焊接工藝及熔熔保護控制

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焊接工藝及熔熔保護控制簡介
1  什麼是焊接?常用的焊接方法分為哪幾類? 通過加熱或加壓,或兩者並用,並且用或不用填充材料,使工件達到結合的一種加工工藝方法稱為焊接。 工件可以用各種同類或……
焊接工藝及熔熔保護控制正文
1  什麼是焊接?常用的焊接方法分為哪幾類?
通過加熱或加壓,或兩者並用,並且用或不用填充材料,使工件達到結合的一種加工工藝方法稱為焊接。
工件可以用各種同類或不同類的金屬、非金屬材料(塑料、石墨、陶瓷、玻璃等),也可以用一種金屬與一種非金屬材料。金屬的焊接在現代工業中具有廣泛的應用,因此狹義地講,焊接通常就是指金屬材料的焊接。
按照焊接過程中金屬材料所處的狀態不同,目前把焊接方法分為以下三類:
⑴熔焊  焊接過程中,將焊件接頭加熱至熔化狀態,不加壓力完成焊接的方法稱為熔焊。常用的熔焊方法有電弧焊、氣焊、電渣焊等。
⑵壓焊  焊接過程中,必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱),以完成焊接的方法稱為壓焊。常用的壓焊方法有電阻焊(對焊、點焊、縫焊)、摩擦焊、旋轉電弧焊、超聲波焊等。
⑶釺焊  焊接過程中,採用比母材熔點低的金屬材料作釺料,將焊件和釺料加熱到高於釺料熔點、低於母材熔點的溫度,利用液態釺料潤濕母材,填充接頭間隙並與母材相互擴散實現連接焊件的方法稱為釺焊。常用的釺焊方法有火焰釺焊、感應釺焊、爐中釺焊、鹽浴釺焊和真空釺焊等。
2   焊接區內有哪些氣體?其來源如何?
焊接過程中,焊接區內充滿大量氣體。用酸性焊條焊接時,主要氣體成分是CO、H2、H2O;用鹼性焊條焊接時,主要氣體成分是CO、
CO2;埋弧焊時,主要氣體成分是CO、H2
焊接區內的氣體主要來源於以下幾方面:一是為了保護焊接區域不受空氣的侵入,人為地在焊接區域添加一層保護氣體,如葯皮中的
造氣劑(澱粉、木粉、大理石等)受熱分解產生的氣體、氣體保護焊所採用的保護氣體(CO2氣體、Ar氣)等;其次是用潮濕的焊條或焊劑焊接時,析出的氣體、保護不嚴而侵入的空氣、焊絲和母材表面上的雜質(油污、鐵鏽、油漆等)受熱產生的氣體,以及金屬和熔渣高溫蒸發所產生的氣體等。
3  試述氮、氫、氧對焊縫金屬的作用和影響
⑴氮  氮主要來自焊接區域周圍的空氣。手弧焊時,堆焊金屬中約含有0.025%的氮。氮是提高焊縫金屬強度、降低塑性和韌性的元素,也是在焊縫中產生氣孔的主要原因之一。
⑵氫  氫主要來源於焊條葯皮、焊劑中的水分、葯皮中的有機物,焊件和焊絲表面上的污物(鐵鏽、油污)和空氣中的水分等。各種
焊接方法均使焊縫增氫,只是增氫的程度不同:手弧焊時用纖維素葯皮焊條焊得的焊縫含氫量比母材高出70倍;只有採用低氫型焊條施焊時,焊縫的含氫量才比較低;而用CO2氣體保護焊時,含氫量最低。
氫使焊縫金屬的塑性性嚴重下降,促使在焊接接頭中產生氣孔和延時裂紋,並且還會在拉伸試樣的斷面上形成白點。
⑶氧  氧主要來源於空氣、葯皮和焊劑中的氧化物、水分及焊接材料表面的氧化物。隨著焊縫中含氧量的增加,其強度、硬度和塑性
會明顯下降,還能引起金屬的熱脆、冷脆和時效硬化,並且也是焊縫中形成氣孔(CO氣孔)的主要原因之一。
總之,進入焊縫金屬中的氮、氫、氧都是屬於有害的元素。
4  為什麼對焊接區域要進行保護?如何保護?
對焊接區域進行保護的目的是防止空氣侵入熔滴和熔池,減少焊縫金屬中的氮、氧含量。保護的方式有下列三種:
⑴氣體保護  例如,氣體保護焊時採用保護氣體(CO2、H2、Ar)將焊接區域與空氣隔離起來。
⑵渣保護  在熔池金屬表面覆蓋一層熔渣使其與空氣分開隔離,如電渣焊、埋弧焊。
⑶氣—渣聯合保護  利用保護氣體和熔渣同時對熔化金屬進行保護,如手弧焊。
5  如何減少焊縫金屬中的含氧量?
對焊接區域進行保護、防止空氣與熔化金屬進行接觸是控制焊縫金屬中含氧量的重要措施,但是不能根本解決問題,因為氧還可以通
過許多其它渠道進入焊縫中,要徹底堵塞這些渠道事實上是不可能的,因此目前只能採取措施,對已進入熔化金屬中的氧進行脫氧處理。
6  焊縫金屬常用的脫氧方法有哪些?
利用熔渣或焊芯(絲)金屬與熔化金屬相互作用進行脫氧,是焊縫金屬常用的脫氧辦法。
⑴擴散脫氧  當溫度下降時,原先熔解於熔池中的FeO會不斷地向熔渣進行擴散,從而使焊縫中的含氧量下降,這種脫氧方法稱為擴
散脫氧。
如果熔渣中有強酸性氧化物SiO2、TiO2等,它們會與FeO生成複合物,其反應式為
(SiO2+FeO)= FeO·SiO2
(TiO2+FeO)= FeO·TiO2
反應的結果使熔渣中的自由FeO減少,這就使熔池金屬中的[FeO]不斷地向渣中擴散,焊縫金屬中的含量因此得以減少。
酸性熔渣(如焊條J422、焊劑HJK431熔化所成的熔渣)中含有較多量的SiO2、TiO,所以其脫氧方法主要是擴散脫氧。但是在焊接條件下,由於熔池冷卻速度快,熔渣和液體金屬相互作用的時間短,擴散脫氧進行得很不充分,因此用酸性焊條(劑)焊成的焊縫,其含氧量還比較高,焊縫金屬的塑性和韌性也比較低。
⑵用脫氧劑脫氧  在焊芯、葯皮或焊絲中加入某種元素,使它本身在焊接過程中被氧化,從而保證被焊金屬及其合金元素不被氧化或已被氧化的金屬還原出來,這種用來脫氧的元素稱為脫氧劑。常用的脫氧劑有碳、錳、硅、鈦和鋁。
鹼性焊條的脫氧劑以鐵合金的形式加入到葯皮中去,如錳鐵、硅鐵等。
埋弧焊常採用合金焊絲,如H08MnA、H10MnSi等。
用脫氧劑脫氧的效果比擴散脫氧好得多,所以用鹼性焊條施焊的焊縫,其含氧量比用酸性焊條施焊時要低,塑性、韌性相應得到提高,因此鹼性焊條常用來焊合金鋼及重要的焊接結構。

 

7  如何減少焊縫金屬中的含氫量?
減少焊縫金屬中含氫量的常用措施有:
1)烘乾焊條的焊劑;
2)清除焊件和焊絲表面上的雜質;
3)在葯皮和焊劑中加入適量的氟石(CaF2)、硅砂(SiO2),兩者都具有較好的去氫效果;
4)焊后立即對焊件加熱,進行后熱處理;
5)採用低氫型焊條、超低氫型焊條和鹼性焊劑。
8  試述焊縫金屬中硫的危害性。如何脫硫?
硫是焊縫中常存的有害元素之一。硫能促使焊縫金屬產生熱裂紋、降低衝擊韌度和需腐蝕性,並能促使產生偏析。厚板焊接時,硫還
會引起層狀撕裂。
硫在液態金屬中以FeS的形式存在,熔渣中的Mn、MnO、CaO具有一定的脫硫作用;其反應式如下
    [Mn]+[FeS] =[MnS]+[Fe]
    [MnO]+[FeS]=[MnS]+[FeO]
    [CaO]+[FeS] =[CaS]+[FeO]
生成的MnS、CaS都進入熔渣中,由於MnO、CaO均屬鹼性氧化物,在鹼性熔渣中含量較多,所以鹼性熔渣的脫硫能力比酸性熔渣
強。
9  試述焊金屬中磷的危害性。如何脫磷?
磷也是焊縫中常存的有害元素之一。磷會增加鋼的冷脆性,大幅度地降低焊縫金屬的衝擊韌度,並使脆性轉變溫度升高。焊接奧氏體
類鋼或焊縫中含碳量較高時,磷也會促使焊縫金屬產生熱裂紋。
磷在液態金屬中以Fe2P、P2O5形式存在。脫磷反應可分為兩步進行:第一步是將磷氧化成P2O5;第二步使之與渣中的鹼性氧化物CaO
生成穩定的複合物進入熔渣。其反應式為
                     2[Fe2P]+5(FeO=P2O5+11[Fe]
                     P2O5+3(CaO)=(CaO)3·P2O5
                     P2O5+4(CaO)=(CaO)4·P2O5
由於鹼性熔渣中含有較多的CaO,所以脫磷效果比酸性熔渣要好。
但是實際上,不論是鹼性熔渣還是酸性熔渣,其最終的脫硫、脫磷效果仍不理想。所以目前控制焊縫中的硫、磷含量,只能採取限制
原材料(母材、焊條、焊絲)中硫、磷含量的方法。
10  什麼是焊縫金屬的合金化?常用的合金化方式有哪些?
合金化就是把所需要的合金元素,通過焊接材料過渡到焊縫金屬(或堆焊金屬)中去。
合金化的目的:1)補償焊接過程中由於氧化、蒸發等原因造成的合金元素的損失;2)改善焊縫金屬的組織和性能;3)獲得具有特
殊性能的堆焊金屬。
常用的合金化方式有:應用合金焊絲;應用藥芯焊絲或葯芯焊條;應用合金葯皮或粘結焊劑;應用合金粉末;應用熔渣與金屬之間的
置換反應。
11  什麼是合金元素的過渡係數?
合金元素在焊接過程中總有一部分因氧化、蒸發等原因損耗掉,不可能全部過渡到焊縫中去。合金元素的過渡係數是指焊接材料中的
合金元素過渡到堆焊金屬中的數量與其原始含量的百分比,即
13  什麼是偏析?焊縫中會產生哪幾種偏析現象?
合金中各組成元素在結晶時分佈不均勻的現象稱為偏析。焊接熔池一次結晶過程中,由於冷卻速度快,已凝固的焊縫金屬中化學成分
來不及擴散,造成分佈不均,產生偏析。
焊縫中的偏析現象有以下三種:
⑴顯微偏析  熔池一次結晶時,最先結晶的結晶中心金屬最純,后結晶部分含其它合金元素和雜質略高,最後結晶部分,即結晶的外
端和前緣所含其它合金元素和雜質最高。在一個柱狀晶粒內部和晶粒之間的化學成分分佈不均現象稱為顯微偏析。
⑵區域偏析  熔池一次結晶時,由於柱狀晶體的不斷長大和推移,會把雜質“趕”向熔池中心,使熔池中心的雜質含量比其它部位多,
這種現象稱為區域偏析。
焊縫的斷面形狀對區域偏析的分佈影響很大。窄而深的焊縫,各柱狀晶的交界在其焊縫的中心,因此焊縫中心聚集有較多的雜質,見
圖1。這種焊縫在其中心部位極易產生熱裂紋。寬而淺的焊縫,雜質則聚集在焊縫的上部,見圖1b,這種焊縫具有較高的抗熱裂能力。
⑶層狀偏析  熔池在一次結晶的過程中,要不斷地放出結晶潛熱,當結晶潛熱達到一定數值時,熔池的結晶就出現暫時的停頓。以後
隨著熔池的散熱,結晶又重新開始,形成周期性的結晶,伴隨著出現結晶前沿液體金屬中雜質濃度的周期變動,產生周期性的偏析稱為層狀偏析。層狀偏析集中了一些有害元素,因此缺陷往往出現在層狀偏析中。由層狀偏析所造成的氣孔。
14  如何改善焊縫一次結晶組織?什麼是變質處理?
通過焊接材料(焊條、焊劑)向熔池中加入某些合金元素如V、Mo、Ti、Nb、A1、B、N等,可以細化晶粒,得到細晶組織,從而既
可保證強度和塑性,又能提高抗裂性,這種方法稱為變質處理。變質處理對改善焊縫的一次結晶組織十分有效。例如,E5015MoV焊條,就是在原來E5015焊條的基礎上,在葯皮中再加入少量的鉬鐵和釩鐵,它具有更高的抗裂性能。
15  什麼是焊縫金屬的二次結晶?
一次結晶結束后,熔池就轉變為固體的焊縫。高溫的焊縫金屬冷卻到室溫時,要經過一系列的組織相變過程,這種相變過程稱為焊縫
金屬的二次結晶。
低碳鋼焊縫金屬二次結晶結束時,其組織為鐵素體加珠光體。由鐵碳合金狀態圖可知,其中鐵素體約佔82%,珠光體約佔18%,焊縫
金屬的硬度約為83HBS。但鐵碳合金狀態圖是在材料極緩慢的冷卻條件下獲得的,實際上焊縫金屬二次結晶時的冷卻速度相當快,因此組織中的珠光體含量會增加,冷卻速度越高,珠光體含量也越多,焊縫的硬度和強度也隨之增加,例如,當焊縫金屬的冷卻速度為110℃s時,其硬度可達96HBS,這就是為什麼當焊縫金屬為低碳鋼,冷卻時儘管並未出現淬火組織,但其硬度仍會增加的原因。
16  多層多道焊為什麼可以提高焊縫金屬的塑性?
多層多道焊可以提高焊縫金屬的質量,特別是塑性,這是因為後層(道)焊縫對前層(道)焊縫具有熱處理的作用,相當於對前層(道)
焊縫進行了一次正火處理,因而改善了二次組織。對最後一道焊縫,可在其焊縫上再施焊一條退火焊道。有的工廠,當焊接接頭的彎曲試樣試驗不合格時,採取改變原來的焊接工藝參數的措施,將單層焊縫改成多層焊縫,用小電流進行快速施焊,對提高彎曲試樣的試驗合格率(塑性指標)有一定效果。
應當指出,多層多道焊對提高手弧焊的質量效果較好。埋弧焊時,由於每層焊道厚度可達6~10mm,但次一層焊縫的熱作用只達3~
4mm,所以熱處理效果較差。
17  什麼是焊接熱循環?焊接熱循環的主要參數有哪些?
在焊接熱源作用下,焊件上某點的溫度隨時間變化的過程稱為該點的焊接熱循環。
當熱源向該點靠近時,該點的溫度隨之升高,直到達到最大值;隨著熱源的離開,溫度又逐漸降低,整個過程可以用一條曲線來表示,
這種曲線稱為焊接熱循環曲線,見圖3。顯然,在焊縫兩側距焊縫遠近不同的各點,所經歷的熱循環並不相同,距焊縫越近的各點,加熱達到的最高溫度越高,越遠的各點加熱的最高溫度越低。
焊接熱循環的主要參數是加熱速度、加熱所達到的最高溫度、在組織轉變溫度以上停留的時間和冷卻速度。
單層電弧焊和電渣焊低合金鋼時的熱循環參數見表2。
低合金鋼的焊接熱循環參數
板厚
(mm)
焊接方法
焊接線能量(J/cm)
900℃時的加
熱速度(℃/s)
900℃以上的
停留時間(s)
冷卻速度(℃/s)
備  注
加熱時
冷卻時
900
500
1
2
3
5
10
15
25
50
110
110
220
鎢極氬弧焊
鎢極氬弧焊
埋弧焊
埋弧焊
埋弧焊
埋弧焊
埋弧焊
電渣焊
電渣焊
電渣焊
電渣焊
840
1080
3780
7140
19320
42000
105000
504000
672000
1176000
966000
1700
1200
700
400
200
100
60
4
7
3.5
3.0
0.4
0.6
2.0
2.5
4.0
9.0
25.0
162.0
36.0
125.0
144
1.2
1.8
5.5
7
13
22
75
335
168
312
395
240
120
54
40
22
9
5
1.0
2.3
0.83
0.8
60
30
12
9
5
2
1
0.3
0.7
0.28
0.25
對接開Ⅰ形坡口
對接開Ⅰ形坡口
對接開Ⅰ形坡口,有焊劑墊
對接開Ⅰ形坡口,有焊劑墊
開V形坡口,有焊劑墊
開V形,坡口有焊劑墊
開V形,坡口有焊劑墊
雙絲
三絲
板極
雙絲
18   什麼是焊接線能量?如何計算?
熔焊時,由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量,稱為焊接線能量,用下式表示為
 
                                       IU
                                 q= ───
                                       υ
 
式中   I——焊接電流(A);
      U——電弧電壓(V);
      υ——焊接速度(cm/s);
      q——線能量(J/cm)。
    例如,板厚12mm,進行雙面開Ⅰ形坡口埋弧焊,焊絲ф4mm,I=650A,U=38V,υ=0.9cm/s。,則焊接線能量q為
 
 IU       650×38
q = ───  =  ──────  = 27444 J/cm
 υ          0.9
 
線能量綜合了焊接電流、電弧電壓和焊接速度三大焊接工藝參數對焊接熱循環的影響。線能量增大時,熱影響區的寬度增大,加熱到高溫的區域增寬,在高溫的停留時間增長,同時冷卻速度減慢,見表3。
線能量對焊接熱循環的影響
線 能 量
(J/cm)
預熱溫度
(℃)
1100℃以上停留時間
(s)
650℃的冷卻速
(℃/s)
20000
20000
38400
38400
27
260
27
260
5
5
16.5
17
14
4.4
4.4
1.4
19  焊接時,如何選擇線能量?
生產中,根據不同的材料成分,在保證焊縫成形良好的前提下,適當調節焊接工藝參數,以合適的線能量進行焊接,可以保證焊接接
頭具有良好的性能。例如,焊件裝配定位焊時,由於焊縫長度短,截面積小,冷卻速度快,焊縫容易開裂,特別是對於一些淬硬傾向較大的鋼種更是如此,此時應該選擇較大的線能量進行焊接,以防焊縫開裂。但是對於強度等級較高的低合金鋼、低溫鋼,線能量必須嚴格控制,因為線能量增大會導致焊接接頭塑性和韌性的下降。特別是當焊接奧氏體不鏽鋼時,為了提高焊接接頭的耐蝕性,一定要採用小電流、快速焊的工藝參數,使線能量保持在最低值。
20  什麼是預熱?預熱有何作用?
焊前對焊件整體或焊接區域局部進行加熱的工藝手段稱為預熱。對於焊接強度級別較高、有淬硬傾向的鋼材、導熱性能特別良好的材
料、厚度較大的焊件,以及當焊接區域周圍環境溫度太低時,焊前往往需要對焊件進行預熱。預熱的主要目的是降低焊接接頭的冷卻速度,預熱溫度見表3。從表中可以看出,預熱能夠降低冷卻速度,但又基本上不影響在高溫停留的時間,這是十分理想的。所以當焊接具有淬硬傾向的鋼材時,降低冷卻速度減小淬硬傾向的主要工藝措施,是進行預熱,而不是增大線能量。
什麼是層間溫度?如何正確選擇層間溫度?

 

對焊件進行多層多道焊時,當焊接后道焊逢時,前道焊縫的最低溫度,稱為層間溫度。對於要求預熱焊接的材料,當需要進行多層焊
時,其層間溫度應等於或略高於預熱溫度,如層間溫度低於預熱溫度,應重新進行預熱。
焊接奧低體不鏽鋼時,為保持焊接接頭有較高的耐蝕性,需要有較快的冷卻速度,因此此時需要控制較低的層間溫度,即在前道焊縫
冷卻到較低溫度時,再進行后道焊縫的焊接。
22   什麼是焊接影響區?它有什麼特性?
焊接(或切割)過程中,緊靠焊縫的母材因受熱影響(但未熔化)而發生金相組織力學性能變化的區域稱為焊接熱影響區。
熔焊時,焊接接頭由兩個相互聯繫、而其組織和性能又有區別的兩個部分,即焊縫區和熱影響區所組成。實踐表明,焊接接頭的質量
不僅決定於焊縫區,並且在相當程度上還決定於熱影響區,有時熱影響區存在的問題比焊縫區還要複雜,特別是合金鋼焊接時更是如此。所以,研究、掌握熱影響區在焊接過程中組織和性能的變化,有著十分重要的意義。
23  試述固態無組織轉變材料的焊接熱影響區特點。
固態無組織轉變的純金屬(如A1、Cu、Ni、MoT W等)以及單相固溶體合金(如Zn的質量分數<39%的α黃銅,Ni-Cu合金以及超
低碳鉻鎳奧氏體不鏽鋼和超低碳高鉻純鐵素體不鏽鋼等)在加熱和冷卻時都不會發生組織轉變,因此其焊接熱影響區非常簡單,只有過熱區和再結晶區(母材焊前為冷軋狀態)兩個區段。
⑴過熱區  由於這類材料在冷卻過程中沒有任何組織轉變,因此加熱過程中長大了的晶粒在冷卻過程中不會有組織轉變引起的重結晶細化作用,所以過熱區內的晶粒長得十分粗大,並且無法通過熱處理(如鋼材的正火處理)來進行細化。過熱區內材料的塑性和韌性很差,為此應該採用小線能量進行焊接,並且要盡量防止在同一部位進行重複焊接,以免晶粒越長越大。
⑵再結晶區  如母材焊前處於冷軋狀態,焊後過熱區和母材之間存在著一個具有較細晶粒的再結晶區。但在再結晶區中,由於冷軋狀態的母材組織發生了再結晶,原先冷軋過程中的冷作硬化效應完全消失,因此強度降低但塑性得到了改善。
如果母材焊前是處於熱軋狀態或冷軋后的退火狀態,則焊后熱影響區無再結晶區。
24   試述固態有同素異構轉變的純金屬或單相合金的焊接熱影響區特點。
Fe、Mn、Ti、Co等金屬屬於固態有同素異構轉變的純金屬以及以這些金屬為基能形成有同素異構轉變的單相合金,其焊接熱影響區
可分成過熱區、重結晶區、不完全重結晶區(單相合金)和再結晶區幾個區段。

其特別是除了23例題中所講過的過熱區和再結晶區外,還有一個由同素異構轉變引起的重結晶區,這一區位於過熱區和再結晶區之間,其組織特徵為由重結晶組織轉變而引起的晶粒細化,即相當於鋼材進行正火處理后所得到的細晶組織,

 這一區段的衝擊韌性較高。
如果母材是單相合金,如α-Ti和純Ti相比較,在固態下都只有一個α     β的同素異構轉變,它們在高溫時均為β相,低溫時均
為α相,所不同之處是純金屬的同素異構轉變是在某一固定溫度下進行的,而單相合金的同素異構轉變是在某一溫度範圍內進行的,因此其熱影響區的重結晶區還可進一步分為重結晶區Ⅱ和不完全重結晶區Ⅱ′兩部分。
此外,有些具有同素異構轉變的純金屬,如Ti和Co等、單相合金如α-Ti,在快速冷卻條件下會產生馬氏體轉變,如純Ti和α-Ti合金,快速冷卻時在焊接熱影響區都能發現β→α′轉變,α′稱為鈦馬氏體。
25   試述不易淬火鋼的焊接熱影響區特點。
不易淬火鋼,如低碳鋼和合金元素較少的低合金高強鋼(16Mn、15MnTi、15MnV鋼),在固態下合金中除了有同素異構轉變外,還有成分變化和第二相析出,即共析轉變和 Fe3C的析出,其焊接熱影響區可分為過熱區、重結晶區、不完全重結晶區和再結晶區等四個區段。

 

⑴過熱區(又稱粗晶區)  該區緊鄰焊縫,溫度範圍是從晶粒急劇長大的溫度開始,一直到固相線的溫度區間為止,對低碳鋼為1100~
1490℃。該區母材中的鐵素體和珠光體全部變為奧氏體,奧氏體晶粒長得非常粗大,冷卻后使金屬的衝擊韌度大大降低,一般比基本金屬低25%~30%,是熱影響區中的薄弱環節。
⑵重結晶區(又稱正火區域或細晶區)  指過熱區以下,加熱溫度在A3以上的區域,對低碳鋼為900~1100℃。空冷后得到均勻而細
小的鐵素體和珠光體,相當於熱處理中的正火組織。重結晶區由於晶粒細小均勻,因此既具有較高的強度,又有較好的塑性和韌性,這是熱影響區中綜合力學性能最好的區域。但由於整個焊接接頭的性能取決於接頭中的最薄弱區域,所以該區性能雖好,但卻發揮不了作用。
⑶不完全重結晶區(又稱不完全正火區或部分相變區)  指加熱溫度在Ac1~Ac3之間的區域,對低碳鋼為750~900℃。該區母材中的
全部珠光體和部分鐵素體轉變為晶粒比較細小的奧氏體,但仍保留部分鐵素體。冷卻時,奧氏體又轉變為細小的鐵素體和珠光體,而未溶入奧氏體的鐵素體不發生轉變,晶粒比較粗大,故冷卻后的組織晶粒大小極不均勻,所以力學性能也不均勻,強度有所下降。
⑷再結晶區  指加熱溫度在450℃~Ac1之間的區域,對低碳鋼為450~750℃。對於經過壓力加工,即經過塑性變形的母材,晶粒發生破碎現象,在此溫度區域內,再次變成完整的晶粒,稱為再結晶。在本區域沒有發生同素異構轉變,組織沒有變化,因此金屬的力學性能變化不大,僅塑性稍有改善。對於焊前未經塑性變形的母材,本區不出現。
26   什麼是魏氏組織?它對焊接接頭的性能有何影響?
不易淬火鋼焊接熱影響區中的過熱區,由於奧氏體晶粒長得非常粗大,這種粗大的奧氏體在較快的冷卻速度下會形成一種特殊的過熱
組織,其組織特徵為在一個粗大的奧氏體晶粒內會形成許多平行的鐵素體針片,在鐵素體針片之間的剩餘奧氏體最後轉變為珠光體,這種過熱組織稱為魏氏組織。魏氏組織不僅晶粒粗大,而且由於大量鐵素體針片形成的脆弱面,使金屬的韌性急劇下降,這是不易淬火鋼焊接接頭變脆的一個主要原因。
魏氏組織的形成決定於過熱區的過熱程度,即金屬在高溫下停留的時間。手弧焊時,熱影響區在高溫下停留的時間較短,晶粒長大並
不嚴重;而電渣焊時,熱影響區在高溫下停留的時間很長,晶粒嚴重長大。因此,電渣焊就比手弧焊容易出現粗大的魏氏組織。對於同一種焊接方法,施焊時採用的線能量越大,高溫下停留的時間越長,過熱越嚴重,奧氏體晶粒長得越粗大,越容易得到魏氏組織,焊接接頭的性能就越差,這是低碳鋼焊接時引起熱影響區性能變壞的一個主要問題。
27  試述易淬火鋼的焊接熱影響區特點。
易淬火鋼包括碳鋼(35、40、45、50鋼)、低碳調質高強鋼(ωC≤0.25%)、中碳調質高強鋼(ωC為0.25%~0.45%)、耐熱鋼和低溫
鋼,其熱影響區在焊接空冷條件下也能得到馬氏組織,處於淬火狀態。如果母材焊前處於退火狀態,則焊后熱影響區的組織可分為完全淬火區和不完全淬火區兩個區段,如果母材焊前處於淬火狀態,則還會形成一個回火區。
⑴完全淬火區  指加熱溫度超過Ac3以上的區段,焊后奧氏體全部轉變為馬氏體,包括了相當於低碳鋼焊接熱影響區中的過熱區和重結晶區。該區由於存在淬火組織,所以強度和硬度增高,塑性和韌性下降,並且容易產生冷裂紋。
⑵不完全淬火區  指加熱溫度在Ac1~Ac3之間的區段,焊后奧氏體轉變為馬氏體,原鐵素體保持不變,僅有不同程度的長大,最後形成馬氏體-鐵素體的組織。該區段的組織和性能很不均勻,塑性和韌性下降。
⑶回火區  如果母材焊前處於淬火狀態,則在溫度低於Ac1的區段,會發生程度不同的回火過程,稱為回火區。回火區的硬度下降、塑性增高。

 

28   試述異種鋼焊接熱影響區碳的擴散及其影響。
異種鋼焊接時,母材成分與焊縫成分相差較大,碳會從母材向焊縫擴散,在母材熔合線附近形成一個1~2個晶粒寬度的“脫碳層”,
在焊縫一側相應地出現一個“增碳層”。促使碳由母材向焊縫擴散的因素有:
當焊縫為液態時,由於碳在液態金屬中的深解度大於固體金屬,故促使碳由熔合線附近的母材金屬向焊縫擴散遷移。
1)     加熱溫度和時間對碳的擴散影響很大。在Q235-A和Cr25Ni13的異種鋼接頭中, 當加熱到350℃才開始發現有脫碳層,當加熱
到高於550℃時,脫碳層才顯著,超過600℃后更為嚴重,特別是在800℃時。Q235-A和Cr25Ni13異種鋼焊接時,加熱溫度和時間對脫碳層寬度(B)的影響,見圖8。因此,單道焊時一般不易形成碳的擴散層,通常是在接頭經焊后熱處理或高溫長期工作時才明顯。
碳擴散層是異種鋼焊接接頭中的薄弱環節,它對接頭的常溫和高溫瞬時力學性能影響不大,但將降低接頭的高溫持久強度,一般要降
低10%~20%左右。
29  焊接熔池結晶過程中會產生哪些缺陷?
產生的缺陷有:
⑴結晶裂紋(凝固裂紋)  焊接熔池結晶過程中,金屬收縮產生的拉應力,將晶界上的低熔點共晶液膜拉開導致產生結晶裂紋。結晶裂紋主要發生在含雜質較多的鋼、單相奧氏體鋼、鎳基合金、鋁合金、鉬合金等的焊縫金屬中。
⑵氣孔  高溫下焊接熔池中熔解了大量的氫、氧、氮,在快速冷卻過程中,這些氣體來不及逸出,而留在焊縫金屬中(內部或表面)形成穴孔。
⑶夾渣  焊接熔渣殘留在焊縫金屬中的現象。
⑷偏析  由於焊接熔池結晶速度較快,形成焊縫中化學元素的分佈不均勻,產生偏析現象.

 

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