焊接基本原理

1、 焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，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。比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热能。焊接温度场：焊件上包括内部某瞬时的温度分布称为温度场。稳定温度场：焊接温度场各点的温度不随时间而变动时，称为稳定温度场；随时间而变动时，称为非稳定温度场。准稳定温度场：经过一段时间后达到饱和状态，形成暂时稳定的温度场。焊接线能量：电弧在单位焊缝长度上所释放的能量。熔滴比表面积：熔滴的表面积与其质量之比 . 短渣：随温度升高粘度急剧下降，随温度下降粘度急剧上升。（适用所有焊）长渣：随温度升高粘度下降缓慢的熔渣。联生

2、结晶：焊接过程中，焊缝区在冷却过程中以熔合线上局部半融化的晶粒为核心向内生长，生长方向为散热最快方向，最终长成柱状晶粒。晶粒前沿伸展到焊缝中心，呈柱状铸态组织，此种结晶方式为联生结晶。竞争生长：晶粒长大具有一定结晶位向，当晶粒最大结晶位向与散热最快方向一致，最有利于晶粒长大，晶粒优先得到生长，当这两个方向不一致时，晶粒长大停止。短段多层焊：多层焊时每道焊缝长度在50至400mm，在这种情况下，前层焊缝冷却到较低温度才开始焊接下一道焊缝。长段多层焊：多层焊时每道焊缝长度在1m以上，在这种情况下，前层焊缝冷却到较低温度才开始焊接下一道焊缝。焊接热循环：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低

3、而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。碳当量：把钢中合金元素按其对淬硬的影响程度折合成碳的相当含量。焊接热影响区：在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生明显的组织和性能变化的区域，称为焊接热影响区。焊接拘束度：R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。焊接拘束应力：热应力、组织应力、结构自身拘束条件所造成的应力，三种应力的综合作用统称为拘束应力。焊接的优点：成形方便、生产成本低、适应性强1、 节省材料，减轻结构重量，经济效益好；2、 生产周期短、效率高；3、 结构强度高，接头密封性好；4、 易实现机械化和自动化。1、CO2气体保护焊接低合金钢应采用

4、何种焊丝？为什么？答：CO2保护可防N，但不能去O。根据硅锰联合脱氧原则应采用Si,Mn高的焊丝或药芯焊丝，以利于脱氧。2、焊接化学冶金过程的特点是什么？答：1、焊条熔化及熔池形成；（焊条的加热及熔化、熔池的形成） 2、焊接过程中对金属的保护；（保护的必要性、保护的方式和效果） 3、焊接化学冶金反应区及其反应条件；（药皮、熔滴和熔池反应区） 4、焊接工艺条件与化学冶金反应的关系；（熔合比与熔滴过渡特性的影响） 5、焊接化学冶金系统及其不平衡性；3、低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？ 答：低氢焊条的特点是焊缝金属含氢量极低，焊缝的塑性、韧性较高，适用于各种重要焊接结构和大多数低合金钢。

5、由于这类焊条的熔渣不具有氧化性，一旦有氢侵入熔池将很难脱出。4、焊接时为什么要进行保护，常用措施有哪些？答：无保护的危害： 1、焊接工艺性能变差、2、 焊缝成分显著变化（有益合金元素减少、有害杂质增加）3、 焊缝力学性能降低、措施：1)、气体保护（惰性气体、CO2、混合气体） 2)、熔渣保护（埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接） 3)、渣气联合保护 4)、真空保护 5)、自保护5、熔池的形状和尺寸和焊接工艺参数的关系？ 答：6、熔渣的作用1)、机械保护作用；2)、改善焊接工艺性能作用；3)、冶金处理作用7、选择脱氧剂的原则1)、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

6、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8、焊接时金属氧化的途径有哪些？焊条电弧焊时熔滴过渡特性焊接区气体的来源？答：金属氧化途径： 1、自由氧对金属的氧化、2、CO2对金属的氧化、 3、水蒸气对金属的氧化、4、混合气体对金属的氧化焊接区气体的来源： 1、焊接材料、2、热源周围空气、3、焊条和焊件表面存在铁锈、油漆和吸附水等 4、母材和填充金属自身因冶炼而残留的气体9、为什么不锈钢焊条的长度较短？答：不锈钢电阻较大，焊接过程中产生的电阻热较高，导致焊条药皮发红乃至脱落，焊接区得不到保护，导致焊接工艺性能、冶金

7、性能和机械性能变差。10、为什么酸性焊条用Mn脱氧而碱性焊条用Si、Mn、Ti联合脱氧？答：酸性焊条含SiO2多，与MnO2形成复合氧化物降低氧含量，使渣中MnO2含量降低，浓度降低，从而使熔敷金属中的氧化物向渣中过度，达到脱氧目的。在碱性渣中MnO的活度系数较大，不利于Mn脱氧，而碱性渣中Si的脱氧效果较好，Si的脱氧能力比Mn大，但生成的SiO2熔点高，不易聚合为大的质点，不易从钢中分离易造成夹杂，Mn和Si按适当比例加入金属中进行联合脱氧时可以得到较好的脱氧效果。11、S、P对焊接质量的危害？控制措施？为什么碱性渣有利于脱S、P。答：S的危害：降低冲击韧性和抗腐蚀性、产生结晶裂纹倾向更大

8、。 措施：1)、限制焊接材料含S量：母材、焊丝、药皮或焊剂 2)、用冶金方法脱S P的危害：减弱晶粒间结合力、冲击韧度降低、脆性转变温度升高。措施：限制母材、填充金属、药皮和焊剂中的含P量。（药皮和焊剂中的锰矿是导致焊缝增磷的主要来源）脱S：碱度大，则MnO、CaO等碱性氧化物就多，从而与系统中的S形成CaS等不溶于钢液的物质，有利于脱S。脱P:增加熔渣的碱性可减少焊缝中的含P量。12、N、H、O对焊接质量有哪些影响？控制焊缝中N、H、O量的主要措施是什么？答：N促使焊缝产生气孔、促使焊缝金属时效脆化、提高焊缝金属强度、降低塑性韧性。措施：1、焊接区的保护（主要来源于周围的空气） 2、焊接工艺

9、参数（尽量采用短弧焊、增加焊接电流和焊丝直径） 3、合金元素（增加焊丝和药皮中的含C量可降低焊缝中的含N量）H对焊缝的影响：氢脆（室温或低于室温发生）、白点（鱼眼）、气孔、冷裂纹。措施：1、减少氢的来源（限制焊接材料中的H、清除气体中的水份、清除焊件表面的油污和杂质） 2、焊接过程中利用冶金加以去除（药皮焊剂中加入氟化物、加入稀土）3、工艺处理 4、焊后脱氢处理 O对焊缝的影响：随着含氧量的增加，其强度、塑性、韧性都明显下降、引起热脆、冷脆和时效硬化、形成气孔、影响焊接过程的稳定性。（为了减少焊缝含氢量，改进电弧特性有时故意加入一定量的氧化剂）措施：1、纯化焊接材料 2、控制焊接工艺参数 3、

10、脱氧13、手工电弧焊冶金过程分几个阶段，个反应阶段条件有何不同，主要进行哪些物理化学反应？ 答：1、药皮反应区，主要物化反应：水分的蒸发、某些物质的分解、铁合金的氧化。2、 熔滴反应区，特点：熔滴温度高、接触面积大、时间短、熔滴与熔渣发生强烈混合。 主要反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化还原。3、熔池反应区：温度高，接触面积小、时间长、熔池温度分布不均匀。14、焊条型号 牌号，如E4207 J557答：第三位数表示焊条焊接位置，0、1用于全位置焊；2适用于平焊及横角焊；4用于向下立焊。E4207:焊条型号，熔敷金属的最低抗拉强度为420MPa，适用于全位置焊的焊条。J5

11、57:焊条牌号，熔敷金属抗拉强度不低于550MPa的结构钢焊条。15、 药皮的作用：1、机械保护作用 2、冶金处理作用 3、改善工艺性能。16、 焊芯的作用：导电、填充金属。17、 焊芯的要求：1、碳含量尽量低 2、锰的含量合适 3、硅含量尽可能少 4、硫、磷严格控制 5、电阻率低，夹杂物少。18、 焊条的工艺性能包括哪些方面，对焊接质量有何影响？答：1、焊接电弧的稳定：影响焊接过程的连续性和焊接质量。 2、焊缝形成：影响焊接接头的力学性能。 3、各种位置焊接的适应性：工艺性能良好的焊条能适应空间全位置焊接。 4、飞溅：过多的飞溅会破坏正常焊接过程，降低焊条的熔敷效率，增加清理工作量。 5、脱

12、渣性：脱渣性差不仅清渣困难，降低焊接生产率，还会产生夹渣的缺陷。 6、焊条熔化速度：加入铁粉，可以提高焊条的熔化系数。 7、焊条药皮发红：药皮发红引起焊接工艺性能恶化，严重影响焊接质量。 8、焊接烟尘：烟尘含有各种致毒物质，污染环境，危害焊工健康。19、 焊缝中的气孔的种类及分布特征？ 答：析出型气孔：氢气孔、氮气孔 氢气孔：焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈圆喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。 氮气孔：焊缝表面，蜂窝状，表面光滑。反应型气孔：CO气孔 CO气孔：焊缝内部，条虫状，表面光滑。20、 熔池的凝固特点？答：1、熔池体积小，冷却速度大； 2、熔池中的液态金属处于过热状态； 3

13、、熔池是在运动状态下结晶。21、 焊缝金属中的偏析主要有哪几种？答：焊缝中的化学成分不均匀性：1、显微偏析； 2、区域偏析； 3、层状偏析。22、 稀土元素在焊接冶金过程中的作用？答：1、脱氧、脱氢、脱氮；2、改变夹渣物形态，提高焊缝性能3、减少裂纹 4、细化晶粒，提高接头强度和塑性。23、 简述熔池结晶形态，并分析结晶速度、温度梯度和浓度对结晶形态的影响？ 答：结晶形态分为柱状晶（平面晶、胞晶、树枝状晶）、等轴晶（树枝状晶）。平面晶胞状晶胞状树枝晶树枝状晶等轴晶R为结晶速速；为溶质浓度；G为温度梯度：G>0时形成平面晶；G<0时形成树枝状晶。当R和G不变时，随着的提高，成分过冷增

14、加，结晶形态从平面晶到等轴晶。当G和一定时，结晶速度R越快，成分过冷的程度越大，结晶形态从平面晶到等轴晶。当和R一定时，随着G的提高，成分过冷程度减小，结晶形态从等轴晶到平面晶。24、 焊缝金属中夹杂主要有哪几种，如何控制？ 答:夹杂主要为：氧化物、氮化物和硫化物。措施：1、最重要是正确选择焊条、焊剂，使之更好的脱硫、脱氧； 2、控制其来源，严格控制母材和焊材中杂质含量； 3、选用合适的焊接工艺参数，以利于熔渣浮出； 4、多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣； 5、焊条要适当的摆动，以便熔渣浮出； 6、操作时注意保护熔池，防止空气进入。25、 焊缝中的气孔的危害及控制措施？答:气孔的危害：1、减

15、小有效截面积；2、应力集中；3、 塑形韧性下降；4、疲劳强度下降；5、致密性。措施：1、降低母材和电极金属中气体含量； 2、消除和减少被金属吸收的气体和焊接材料中的水分，表面油污、水分和铁锈等。 3、选择合适的焊接工艺参数、电流种类及操作技巧。焊接时规范要保持稳定，并适当配合摆动，利于气体逸出。26、 由焊缝边缘到焊缝中心，结晶形态变化趋势？ 答：R和增大，G减小，结晶形态由平面晶到等轴晶。27、 焊接热过程的主要特点是什么？ 答:1、加热温度高；2、加热速度快；3、高温停留时间短； 4、自然条件下连续冷却；5、局部加热。28、 焊接热循环的主要参数有哪些？答：1、加热速度； 2、加热的最高温

16、度； 3、在相变温度以上的停留时间；4、冷却速度和冷却时间。29、 热影响区过热区脆化的原因？ 答： 1、粗晶脆化：焊接过程中由于受热的影响程度不同，在过热区发生严重的晶粒粗化。 2、组织脆化：由于热影响区出现M-A组元、上贝氏体、粗大魏氏体等脆性组织造成。 3、热影响区的热应变时效脆化：由加工的局部应变、塑性变形等引起。30、 对于易淬火钢，为了降低HAZ淬硬倾向，应适当增加焊接线能量还是减少焊接线能量？ 答：适当增加焊接线能量。易淬火钢易产生淬硬的M组织，而M组织的形成和冷却速度有关，冷却速度越慢形成M组织可能性越小。适当增加能量，有利于减缓冷却速度，阻止M淬硬组织的形成，降低HAZ淬硬倾

17、向。（对于不易淬火钢：应适当减少焊接线能量。不易淬火钢产生淬硬倾向的原因是近缝区晶粒过热粗大造成，适当减少能量有利于减少近缝区晶粒在高温的停留时间，减小晶粒粗化程度，降低HAZ淬硬倾向。）31、 焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？ 答：32、 不易淬火钢和易淬火钢HAZ脆化的主要原因分别是什么？ 答：33、 比较在相同条件下焊接和热处理45钢，哪种的近缝区淬硬倾向大，为什么？ 答：焊接的大。对于不含碳化物合金元素的不易淬火钢45钢，不存在碳化物溶解过程，不易形成淬硬组织M，因此热处理淬硬倾向小；在焊接条件下，峰值温度高导致近缝区晶粒严重粗化，提高了淬硬倾向，故淬硬倾向焊接比热处

18、理条件下要大。34、 比较在相同条件下焊接和热处理40Cr钢，哪种的近缝区淬硬倾向大，为什么？答：热处理的大。根据金属学原理可知，碳化物合金元素只有充分溶解在奥氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性，易形成淬硬组织M,即增加淬硬倾向。在热处理条件下，有充分的时间使碳化物合金元素向奥氏体内部溶解，形成淬硬组织M。而在焊接条件下，由于加热速度快，高温停留时间短，合金元素不能充分溶解在奥氏体中，不易形成淬硬组织M,因此降低了淬硬倾向。34、 为什么高强钢焊接时易在近缝区产生冷裂纹？ 答：高碳钢的碳当量高，淬硬倾向大，因而冷裂纹倾向大。由于焊缝金属的含碳量低，相变温度高，在较高的温度下会发生A向F及P的转变，而此时含碳量较高的近缝区金属仍为A组织，H在F、P中的溶解度小扩散速度大，在A中溶解度大扩散速度小，故当焊缝相变时会析出大量H往A的近缝区扩散聚集，使其成为富H区，在随后的相变中，以过饱和状态残留于形成的M中，促进该区脆化，在焊接应力作用下开裂成为裂纹。(P244)35、 结晶裂纹的主要特征？他是如何产生的？影响因素及控制施？ 答：特征：低熔共晶液态膜消弱晶间联结，在拉伸应力作用下开裂；沿A晶界开裂； 产生：由于凝固金属收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂。 措施：1、控制焊缝中有害杂质的含量；细化晶粒； 2、减少拉应力； 3、妥善安排焊