武汉理工大学焊接冶金学知识要点

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1、焊接冶金学知识要点一、 名词解释1. 焊接：通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接(Welding)。（P1）2. 焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比 （P9） 3. 焊接平均熔化系数：单位时间内通过单位电流时所熔化焊条（丝）金属的重量。(电弧焊P43)4. 药皮重量系数： 单位长度上药皮和焊芯的质量比。5. 熔合比：在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比(P27)6. 合金过渡：把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去的过程。（P68）7. 偏析：在熔池进行结晶的过程中，由于冷却速度很快

2、，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，出现所谓偏析现象（P127）8. 过冷度：熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值/液态金属温度与金属熔点之差。（百度/金属学P44）9. 扩散氢：与焊缝金属形成间隙固溶体，这一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩散。（P40）10. 拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需要的力。（P249）二、 问答题1. 焊接热循环特点：P175答：1）加热的温度高2）加热的速度快3）高温停留时间短4）自然条件下连续冷却5）局部加热2. 药芯焊丝的特点：P114答：1）焊接飞溅小 由于药芯焊丝中加入了稳弧剂而使电弧

3、稳定燃烧。熔滴为均匀地喷射状过渡。所以焊接飞剑很少，并且飞溅颗粒也小。减少了清理焊缝的工时2）焊缝成形美观 药芯焊丝熔化时所产生的熔渣对于焊缝成形起着良好的作用3）熔敷速度高于实心焊丝 由于药芯焊丝的电流密度高，所以焊丝熔化速度快4）可进行全位置焊接，并可以采用较大的焊接电流3. 焊条设计原则：P94答：在技术上必须满足设计任务的要求，达到各项技术指标的规定，在制造工艺上必须切实可行，同时还要考虑到经济效益要好，焊条的卫生指标要先进，确保焊工的身体健康。4. 焊条设计依据：P961) 被焊母材的化学成分与力学性能指标2) 焊件的工作条件，如工作温度、工作压力以及是否有耐磨性、耐腐蚀性等特殊要求

4、3) 施工现场的焊接设备情况以及施工的条件等4) 考虑电焊条制造的生产工艺条件。如采用手工制造，还是螺旋机压涂、油压机压涂制造等不同的生产情况5. 脱氧剂选择原则：P611) 脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大2) 脱氧的产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度3) 必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性能的影响6. 熔渣分子理论要点：P531）液态熔渣是由化合物的分子组成的 其中包括氧化物的分子、复合物的分子以及氟化物、硫化物的分子等2）氧化物及其复合物处于平衡状态3）只有自由氧化物才能参与和金属的反应7. 熔渣离子理论要点：P541） 液态熔渣是由阴阳

5、离子组成的电中性溶液2） 离子的分布和相互作用取决于它的综合矩 离子综合矩可表示为：综合矩=z/r3） 熔渣与金属的作用过程是原子与离子交换电荷的过程8. 焊条工艺性能:（P84-P88）答：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度以及焊条发尘量等。9. 熔渣物理特性: 熔渣碱度、粘度、表面张力、熔点 (P55-P58)。10. 联生结晶:（P118）答：熔合区附近加热到半熔化状态基本金属的晶粒表面，非自发晶核就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成所谓的交互结晶叫联生结晶。三、分析题1. 手工电弧焊分哪几个反应区，各反应

6、区特点和反应条件是什么？（P25-P26）答：a)药皮反应区：反应区的温度范围从100度至药皮的反应熔点，主要物化反应有：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。b)熔滴反应区：熔滴形成、长大到过渡至熔池中都属于该区。特点有：熔滴的温度高，熔滴与气体和熔渣的接触面积大，各相之间的反应时间段，熔滴与熔渣发生强烈的混合。主要物化反应有：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化和还原、以及焊缝金属的合金化等。c)熔池反应区：反应速度比熔滴阶段小，在整个反应过程中的贡献也较小。2. 分析铁锈对酸性和碱性焊条的影响，哪种焊条影响更大（P89-P94）答：酸性焊条对铁锈、油污等灵敏性小，且不

7、易发生气孔。而碱性焊条对铁锈、油污的灵敏度较大，会产生很多气体。碱性焊条影响大。3. 分析酸碱性焊条的冶金性能和工艺性能有什么区别（P92-94）答：a)酸性焊条：焊接工艺性能好，焊缝金属塑性韧性差，主要用于焊接低碳钢和强度级别低的低合金钢；b)碱性焊条：焊接工艺性能差，焊缝金属塑性韧性高，焊缝金属含氢量极低，适合焊接重要的焊接结构和大多数低合金钢。4. 分析焊接过程中气体的来源以及对焊缝质量的影响 (P29，P33-P51)答：气体的来源：主要来源于焊接材料，热源周围的空气也是一种难以避免的来源，还有焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水，还有高温蒸发所产生的气体等。 氢对

8、焊接质量影响：1）氢脆 2）冷裂纹 3）白点氮对焊接质量的影响：1）形成气孔，当焊缝金属结晶速度大于他的速出速度时，氮气在焊缝结晶之前来不及逸出，就留在焊缝金属中形成气孔； 2）降低焊缝金属的力学性能，氮可以提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度，但是会降低塑性和韧性； 3）时效脆化焊缝金属中过饱和的氮其实是处于不稳定状态。在经过一段时间后，过饱和的氮会以针状的Fe4N的形式析出，从而导致焊缝金属脆化。氧对焊接质量的影响 ：1）随着氧含量的增加，其强度、塑性及韧性指标都要下降，冲击韧性下降尤为明显。氧还引起热脆性、冷脆性及实效硬化； 2）导致气孔的产生。溶解在熔池中的氧与熔池金属中的碳反应，生产CO

9、气体，而CO气体与熔池金属是不相容的，如在熔池结晶时CO气泡来不及逸出，则在焊缝中形成CO气孔； 3）合金元素的烧损，在焊接高温作用下，氧使焊缝金属中有益合金元素烧损，焊缝性能达不到母材的水平。5. 分析气孔产生的机理及形状特征(P144-P145) 答：气孔产生的机理：产生气孔的过程是由三个相互联系而又彼此不同的阶段所组成：1)气泡的生核，应具备两个条件：1液态金属中有过饱和的气体；2生核要有能消耗。2)气泡长大，气泡核形成以后就要继续长大。3)气泡上浮，气泡核形成之后，在熔池金属经过一个短暂的长大过程，便从液态金属中向外逸出。气孔的特征：有环形、椭圆形、旋涡状和毛虫状。6. 分析气孔产生的

10、影响因素及其防治措施 (P145-P147)答：影响因素：1、冶金因素的影响：（1）熔渣氧化性的影响。（2）焊条药皮和焊剂的影响，（3）铁锈及水分对产生气孔的影响；2、工艺因素的影响：（1）焊接工艺参数的影响，(2)电流种类和极性的影响，(3)工艺操作方面的影响。防治措施：选用合理规范，以利于熔渣的浮出；多层焊时，注意清渣；焊条摆动，以利出渣；保护熔池，防治空气侵入。7. 结晶裂纹的特征及其形成过程（P221-P223）答：特征：产生在焊缝柱状晶的交界处及焊缝中心；多呈纵向分布在焊缝中心；表面无金属光泽，常有氧化颜色；通常在含硫磷及其他杂质较高的碳钢、低合金钢和单向奥氏体钢中形成。 形成过程：

11、焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶形成液态薄膜，同时由于收缩而受到了拉伸应力，液态薄膜就成了薄弱地带，在拉伸应力作用下开裂而形成结晶裂纹。8. 结晶裂纹的影响及防治措施（P225-P231）答：影响因素：冶金因素对产生结晶裂纹的影响：合金状态图的类型和结晶温度区间，合金元素对产生结晶裂纹的影响，凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响；力学因素对产生结晶裂纹的影响。防治措施：冶金因素方面：控制焊缝中硫，磷，碳等有害杂质的含量，改善焊缝凝固结晶，细化晶粒是提高抗裂性的重要途径；工艺因素方面：焊接工艺及参数，接头形式，焊接次序9. 延迟裂纹的特征及形成过程（P245-P246）答：特征：从潜伏、萌生、扩展

12、，以至开裂是具有延迟特征的。形成过程：金属内部的缺陷提供了潜在裂源，在应力的作用下，这些微观缺陷的前沿形成了三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。当氢的浓度达到一定程度的时候，一方面产生较大的应力，另一方面阻碍位错移动而使该处变脆，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展而形成裂纹10. 延迟裂纹的影响因素及防止措施（P251-P264、PPT第五章66-68）答：影响因素：（1）钢种化学成分的影响（2）拘束应力的影响（3）氢的有害影响（4）焊接工艺对冷裂纹的影响：1、焊接线能量的影响2、预热的影响 3、焊后后热的影响 4、多层焊的影响防治措施：1、控制母材的化学成分2、合理选择和使用焊接材料3、选用合

13、适的焊接工艺参数4、加强施工质量管理11. 再热裂纹的形成原因及防治措施（P266-P273）答：形成原因：再热裂纹外的产生是由晶界优先滑动导致微裂(形核) 而发生和扩展的。也就是说，在焊后再热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。 防治措施：选择合理的焊接方法，选用低匹配材料、焊接时需要预热和后热、焊接降低残余应力和避免应力集中的相关缺陷、减小过热程度，减小晶粒的大小。12. 层状撕裂的产生过程及防治措施 （P274-P278）答:产生过程：厚板结构的T形或角接接头往往承受很大的Z向应力和应变。当应变量超过母材金属的Z向塑

14、性变形能力时,使金属中的层状夹杂与基体金属发生分离，形成微裂。在应力的进一步作用下，微裂沿夹杂物所在的平面扩展，成为所谓的“平台”，这些相互平行，起先并不连贯的“平台”扩展到一定尺寸，彼此接近，在剪切应力的作用下，平台间的金属产生剪切破坏，形成所谓的“剪切壁”。层状撕裂就是由这些平台和剪切壁构成的阶梯状裂纹。防治措施：1、 选用具有良好抗层状撕裂性能的金属材料 ：（1）精炼钢 （2）控制硫化物夹杂形态 2、 设计和工艺上的措施：（1） 应尽量避免单侧焊缝改用双侧焊缝（2） 在强度允许的情况下，尽量采用焊接量少的对称角焊缝来代替焊接量大的全焊透焊缝，以避免产生过大的应力（3） 应在承受z 向应力

15、的一侧开坡口（4） 对于T形接头，可在横板上预先堆焊一层低强的熔敷金属，以防止焊根出现裂纹，同时亦可缓和横板的Z 向应力（5） 为防止由冷裂引起的层状撕裂，应尽量采用一些防止冷裂的措施，如降低氢量、适当提高预热、控制层间温度等。四、填空题1. 实现焊接的基本条件是：加热、加压或两者并用 （P1）2. 手工焊的热量来源有那些：电弧热、化学热、电阻热、高频感应热、摩擦热、等离子焰、电子束、激光束。（P3）3. 手工焊熔滴过渡形式：短路过渡、颗粒状过渡、附壁过渡(P17)4. 手工焊分哪几个反应区：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区(P24)5. 溶滴的平均温度：1800-2400 （P25）6.

16、融池的平均温度熔池的平均温度：1600-1900 （P26）7. 焊接区内的气体有哪些：CO2、H2O、N2、H2、O2、金属和熔渣的蒸汽以及他们分解和电离的产物组成的混合物。（ P33）8. 氮、氢在金属中的溶解度在什么情况下发生突变;液固状态 （P34）9. 焊缝中的氢可分为:残余氢和扩散氢。（P40）10. 熔渣的作用：机械保护作用、改善焊接工艺性能的作用、冶金处理的作用。（P52）11. 熔渣中的二氧化硅，二氧化氮是什么氧化物：酸性氧化物。（P53）12. 熔渣中的氧化钙氧化锰氧化镁是什么氧化物：碱性氧化物。（P53）13. 熔渣的物理特性包括：粘度，表面张力，熔点（课本P57-58）

17、14. 熔渣对金属的氧化：扩散氧化，置换氧化（课本P58）15. 脱氧的方式有哪些：先期脱氧，沉淀脱氧，扩散脱氧（课本P61）16. 合金过度的损失：残留损失，氧化损失（第一章课件133页）17. 药皮中加入什么物质可以增加电弧稳定性：电力电位低的物质（课本P84）18. 熔渣的粘度随温度变化快是什么渣：碱性渣（课本P56）19. 熔渣的粘度随温度变化慢是什么渣：含SiO2多的酸性渣（课本P56）20. 熔渣的线膨胀系数与金属线膨胀系数差别越大，性能有什么变化，脱渣性越好。21. 熔渣的氧化性越强，脱渣性会怎么样 越差22. 焊剂可分为那两种形式，熔炼焊剂和烧结焊剂(P99)23. 焊缝中的偏

18、析包括哪些：显微偏析、区域偏析、层状偏析。(P127-P130)24. 氢气孔的断面特征：出现在焊接表面上，气孔的断面形状如同螺钉状，在焊缝的表面上看呈喇叭口状，气孔的四周有光滑的内壁。(P142)25. N气孔的断面特征: 多在焊缝表面，多数情况下成堆出现，与蜂窝相似。（P143）26. CO气孔的断面特征: 沿结晶方向分布，有些像条虫状卧在焊缝内部(P143)27. 熔渣的氧化性越强将产生什么气孔: 一氧化碳气孔 P14728. 熔渣的还原性越强将产生什么气孔: 氢气孔 P14729. 焊缝中的夹渣有哪些: 氧化物、氮化物、硫化物。P15030. 焊缝的振动结晶有哪几种形式: 低频机械振动

19、、高频超声振动、电磁振动。P15731. 根据焊接工艺，利用焊接cct图，可以预测什么性能: 准确判断热影响区的组织、性能和抗裂性。P17932. 低碳低合金钢的热影响区有哪几个区: 熔合区、过热区、相变重结晶区、不完全重结晶区。P18533. 淬火钢和调质钢的热影响区有哪几个区: 完全淬火区和不完全淬火区(P187)34. 容易产生结晶裂纹的固液阶段温度区叫什么温度区: 脆性温度区(P223)35. 含镍磞元素的钢对什么裂纹敏感: 液化裂纹 （P233）36. 产生冷裂纹的三个主要因素: 钢种的淬硬倾向，焊接接头含氢量及其分布，接头所承受的拘束力状态。37. 焊接时的拘束应力包括哪些: 热应力，组织应力，结构自身拘束条件所造成的应力。（P247-249）38. 含有沉淀强化元素的焊接对什么裂纹敏感: 再热裂纹 (P268)39. 层状撕裂一般发生在什么样的接头形式: T形接头形式、角接头和十字接头。(P273)40. 应力腐蚀裂纹的断面特征: 从表面上看，裂纹的分布如同疏松的网状或龟裂分布，表面多以横向裂纹出现，内部呈树根分布。（P279）