《焊接冶金學(xué)》復(fù)習(xí)資料

1、焊接冶金學(xué)復(fù)習(xí)資料1. 什么是焊接，其物理本質(zhì)是什么？ 答：定義：焊接通過加熱或加壓；或兩者并用，使焊件達(dá)到原子結(jié)合，從而形成永久性連接工藝。物理本質(zhì)：焊接的物理本質(zhì)是使兩個獨(dú)立的工件實現(xiàn)了原子間結(jié)合，對于金屬而言，既實現(xiàn)了金 屬鍵結(jié)合。2. 怎樣才能實現(xiàn)焊接，應(yīng)有什么外界條件？ 答：對被焊接的材質(zhì)施加壓力：目的是破壞接觸表面的氧化膜，使結(jié)合處增加有效的接觸面積，從 而達(dá)到緊密接觸。對被焊材料加熱 (局部或整體 )：對金屬來講，使結(jié)合處達(dá)到塑性或熔化狀態(tài)，此時接觸面的氧化膜 迅速破壞，降低金屬變形的阻力，加熱也會增加原于的振動能，促進(jìn)擴(kuò)散、再結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶過程 的進(jìn)行。3. 焊芯和藥皮升

2、溫過高會引起哪些不良后果？答：(1) 熔化激烈產(chǎn)生飛濺；(2) 藥皮開裂與過早脫落，導(dǎo)致電弧燃燒不穩(wěn)；(3) 焊縫成形變壞，甚至引起氣孔等缺陷；(4) 藥皮過早進(jìn)行冶金反應(yīng)，喪失冶金反應(yīng)和保護(hù)能力；(5) 焊條發(fā)紅變軟，操作困難。4. 簡述焊縫合金化的目的與方式。 答：合金化的目的：補(bǔ)充焊接過程中由于蒸發(fā)、氧化等原因造成的合金元素?fù)p失；消除焊接缺陷，改 善焊縫金屬的組織和性能；獲得特殊性能的堆焊層。合金化的方式：應(yīng)用合金焊絲或帶極；應(yīng)用藥芯焊絲 或藥芯焊條；應(yīng)用合金藥皮；應(yīng)用合金粉末。5. 簡述焊縫中磷的危害。答：磷在鋼中主要以 Fe2P、Fe3P 的形式存在。 在液態(tài)鐵中可溶解較多的磷， 固

3、態(tài)鐵中磷的溶解度很低。 磷與鐵、鎳可以形成低熔點共晶。焊縫凝固時，磷易造成偏析。磷化鐵常分布于晶界，減弱晶間結(jié)合力， 增加焊縫金屬冷脆性；磷還能促使形成結(jié)晶裂紋。控制磷的措施： (1)限制原材料的含磷量； ( 2)用冶金方法脫磷。6. 簡述熔池運(yùn)動原因及對焊接質(zhì)量的影響？原因：1) 液態(tài)金屬密度差引起自由對流運(yùn)動使液相產(chǎn)生對流運(yùn)動。溫度高的地方金屬密度小，溫度低的地 方金屬 密度大。由于這種密度差將使液相從低溫區(qū)向高溫區(qū)流動。2) 表面張力差強(qiáng)迫對流運(yùn)動。3) 熔池中各種機(jī)械力攪拌 電磁力、氣體吹力、熔滴下落的沖擊力、離于的沖擊力等。 對焊接質(zhì)量的影響：成分均勻；氣體和渣外逸，減少氣孔和夾雜；

4、利于得到致密而性能良好的焊縫。7. 簡述焊接過程中對金屬的保護(hù)的必要性。答：( 1)防止熔化金屬與空氣發(fā)生激烈的相互作用，降低焊縫金屬中氧和氮的含量。(2)防止有益合金元素的燒損和蒸發(fā)而減少，使焊縫得到合適的化學(xué)成分。(3)防止電弧不穩(wěn)定，避免焊縫中產(chǎn)生氣孔。8. 焊接與熱處理條件相比有什么特點？答： (1)加熱的溫度高； (2) 加熱的速度快； (3)高溫停留時間短； (4) 自然條件下連續(xù)冷卻； (5)局部加熱。9. 防止焊縫中夾雜物的措施有哪些？答：防止焊縫中產(chǎn)生夾雜物的最重要方面就是正確選擇焊條、 焊劑，使之更好的脫氧、 脫硫等(1 分)。 其次是注意工藝操作：1)選用合適的焊接工藝參

5、數(shù)，以利于熔渣的浮出。2)多層焊時，應(yīng)注意清除前層焊縫的熔渣。3)焊條要適當(dāng)?shù)臄[動，以便熔渣浮出。4）操作時注意保護(hù)熔池，防止空氣侵入。10. 簡述焊縫金屬中硫的危害控制。答：硫以 MnS、FeS 兩種形式存在于鋼中。 MnS 不溶于液態(tài)鐵中，浮到熔渣中。少量的 MnS 夾雜物 以彌散質(zhì)點形式分布于焊縫。 FeS 的形式存在：凝固時 FeS 容易發(fā)生偏析，以低熔點共晶 Fe+FeS（985） 或 FeS+FeO（ 940）的形式呈片狀或鏈狀分布了晶界，增加了結(jié)晶裂紋的傾向，降低焊縫的韌性和耐腐 蝕性。焊接合金鋼、尤其是高鎳合金鋼時， S 形成的 NiS 又與 Ni 形成熔點為 644的低熔共晶

6、 NiS+Ni ， 使焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向更大。增加含碳量會促使硫發(fā)生偏析而加則它的危害性?？刂屏虻拇胧?（ 1）限制原材料的含硫（2）用冶金方法脫硫11. 簡述凝固裂紋的形成機(jī)理。答：金屬在凝固過程中要經(jīng)歷液 -固狀態(tài)和固 -液狀態(tài)兩個階段，在溫度較高的液 -固階段，晶體數(shù)量較 少，相鄰晶體間不發(fā)生接觸，液態(tài)金屬可在晶體間自由流動，此時金屬的變形主要由液體承擔(dān)，已凝固的 晶體只作少量的相互位移，其形狀基本不變。隨著溫度的降低，晶體不斷增多且不斷長大。進(jìn)入固 -液階段后，多數(shù)液態(tài)金屬已凝固成晶體，此時塑性變形的基本特點是晶體間的相互移動，晶體本身也會發(fā)生一些 變形。 當(dāng)晶體交替長合構(gòu)成枝晶

7、骨架時， 殘留的少量液體尤其是低熔共晶， 便以薄膜形式存在于晶體之間， 且難以自由流動。由于液態(tài)薄膜抗變形阻力小，形變將集中于液膜所在的晶間，使之成為薄弱環(huán)節(jié)。此時 若存在足夠大的拉伸應(yīng)力， 則在晶體發(fā)生塑性變形之前， 液膜所在晶界就會優(yōu)先開裂， 最終形成凝固裂紋。12. 防止冷裂紋的途徑有那些？答：（一）冶金方面1）采用優(yōu)質(zhì)的低氫高韌焊接材料；嚴(yán)格控制氫的來源，如焊前烘干焊條、焊劑，仔細(xì)清除焊件上焊 接區(qū)的油污、水銹等；通過焊接材料向焊縫添加合金元素，細(xì)化焊縫晶粒，提高焊縫金屬的塑性，有利于 防止冷裂；采用奧氏體焊條，奧氏體組織塑性好，可以減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，同時，奧氏體組織的焊 縫能溶

8、解較多的氫。（二）工藝措施方面：焊前預(yù)熱，后熱或焊后緩冷；合適的焊接線能量；焊后熱處理。13. 焊接熱循環(huán)對被焊金屬近縫區(qū)的組織，性能有何影響？怎樣利用熱循環(huán)和其他工藝措施改善HAZ的組織性能？答：（ 1）在熱循環(huán)作用下，近縫區(qū)的組織分布是不均勻的，融合去和過熱去出現(xiàn)了嚴(yán)重的晶粒粗化，是整個接頭的薄弱地帶， 而行能也是不均勻的， 主要是淬硬、 韌化和脆化， 及綜合力學(xué)性能， 抗腐蝕性能， 抗疲勞性能等。（ 2）焊接熱循環(huán)對組織的影響主要考慮四個因素：加熱速度、加熱的最高溫度，在相等溫度以上的停留時間，冷卻速度和冷卻時間，研究它是研究焊接質(zhì)量的主要途徑，而在工藝措施上，?？刹捎瞄L段的 多層焊合短

9、道多層焊，尤其是短道多層焊對熱影響區(qū)的組織有以定的改善作用，適于焊接晶粒易長而易淬 硬的鋼種。14. 試分析焊縫和熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性。答：在熔池結(jié)晶的過程中，由于冷卻速度很快，已凝固的焊縫金屬中化學(xué)成分來不及擴(kuò)散，合金元素 的分布是不均勻的，出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。與此同時，再熔合區(qū)還出現(xiàn)更為明顯的成分不均勻。1顯微偏析：先結(jié)晶的固相含溶質(zhì)的濃度較低，后結(jié)晶的溶質(zhì)濃度較高，并有較多的雜質(zhì)，固相內(nèi) 成分來不及擴(kuò)散，保持著結(jié)晶有先后所產(chǎn)生的化學(xué)成分不穩(wěn)定性。2. 區(qū)域偏析：由于柱狀晶體繼續(xù)長大和推移，此時會把溶質(zhì)或雜質(zhì)推向熔池中心，熔池中心的雜質(zhì)濃 度逐漸升高，致使最后凝固的部位產(chǎn)生比較嚴(yán)重的區(qū)域偏析。3

10、. 層狀偏析：由于結(jié)晶過程放出潛熱和熔滴熱能輸入周期性變化，致使凝固界面的液體金屬成分也發(fā) 生周期性的變化。15. 某廠焊接帶銹低碳鋼板 ,采用 J423 焊條焊接時 ,不出現(xiàn)氣孔 ,但用 E4315 焊條焊接時，總出現(xiàn)氣孔， 試分析其原因。答：這里出現(xiàn)的是 CO氣孔，因為 J423 為酸性焊條，它里面含有較多的SiO2 ，SiO2 和 FeO反應(yīng)生成穩(wěn)定的 SiO2?FeO，從而降低 FeO活度，所以 CO氣孔的傾向很小； 而 E4315焊條熔渣的氧化性比 J423 的大， 隨熔渣的氧化性升高， 產(chǎn)生 CO氣孔的傾向也增高， H2 氣孔的傾向下降， 但是鋼板生銹， 含有較多的 Fe2O3 和

11、結(jié)晶水，而 E4315 屬于堿性焊條。眾所周知，堿性焊條對鐵銹敏感，焊接時會出現(xiàn)大量的氣孔。而酸性 焊條對鐵銹不敏感，出現(xiàn)氣孔的幾率比較小。要想用 E4315 焊接，必須要將焊縫周圍 20MM打磨干凈才行。16. 綜合分析熔渣的堿度對金屬的氧化，脫氧，脫硫，脫磷，合金過度的影響？答：（1）對金屬的氧化，在熔渣含 Fe 相同的情況下，堿度渣時焊縫含氧量比酸性時多，因為堿性渣 中含 SiO2， TiO2 等酸性氧化物較少， Fe=的活度大，易向金屬中擴(kuò)散，使焊縫增養(yǎng)。（ 2）對金屬的脫氧，對脫氧的目的是盡量減少焊縫中的含氧量，根據(jù)熔渣堿度的不同，選用不同的 脫氧劑，對酸性可選用的錳鐵脫氧，對酸性可

12、選用對硅錳脫氧。（ 3 ）對金屬對脫硫。增強(qiáng)熔渣對堿度，可提高脫硫?qū)δ芰?。?4）對金屬對脫磷。增強(qiáng)熔渣對堿度，可減少焊縫中對含磷量，但當(dāng)堿度B大于等于 2.5 時則影響很小，由于堿性渣中不能含有較多的FeO，否則焊縫增氧，不利于脫磷，甚至產(chǎn)生氣孔，所以堿性渣的脫氧磷是很不理想的，酸性渣中雖然含有較多的FeO,有利于磷的氧化， 但因堿度低，所以比堿性渣的脫磷能力更差。（5）對合金過度，合金元素的氧化物與熔渣的酸堿度相同時，有利于提高過度系數(shù)，性質(zhì)相反則降 低過度系數(shù)。17. 試述氣孔的形成原因、特征及如何防止。答：產(chǎn)生原因：高溫冶金反應(yīng)。 CO不溶于液態(tài)金屬，在高溫時， CO以氣泡的形式猛烈地

13、逸出，但熔 池結(jié)晶時， ， CO不易逸出，此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，促使結(jié)晶速度加快，CO形成氣泡不能逸出，沿結(jié)晶方向形成條蟲形內(nèi)氣孔。特征：焊縫內(nèi)部，條蟲狀，表面光滑。防止措施：冶金方面： 降低熔渣的氧化性； 適當(dāng)增加焊條藥皮和焊劑的氧化性組成物； 焊條用前進(jìn)行烘干處理， 并盡可能消除焊材上的鐵銹和氧化皮等。工藝方面：正確選擇焊接工藝參數(shù)；選合理的電流種類和極性（一般直流反接時氣孔最小） ；工藝 操作得當(dāng)。18. 試述氫氣孔的形成原因、特征及如何防止。 答：產(chǎn)生原因：焊接過程中，熔池金屬吸收大量的氫氣，在冷卻和結(jié)晶過程中，氫的溶解度發(fā)生了急 劇下降，熔池冷卻速度快，來不及逸出，殘存在內(nèi)部，發(fā)生了氫的過飽和，使焊縫中形成具有喇叭口形的 表面氣孔。特征：多出現(xiàn)在焊縫表面，斷面形狀多為螺釘狀，從焊縫表面看呈園喇叭口形，氣孔的四周有光滑內(nèi) 壁。有個別殘存在內(nèi)部，以小圓球狀存在。防止措施：限制焊接材料的含氫量（藥皮成分） ；嚴(yán)格清理工件及焊絲（去銹、油污、吸附水分） 冶金處理；調(diào)整焊接規(guī)范；焊后