《材料焊接性》（专科）学案第一章绪论二、本章习题1. 根据本章所述内容，举例说明低合金钢焊接在工程结构中的重要作用。

2.先进材料的发展和应用在工程中越来越受到人们的重视，简述先进材料（如陶瓷、金属间化合物和复合材料等）和金属材料相比，在工程结构中的应用有什么不同？第2章材料焊接性及其试验方法1. 了解焊接性的基本概念。

什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。

工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。

影响因素：材料因素、工艺因素、结构因素、使用条件。

2. 什么是热焊接性和冶金焊接性，各涉及到焊接中的什么问题？冶金焊接性指在熔焊高温下的熔池金属与气象熔渣等相互之间繁盛化学冶金反映所引起的焊接变化3. 举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。

工艺焊接性是指影响焊接操作的焊接性能，如电弧的稳定性、焊缝的成形性、脱渣性、飞溅大小及发尘量等。

而使用焊接性则是指焊件需满足的使用要求，如接头的力学性能、物理性能及化学性能要求。

有时，工艺焊接性好的材料如果焊接材料选择不当，其使用性能就不一定好：例如不锈钢焊接，若使用普通结构钢焊条焊接，其工艺焊接性很好，即焊接过程很顺利，但是，焊缝不耐腐蚀，就不能满足不锈钢焊件的使用要求，因此焊接接头是不合格的。

金属材料使用性能主要指力学性能，即金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。

比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好|第3章低合金结构钢的焊接1. 分析热轧钢和正火钢的强化方式及主强化元素有什么不同。

二者的焊接性有何差异，在制定焊接工艺时应注意什么问题。

热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。

（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。

（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。

热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件粗晶区的析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时敏感性增大。

制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接2. 分析16Mn的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。

可靠措施3. 16Mn与15MnTi的焊接性有何差异？16Mn的焊接工艺是否适用于15MnTi的焊接，为什么？第4章不锈钢及耐热钢的焊接1. 不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？或2. 为什么18-8奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？18-8型奥氏体不锈钢中，具有一定数量的铁素体组织，可以增加钢材的抗热裂纹及耐晶间腐蚀的能力。

（1）铁素体对热裂纹的影响1）铁素体可以细化奥氏体组织，并在一定程度上打乱树枝晶的方向性，见图4。

如果焊缝是单相组织，奥氏体柱状晶很粗大，易熔共晶物集中在较少的晶界上，形成较厚的晶间偏析夹层，焊后冷却过程中在拉应力的作用下很容易沿晶界被拉裂，形成热裂纹。

若在组织中加入了少量铁素体后，会使柱状晶变细，晶界增多。

同样数量的易熔共晶物被分割，将不连续地分散在各个晶界上，从而降低热裂纹倾向。

2）铁素体能比奥氏体溶解更多的有害杂质如S、P等。

（2）铁素体对晶间腐蚀的影响双相组织对防止晶间腐蚀的有利作用，见图5。

单相组织的焊缝由于柱状晶发展较快，晶间夹层厚而连续，析出碳化物后，贫铬区贯穿于晶粒之间，构成侵蚀性介质的腐蚀通道。

3. 18-8不锈钢焊接接头区域在哪些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成的？如何防止？第5章铸铁的焊接1. 铝及其合金是如何分类的，各以何种途径强化？铝合金焊接时存在什么问题，在焊接性方面有何特点（哪些焊接性好，哪些焊接性差）？2. 为什么Al-Mg合金及Al-Li合金焊接时易形成气孔？铝及其合金焊接时产生气孔的原因是什么，如何防止气孔？分析为什么纯铝焊接易出现分散小气孔，而Al-Mg合金焊接则易出现集中大气孔？3. 纯铝及不同类型的铝合金焊接应选用什么成分的焊丝比较合理？纯铝可以焊接，但它的以下特点是焊接中不可忽视的：1，熔点低(660度)。

2，它的银白色光泽从室温至熔化都不会有明显变化。

3，高温时它的强度几乎完全丧失，客易塌陷，4，它的表面氧化膜不能以化学方法清除，只能从机械方式清除，或以物理方式溶觪掉。

5，清理过的表面又会很快形成一层新的氧化膜焊接时采取必不可少的对症下药方式铝合金焊接时选用的焊丝：第6章铝及其合金的焊接1. 工业上常用的铸铁有哪几种？简述碳在每种铸铁中的存在形式和石墨形态有何不同，对力学性能各有什么影响？一、按断口分为：1、灰口铸铁：HT150、HT200、HT250、HT300、HT350.2、白口铸铁：二、按石墨形态分为：1、片状石墨铸铁：2、球墨铸铁：QT350-18、QT400-15、QT450-12、QT500-8、QT600~800-8~2。

3、蠕墨铸铁：三、按使用功能分为：1、一般用途铸铁2、耐磨铸铁：白口铸铁、高（中、低）铬铸铁及其它合金铸铁。

3、耐腐蚀铸铁：4、耐高温铸铁：1、根据碳的存在形式不同分：（1）白口铸铁碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，所以称为白口铸铁。

这类铸铁的性能既硬又脆，很难进行切削加工，所以很少直接用来制造机器零件。

（2）灰铸铁碳大部分或全部以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，故称灰铸铁。

它是目前工业生产中应用最广泛的一种铸铁。

（3）麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在，断口呈灰白色。

这种铸铁有较大的脆性，工业上很多好使用。

2、根据石墨几何形状不同分：（1）灰铸铁石墨以片状存在于铸铁中。

（2）可锻铸铁石墨以团絮状存在于铸铁中。

（3）球墨铸铁石墨以球状存在于铸铁中。

（4）蠕墨铸铁石墨以蠕虫状存在铸铁中。

2. 分析影响铸铁型焊缝组织的主要因素有哪些？①与焊缝基体组织有关，焊缝中渗碳体越多，焊缝中出现裂纹数量越多。

当焊缝基体全为珠光体与铁素体组成，而石墨化过程又进行得较充分时，由于石墨化过程伴随有体积膨胀过程，可以松弛部分焊接应力，有利于改善焊缝的抗裂性。

②与焊缝石墨形状有关粗而长的片状石墨容易引起应力集中，会减小抗裂性。

石墨以细片状存在时，可改善抗裂性。

石墨以团絮状存在时，焊缝具有较好的抗裂性能。

③与焊补处刚度与焊补体积的大小及焊缝长短有关焊补处刚度大，焊补体积大，焊缝越长都将增大应力状态，促使裂纹产生。

3.分析灰铸铁电弧焊焊接接头形成白口与淬硬组织的区域特点、原因及危害。

灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性。

在力学性能上的特点是强度低，基本无塑性。

焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性。

这些因素导致焊接性不良。

主要问题两方面：一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织。

另一方面焊接接头易出现裂纹。

(一)焊接接头易出现白口及淬硬组织P103，以含碳为3%，含硅2.5%的常用灰铸铁为例，分析电弧焊焊后在焊接接头上组织变化的规律。

1.焊缝区当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，则在一般电弧焊情况下，由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。

防止措施：焊缝为铸铁①采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度。

如：增大线能量。

②调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。

异质焊缝：若采用低碳钢焊条进行焊接，常用铸铁含碳为3%左右，就是采用较小焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1／3～1／4，其焊缝平均含碳量将为0.7%～1.0%,属于高碳钢（C＞0.6%）。

这种高碳钢焊缝在快冷却后将出现很多脆硬的马氏体。

采用异质金属材料焊接时，必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。

2.半熔化区特点：该区被加热到液相线与共晶转变下限温度之间，温度范围1150～1250℃。

该区处于液固状态，一部分铸铁已熔化成为液体，其它未熔部分在高温作用下已转变为奥氏体。

1）冷却速度对半熔化区白口铸铁的影响V冷很快，液态铸铁在共晶转变温度区间转变成莱氏体，即共晶渗碳体加奥氏体。

继续冷却则为C所饱和的奥氏体析出二次渗碳体。

在共析转变温度区间，奥氏体转变为珠光体。

由于该区冷速很快，在共析转变温度区间，可出现奥氏体→马氏体的过程，并产生少量残余奥氏体。

该区金相组织见其左侧为亚共晶白口铸铁，其中白色条状物为渗碳体，黑色点、条状物及较大的黑色物为奥氏体转变后形成的珠光体。

右侧为奥氏体快冷转变成的竹叶状高碳马氏体，白色为残余奥氏体。

还可看到一些未熔化的片状石墨。

当半熔化区的液态金属以很慢的冷却速度冷却时，其共晶转变按稳定相图转变。

最后其室温组织由石墨+铁素体组织组成。

当该区液态铸铁的冷却速度介于以上两种冷却速度之间时，随着冷却速度由快到慢，或为麻口铸铁，或为珠光体铸铁，或为珠光体加铁素体铸铁。

影响半熔化区冷却速度的因素有：焊接方法、预热温度、焊接热输入、铸件厚度等因素。

例：电渣焊时，渣池对灰铸铁焊接热影响区先进行预热，而且电渣焊熔池体积大，焊接速度较慢，使焊接热影响区冷却缓慢，为防止半熔化区出现白口铸铁焊件预热到650～700℃再行焊接的过程称热焊。

这种热焊工艺使焊接熔池与HAZ很缓慢地冷却，从而为防止焊接接头白口铸铁及高碳马氏体的产生提供了很好的条件。

研究灰铸铁试板焊件、热输入相同时，随板厚的增加，半熔化区冷却速度加快。

白口淬硬倾向增大。

2）化学成分对半熔化区白口铸铁的影响铸铁焊接半熔化区的化学成分对其白口组织的形成同样有重大影响。

该区的化学成分不仅取决于铸铁本身的化学成分，而且焊逢的化学成分对该区也有重大影响。

这是因为焊逢区与半熔化区紧密相连，且同时处于熔融的高温状态，为该两区之间进行元素扩散提供了非常有利的条件。

某元素在两区之间向哪个方向扩散首先决定于该元素在两区之间的含量梯度（含量变化）。

元素总是从高含量区域向低含量区域扩散，其含量梯度越大，越有利于扩散的进行。

提高熔池金属中促进石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量对消除或减弱半熔化区白口的形成是有利的。

用低碳钢焊条焊铸铁时，半熔化区的白口带往往较宽。