《焊接冶金学》复习资料

1、焊接冶金学复习资料1. 什么是焊接，其物理本质是什么？ 答：定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金 属键结合。2. 怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 答：对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从 而达到紧密接触。对被焊材料加热 (局部或整体 )：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜 迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程 的进行。3. 焊芯和药皮升

2、温过高会引起哪些不良后果？答：(1) 熔化激烈产生飞溅；(2) 药皮开裂与过早脱落，导致电弧燃烧不稳；(3) 焊缝成形变坏，甚至引起气孔等缺陷；(4) 药皮过早进行冶金反应，丧失冶金反应和保护能力；(5) 焊条发红变软，操作困难。4. 简述焊缝合金化的目的与方式。 答：合金化的目的：补充焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素损失；消除焊接缺陷，改 善焊缝金属的组织和性能；获得特殊性能的堆焊层。合金化的方式：应用合金焊丝或带极；应用药芯焊丝 或药芯焊条；应用合金药皮；应用合金粉末。5. 简述焊缝中磷的危害。答：磷在钢中主要以 Fe2P、Fe3P 的形式存在。 在液态铁中可溶解较多的磷， 固

3、态铁中磷的溶解度很低。 磷与铁、镍可以形成低熔点共晶。焊缝凝固时，磷易造成偏析。磷化铁常分布于晶界，减弱晶间结合力， 增加焊缝金属冷脆性；磷还能促使形成结晶裂纹。控制磷的措施： (1)限制原材料的含磷量； ( 2)用冶金方法脱磷。6. 简述熔池运动原因及对焊接质量的影响？原因：1) 液态金属密度差引起自由对流运动使液相产生对流运动。温度高的地方金属密度小，温度低的地 方金属 密度大。由于这种密度差将使液相从低温区向高温区流动。2) 表面张力差强迫对流运动。3) 熔池中各种机械力搅拌 电磁力、气体吹力、熔滴下落的冲击力、离于的冲击力等。 对焊接质量的影响：成分均匀；气体和渣外逸，减少气孔和夹杂；

4、利于得到致密而性能良好的焊缝。7. 简述焊接过程中对金属的保护的必要性。答：( 1)防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中氧和氮的含量。(2)防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的化学成分。(3)防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。8. 焊接与热处理条件相比有什么特点？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。9. 防止焊缝中夹杂物的措施有哪些？答：防止焊缝中产生夹杂物的最重要方面就是正确选择焊条、 焊剂，使之更好的脱氧、 脱硫等(1 分)。 其次是注意工艺操作：1)选用合适的焊接工艺参

5、数，以利于熔渣的浮出。2)多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣。3)焊条要适当的摆动，以便熔渣浮出。4）操作时注意保护熔池，防止空气侵入。10. 简述焊缝金属中硫的危害控制。答：硫以 MnS、FeS 两种形式存在于钢中。 MnS 不溶于液态铁中，浮到熔渣中。少量的 MnS 夹杂物 以弥散质点形式分布于焊缝。 FeS 的形式存在：凝固时 FeS 容易发生偏析，以低熔点共晶 Fe+FeS（985） 或 FeS+FeO（ 940）的形式呈片状或链状分布了晶界，增加了结晶裂纹的倾向，降低焊缝的韧性和耐腐 蚀性。焊接合金钢、尤其是高镍合金钢时， S 形成的 NiS 又与 Ni 形成熔点为 644的低熔共晶

6、 NiS+Ni ， 使焊缝产生结晶裂纹的倾向更大。增加含碳量会促使硫发生偏析而加则它的危害性。控制硫的措施： （ 1）限制原材料的含硫（2）用冶金方法脱硫11. 简述凝固裂纹的形成机理。答：金属在凝固过程中要经历液 -固状态和固 -液状态两个阶段，在温度较高的液 -固阶段，晶体数量较 少，相邻晶体间不发生接触，液态金属可在晶体间自由流动，此时金属的变形主要由液体承担，已凝固的 晶体只作少量的相互位移，其形状基本不变。随着温度的降低，晶体不断增多且不断长大。进入固 -液阶段后，多数液态金属已凝固成晶体，此时塑性变形的基本特点是晶体间的相互移动，晶体本身也会发生一些 变形。 当晶体交替长合构成枝晶

7、骨架时， 残留的少量液体尤其是低熔共晶， 便以薄膜形式存在于晶体之间， 且难以自由流动。由于液态薄膜抗变形阻力小，形变将集中于液膜所在的晶间，使之成为薄弱环节。此时 若存在足够大的拉伸应力， 则在晶体发生塑性变形之前， 液膜所在晶界就会优先开裂， 最终形成凝固裂纹。12. 防止冷裂纹的途径有那些？答：（一）冶金方面1）采用优质的低氢高韧焊接材料；严格控制氢的来源，如焊前烘干焊条、焊剂，仔细清除焊件上焊 接区的油污、水锈等；通过焊接材料向焊缝添加合金元素，细化焊缝晶粒，提高焊缝金属的塑性，有利于 防止冷裂；采用奥氏体焊条，奥氏体组织塑性好，可以减少焊接接头的残余应力，同时，奥氏体组织的焊 缝能溶

8、解较多的氢。（二）工艺措施方面：焊前预热，后热或焊后缓冷；合适的焊接线能量；焊后热处理。13. 焊接热循环对被焊金属近缝区的组织，性能有何影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ的组织性能？答：（ 1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带， 而行能也是不均匀的， 主要是淬硬、 韧化和脆化， 及综合力学性能， 抗腐蚀性能， 抗疲劳性能等。（ 2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度，在相等温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的 多层焊合短

9、道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬 硬的钢种。14. 试分析焊缝和熔合区的化学不均匀性。答：在熔池结晶的过程中，由于冷却速度很快，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，出现偏析现象。与此同时，再熔合区还出现更为明显的成分不均匀。1显微偏析：先结晶的固相含溶质的浓度较低，后结晶的溶质浓度较高，并有较多的杂质，固相内 成分来不及扩散，保持着结晶有先后所产生的化学成分不稳定性。2. 区域偏析：由于柱状晶体继续长大和推移，此时会把溶质或杂质推向熔池中心，熔池中心的杂质浓 度逐渐升高，致使最后凝固的部位产生比较严重的区域偏析。3

10、. 层状偏析：由于结晶过程放出潜热和熔滴热能输入周期性变化，致使凝固界面的液体金属成分也发 生周期性的变化。15. 某厂焊接带锈低碳钢板 ,采用 J423 焊条焊接时 ,不出现气孔 ,但用 E4315 焊条焊接时，总出现气孔， 试分析其原因。答：这里出现的是 CO气孔，因为 J423 为酸性焊条，它里面含有较多的SiO2 ，SiO2 和 FeO反应生成稳定的 SiO2?FeO，从而降低 FeO活度，所以 CO气孔的倾向很小； 而 E4315焊条熔渣的氧化性比 J423 的大， 随熔渣的氧化性升高， 产生 CO气孔的倾向也增高， H2 气孔的倾向下降， 但是钢板生锈， 含有较多的 Fe2O3 和

11、结晶水，而 E4315 属于碱性焊条。众所周知，碱性焊条对铁锈敏感，焊接时会出现大量的气孔。而酸性 焊条对铁锈不敏感，出现气孔的几率比较小。要想用 E4315 焊接，必须要将焊缝周围 20MM打磨干净才行。16. 综合分析熔渣的碱度对金属的氧化，脱氧，脱硫，脱磷，合金过度的影响？答：（1）对金属的氧化，在熔渣含 Fe 相同的情况下，碱度渣时焊缝含氧量比酸性时多，因为碱性渣 中含 SiO2， TiO2 等酸性氧化物较少， Fe=的活度大，易向金属中扩散，使焊缝增养。（ 2）对金属的脱氧，对脱氧的目的是尽量减少焊缝中的含氧量，根据熔渣碱度的不同，选用不同的 脱氧剂，对酸性可选用的锰铁脱氧，对酸性可

12、选用对硅锰脱氧。（ 3 ）对金属对脱硫。增强熔渣对碱度，可提高脱硫对能力。（ 4）对金属对脱磷。增强熔渣对碱度，可减少焊缝中对含磷量，但当碱度B大于等于 2.5 时则影响很小，由于碱性渣中不能含有较多的FeO，否则焊缝增氧，不利于脱磷，甚至产生气孔，所以碱性渣的脱氧磷是很不理想的，酸性渣中虽然含有较多的FeO,有利于磷的氧化， 但因碱度低，所以比碱性渣的脱磷能力更差。（5）对合金过度，合金元素的氧化物与熔渣的酸碱度相同时，有利于提高过度系数，性质相反则降 低过度系数。17. 试述气孔的形成原因、特征及如何防止。答：产生原因：高温冶金反应。 CO不溶于液态金属，在高温时， CO以气泡的形式猛烈地

13、逸出，但熔 池结晶时， ， CO不易逸出，此反应为吸热反应，促使结晶速度加快，CO形成气泡不能逸出，沿结晶方向形成条虫形内气孔。特征：焊缝内部，条虫状，表面光滑。防止措施：冶金方面： 降低熔渣的氧化性； 适当增加焊条药皮和焊剂的氧化性组成物； 焊条用前进行烘干处理， 并尽可能消除焊材上的铁锈和氧化皮等。工艺方面：正确选择焊接工艺参数；选合理的电流种类和极性（一般直流反接时气孔最小） ；工艺 操作得当。18. 试述氢气孔的形成原因、特征及如何防止。 答：产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急 剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的 表面气孔。特征：多出现在焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形，气孔的四周有光滑内 壁。有个别残存在内部，以小圆球状存在。防止措施：限制焊接材料的含氢量（药皮成分） ；严格清理工件及焊丝（去锈、油污、吸附水分） 冶金处理；调整焊接规范；焊后