用的焊条从铬镍不锈钢焊条中选用。（5）正确选用焊接方法 焊接马氏体不锈钢的焊接方法有焊条电弧焊，埋弧焊，氩弧焊和二氧化碳气体保护焊接等。8-5 答：(1)焊接性 马氏体不锈钢具有高的硬度、高耐磨性、耐疲劳特性、耐热性并兼有适当的耐腐蚀能力，但焊接性很差，焊接接头容易产生冷裂纹，焊前要预热，焊后热处理，预热的目的是防止冷裂纹产生，预热的温度一般在 200320。（2）焊接工艺 焊接的方法通常可以选择焊条电弧焊，氩弧焊，二氧化碳气体保护焊等，手工电弧焊时，焊前要编写焊接工艺文件、坡口加工、预热、施焊环境、焊接设备、保温措施及焊后热处理等。焊接工艺参数选择焊接材料，焊接电流，焊接层数，坡口角度，焊接速度，焊条直径等；氩弧焊时，常用于薄板焊接或多层焊打底焊，电极采用直流正接薄板可以不预热，厚板要预热到 120200，二氧化碳气体保护焊接时，接头含氢量低，其冷裂纹倾向比焊条电弧焊小，可用较低的预热温度焊接。其冷裂纹倾向小于焊条电弧焊，但需进行预热、后热和焊后热处理。埋弧焊，由于导热性差，易过热，在热影响区易产生粗大组织，焊接材料可选用同质材料，焊剂采用碱性焊剂如 SJ601 和 HJ151，焊后检验，先进行目视外观检查，并用着色渗透探伤，要求焊缝表面不得存在裂纹，然后进行 X 射线检测，焊后要进行热处理。8-6 答：铁素体不锈钢中 Cr 的含量为 12%30%之间，化学成分的特点是低碳，高铬，在焊接过程中，焊缝及 HAZ 区晶粒长大严重，易形成粗大的铁素体组织，多层焊接时，由于多次重复加热，焊接接头易形成脆化组织，对于耐腐蚀条件下使用的铁素体不锈钢，在近缝区易形成晶间腐蚀。8-7 答：根据铁素体不锈钢的焊接性，其焊接工艺要点有以下，（1）铁素体不锈钢只采用焊条电弧焊进行焊接;（2）为了减少 475的脆化，避免焊接时产生裂纹，焊前可以预热，但应控制预热温度为 70150；焊接时尽量缩短在 430480之间的加热或冷却时间；（3）为防止过热，尽量减少热输入，多层焊接时要控制好层间温度；（4）对于厚度大的焊件，为减少焊接应力，每道焊缝焊完后，可用小锤轻轻敲击；(5)焊后常在 700750之间退火处理，改善接头的韧性及塑性。8-9 答：奥氏体铁素体不锈钢简称双相不锈钢，具有良好的焊接性，选用合适的焊接材料不会发生焊接热裂纹和冷裂纹，焊接接头的力学性能基本上能够满足焊接结构的使用性能要求，焊接接头具有良好的耐应力腐蚀能力，耐点蚀和缝蚀的能力也均优于奥氏体不锈钢，抗晶间腐蚀能力和奥氏体不锈钢相当。但焊接接头近缝区受到焊接热循环的影响，其过热区的铁素体晶粒不可避免地会粗大，从而降低该区的耐腐蚀性。8-10 答：根据双相不锈钢的焊接性，其具有良好的焊接性，其焊接工艺要点简述如下：（1）焊前的准备 为了保证焊接接头的耐腐蚀性，防止焊接缺陷，在焊前准备中，应注意下料方法的选择，可以正确选择下料方法，如火焰切割，机械切割，等离子切割及碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工；焊前清理，为了保证焊接质量，焊前应将坡口及其两侧20mm30mm 范围内的焊件表面清理干净。如有油污，可用丙酮或酒精灯有机溶剂擦拭；表面清理，在搬运、坡口制备、装配及定位焊过程中，应注意避免损伤钢材表面，以免使产品的耐腐蚀性能降低；如果奥氏体不锈钢存在自冷作硬化现象，要进行“自冷作硬化”处理，屈服强度提高，塑性下降。(2)焊接方法的合理选择 由于奥氏体不锈钢可以采用多种焊接方法进行焊接，如焊条电弧焊，钨极氩弧焊，熔化极气体保护焊，埋弧焊和等离子弧焊等。在选择焊接方法时，要合理选择焊接电流，电弧电压，焊接速度，焊丝或焊条的直径大小等工艺参数；（3）焊接材料 对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料的选择原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的热强行与母材基本相同，这就要求其合金成分大致与母材成分匹配，同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制；（4）焊后清理 不锈钢焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理，酸洗的目的是去除焊缝及热影响区表面的氧化皮，钝化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，起到耐腐蚀作用。