焊接冶金与焊接性-副本

1、焊接的基本概念：采用加热或者加压或者既加热又加压是被焊材达到原子结合形式永久连接的方法接头：焊接接头指的是被焊材料经过焊接过程之后发生组织和性能变化的 ，焊接接头由融合区、热影响区、焊缝组成。 焊缝：由融化的被焊材料和添加材料凝固后形成的接头组成的部分 热影响区：受到焊接过程的热作用而发生的组织和性能的变化的被焊材部分  1. 焊接热影响区的脆化是指脆性升高或韧性降低的现象2. 热影响区组织转变特点：加热过程中：a组织转变向高温段推移b奥氏体均匀程度低c部分晶粒严重长大；冷却过程中d组织转变向低温段推移e马氏体转变临街冷却速度发生改变； 3.

2、母材指的就是被焊材料  4. 熔合区是由部分被融化的被焊材料组成的 5. 焊接热循环指的是在焊接过程当中工件上某点的温度随着时间由低到高升高到最大值然后又由高到低的变化过程.焊接热循环的特点是加热速度快、峰值温度特别高、高温停留时间短、冷却速度快、局部加热等6. 熔滴指的是焊接材料（焊丝焊条）端部被融化形成的滴状的液态金属。焊接熔池的特点是熔池的体积小冷却速度快、焊接熔池的液态金属是处在过热的状态下、焊接熔池的液态金属始终处在运动的状态下、温度梯度较大。焊接熔池的凝固过程是从边界开始的，是一种非均质形核， 7. 熔池指的是母材上由融化的焊接材料和局部融化的母材组成

3、的，具有一定几何形状的液态金属 8. 熔池的特点：a金属出与过热状态b熔池体积小冷却速度快c温度梯度大d运动中结晶 9. 焊接性：金属材料在限定的焊接条件下焊接或者按照规定设计要求的构件，并满足预定的服役要求的能力，即材料对焊接加工的适应性和使用的可靠性 52能用焊接性指的是接头或者整个结构满足某种使用要求的能力 10. 工艺焊接性指的是在一定的焊接工艺条件下获得优质无缺陷的接头的能力 11. 焊接过程中对焊接区金属的保护的必要性：（1）防止焊缝成分发生变化，主要是氧化和氮化（2）防止接头性能劣化导致韧性塑性下降（3）防止产生焊接缺陷例如气孔裂

4、纹夹杂（4）改善焊接工艺性能 12. 焊接过程中对焊接区金属的保护方法（1）气保护例如co2气体保护焊，效率高易实现成本低但是焊接缺陷大（2）渣保护例如埋弧焊，特点是高效可焊接厚板，（3）渣气联合保护 例如手工电弧焊（4）真空保护电子束焊接 可以焊接非常厚的板材，而且焊接缺陷小，但是价格昂贵 13. 焊接区内气体和金属的相互作用：有N2 O2 H2O H2 Ar渣蒸汽 金属蒸汽，他们的主要来源是周围空气、焊接材料、母材。 14. 氮气和金属的相互作用，高温溶解和Fe反应生成氮化物，为硬脆相。在熔

5、池凝固的时候氮气的溶解度降低形成气体分子，若金属凝固较快，气体无法全部跑出，形成气孔，也可与金属生成氮化物，对焊接质量有大的影响。 氮的危害;a:形成气孔；b：塑性，韧性下降；c：时效脆化  15. 氮气的控制：加强焊接区的保护，氮气主要是来自空气，通过氩气的保护比较好，其次是选择合理的焊接工艺参数，最后加入比铁元素活跃的元素与氮元素反应，选择合金脱氮。 16. 氢在高温下溶于液态金属，随着温度的下降，氢元素的溶解度也下降，残留在焊缝当中，氢对焊接质量有重要的影响，（1）气孔（2）氢脆 氢在室温附近使金属的塑性和韧性急剧下降（3）白点（4）延迟

6、裂纹 17. 出现冷裂纹的几个因素：外加应力 材料脆 扩散氢的存在 18. 氢元素的控制：a：控制来源，氢元素的主要来源是空气中的水蒸气，控制焊接材料的含氢量，焊条中的水分和有机物，母材除油除水除锈 b：冶金脱氢：合金脱氢焊接材料加入氟化物生成hf ；提高焊接材料的氧化性生成H2O；c：工艺措施： 确定合理的焊接工艺参数；焊后脱氢。 19. .氧对焊接质量影响：a降低焊缝的力学性能，韧性、塑性强度下降硬度上升b影响焊接过程和质量c形成Co气孔；氧的控制：a加强焊接的保护 .氧的控制：a加强焊接区的保护b限

7、制焊接材料的含氧量c选择合适的焊接方法和焊接工艺参数d冶金脱氧 20. 熔渣：药皮、药芯、焊剂受热融化发生化学反应形成的；其作用：机械保护作用；改善焊接工艺性能；冶金处理作用；熔渣分类：盐型、氧化性、盐-氧化型熔渣； 21. 焊缝中金属的脱氧：先期脱氧，沉淀脱氧、扩散脱氧； 22. 脱氧剂的选择：a和氧的亲和力大的b不溶于液态金属，密度低、熔点低c价格便宜d对焊接工艺性和接头质量存在影响  67.合金化的目地：a补充损失b消除焊接缺陷改善焊缝组织和性能d获得特殊性能堆层焊 23. 焊接材料合金化的形式：焊条，焊剂，焊丝，合金粉末

8、60;24. 硫的危害：a形成低熔共晶增大结晶裂纹倾向性b韧性下降 72.硫的控制：a控制来源b冶金脱硫 25. 磷的危害：增大结晶裂纹倾向；增加脆性；控制：限制材料的含磷量；26. 熔渣的作用是什麽？ （1）机械保护作用；（2）冶金处理作用；（3）改善工艺性能的作用27.  简述氧在金属中的有害作用，并说明采取哪些措施可以减少焊缝中的氧含量。氧的有害作用: （1）使材料的强度、塑性和韧性降低，尤其是对低温韧性影响（2）引起气孔和裂纹。 氧的控制：（1）纯化焊接材料；（2）控制焊接工艺参数；（3）冶金方法脱氧处理28. 冷裂纹的三大形

9、成要素是什麽？钢材的淬硬倾向，氢含量及其分布，拘束应力状态29.  说明低碳钢或不易淬火钢热影响区组织分布 （1）熔合区：组织不均匀；（2）过热区： 组织粗大；（3）相变重结晶区（正火区）：组织均匀细小；（4）不完全重结晶区：晶粒大小不一，组织分布不均匀。30. 说明焊接定义，焊接的物理本质是什么？采取哪些工艺措施可以实现焊接？焊接：是通过加热或加压或两者并用，使用或不使用填充材料，使被焊工件(同种或异种材料)达到原子间结合而形成永久性连接的工艺过程；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。对于金属材料：金属键的结合，两

10、个被焊金属件在焊缝处形成共同的晶粒；实现焊接可采取以下措施：(1)通过加热：目的是结合处达到熔化或塑性状态，破坏接触面氧化膜，减小金属变形阻力，缩小原子间距，增加原子振动能，促进化学反应、扩散、结晶和在结晶过程的进行；(2)通过加压：目的破坏接触面氧化膜，增加接触面积，达到紧密接触；(3)通过加热加压。31. 传统上焊接方法分为哪三大类？说明熔焊的定义。1) 根据焊接的工艺特点，传统上焊接方法分为：熔化焊、固态焊和钎焊三大类。2)熔焊：是指将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。 33.焊接冶金包括哪些内容？焊接冶金包括焊接所经历的各个过程，一般要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相

11、变等过程，直到形成焊接接头，这些过程可归纳为三个相互联系的过程：1)焊接热过程；2)焊接化学冶金过程：包括熔焊时，液态金属熔渣及气相间进行的一系列的化学冶金反应，如金属的氧化、还原、脱硫、脱磷、掺合金等；3)焊接物理冶金过程：在焊接热源作用下，焊接材料及母材金属局部熔化，热源离开后经过化学冶金反应的熔池金属开始凝固结晶，金属原子由近程有序排列转变为远程有序排列，即由液态变为固态。32. 与炼钢和铸造相比，焊接化学冶金有何特殊性？ 1)冶金反应温度高；2)高温熔滴金属以滴状进入熔池，熔滴的比表面积大，有利于冶金反应进行；3)焊接熔池体积小，存在时间短，使反应不完全；4)随着焊接过程的进行，母材与

12、焊接材料不断地熔化，熔池不断地更新，使反应十分复杂；5)焊接化学冶金系统具有不平衡性。33. 如何控制焊缝金属的组织与性能？焊缝合金化和变质处理：焊缝合金化的目的是保证焊缝金属的焊态强度和韧性，所以采取固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化等措施，在焊接熔池中加入少量钛、硼等元素，有变质处理作用，可以有效地细化焊缝组织，提高韧性。2)工艺措施：通过调节焊接工艺的方法提高焊缝的性能，如振动结晶、焊后热处理、多层焊、锤击焊道或跟踪回火处理(中性焰)等。34. 给出HAZ概念,焊接接头哪三部分组成？HAZ (Heat Affected Zone) ：热影响区是指熔焊时，在焊接热源的作用下，焊缝周围的

13、母材发生组织和性能变化的区域。2)焊接接头主要由三部分组成：焊缝、热影响区和母材。此外在焊缝与热影响区之间有一薄层过渡区称为熔合区。35. 焊接热循环有哪几个参数？说明Tm、t8/5的含义。 1)焊接热循环参数：(1)加热速度H (2)最高温度Tm (3)相变温度以上的停留时间tH(4)冷却速度c或冷却时间tc 2)Tm：(最高温度)焊接热循环的最高温度代表了HAZ中该点的位置。代表了奥氏体的过热程度。t8/5:代表了从800 冷却到500的冷却时间。t8/3:代表了从800 冷却到300的冷却时间。t100代表从Tm冷却到100的冷却时间。36. 说明易淬火钢与不易淬火钢HAZ组织分布。 1

14、)易淬火钢HAZ组织分布，如18MnMoNb、45、30CrMnSi等，其组织变化及分布与母材焊前的热处理状态有关：焊前为正火或退火状态，焊前母材为F+P(S、B)组织，HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火区组成。完全淬火区最后得到淬火组织为M或M+B，不完全淬火区最后得到淬火组织为M+F混合组织；焊前母材为调质态，调质后母材为回火组织，其HAZ分为：完全淬火区(组织特点与正火状态下完全相同，为M类型组织)；不完全淬火区(组织状态与正火状态下完全相同，为M+F类型的混合组织)；回火区(母材被加热到的处于AC1回 (调质处理时的回火温度)，发生回火软化现象，原因与强化相的析出有关)；不易淬火钢HA

15、Z组织分布，如Q235、20、16Mn、15MnV等，按最高温度范围及组织变化可以将HAZ分为四个区：熔合区(半熔化区)，温度处于固液相线之间，晶粒粗大，可能出现魏氏组织，硬化后易产生裂纹，塑性不好；过热区(固相线至1100范围)，粗晶与细晶交替混合；相变重结晶区(正火区，温度在Ac3以上)，晶粒细化，机械性能良好；不完全重结晶区( 温度处于Ac1Ac3之间)，粗大铁素体和细小珠光体、铁素体机械性能不均匀，急冷时可出现高碳马氏体。37. 哪些原因会造成HAZ脆化？如何改善HAZ韧性？HAZ脆化原因：(1)焊接过程中，由于受热影响不同，在HAZ靠近熔合区域附近和过热取将发生严重的晶粒粗化，易引起

16、粗晶脆化；(2)根据被焊钢种的不同和焊接时的冷却条件不同，在HAZ可能出现不同的脆性组织，组织脆化是焊接HAZ出现脆硬组织造成的；(3)某些金属和合金的焊接区处于非平衡态的组织化学和物理上都有明显的均匀性，有些析出的相导致金属和合金的强度硬度和脆性提高，导致析出脆化；(4)对焊件进行加工过程引起局部应变，塑性变形对焊接HAZ脆化有关很大的影响，引起脆化称为热应变时效脆化。 2)改善HAZ韧性的途径(韧化与强化)，调整钢材的成分和HAZ的组织状态：合金化，细化晶粒；焊后获得韧性好的组织，如低碳马氏体和奥氏体等。(2)合理制定焊接工艺：合理选取线能量；根据具体情况，确定是否需要采取预热或后热措施。

17、 1.简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。 1)热裂纹 分为：结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹。 特征：宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分布(连续或继续)也可看到焊缝横向裂纹，因在高温下形成，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽，微观看，沿晶粒边界(包括亚晶界)分布，所以又称晶间裂纹，属于沿晶断裂性质。 产生原因：一是某些杂质元素与金属及其合金元素形成低熔点共晶，这些共晶体聚积在晶界上，不承受力，又破坏了晶粒之间的联系而形成热裂纹；二是线胀系数大的母材焊接时受热膨胀体积增大，晶间结合力减弱，在焊接应力作用下，也产生热裂纹。2)再热裂纹 特征：近缝区的粗晶区，止裂于细晶区，沿晶间开裂，裂纹大部

18、分晶间断裂，沿熔合线方向在奥氏体粗晶粒边界发展。 产生原因：重新加热过程由于晶界微观局部的实际塑性变形量大于塑性变形能力，即e>eC 产生裂纹。3)冷裂纹 分为：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹(淬火裂纹)、低塑性脆化裂纹 特征：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看：晶间断裂，但也可穿晶(晶内)断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。 产生原因：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布，焊接接头的拘束应力。4)层状撕裂 特征：外观上具有阶梯状的形貌基本是由平行于轧向的平台和大体垂直于平台的剪切壁构成。断口表面是典型的木纹状。 产生原因：由于轧制母材内部存在分层的夹杂物及焊接时产生垂直轧制方向的应

19、力。5)应力腐蚀裂纹 特征：无明显的均匀腐蚀痕迹，呈龟裂形式断断续续。从横断面来看：犹如枯干的树木的根须，由表面向纵深方向往里发展，裂口深宽比大，细长而带有分支是其典型的特点。从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口。 产生原因：些特定介质和拉应力共同作用。2.什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？1)脆性温度区间：熔池金属进入固液阶段，由于液态金属少，主要是那些低熔点共晶，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只有稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，该区间称为脆性温度区间。金属在固相线上下温度范围内延伸率极低，金属呈现脆性断裂，把该温度区间定义为脆性温度区间2)由于

20、该区间液态金属的流动困难，延伸率低，金属呈脆性断裂，故该区间的金属塑性很低3.综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素。1)在脆性温度区间内金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹，它主要决定于化学成分，凝固条件，偏析程度，晶粒大小和方向等冶金因素。2)脆性温度区间内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，应变得增长率将增大，产生结晶裂纹，应变增长率的大小主要决定于金属的热胀系数，焊接接头的刚度，焊缝位置，焊接规范大小，温度场分布等因素。4.液化裂纹和多边化裂纹在本质上的有何区别？在防止措施上的何不同？1)二者本质区别：(1)液化裂纹是由于焊接热循环峰值温度Tm作用，HAZ

21、的奥氏体晶界上低熔共晶组成物被重熔，在拉伸应力作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹；(2)多边化裂纹是由于空位、位错的移动和聚集，在二次边界上成核，并扩展而成为多边形边界的裂纹。2)防止措施：(1)液化裂纹防止措施： 控制S、P等杂质含量，如采用电渣精炼方法，去除合金中的杂质； 焊接工艺上采用小线能量，避免近缝区晶粒粗化。(2)多边化裂纹防止措施：在焊缝中加入一些提高多边化过程激活能的元素，可以有效地阻止多边化过程；消除应力状态；选择合适温度。5.试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。1)特征：(1)产生温度:Ms点附近或200300以下温度区间；(2)产生的钢种和部位:发生在高碳钢、中碳钢、低合

22、金、中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝；(3)裂纹的走向：沿晶、穿晶；(4)产生时间:可焊后立即出现，也有的几小时，几天或更长时间； 2)影响因素：钢材的淬硬倾向，氢的含量及其分布，拘束应力的状态。6.何谓拘束度？临界拘束度？1)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的力。2)临界拘束度Rcr：开始产生裂纹的最小拘束度。拘束度：衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标。拘束度有拉伸和弯曲两类。拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝在每单位长度上受力的大小，弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。

23、拘束度一般和焊接母材的化学成分、厚度、焊接类型、接头的构造有关7.一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？为什么容易在焊接HAZ产生？1)氢在低碳钢中的扩散速度很快，焊接过程中大部分氢可以逸出金属，而且低碳钢焊接时一般不形成脆硬的M，所以不会产生延迟裂纹；而高合金钢而言(如18-8不锈钢)，氢的扩散速度低，溶解度较大，也不易在局部聚集产生延迟裂纹；高碳钢、中碳钢、中合金钢和部分含碳较多的低合金高强钢中，氢的扩散速度来不及逸出金属，又不能完全受到抑制，在金属内发生局部聚集，引起延迟裂纹现象。 2)由于焊缝中存在大量氢，周围母材含氢量少，致使氢由焊缝向HAZ扩散；焊缝先于母材在高温下发生相变，由A

24、分解为F+P等组织由于氢在其中溶解度小进一步促进氢向HAZ扩散，此时HAZ仍处于奥氏体态。因氢的扩散速度很小不能扩散到离焊缝边界较远母材中，因此在焊缝与母材的交界HAZ中形成H的富集区，当该区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态留在奥氏体中，当氢的浓度足够高就会产生延迟裂纹。 8.焊接中产生气孔的主要机理是什么？产生气孔的过程是由三个互相联系又彼此不同的阶段所组成，即气泡的生核、长大和上浮。气孔的形成过程由生核、核长大过程所组成，当气泡长大到一定程度，在不利条件下(当气泡的浮出速度小于结晶速度时)就有可能残留在寒风中形成气孔。 9.按形成气孔的气体来源，焊接气孔分为哪两类？常见的氢气孔、C

25、O气孔和氮气孔的主要特征是什么？1)按形成气孔的气体来源，焊接气孔分为：析出性气孔(是高温时气体溶解于熔池金属) 和反应性气孔(冶金反应产生的不溶于金属的气体)。2)氢气孔特征：多数出现在焊接表面上，气孔断面形状多为螺钉状，在表面上看呈喇叭口型，内壁光滑原因：高温时，氢在熔池和熔滴中的溶解度很高，吸收了大量的氢气，当冷却时，氢在金属中的溶解度急剧下降，因焊接熔池冷却很快，氢来不及逸出时就会在焊缝中产生气孔；氮气孔特征：多在表面，成堆出现，与蜂窝相似；CO气孔特征：多在内部，像条虫状分布，表面光滑原因：由于冶金反应产生了大量的CO，在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形成气孔。 1.焊接材料有

26、哪些种类，焊条有哪些种类？1)焊接材料是指焊接时消耗材料的统称，包括：焊条、焊丝、焊剂、保护气体2)按用途分为：结构钢焊条(J422/E4303)；Mo和CrMo耐热钢焊条(R102/E5003-A)；不锈钢焊条(A102/E308-16，G202/E410-16)；堆焊焊条(D107/EDPMn2-15)；低温钢焊条(W607/E5015G)；铸铁焊条(Z308/EZNi)；Ni及Ni合金焊条(Ni 102)；Cu及Cu合金焊条(T107)；Al及Al合金焊条(L109)；特殊用途焊条(TS202)。2.说明E4303和E5015的含义是什么？1)E4303：E焊条；43熔敷金属最小抗拉强度

27、为430MPa；0适用于全位置焊接(1全位置焊接：平、立、横、仰，2平、平角焊，4立下焊、平、立、仰)；3焊接药皮为钛钙型药皮，交直流两用焊接(00特殊型全交直流，10高纤维钠型全反接，01钛铁矿型全交直流，12高钛钠型全交或直正，13高钛钾型全交直流，14铁粉钛型全交直流，15低氧钠型全直反，16低氢钾型全交或直反，17铁粉氧化铁型全交或直正，11高纤维钾全交或直反，X8铁粉低氧型交或直反)。特点：氧化钛钙型药皮，TiO2-SiO2-CaO渣系，酸性，脱氧效果不好，焊缝N、H、O含量较多，机械性能差，用于低碳钢和抗拉强度低的合金钢。2)E5015：E焊条；50熔敷金属最小抗拉强度为500MP

28、a；1适用于全位置焊接；5药皮为低氢钠型只能采用直流反接的焊接。特点：低氢型药皮，CaO-CaF2-SiO2渣系，碱性，脱氧效果好，去氢效果好，机械性能好。补充：J507 焊条：J结构钢焊条；50焊缝金属抗拉强度不低于500MPa；7低氢型药皮、直流。3.H08Mn2Si是哪种焊接材料，用于什么焊接方法，为什么？1)结构钢实芯焊丝H焊接用实芯焊丝；08C0.08%；Mn2Mn2%； SiSi1%A优质。2)用于CO2气体保护焊，适宜于焊接低碳钢或屈服强度小于500MPa的低合金钢。 3)原因：在CO2气体保护焊的焊接实施中，为了防止气孔，减少飞溅，保证焊接质量，就必须采用含有Si、Mn等元素的焊丝以达到脱氧的目的。该焊丝具有较好的工艺性能和机械性能。 4.说明HJ431的含义。HJ埋弧焊及电渣焊用熔炼焊剂；4高锰(1无锰，2低锰，3中锰)；3高硅低氟(焊剂中Si O2、CaF2含量)；1-同类焊剂的不同牌号。补充：SJ501：SJ埋弧焊用烧结焊剂；5 焊剂熔渣渣系类型为铝钛型；01牌号编号为01。补：熔滴反应区：从熔滴形成、长大到过渡到熔池中，属于熔滴反应区。