焊接冶金与焊接性知识点

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1、1. 焊条金属的平均熔化速度：单位时间内熔化的焊芯的质量或长度。 2. 焊条金属的平均熔敷速度：单位时间内真正进入焊缝的质量或者长度。 3. 熔滴以及其过渡特性 熔滴：焊条端部熔化形成的滴状液态金属。 过渡形式：短路过渡，颗粒状过渡，附壁过渡。 4. 熔滴的比表面积： R 下降 S 上升 冶金反应越充分。 5. 熔池：由局部熔化的母材和熔化的焊接金属所组成的具有一定几何形状的液态金属。 6. 熔池的形状和尺寸：形状是半椭球形。 7. 焊接化学冶金的反应区以及反应条件，特点。 1) 药皮反应区 反应温度：100—药皮的熔点。 主要反应有 1：水分蒸发 2：某些物质的分解如碳酸盐

2、3：铁合金的氧化 产生气体的作用：保护作用与使得铁合金氧化。 2) 熔滴反应区 反应温度：最高温度达到2800 平均温度为 1800 —2400。 熔滴与气体和熔渣接触面积大。 反应时间短。 冶金反应最激烈，对焊缝的质量影响最大。 主要反应：气体分解溶解。 3) 熔池反应区。 物理条件：温度低 600 — 1900 S 小 反应时间长，有时达到几十秒。 温度分布不均匀：前部熔化，后部凝固，易于排出气体和浃渣。 8. 药皮的重量系数 ：单位长度上药皮与焊芯的质量比。 9. 熔合比：母材在焊缝中所占的比例。 10. 氢对金属的作用： 1) 氢在金属中的溶解： a) 能形成氢化物，

3、在低温下形成大量的氢化物，如 Ti V No Zr Ta 等 b)不能形成氢化物，但能溶解H如Fe Al Ni Cu等 进入金属中的形式：气相中的 氢原子和氢离子接触液相界面，向内扩散， 或着通过渣层向内扩散。 2) 溶解度: a) T 上升 S 上升 所以 温度达到最大值以后继续增加 T S 下降。 在沸点时S等于0 在凝固点(相变点)S很小。 b) 合金元素：如Ti Zr Nb O 使得S增加。 Mn Ni Cr Mo 无影响。 C Si Al 使得 S 下降。 c) 晶格结构的影响：面心立方 大于 体心立方。 3) 氢在焊缝中的扩散行为： 扩散氢：在钢的焊缝中，大部分以

4、氢原子 或者氢离子 形成存在与焊缝金属 形成间隙固溶体，半径小，可在晶格中自由扩散， 残余氢：小部分氢扩散聚集在金属的晶格缺陷，以及空隙中，并且结合成为氢分子， 所以半径大不能扩散。 11. 氢对焊接质量的影响： 1） （重点）氢脆：由于氢的存在钢的塑性下降的现象。 形成原因：试件拉伸，位错发生运动和堆积形成显微空隙，氢原子聚集在空腔内形 成氢分子从而使得空腔内的压力增大，产生氢脆。 2） 白点：A溶解大 F扩散快 所以没有白点。 3） 气孔与裂纹：（冷裂纹） 12. 氧化性气体对金属的氧化： 为什么氧在金属中以 FeO 存在？ 因为比较能否氧化就是比较两者的氧分压，FeO的分

5、压很小，所以容易形成。 为什么算则高Si高Mn焊丝（CO2保护焊） 因为因为容易被氧化，所以用 Si Mn 吸收 O2 13. 氧对焊缝金属质量的影响： 1） O 增加 抗拉强度 断面收缩率 冲击韧性 均增加， 但 强度韧性下降。 2） O+C=CO CO 产生气孔 产生飞溅。 3） 会烧损一些有益的合金元素。 4） 氧有脱氢的作用。 14. 熔渣的作用： 机械保护作用;改善工艺性能; 冶金处理作用 15. 熔渣： 1） 盐型熔渣：用于活泼金属的焊接。 2） 盐—氧化物型熔渣：用于合金钢的焊接。 3） 氧化物型熔渣：焊接低碳钢和低合金钢。 16. 熔渣的性质： 碱度；粘度

6、；表面张力；熔点 17. 熔渣对焊缝金属的氧化： 1 扩散氧化：熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属增氧。（主要指 FeO） 2 置换氧化：熔渣中易分解的氧化物与液态铁发生置换反应，铁被氧化，而另一种元素 被还原。 18. 在酸性渣和碱性渣含FeO相同时为什么碱性焊条采用Si铁和Mn铁脱氧 但是酸性焊条 不采用这种方法？ 答：因为吧，碱性的焊条呢含有的SiO和TiO2的量少，FeO活度大，易向焊缝扩散而 使得焊缝增氧，所以加入脱氧剂，但是酸性渣中含有SiO2和TiO2与FeO形成复合 物，使得 FeO 活度低不能向焊缝中扩散。 19. 焊缝金属的脱氧：目的是减少液态金属中的含氧量，

7、排除脱氧后的产物。 20. 焊缝脱氧的方式 1 先期脱氧，（在药皮的加热阶段）。 原理：含有脱氧剂的药皮被加热，高价氧化物和碳酸盐分解出的氧和 CO2 和脱氧剂发生反应，使得气相的氧化性减弱。 效果：由于加热的温度低，传质条件差，脱氧不完全。 2 沉淀脱氧，（在熔滴和熔池阶段） 原理：溶解在液态Fe中的脱氧剂与氧化五铁直接反应，还原Fe脱氧 浮出液态 Fe 锰的脱氧反应 Mn + FeO = Fe + MnO 3 扩散脱氧：被焊金属的氧化物通过扩散从液态金属进入熔渣 21. 焊条的牌号！ “符合国标GBXXXX型” 例如J507 结构钢50：最低抗拉强度为490Mpa 7

8、：低氢型药皮直流 22. 焊缝的工艺性能：稳弧形 焊缝成形 各种位置焊接适应性 脱渣性 23. 焊丝的牌号！ H 08 Mn2 Si H 实心 08含碳0.08% 2 Mn质量分数为2% 24. 焊剂的牌号！ 25. 核长大： 联生长大（竞争长大，选择长大）：当经理的最易长大方向和散热方向一致时， 则有利于晶粒长大，可以一直长到焊缝中心，形成粗大的柱状晶，当晶体取向不利于 成长与散热方向不一致时晶粒的成长就会停下来。 26. 熔池结晶的线速度：（判断题） （定义）熔池在结晶过程中晶粒主轴成长的线速度。 27. 成分过冷对结晶形态的影响。 1） 平面结晶：正温度梯度很大。液相

9、中存在成分过冷。 由于固液界面前方温度较高，一旦有向前凸出生长的晶芽，就将被 较近的液态金属熔化，因此，结晶过程只能能以平面形式向前推进， 从而形成平滑的结晶界面。 2） 胞状结晶：温度梯度较大，形成较小的成分过冷去。 在此条件下平面结晶面处于不稳定的状态，其上长出许多平行束状 芽胞，凸入过冷的液相，形成相互平行的胞状晶。 3） 胞状树枝晶：温度梯度减小，形成的成分过冷增大。 在此条件下，晶体成长加快，胞状晶前沿更向液相中凸出，并深 入液相内部较长距离。 4） 等轴结晶：温度梯度很小，很大的成分过冷。 在结晶前沿出现树枝状结晶，而且在液相内部也能产生新的晶核， 由于这些晶核周围所

10、处状态相同，可以自由成长，因而形成了几何 形状几乎对称的等轴晶粒。 28. 结晶形态受那些方面影响：溶质质量W 结晶速度R 液相温度梯度G R G 一定，W增长由平面晶变为等轴晶 W G 一定R增长由平面晶变为等轴晶 W R 一定G增长 由等轴晶变为平面晶 29. 焊接条件下的凝固形态：熔合区G最大焊缝温度最高G最小 由熔合区 至 焊缝 是由 平面晶 至 等轴晶进行过度。 30. 焊缝金属化学成分不均匀性（偏析）概念。 1） 显微偏析：先结晶出的固相含溶质的浓度低，用细化晶粒的方法消除。 2） 区域偏析：柱状晶把杂志或溶质赶到焊缝中心，长生结晶裂纹。 3） 层状偏析：由于结

11、晶过程的周期性变化而引起化学成分不均匀，而造成的偏析。 31. 低碳钢焊缝的相变组织： F+P 冷却速度越快， P 越多 硬度增高 32. 魏氏组织：当焊缝过热时，铁素体在奥氏体晶界或者内部呈网状析出，具有长短不一的 针状或片状，可直接插入珠光体晶粒之中。 33. 低碳钢的固态相变组织： 1) 铁素体： a) 先共析铁素体 PF 晶界铁素体 GBF 温度：形成温度很高 770—680 形状：沿奥氏体晶界析出，条状(偶尔块状)分布于奥氏体晶界。 数量：合金含量少，冷却速度慢，高温停留时间长，形成先共析铁素体。 影响：韧性下降(所以避免在高温下转变啊) b) 侧板条铁素体 FSP

12、温度：770—550 较宽温度区间内。 形态：从先共析铁素体的侧面以半条状向原奥氏体内生长，如镐牙状。 影响：使金属的韧性显著降低。 c) 针状铁素体 AF 温度：500 左右 形状：在原奥氏体内以针状生长的 F 以某些弥散氧化物或氮化物质点位核心 呈放射性生长，使形成的针状铁素体相互制约而不能自由生长。 影响：提高焊缝韧性。 d) 细晶铁素体 FGF 介于针状铁素体和贝氏体之间的转化产物。 形成条件：是在有细化晶粒的元素(TiB)存在且T小于500的温度下。 形状：晶粒尺寸较小。 2) 珠光体 P 在焊接条件下，P转变基本不发生 因为P转变在平衡下转变，而焊接转变(转变速度非常快

13、，易形成M) 是非平衡态。 3) 贝氏体： 上贝氏体 Bu 550—450 羽毛状 韧性最差 下贝氏体 Bl 450—Ms 针状 良好韧性 强度 粒状贝氏体块状铁素体上肺部有富碳的马氏体和参与奥氏体即M一A组 元 34. M—A组元：在块状F形成之前，待转变的富碳奥氏体呈岛状分布在块状铁素体之上, 在一定的合金成分和冷却速度下，这些富碳的A可转化为富碳M和参与 奥氏体 35. 焊缝性能控制 1) 固溶强化和变质处理: Mn Si 古榕强化作用，脱氧，韧性。 Mn 脱 S Nb V适量时提高韧性，形成A F 有固N作用 形成NbN VN改善韧性，需正火处理。 Ti B TiB

14、2 TiO弥散分布，Ti易氧化，焊缝中保护B防止B被氧化 B易聚集晶界，晶界强化元素。使晶界能降低，形成针状F 增加韧性。 Mo 作用与含量有关 小于 0.2% PF 大于 0.5% FSP 0.2%至 0.5% FGF 2） 调整焊接工艺： 震动结晶；焊后热处理；多层焊；锤击焊道表面；跟踪回火处理。 36. 焊接热影响区（HAZ）：在热源作用下，焊缝两侧未经过熔化但组织和性能发生变化的 区域。 37. 焊接热循环：在焊接的过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度由低到高，达到最 高后又降低，随时间的变化过程称为焊接热循环。 38. 焊接热循环的主要参数有哪些？ 加热速度；加

15、热最高温度；高温停留时间；冷却速度和冷却时间。 39. 对于易淬火钢（低碳调制高强钢；中碳钢；中碳调制高强钢） 其焊接热影响区的组织分布与母材焊前热处理状态有关。 1） 母材为调质状态时，热影响区由完全淬火区，不完全淬火区和回火 区组成。 2） 母材为退火或正火状态时，热影响区只由完全淬火区和不完全淬火 区组成。 a） 完全淬火区：完全淬火区是指焊接热影响区中峰值温度达到Ac3以上的区域， 包括了相当于不易淬火钢的过热区和正火区两部分。相当于过热区的 部分因为晶粒严重长大，奥氏体均质化程度大从而增大淬火倾向，易 于形成细小的马氏体（焊缝附近），而相当于正火区的部分，由于淬 火倾向降低

16、而能形成细小的马氏体。所以导致了这个区域的主旨不均 匀。 b） 不完全淬火去：不完全淬火去是指焊接热影响去中峰值温度处于Acl至Ac3 之间的区域，它相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。F不发生相变， 随着热源增大而有所长大。P B S等会转换为高碳A在随后的快冷过 程中变为M。因此该区的组织特征是高碳M+F,韧性低脆性大。 c） 回火区：焊前处于调质状态的母材具有的区域，峰值温度低于Acl，但高于原 来调制的回火温度。造成软化现象。 40. HAZ 的硬化参数： 1） 碳当量：把钢中所有合金元素的含量折合成C的含量。 2） T8/5 （800到500的时间）T8/5越大，最高硬度

17、（Hmax）越小。 3） 熔合区硬度:：融合去 Hmax 越高，两侧逐渐接近于母材。 41. HAZ 的脆化类型： 粗晶脆化 组织脆化（片状M脆化；M-A组元脆化） 析出脆化 HAZ 的热应变时效脆化 42. 结晶裂纹形成机理（本质 力学）： 低熔点共晶体形成的液态薄膜和拉伸应力存在形成结晶裂纹。 43. 结晶裂纹的产生机理和防止措施（论述题）。 44. 焊接冷裂纹形成机理（三大要素）与防止措施（论述）。 45. 焊接接头的应力状态： 1） 热应力：不均匀加热 2） 组织应力： A 转变为 M F P 体积膨胀产生压应力。 3） 结构的拘束条件下形成的应力 拘束应力

18、拘束度R：单位长度焊缝在根部产生单位长度的弹性位移所需的 力。 公式： 46. 防治冷裂纹的措施（论述）： 冶金 1） 采用低H型焊材和焊接方法。如J507 J422 2） 严格控制H的来源。 3） 仔细清理坡口。 4） 韧化焊缝。（用稀土元素向焊缝过度） 5） A 焊条焊接某些淬硬倾向大的低中合金高强钢 （A塑性好使Rcr降低；A熔H大） 工艺 1） 适当预热，后热，层间温度 2） “低匹配焊缝”控制焊缝的轻度低于母材。 3） “软层焊接”：先用抗裂性好的焊条打底，再用稍低于母材或与母材强度相 等的焊条，焊接整个焊缝。 47. 再热裂纹：SR裂纹消除应力处理裂纹（

19、低合金高强钢；耐热钢；高温合金钢） 含有沉淀强化元素的高强钢和高温合金焊后未发生裂纹，而在热处理过程中 出现裂纹或在500—600长期服役的过程中产生的裂纹成为再热裂纹。 （条件：有较大的参与应力和应力集中） 48. 再热裂纹产生理论： 1） 晶界杂质析集弱化作用：杂质富集在晶界，增大脆性。 钢中P S Sb Sn As等杂质在500—600热处理过 程中向晶界析集，降低晶界塑变能力。 2） 晶内沉淀强化作用 3） 蠕变断裂理论： 应力集中产生楔形开裂 空位聚集而产生“空位开裂” 低合金钢产生再热裂纹的临界应力 49. 层状撕裂：沿轧制方向出现的阶梯状裂纹。 50. 层状撕

20、裂的形成机理：焊接后壁结构是，特别是T角接头时，焊缝收缩时，会在母材 后度方向长生很大的拉伸应力与应变，当应变超过母材的所编能力时，杂质（夹杂物） 就会在于机体分离时产生裂纹，裂纹尖端沿夹杂所在平面扩展，形成平台，相邻两个平 台间发生剪切断裂，形成剪切壁。 51. 防止层状撕裂的措施： 1） 选用优质钢材，即抗层状撕裂的钢材。（精炼钢；控制硫化物的形态Mns） 2） 工艺上要避免单侧焊缝，采用双侧焊缝。 采用对称角焊缝代替全焊透结构。 3） 承受 Z 向应力一侧开坡口 4） T型接头预先堆焊一层低强的熔敷金属，缓和拘束应力。 5） 防止冷裂的措施来防止层状撕裂。 52. 应力腐蚀裂纹产生机理： 电化学腐蚀开裂： 1） 阳极溶解腐蚀开裂 2） 阴极氢脆开裂： 机械破裂应力腐蚀开裂：