焊接冶金学及金属材料焊接思考题参考答案

属分属分222》案一1-1答：①池属体积，却度②温差、热度③态凝过④态金对流烈1-2答：①电流压和枪的度有。②焊接度也关③焊材种类有关④母材身的特性也有关主要前两有，电流越大熔池深电压越大，池越。1-3答：以平接焊例熔池金属的力情如图示熔主要到的用力：电的总用力；熔池金属的重Q熔池属面力F。当池金属体积量熔宽一定时熔池深度取决于电弧力的小，而熔深和电弧力又与接流密相关，宽则由弧电压定。随着池金属的积增，表面力F也随着大造成面张力不能平衡电弧作用力和熔池属重此时熔金属下淌，造成熔池穿。由可，电弧作力熔池金属力是熔穿，而面张力F阻熔下塌或烧的。使薄焊不于烧穿，必想法提高金熔池的表面张力而提高面力F，必须制熔的热入，热输入量。1-4答：在一由金属金属氧化物和氧化性气体成的金物作为金属是氧化的氧金属氧氧化物的分压{Po2}：{Po}>时，属氧化；{Po}=时于衡态}<Po金属。1-5答：①作熔的重一于液态金属下在液态金属的面与气，可液态金属，止的、、、接

外观至重要炉炼时浇铸铸铸型粘提件表面量降低力；也不强使增侵蚀炉密度点易残留1-6答：先沉扩散1-7答：局母材所占比例称为比由截积由相片测知因此比θ式得：θ

A1-8答：是常存元促使产裂纹降低冲韧耐腐蚀使产偏厚板时会层状撕式存MnO具式：[Mn]＋[FeS](MnS)＋[Fe]＋＝(MnS)＋＋＝＋都进人由均碱碱含量多所碱力酸强因此具抗裂力总来说力是不强为低含量主要严格限制原材含H08A丝量数不1-9答：1丝

把需要元素加丝炼丝再配碱低无剂行使元素其优点是靠均匀元是体主要方式但是某些材料硬宜轧制拔所就采这种方式22222

(

残留渣利率低碱般此法5换物熔与体间还原被原常硅锰物SiOMnO反为：(SiO)＋2[Fe]＝＋[Si](MnO)＋＝＋高高锰低碳行埋弧靠对行程且还伴随着含量增1-10答：补过程蒸等原因消除艺陷改善组和能为了消因引起热裂纹向锰某常铝细晶提高击获得具特殊能堆冷工具它零(切削刀具热锻模轧辊阀门等求耐磨红硬耐热和耐腐蚀向铬钼钨锰等具特殊能堆层二2-1答：与锭固结下熔池体却速熔池体积周被冷包熔冷却很约为～℃/s铸锭平冷却速倍右因对碳量多产生淬硬织至道产裂冷却速快池心边还温梯致柱状晶到发般情况下等晶断上量晶电除外熔池液处过热状电弧下对低碳来熔池平温达1770100溶滴温更约为±200℃般锭温很超过1550℃此液态处过热状态由液态金属的热程度较大金元素的损比较严重熔池中非自发晶核的质点大减少这是使缝柱晶得发的因一此外焊缝条件，体的吹力焊的动及熔内气的外都生搅拌作。一对排气和夹是有的也利得致密性好焊。2-2答焊缝金在结晶过程中于合金素不扩而存化成的均性焊缝中的偏析主有以下种显微析般来先结固溶，是先晶的固相比较纯而后结晶固相含溶质的浓度较高并集了多的质由于接过程冷却快相的成分来不及扩散而在当大的程度上保持着由于结有先后所产生的化成分不均匀性域偏析焊接时由于熔池中存在激烈的拌作用同焊接熔池又断的向前推移不断入新的液体金属此晶的缝宏观上不会像铸锭区偏析。但是，于状晶体继续长把质或赶”向熔池的中心。这熔中的质度逐渐升高致在后凝的位较的偏析。(3)层析

熔池金属结时，结晶前沿的液体金属中，溶质浓度较高时也富集了一些杂质冷却速度较慢时一度的和质可以通过扩散而减轻偏析的程。但冷却速度很快时，还没有来得及“均匀化”就已凝固造成溶质杂较多的结晶。2-3答对于一般钢铁材料来说合元素液中溶度是于相中溶度区正是液两相发生强烈触的地方以在液固两相的界面处质原子就会从固相液相扩散焊接条件下，熔合区元素扩散转的过程是明显在的，特别象、SP等强偏析元素，均匀性大2-4答在焊接条件下，熔化过程是很杂的，即使焊接规范十分稳定，由于种种因素的影响也会热能的播极不匀（如期性熔过，电吹力的化等方面半熔化的本金上粒的导热方向彼此不同有些晶的轴向有于的导所以熔的较多。因此，化程度可能有晶粒有利于导热熔化的多有晶粒熔化较少所母与焊缝交的方不是条线，是一区即所谓熔合。熔合区存在着严重的化学不均匀性与此同时也在着理均匀性因此组和性能上是不均匀的，为焊接部位。2-5答由于焊接条件下固态相变属于非衡相变般情况下低金钢焊缝很少会发生珠光转。有冷速很低情下才得少的珠体2-6答深窄的焊缝结晶时更柱状晶生方接垂直焊中线熔的心溶浓度高使区域偏析不仅更严重而象一个刀面一样入焊缝中心成个低熔点晶区域。在应作用下，就容易形沿焊缝中心的向焊接热裂。2-7答解决焊的组织和性能可以多方法金元素用焊艺或工措施控固后热处理等焊接热影区的组织和性能变几乎只能采热处一种法2-8答当焊电不时增大焊速可以降低焊接输入使热影响区变焊固冷度大，固快，可使焊晶粒细化。2-9答第道缝锤击为了防出现底层裂纹后道锤是为了防出表裂纹三3-1答所谓焊接热影响区就是靠近焊的母材在焊接热源的作用下金织学能变化的域称此区为近缝区倾向较小的钢的焊接影区组织布）熔合区2晶区火（晶）全重结晶区（不完变）再区（）区。淬向较钢种接热区组包括（熔合区（2）区度区常区4）不全火区（5）回区3-2答这种接过中移动点的温间由低到大值后，又由到低变过程，叫做点的接循环表明焊接热循环征的参数主要有热速度加热峰温度变温度以上的停留间和冷速度或冷却时。3-3答焊接时工件上焊接区任何地点的温度将着时间和点位置（标、y）的同变。其中，某瞬（=值工上各的温分布，则称作焊接温场所讨论的情况用功率不变固定热源来加热工么此时温分布将时间无，也就是温度场中各点的温度始终不变，称为稳定温度场源工件的配合体）点热源加热半无体）热源加热板3）热源加热杆件。3-4答在接热循环条件下热影其是过热区的奥氏体晶粒粗大以却速度合适，很容易形成魏氏组铁素体。魏氏组织铁素体对钢的力学性能有着不利的影响，它使钢塑性和冲击韧显著降低避或少魏氏组铁体形成要是设避免或减钢的热控奥氏体的晶粒度已出魏氏织可通火火焊后热处手段予以消除。3-5答：热影区出脆的原众多较常的淬硬化、晶脆M—A元化、时脆化。在毗邻合线的过热区于晶粒粗大或存在魏氏组织将晶脆化对易淬火钢还易出现淬硬组织形成硬脆化在热影响区中峰值温度超过相变点的地段还可能形成M-A组脆化。而在相变点以下的段，可能因为产生急冷时效和应变时效而产生脆化。这些现象都降低焊接热影响的韧性降低焊接。四4-1答：(1）氧化夹杂是，次是、TiO、AlO。(2）物杂是。）化物夹杂有两种形：和MnS4-2答：氮较中在焊多下是出现氮的主是由焊接过中不较的熔在中的下：加焊接区的合焊接处理对于钢低钢焊接下出现在的的形在焊的形成的四有的这在出在焊的焊条中有较多的晶使焊中量，而时不而存在焊。的主要有以下种：(1)制的处理控制焊焊接钢，于应生大量的，在过中不出而在成晶，有些象条在焊。常的主要以下种：(1)制焊中的量采取冶止气孔合理确艺答：焊接构产生裂轻者要返修，费人力物力、时，重造成焊接构报，法补更重者造成故人伤亡具地，焊接裂对构危害：减了焊接面，而降低了焊接结构的承载能力构成严重应集中。裂纹片状陷其边缘构成非常锐切口，具有高的力中既低构疲劳度又易发构脆破坏造成泄漏。用于承受高温高压的焊接锅炉或压力容器，用于盛装或输送有毒、可燃的气体或液的各种焊接储罐管道等若有穿性裂然发泄漏在程是允许。表裂纹能藏垢纳污，容易造成或加速结构腐。构不。裂产的定性裂和裂纹于漏漏的裂在定发生加了焊接结构在用的在危。若法成不的。产生的，裂纹可裂纹（高温裂纹裂纹裂纹状裂应腐裂纹答：焊接构焊应力理的生的裂重加理）程中产生的，裂或力理裂纹状裂有的高强度结构在焊用程中因的度承受的应而的种的裂。应腐裂纹：金在定腐和应力作用产生的裂纹。答：裂纹是在焊接程中，和金的高温产生的裂产在焊中产在。裂结裂液裂纹、边裂纹焊结裂的因要纳面冶金力的因。答：（）金措施控焊缝中有害杂质的含量改焊缝结晶形态利“愈合”作用（）工艺面选合理的接头型式低头刚和束度确合理的焊接参数4-7答冷裂纹是相对裂纹而的般是指焊接头较低度（对于钢来说约马氏体转温Ms附近）裂。冷纹可进一划分延迟纹、硬脆裂纹低塑性脆化裂纹氢、淬硬组织和应力这三个因是导致冷裂纹的主要原因，它们相互影响，相互促进4-8答（1）措控母材化学成分选用低氢和超低氢的焊接材料控氢的来源加入某些合金素，提焊金属韧选用匹配条选择氏体条（2）措）严格制焊热输入合理选择预温紧后利多层焊的有利影(3)强管彻清理焊接焊条焊的提质量焊接质量施工4-9答热影化裂纹成理质结晶纹于晶有脆低相晶高温力的作用而裂在结晶裂是态焊缝金属在中成的，而化裂纹是态的母材热温度的用下晶层化形成的22石解3225-15-21SiOPSi由入理石所氛但由数较实际上较由较多力所敷属抗热力但由FeO较所力由机其他氢质上理石萤降电弧氛氢分氢冷也-联合护隔绝空力氮5-3由用氢又氢措施1入分氢分入萤石萤石分解离子可氢子结合成氟氢机氢质前对烘对区域格清理5-4氢工上足电差工人利组成质电离位由所萤氟电离用电弧降因需采用直流电才电燃烧氢电燃提另钾水玻璃登弧剂形成氢钾就可交如实疏松膨胀数差差由较FeO是α-Fe晶格似体心立方格因将牢地搭建属α体立方晶上氢烟质是萤水璃成可溶水KF溶水对人具毒也毒可毒害人神经系统但危害氟5-5丝丝点(1对各种(2

85%90%,3(4(1六6-1答是指材料限施件按规设构满足预役力影响:(1)材素(2)素素(4)件6-2试验件尽量与际件一致试验结靠具有地现最经济试验6-3答热是循热响组及陷影响冶金是指一冶金件变影响6-4答斜坡裂试验法又称小铁研”法广泛于评碳素钢低金钢热影区冷裂纹感6-5解MnCrNi15

CE=0.35+1/6×1.1+1/5(1.1+0+0)+1/15(0.3+0)=0.77﹪自最7-11

Mn/S237-21区脆调合金是通合金素作提淬透保获得塑韧马氏体凡利马体原引塑韧如奥氏体粒引起脆形上贝体引起脆合金程增加提了奥氏体贝氏体铁素体之间形M-A组引脆等这类个韧℃500℃却)这时得马氏1030％贝氏体韧最却间该时得100％马氏体韧虽但如前者外合调Ni时Ni马氏体甚至氏具韧增加Ni近韧改2调区调、元多淬倾向速响区区马氏体导重为了区脆尽800-500℃温范围内却速但线能来速但难抑制氏而氏体粒而更加致粗马体脆反更加严重为了脆采取预缓加线能相配合从CC既可减少奥氏体在相变温度以停留的时间，又可降低在共析转变温度范围内的冷却速度获韧性较高的组织（3）裂从合金系统来说，为加强其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素、、V、B大数都能引起再热裂纹其V的影响最Mo的响一认，Mo-V钢Cr-Mo-V钢对热裂较敏；钢Mo-B钢有一定的再纹，接都应该注意热裂纹问题元钢Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V-B含有多促再裂纹的素。℃～650热小时就出现再热裂纹。14MnMoNbB对再热裂敏。前面讲过这类钢的最大特征是马氏和下贝氏体组织能保证接热影响区的在快冷条件下具高的强度和韧实践为了防止件脆断而进行的消除盈利处理这类钢来是要且性果，510℃℃范围内进理，实上还会害焊和影响区的韧应处理是的冷却速度较低韧性的程度越重（4）裂中碳调质钢的分与淬性定了它在速冷却时很容易得对冷裂纹很敏的淬硬组w的增加还会使Ms自火”效应。而且C越氏硬度和脆性也越高，对冷裂纹就，为了防止冷裂纹，就必须提高预热温度，并焊后及时进行消应力退火。7-3答在保证不出裂纹，满足热影响塑性、韧性的条件下，线能量应该尽可能选择大些。当线量数达到了最允值还不避裂的发生须取预热措施预热要为了止裂但℃区间冷却速来看，由预热减了该区内的冷速上体能加热影响区的塑性和韧性会受到不利的影响预温一般于℃。7-6答有于研究和制定合适的焊接工艺有于研究和采取合适的焊接工艺措施；有利于研究和确定合适的参数及焊后热处理工艺。7-7答一般采用强度级高的低氢型焊条接的母材具有高的强度级别度级别高材时易氢迟而扩氢产生迟纹主要原因更该限制散的量。八8-1答：奥体不锈钢中含镍，在焊接时候，焊接应力开和热裂纹，为保焊接要择正的艺法，焊接艺点下：正确选择焊接材料，选择焊接料的原则是焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并降低焊缝中碳磷和硫等杂质的量选合理的焊接方法氏体不具好接以用焊条电弧焊弧，惰性气体保护焊和等离子焊等焊接方法焊前的备，包括下料法，坡口的加工方，焊前的清理表面的防护；焊接工参数，焊接电，电弧电压，焊接度，焊丝或焊的直径等。焊后面理法不锈钢焊接以后进行面处理增抗蚀的能力理方法有表抛光，酸洗和化处理等；焊后检，焊后除了进一般的焊接缺陷检以外，还要进耐腐蚀性试。8-2答：（1性析氏体不锈钢焊的主要问题焊接力腐蚀纹焊接焊接能，晶间腐蚀是奥氏体不锈钢板一种危险的破坏形式，通过调焊缝金属组织样可以改善焊缝金属抗晶间腐蚀的能力力蚀发生在有应力作用条件下奥氏体锈的物性导性，线系大在同条下焊接残余力较大为防止生力蚀裂合调焊缝分奥体锈焊时焊缝和近缝区均可产生热裂纹，这因为奥氏体钢的物理性能有其独特之处。为了防止热裂纹，通常采用同材的焊缝属应尽量选择含杂较低的焊接材料选母材时也是如此为提镍含量于的奥氏的性采氏一化奥加物的双相织样不会损坏焊接能若高温境为钢在温下工作时，就应该意低温脆化和高脆化问题。（2）焊工艺特点钢接除般构钢的焊工特之，有其独之处）由奥体不锈钢导小，线胀数，自由状焊时易产生较的焊接变形。通常选用焊接线能比集、速接方。）了止热保获一定尺寸的焊缝与低合金钢所用焊接电流相比，焊接电流一要小于；尽3mm20~8-3当减少高获较多奥组织快冷却得组由12%候易现脆化易产冷裂和影区易软问制好冷却降碳和提高8-4由容现头化生冷裂题取如前预当c0.1%～预温200℃～260℃对刚比较高预到℃～500℃回火冷却影区奥本分毕避现大晶粒提高头韧（进行同减残力

目降和影区硬改缝塑韧（

原缝成母成分本相所从镍（5确二碳气保护8-5

氩(1)

具高硬高耐耐疲劳耐兼当耐蚀能力但很头前预预目裂纹产预温一般～320℃（

通常氩化气保等，手电弧焊时，焊要编写焊接工艺文、坡口加工预热、施焊环境、接设备、保温措施及焊后热处理等。焊接流，焊接层数，坡口角度，焊径；氩弧焊时，多焊打底焊，电板可不预热，厚板要预热到℃200℃氧化气体保焊接时接头含量，其冷裂纹倾比焊条电弧焊用较低预热温度焊接其冷裂纹倾小于焊条电弧焊但进行预热、后热和焊后热处理热，在热影响区易产生粗大组织焊接材料可选用同质材料，焊剂采用碱性焊剂如和，后检验，先进行目视外观检查，并着色渗透探伤，求焊缝面不得存裂纹，然后进行X射测，焊后要行热理。8-6答：铁体不锈钢中的含量为12%~30%之间化成分的特点是低碳高在接中，缝及区大，易成粗大的铁素体组织，多层焊接时，由于加焊接化组织于条件用铁素体不锈钢在缝成间。8-7答：素不钢焊性其焊工要以，铁体不锈钢采用焊条电弧焊进行焊接;为475℃的化焊时生纹焊可预热，预温度为℃℃；接时量在430480℃之间的加或冷时间；3为过热，量热，多层焊接时要层温度；4于厚度大的焊件，为焊接，焊缝焊后，可用小；(5)焊常℃℃之间处，接的性性。8-8答：1接性分0Cr18Mo是铁素不钢生产的高铁体不锈钢，其点是钢中N等间含量大度低的化裂，点，碱和缝的，焊热环影响的素体不钢接区在温性较，易产生纹，其导焊接区产生裂纹及时生。2焊工艺为板材焊条选用00Cr18Ni2Mo2Nb铁体钢用焊条，焊采焊条电弧(SMAW)不口接焊电为105A，弧24~26V,焊接度为。接进行外观测高理气、及未焊等缺陷。8-9答：奥氏体—铁素不锈钢称相不锈具良的接选用合的焊接材料不会发生焊接热裂纹和冷裂纹，焊接头的力学性能基本上能够满足焊接结构的使用性能要求焊接具良好的耐力蚀力点蚀和蚀能力也优奥氏体锈抗晶腐能力和奥氏不锈钢相当焊接接头近缝受到接热环的响热区铁体晶不避地粗，而降该的腐性。8-10：根据双不锈钢的焊接，其具有良好的焊性，其焊接工要点简述如：（1焊前的备

为了保证焊接头的耐腐蚀性，止焊接缺陷，在焊准备中，应料法，以择料如焰机械切割，离切割及碳弧气方法进下料或坡口加工；焊清理为了证接质量，焊应将口及两侧20mm~30mm范围内焊件表清干净如有油污可用丙酮或酒精灯有机溶剂擦拭表面清理，在搬运、坡口制备、免损伤钢材表面，以免使产品的耐腐蚀性能降低；如果奥氏不锈钢存在自冷作硬化现象，要进行“自冷作硬化”处理屈服强度提高，塑性下降。(2)焊法理择由于奥氏体不锈钢可以采用多种焊接方法行焊接条电弧焊，钨极氩弧焊，熔化极焊等。在选择焊接方法时，要合选焊电流，电电，接速，丝焊的直大等艺参；（3）焊接料对于工作高条下的氏不钢，填充料选原则在裂纹前提下焊缝金的热强行与母材基本相同就求合金成分大与母成分匹，时当虑缝属中素含的制（4）焊后理不锈钢焊，缝须进酸、化处理，洗目是去焊及热影区表面的氧化化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的密氧化膜起到耐蚀作用。：（1性析00Cr25Ni18Mo3CuN属Cr25型双相不锈有好的接，选合适接材料不会发生焊热裂和接冷裂，双相不锈钢在接循环作用区次受热，使之组，且晶粒粗大头的力学能和耐腐蚀性为了得到理想的缝属通常采增加缝金中奥体18-82

E310310Inconel10-1

池保(2)

很种种类、形态、质量求生产生产率等综考虑择通常气、碳小于而熔化则于更大度面由纯密化液动大易穿形瘤止液缝背流保反成良垫

由导很通温也高

℃尽少搭、角形增散度头应10-2差主表现成能差大数容出现熔坡透表面形外观缺陷原因导好从区传导出得影区宽刚度易生大形刚大又造很大应力果度越大越严候又由于熔表面张比铁小比大容易熔属流影响区裂纹倾向大缝裂纹向缝杂影有还产生应力缝氧缝裂倾向影响很防裂纹产23(Al)23(Al)(Al(Al)10-31

AlOw用因很害作电用锻件或铸件2工艺用用T237条≤需70°~90°V坡口件层温应℃含量10%~13%工推荐层间温约260℃件宜快速冷却用直流短弧窄道多层层间必须彻底用艺参数板厚2mm条径3.2mm电板条直径3.2~4.0mm电流120~200A板4mm条径电流板条直电流280~340A用TIG用定交或直流电源交流电弧净作用去坡口丝HSCuAl板≤工艺厚1.6mm坡直电流流氩流板厚V坡口丝直径3~4mm交流氩流12~16L/min厚9~12mm坡口坡口直流氩流厚12mm应用MIG提高MIG工参数板3~6mmV坡口直1.6mm电流280~300A电弧电压27~30V氩流16~20L/min板9~12mmV坡直电弧电压27~30V电流量＞坡口直径1.6mm电弧压27~30V电300~350A氩流量温度150~200后进行测10-4：低钢其特点钢业同这其本身理学能其组同其定差异学活泼与氧的化亲力强常下能化成一层氧膜其点达℃远过时除了铝氧外合元也被氧和发所在接必焊件和焊丝表面氧化膜除及铝合金导热热很在焊过程中大量的热能迅速传导到体金属内部此焊接铝及铝合金比钢消耗更的量焊接及其合金的焊易形成热裂纹生的因由低熔点共的在熔共晶体对焊缝晶裂纹向的影