焊接部分按年份教材

1、1. 為什么使用堿性焊條比酸性焊條對工件表面鐵銹（FeO ?n H2O ）更敏感？ 堿性焊條屬低氫型焊條，這類焊條的熔渣不具備氧化性，一旦有氫侵入熔池， 將很難脫出，而酸性焊條的熔渣有一定的氧化性，可以起脫氫的作用。 因此，堿性焊條比酸性焊條對工件表面鐵銹（FeO?門出0）更敏感2. 如何消除焊件內部的殘余應力？可采用熱處理、錘擊和振動等方法消除焊件內部的殘余應力3. 熔焊接頭和釬焊接頭在連接機理上有何區(qū)別？熔焊接頭與釬焊接頭均采用熱能實現(xiàn)不可拆卸的焊接接頭，但釬焊時僅釬科熔化，而母 材不熔化，在連接處一般不易形成共同的晶粒，只是依靠液態(tài)釬料潤濕母材表面，二者 相互擴散而形成釬焊接頭4. 焊接

2、工藝參數(shù)（有效熱功率 q和焊接速度v）對低碳鋼薄板焊接（平對接焊縫）的溫度場 有何影響？ 當熱源的有效熱功率 q定時，焊接速度 v越大，某一溫度的等溫線所包圍的范圍顯著 縮??；當焊接速度 v一定，隨q的增大，一定溫度的等溫線所包圍的范圍顯著增大；當 q/v保持一定，即線能量 E為常數(shù)時，同時增大q和v，此時等溫線在熱源移動方向會伸 長，而在寬度方向變化較小。5低碳鋼焊縫的室溫組織是什么？ （5分）低碳鋼焊縫碳含量較低，高溫奧氏體固態(tài)相變后得到鐵素體加珠光體組織。固態(tài)相變時 首先沿奧氏體晶界析出共析鐵素體，然后發(fā)生共析反應A t P（F+ Fe3C）式中的A是奧氏體；P是珠光體；F是鐵素體；Fe

3、3C是滲碳體。焊縫金屬過熱時，還會 出現(xiàn)魏氏組織，即鐵素體在奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，或在奧氏體晶內沿一定方向析出的 呈長短不一的針狀或片條狀脆性組織。一、（20分）已知焊條藥皮質量系數(shù)為0.4,焊絲含Mn量為9%,其過渡系數(shù)為 0.8,母材含Mn量為1.5%，熔合比為0.2。要求焊縫中Mn 12%以確保其 耐磨性能，藥皮中要加入多少含 Mn量為75%的錳鐵合金粉？ 答題關鍵點：設，Cd為合金元素在熔敷金屬中的含量：Ce為合金元素的原始含量；Cew為合金元素在焊絲中的含量；Cco為合金元素在藥皮中的含量；Kb為焊條藥皮的質量系數(shù)，即單位長度焊條中藥皮質量與焊芯質量之比。過渡系數(shù)為：一 Q- C K

4、亦若考慮合金元素在焊接中的損失，則焊縫金居中某合金元素的實際濃度Cw為T為熔合比,Cb為某元素在母材中的質量分數(shù)，Cd為熔敷金屬（即真正過渡到熔池中去的那部 分焊條金屬）中某元素的質量分數(shù)。0.2 X 1.5% + （1-0.2） X Cd 12%Cd 14.6%0.8 X (Ccw + 0.4 X Cco) = CdCco23.2% 含Mn量為75%的錳鐵合金粉的量(23.2 %) / (75%)=31%二、(20分)在焊接工藝中，合金化的目的是什么？常采用哪幾種合金化方式？答題關鍵點：合金化的目的首先是為了補償在高溫下金屬由于蒸發(fā)或氧化等造成的損失。其次是為了消除缺陷，改善焊縫金屬的組織與

5、性能，或為了獲得具有特殊性能酌堆焊金屬。如用堆焊的方法過渡Cr、Mo、W、Mn等合金元素，使工件表面具有耐磨性、熱硬性、耐熱和耐蝕等性能。 常用的合金化方式有：(1) 通過合金焊絲或帶極，把所需的合金元素加入焊絲或帶極內。(2) 通過藥芯焊絲或藥皮(或焊劑)，把所需合金元素以鐵合金或純金屬的形式加入藥芯焊 絲的藥芯內或焊條藥皮(或焊劑)內。(3) 通過合金粉末，將合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它送人焊接 區(qū)或直接涂敷在焊件表面。此外，還可以通過從金屬氧化物中還原金屬的方式(如錳、硅的還原反應)來合金化，但這種合金化的程度有限，并還會造成焊縫的增氧。三、(20分)16Mn焊接HA

6、Z的組織區(qū)域有哪幾種？分別分析它們的形成條件。答題關鍵點：16Mn為不易淬火的低合金鋼。HAZ分為四個區(qū)。(1) 熔合區(qū)，是焊縫與母材相鄰的部位，最高溫度處于固相線與液相線之間。所以又稱 為半熔化區(qū)。此區(qū)雖然較窄、但是，由于晶界與品內局部熔化，成分與組織不均勻分布，過 熱嚴重，塑性差，所以是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。(2) 過熱區(qū)，過熱區(qū)的溫度范圍處于固相線到 1100 C左右。由于加熱溫度高，奧氏體過 熱，晶檢嚴重長大，故又稱之為祖晶區(qū)。焊后冷卻時.奧氏體相變產物也因晶粒粗化使塑性、 韌性下降，慢冷時還會出現(xiàn)魏氏組織。過熱區(qū)也是焊接接頭的簿弱環(huán)節(jié)。(3) 相變重結晶區(qū)(正火區(qū))，該區(qū)母材已完全 A

7、化，該區(qū)處于1100C Ac3(約900 C)之間.由于奧氏體晶粒細小， 空冷后得到晶粒細小而均勻的珠光體和鐵素體，相當于熱處理時的正火組織。因此，其塑性和韌性很好。(4) 不完全重結晶區(qū)，AC1 AC3范圍內的HAZ屬于不完全重結晶區(qū)。由于部分母材組織發(fā)生相變重結晶 F+P A，且奧氏體晶粒細小，冷卻轉變后得到細小的F+P,而未奧氏體化的F受熱后長大，使該晶粒大小、組織分布不均勻，雖然受熱不嚴重但性能不如相變重結晶區(qū)。四、(15分)焊縫金屬中，氫的影響主要體現(xiàn)在哪幾個方面？如何減少焊縫金屬 中氫的含量？ 答題關鍵點：氫的影響主要體現(xiàn)在 4個方面，即：氫脆、白點、氣孔和冷裂紋。減少氫含量的主要

8、措施有：限制氫的來源、冶金處理脫氫、控制熔池存在的時間和冷卻速度、 焊后加熱工件脫氫。6. 簡述產生焊接應力與變形的原因及消除或減少殘余應力與變形的方法。溫度改變導致“熱脹冷縮”，非均勻的溫度變化（如局部的加熱、冷卻）導致金屬內部 的不均勻“熱脹冷縮”從而產生應力。工件冷卻后保留在工件內部的內應力稱為殘余應力。 局部的固態(tài)相變也能產生內應力。減小或消除應力方法：結構設計、工藝措施、熱處理、機械振動、機械加載等。變形：殘余應力的存在必然導致原工件形狀的少量改變，也稱為殘余變形。 有整體變形、局部變形。影響因素：材料熱物理性能、膨脹系數(shù)、導熱性、工藝因素、焊接熱輸入、焊接次序等。 防止方法：結構設

9、計、工藝（反變形、剛性固定、預留收縮量）、矯正（機械、火焰）7. 簡述低碳鋼焊接時氧與金屬作用的特點及其對焊接質量的影響。低碳鋼中能有限溶解氧，生成的氧化物能溶于相應的金屬中。氧在鐵液中以原子氧和FeO兩種形式存在。氧對金屬有氧化作用。氣體中氧與金屬的作用：2FeO 2Fe+O2實際焊接電弧區(qū)的氧化可以是：Fe+O t FeOFe+CO2 FeO+COFe+H20f FeO+H2當溫度升高，或 O2、CO?、出0增多時，F(xiàn)eO多影響：氧化物性能變差（強度、塑性、韌性）、氣孔控制：純化焊材、控制焊接工藝參數(shù)、冶金脫氧（脫氧劑）。8下圖是不同焊接順序時焊縫橫向收縮引起的橫向應力分布。試寫出各圖的焊

10、接方向或順 序。ea）直通焊b）從中間向兩端焊c）從兩端向中間焊1. 1. （15分）堆焊時，設母材含Mn量為1%,熔敷金屬含Mn量為15%，熔合比為0.5,要求焊縫金屬含 Mn量不小于13%。問：什么是熔合比？應堆焊 多少層才能滿足焊縫中Mn含量的要求（寫出計算步驟）? 答題要點：FbFd熔合比：焊縫金屬中，熔入母材的金屬所占的比例。n=3即 13.25%33Cwm =0.5 *0.01+(1-0.5 )*0.15=0.1325Cwm2. （25分）試述氫致裂紋的特點、形成機理及防止措施。答題要點：氫致裂紋易在中、高碳鋼及合金鋼、鈦及鈦合金、BCC材料有淬硬 M相變材料等的焊接時產生。主要產

11、生在 HAZ粗晶區(qū)。常具有延遲特征。裂紋形貌：端部尖銳，斷口無氧化、液膜特征；穿晶。形成機理：淬硬組織、氫、拘束應力。防止措施：材料成份選擇與控制；預熱及后熱、保溫處理；降低擴散氫含量；降低殘余 應力水平；低強度匹配。3. （20分）試述焊接低碳調質鋼時，熱影響區(qū)組織分布及性能變化的特點。答題要點：與母材焊前熱處理狀態(tài)有關。焊前為正火或退火狀態(tài)，焊前母材為F+P組織。HAZ主要由完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)組成。完全淬火區(qū)，M （或M+B），靠近焊縫高溫區(qū)為粗大的M組織。不完全淬火區(qū)，M+F。焊前為調質態(tài)，母材為回火組織，HAZ可分為完全淬火區(qū)、不完全淬火區(qū)和回火區(qū)。 性能變化：HAZ的硬化、脆化

12、、軟化及綜合力學性能的變化。調整措施：調整成分與 HAZ組織狀態(tài)；合理的焊接工藝（合理的線能量、預熱） 。4. （15分）根據(jù)熔渣的成分和性能，焊接時的熔渣有哪幾種類型？試述熔渣的主要作用。答題要點：在焊接中，根據(jù)熔渣的成分和性能可以分為三種：鹽型熔渣（主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成）、鹽-氧化物型熔渣（主要由氟化物和強金屬氧化物組成）、氧化物型熔渣（主要由金屬氧化物組成）。作用：機械保護，與空氣隔離，防止液態(tài)熔池氧化和氮化，防止高溫時金屬被氧化。冶金處理作用，如脫 0、S、P;去H;去雜質；合金化改善焊接工藝性能，電弧易于引燃、穩(wěn)定，易操作易脫渣；保證焊縫成形二、判斷題：（判斷

13、下列論述是否正確。答錯不扣分，答對每小題1.5分）（1）速度快，焊縫中柱狀晶成長的最大速度有時可能超過焊接速度。（錯）（2）低合金高強鋼焊接時，通常的焊接工藝為：采取預熱、后熱處理，大的線能量。（錯）（3）當電弧電壓增加時， 熔池的最大深度增大；焊接電流增加，熔池的最大寬度增大。（錯）（4）電弧電壓增加，焊縫含氮量增加；焊接電流增加，焊縫含氮量減少。（對）（5）藥皮熔點高于熔渣熔點，而且藥皮熔點越高，則熔渣的熔點越高。（對）（6）酸性渣一般稱為長渣，堿性渣為短渣。前者不適宜于仰焊，后者可適用于全位置焊。（對） 三、簡述題 （ 16 分）（6）是堿性焊條還是酸性焊條對工件表面鐵銹（FeO nfC

14、）更敏感？簡述其理由。（4分）答：堿性焊條對鐵銹更敏感。（1.5 分） 堿性渣中含SiO2, Ti02等酸性氧化物少，F(xiàn)eO的活度大，容易向液態(tài)金屬擴散，使其 焊縫含氧量增加。 （ 2.5 分） 什么是HAZ?簡述HAZ脆化的類型及產生條件。（6分） 答：熔焊時在焊接熱源作用下，焊縫周圍母材發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱為熱影響區(qū)（HAZ）。 （1.5 分）HAZ 脆化有多種類型：粗晶脆化、組織脆化、析出脆化、氫脆等。（1 分）粗晶脆化：熔合區(qū)和過熱區(qū)因熱循環(huán)峰值溫度高，常發(fā)生粗晶脆化；（ 1 分）組織脆化：焊接低合金高強鋼時，因冷卻速度慢可能在 HAZ某些區(qū)域形成 M-A組元；（1分）析出脆化：

15、 焊前母材為過飽和固溶體， 在焊接熱作用下產生時效或回火效果， 碳化物或 氮化物析出造成塑性及韌性下降； （ 1 分）氫脆：氫擴散至 HAZ而引起的塑性下降（脆化）。（0.5分）（8） 簡述焊接熔池的特征。 （6分） 答：熔池體積小，冷卻速度大； （ 1.5 分） 熔池溫度高，熔池金屬處于過熱狀態(tài)； （ 1.5 分） 熔池金屬處于運動狀態(tài)，熔池中存在著各種力的作用；（1.5 分）熔池界面的導熱性好，溫度梯度大。 （ 1.5 分）三、論述題（ 75 分）（1） 以手弧焊為例， 試分析對接焊縫橫向焊接殘余應力的分布狀態(tài)及消除或減小焊接殘余應 力的方法。 （15分） 答： 1）橫向殘余應力由兩部分組

16、成：一是由焊縫及 HAZ 的縱向收縮引起的；二是由于焊 縫及 HAZ 的橫向收縮引起的。離焊縫距離越遠，應力值越低。（ 1 分）2）縱向收縮引起的橫向應力，焊縫兩端產生橫向壓應力，焊縫中段產生橫向拉應力， 焊縫兩端壓應力最大值比拉應力最大值大得多。 焊縫越長， 中間段拉應力會有所降低， 并逐 漸趨于零。（ 6 分，未能正確畫出示意圖扣 1-2 分）3） 橫向收縮引起的橫向殘余應力分布與焊接方向、焊接順序有關。（2分）直通焊、從中間向兩端焊、從兩端向中間焊時的橫向應力分布：（畫出下列示意圖 a），b）, c）各給1分，共3分）4）減小或消除焊接殘余應力的方法：(3分,合理的結構設計；合理的焊接工

17、藝；采用熱處理方法、機械法、共振法等方法。 沒有一定的展開論述，酌扣 11.5分）分析焊接時熱裂紋產生的原因，并以奧氏體鋼焊接為例說明防止熱裂紋的措施。（15 分）答：熱裂紋主要有凝固裂紋和液化裂紋。焊接熱裂紋的形成原因：（7分）焊接熱裂紋是一種高溫沿晶斷裂而形成的裂紋。焊縫凝固過程中，在枝晶間存在低熔共晶的薄層，此時材料的塑性變形能力很低，在冷卻過程中不可避免的產生收縮應變，當收縮應變大于材料此時的塑性應變的能力時，即產生焊接熱裂紋。焊縫在凝固過程中所出現(xiàn)的晶間塑性應變能力的應變區(qū)間叫做脆性溫度區(qū)，不同材料有不同的脆性溫度區(qū)，溫度區(qū)越大，產生熱裂紋的危險性越大。奧氏體鋼焊接熱裂紋的影響因素

18、（4分，未答全者酌扣 0.51分）a化學成分偏析：奧氏體鋼由于含鎳量高，有害雜質P和S的有害作用顯著增強。單相奧氏體焊縫中，P的偏析、Si的偏析，形成低熔共晶。b焊縫的組織：奧氏體鋼焊縫晶粒大小的影響，晶粒越粗越易產生裂紋。c焊縫冷卻的速度（層間溫度、熱輸入量）d焊縫的形狀（成形系數(shù)）e.拘束度焊接熱裂紋的控制措施（4分，未答全者酌扣 0.51分）a. 成分控制：控制含硫量、含磷量；焊接材料的選擇，奧氏體焊條的選擇，焊縫組織控制 （控制S含量），加入細化晶粒元素（Mo、V、Ti、Nb）b. 工藝措施 限制過熱、控制成形系數(shù)、控制熔合比、降低拘束度、嚴格要求裝配 已知焊條藥皮質量系數(shù)為0.4,焊

19、絲中含Mn9%,其過渡系數(shù)為0.8 ,母材中含Mn 1.5%,熔合比0.2。要求焊縫中含 Mn 12%以確保其耐磨性能，藥皮中要加入多少含Mn7眺的錳鐵合金粉？（15分）答：計算依據(jù)合金元素的過渡系數(shù)：熔敷金屬中的實際含量與它原始含量之比。口 _ Cd _CdCeCcw KbCco式中，Cd為合金元素在熔敷金屬中的含量；Ce為合金元素的原始含量；Ccw為合金元素在焊絲中的含量；Cco藥皮中的含量；Kb焊條的質量系數(shù)，即單位長度焊條藥皮質量與焊芯 質量之比。（寫出上式，5分）而焊縫金屬中合金元素 Mn的實際濃度與熔合比的關系為：CwCb *（1-T）Cd（寫出上式，5分）由此兩式，可以計算，若焊

20、縫中Mn 12%，藥皮中Mn的含量至少為23.2%。（計算至此加3分）則需加至少30.9%的含Mn75%的錳鐵合金粉。（）（計算至此加2分）（4）試述焊接時活性熔渣對金屬的氧化方式，并以CO2氣體保護焊為例，說明選擇焊絲的原則及脫氧措施。（15分）答：活性熔渣對金屬的氧化方式：1）擴散氧化（4分）FeO既溶于渣，又溶于鋼液，因此能在熔渣與鋼液之間進行擴散分配，在一定溫度下平衡時，它在兩相中的濃度符合分配定律：L FeOL 二（FeO）溫度不變時，增加熔渣中的FeO濃度，它將向液態(tài)金屬中擴散，使金屬中的氧含量增加。2）置換氧化（4分）鐵或其它金屬置換出其它氧化物中元素而自身氧化的過程。Fe+（X

21、O） （FeO）+X3）CO2氣體保護焊時，硅-錳聯(lián)合脫氧原則。常在焊絲中加適當比例的錳和硅，可以減少焊縫中的夾雜物，脫氧產物可形成硅酸鹽MnO SiO2,各國實用的焊絲中Mn/Si=1.53。（4 分）常用脫氧方法：錳的脫氧、硅的脫氧、硅錳聯(lián)合脫氧、擴散脫氧等。（3分，不能寫出相關反應式酌扣 11.5分）（5）下圖是幾種因素對結晶形態(tài)的影響，其中縱、橫坐標各代表什么？并結合該圖討論焊接熔池凝固組織的特點。？并結合該圖討論焊接熔池凝固組織的特點。（15分）答：縱坐標C0 （%）表示溶質濃度，橫坐標為 G/R1/2 , （3分）其中G表示溫度梯度，R表示結 晶速度。（2分）A該圖表明，焊縫結晶形態(tài)主要決定于合金中的溶質的濃度CO、結晶速度R和液相中溫度梯度G的綜合作用。（1分）在熔池兩側翼邊界，由于結晶速度 R非常小，溫度梯度 G較大，G/R1/2則很大，成分 過冷接近于零，