焊接工艺问答之熔焊原理(五)

  仪器信息网 ·  2009-03-30 19:49  ·  13711 次点击
21什么是层间温度?如何正确选择层间温度?
对焊件进行多层多道焊时,当焊接后道焊逢时,前道焊缝的最低温度,称为层间温度。对于要求预热焊接的材料,当需要进行多层焊时,其层间温度应等于或略高于预热温度,如层间温度低于预热温度,应重新进行预热。焊接奥低体不锈钢时,为保持焊接接头有较高的耐蚀性,需要有较快的冷却速度,因此此时需要控制较低的层间温度,即在前道焊缝冷却到较低温度时,再进行后道焊缝的焊接。
22什么是焊接影响区?它有什么特性?
焊接(或切割)过程中,紧靠焊缝的母材因受热影响(但未熔化)而发生金相组织力学性能变化的区域称为焊接热影响区。
熔焊时,焊接接头由两个相互联系、而其组织和性能又有区别的两个部分,即焊缝区和热影响区所组成。实践表明,焊接接头的质量不仅决定于焊缝区,并且在相当程度上还决定于热影响区,有时热影响区存在的问题比焊缝区还要复杂,特别是合金钢焊接时更是如此。所以,研究、掌握热影响区在焊接过程中组织和性能的变化,有着十分重要的意义。
23试述固态无组织转变材料的焊接热影响区特点。
固态无组织转变的纯金属(如A1、Cu、Ni、MoTW等)以及单相固溶体合金(如Zn的质量分数<39%的α黄铜,Ni-Cu合金以及超低碳铬镍奥氏体不锈钢和超低碳高铬纯铁素体不锈钢等)在加热和冷却时都不会发生组织转变,因此其焊接热影响区非常简单,只有过热区和再结晶区(母材焊前为冷轧状态)两个区段。
⑴过热区由于这类材料在冷却过程中没有任何组织转变,因此加热过程中长大了的晶粒在冷却过程中不会有组织转变引起的重结晶细化作用,所以过热区内的晶粒长得十分粗大,并且无法通过热处理(如钢材的正火处理)来进行细化。过热区内材料的塑性和韧性很差,为此应该采用小线能量进行焊接,并且要尽量防止在同一部位进行重复焊接,以免晶粒越长越大。
⑵再结晶区如母材焊前处于冷轧状态,焊后过热区和母材之间存在着一个具有较细晶粒的再结晶区。但在再结晶区中,由于冷轧状态的母材组织发生了再结晶,原先冷轧过程中的冷作硬化效应完全消失,因此强度降低但塑性得到了改善。
如果母材焊前是处于热轧状态或冷轧后的退火状态,则焊后热影响区无再结晶区。
24试述固态有同素异构转变的纯金属或单相合金的焊接热影响区特点。
Fe、Mn、Ti、Co等金属属于固态有同素异构转变的纯金属以及以这些金属为基能形成有同素异构转变的单相合金,其焊接热影响区可分成过热区、重结晶区、不完全重结晶区(单相合金)和再结晶区几个区段。
其特别是除了23例题中所讲过的过热区和再结晶区外,还有一个由同素异构转变引起的重结晶区,这一区位于过热区和再结晶区之间,其组织特征为由重结晶组织转变而引起的晶粒细化,即相当于钢材进行正火处理后所得到的细晶组织,
这一区段的冲击韧性较高。
如果母材是单相合金,如α-Ti和纯Ti相比较,在固态下都只有一个αβ的同素异构转变,它们在高温时均为β相,低温时均
为α相,所不同之处是纯金属的同素异构转变是在某一固定温度下进行的,而单相合金的同素异构转变是在某一温度范围内进行的,因此其热影响区的重结晶区还可进一步分为重结晶区Ⅱ和不完全重结晶区Ⅱ′两部分。
此外,有些具有同素异构转变的纯金属,如Ti和Co等、单相合金如α-Ti,在快速冷却条件下会产生马氏体转变,如纯Ti和α-Ti合金,快速冷却时在焊接热影响区都能发现β→α′转变,α′称为钛马氏体。
25试述不易淬火钢的焊接热影响区特点。
不易淬火钢,如低碳钢和合金元素较少的低合金高强钢(16Mn、15MnTi、15MnV钢),在固态下合金中除了有同素异构转变外,还有成分变化和第二相析出,即共析转变和Fe3C的析出,其焊接热影响区可分为过热区、重结晶区、不完全重结晶区和再结晶区等四个区段。
⑴过热区(又称粗晶区)该区紧邻焊缝,温度范围是从晶粒急剧长大的温度开始,一直到固相线的温度区间为止,对低碳钢为1100~1490℃。该区母材中的铁素体和珠光体全部变为奥氏体,奥氏体晶粒长得非常粗大,冷却后使金属的冲击韧度大大降低,一般比基本金属低25%~30%,是热影响区中的薄弱环节。
⑵重结晶区(又称正火区域或细晶区)指过热区以下,加热温度在A3以上的区域,对低碳钢为900~1100℃。空冷后得到均匀而细小的铁素体和珠光体,相当于热处理中的正火组织。重结晶区由于晶粒细小均匀,因此既具有较高的强度,又有较好的塑性和韧性,这是热影响区中综合力学性能最好的区域。但由于整个焊接接头的性能取决于接头中的最薄弱区域,所以该区性能虽好,但却发挥不了作用。
⑶不完全重结晶区(又称不完全正火区或部分相变区)指加热温度在Ac1~Ac3之间的区域,对低碳钢为750~900℃。该区母材中的
全部珠光体和部分铁素体转变为晶粒比较细小的奥氏体,但仍保留部分铁素体。冷却时,奥氏体又转变为细小的铁素体和珠光体,而未溶入奥氏体的铁素体不发生转变,晶粒比较粗大,故冷却后的组织晶粒大小极不均匀,所以力学性能也不均匀,强度有所下降。
⑷再结晶区指加热温度在450℃~Ac1之间的区域,对低碳钢为450~750℃。对于经过压力加工,即经过塑性变形的母材,晶粒发生破碎现象,在此温度区域内,再次变成完整的晶粒,称为再结晶。在本区域没有发生同素异构转变,组织没有变化,因此金属的力学性能变化不大,仅塑性稍有改善。对于焊前未经塑性变形的母材,本区不出现。

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