焊接基本原理

1、 焊接：被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝。比熱流：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積傳入焊件的熱能。焊接溫度場(chǎng)：焊件上包括內(nèi)部某瞬時(shí)的溫度分布稱為溫度場(chǎng)。穩(wěn)定溫度場(chǎng)：焊接溫度場(chǎng)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而變動(dòng)時(shí)，稱為穩(wěn)定溫度場(chǎng)；隨時(shí)間而變動(dòng)時(shí)，稱為非穩(wěn)定溫度場(chǎng)。準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場(chǎng)：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到飽和狀態(tài)，形成暫時(shí)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。焊接線能量：電弧在單位焊縫長(zhǎng)度上所釋放的能量。熔滴比表面積：熔滴的表面積與其質(zhì)量之比 . 短渣：隨溫度升高粘度急劇下降，隨溫度下降粘度急劇上升。（適用所有焊）長(zhǎng)渣：隨溫度升高粘度下降緩慢的熔渣。聯(lián)生

2、結(jié)晶：焊接過(guò)程中，焊縫區(qū)在冷卻過(guò)程中以熔合線上局部半融化的晶粒為核心向內(nèi)生長(zhǎng)，生長(zhǎng)方向?yàn)樯嶙羁旆较?，最終長(zhǎng)成柱狀晶粒。晶粒前沿伸展到焊縫中心，呈柱狀鑄態(tài)組織，此種結(jié)晶方式為聯(lián)生結(jié)晶。競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)：晶粒長(zhǎng)大具有一定結(jié)晶位向，當(dāng)晶粒最大結(jié)晶位向與散熱最快方向一致，最有利于晶粒長(zhǎng)大，晶粒優(yōu)先得到生長(zhǎng)，當(dāng)這兩個(gè)方向不一致時(shí)，晶粒長(zhǎng)大停止。短段多層焊：多層焊時(shí)每道焊縫長(zhǎng)度在50至400mm，在這種情況下，前層焊縫冷卻到較低溫度才開(kāi)始焊接下一道焊縫。長(zhǎng)段多層焊：多層焊時(shí)每道焊縫長(zhǎng)度在1m以上，在這種情況下，前層焊縫冷卻到較低溫度才開(kāi)始焊接下一道焊縫。焊接熱循環(huán)：焊接過(guò)程中熱源沿焊件移動(dòng)時(shí)，焊件上某點(diǎn)溫度由低

3、而高，達(dá)到最高值后，又由高而低隨時(shí)間的變化稱為焊接熱循環(huán)。碳當(dāng)量：把鋼中合金元素按其對(duì)淬硬的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量。焊接熱影響區(qū)：在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫兩側(cè)處于固態(tài)的母材發(fā)生明顯的組織和性能變化的區(qū)域，稱為焊接熱影響區(qū)。焊接拘束度：R單位長(zhǎng)度焊縫，在根部間隙產(chǎn)生單位長(zhǎng)度的彈性位移所需要的力。焊接拘束應(yīng)力：熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、結(jié)構(gòu)自身拘束條件所造成的應(yīng)力，三種應(yīng)力的綜合作用統(tǒng)稱為拘束應(yīng)力。焊接的優(yōu)點(diǎn)：成形方便、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)性強(qiáng)1、 節(jié)省材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，經(jīng)濟(jì)效益好；2、 生產(chǎn)周期短、效率高；3、 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，接頭密封性好；4、 易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。1、CO2氣體保護(hù)焊接低合金鋼應(yīng)采用

4、何種焊絲？為什么？答：CO2保護(hù)可防N，但不能去O。根據(jù)硅錳聯(lián)合脫氧原則應(yīng)采用Si,Mn高的焊絲或藥芯焊絲，以利于脫氧。2、焊接化學(xué)冶金過(guò)程的特點(diǎn)是什么？答：1、焊條熔化及熔池形成；（焊條的加熱及熔化、熔池的形成） 2、焊接過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)；（保護(hù)的必要性、保護(hù)的方式和效果） 3、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件；（藥皮、熔滴和熔池反應(yīng)區(qū)） 4、焊接工藝條件與化學(xué)冶金反應(yīng)的關(guān)系；（熔合比與熔滴過(guò)渡特性的影響） 5、焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)及其不平衡性；3、低氫型焊條為什么對(duì)于鐵銹、油污、水份很敏感？ 答：低氫焊條的特點(diǎn)是焊縫金屬含氫量極低，焊縫的塑性、韌性較高，適用于各種重要焊接結(jié)構(gòu)和大多數(shù)低合金鋼。

5、由于這類焊條的熔渣不具有氧化性，一旦有氫侵入熔池將很難脫出。4、焊接時(shí)為什么要進(jìn)行保護(hù)，常用措施有哪些？答：無(wú)保護(hù)的危害： 1、焊接工藝性能變差、2、 焊縫成分顯著變化（有益合金元素減少、有害雜質(zhì)增加）3、 焊縫力學(xué)性能降低、措施：1)、氣體保護(hù)（惰性氣體、CO2、混合氣體） 2)、熔渣保護(hù)（埋弧焊、電渣焊、不含造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接） 3)、渣氣聯(lián)合保護(hù) 4)、真空保護(hù) 5)、自保護(hù)5、熔池的形狀和尺寸和焊接工藝參數(shù)的關(guān)系？ 答：6、熔渣的作用1)、機(jī)械保護(hù)作用；2)、改善焊接工藝性能作用；3)、冶金處理作用7、選擇脫氧劑的原則1)、脫氧劑在焊接溫度下對(duì)氧的親和力應(yīng)比被焊金屬對(duì)氧的親和

6、力大；2)、脫氧的產(chǎn)物應(yīng)不溶于液態(tài)金屬，其密度也應(yīng)小于液態(tài)金屬密度；3)、必須考慮脫氧劑對(duì)焊縫成分、性能以及焊接工藝性能的影響8、焊接時(shí)金屬氧化的途徑有哪些？焊條電弧焊時(shí)熔滴過(guò)渡特性焊接區(qū)氣體的來(lái)源？答：金屬氧化途徑： 1、自由氧對(duì)金屬的氧化、2、CO2對(duì)金屬的氧化、 3、水蒸氣對(duì)金屬的氧化、4、混合氣體對(duì)金屬的氧化焊接區(qū)氣體的來(lái)源： 1、焊接材料、2、熱源周圍空氣、3、焊條和焊件表面存在鐵銹、油漆和吸附水等 4、母材和填充金屬自身因冶煉而殘留的氣體9、為什么不銹鋼焊條的長(zhǎng)度較短？答：不銹鋼電阻較大，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的電阻熱較高，導(dǎo)致焊條藥皮發(fā)紅乃至脫落，焊接區(qū)得不到保護(hù)，導(dǎo)致焊接工藝性能、冶金

7、性能和機(jī)械性能變差。10、為什么酸性焊條用Mn脫氧而堿性焊條用Si、Mn、Ti聯(lián)合脫氧？答：酸性焊條含SiO2多，與MnO2形成復(fù)合氧化物降低氧含量，使渣中MnO2含量降低，濃度降低，從而使熔敷金屬中的氧化物向渣中過(guò)度，達(dá)到脫氧目的。在堿性渣中MnO的活度系數(shù)較大，不利于Mn脫氧，而堿性渣中Si的脫氧效果較好，Si的脫氧能力比Mn大，但生成的SiO2熔點(diǎn)高，不易聚合為大的質(zhì)點(diǎn)，不易從鋼中分離易造成夾雜，Mn和Si按適當(dāng)比例加入金屬中進(jìn)行聯(lián)合脫氧時(shí)可以得到較好的脫氧效果。11、S、P對(duì)焊接質(zhì)量的危害？控制措施？為什么堿性渣有利于脫S、P。答：S的危害：降低沖擊韌性和抗腐蝕性、產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向更大

8、。 措施：1)、限制焊接材料含S量：母材、焊絲、藥皮或焊劑 2)、用冶金方法脫S P的危害：減弱晶粒間結(jié)合力、沖擊韌度降低、脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。措施：限制母材、填充金屬、藥皮和焊劑中的含P量。（藥皮和焊劑中的錳礦是導(dǎo)致焊縫增磷的主要來(lái)源）脫S：堿度大，則MnO、CaO等堿性氧化物就多，從而與系統(tǒng)中的S形成CaS等不溶于鋼液的物質(zhì)，有利于脫S。脫P(yáng):增加熔渣的堿性可減少焊縫中的含P量。12、N、H、O對(duì)焊接質(zhì)量有哪些影響？控制焊縫中N、H、O量的主要措施是什么？答：N促使焊縫產(chǎn)生氣孔、促使焊縫金屬時(shí)效脆化、提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度、降低塑性韌性。措施：1、焊接區(qū)的保護(hù)（主要來(lái)源于周圍的空氣） 2、焊接工藝

9、參數(shù)（盡量采用短弧焊、增加焊接電流和焊絲直徑） 3、合金元素（增加焊絲和藥皮中的含C量可降低焊縫中的含N量）H對(duì)焊縫的影響：氫脆（室溫或低于室溫發(fā)生）、白點(diǎn)（魚(yú)眼）、氣孔、冷裂紋。措施：1、減少氫的來(lái)源（限制焊接材料中的H、清除氣體中的水份、清除焊件表面的油污和雜質(zhì)） 2、焊接過(guò)程中利用冶金加以去除（藥皮焊劑中加入氟化物、加入稀土）3、工藝處理 4、焊后脫氫處理 O對(duì)焊縫的影響：隨著含氧量的增加，其強(qiáng)度、塑性、韌性都明顯下降、引起熱脆、冷脆和時(shí)效硬化、形成氣孔、影響焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。（為了減少焊縫含氫量，改進(jìn)電弧特性有時(shí)故意加入一定量的氧化劑）措施：1、純化焊接材料 2、控制焊接工藝參數(shù) 3、

10、脫氧13、手工電弧焊冶金過(guò)程分幾個(gè)階段，個(gè)反應(yīng)階段條件有何不同，主要進(jìn)行哪些物理化學(xué)反應(yīng)？ 答：1、藥皮反應(yīng)區(qū)，主要物化反應(yīng)：水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解、鐵合金的氧化。2、 熔滴反應(yīng)區(qū)，特點(diǎn)：熔滴溫度高、接觸面積大、時(shí)間短、熔滴與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈混合。 主要反應(yīng)：氣體的分解和溶解、金屬的蒸發(fā)、金屬及其合金成分的氧化還原。3、熔池反應(yīng)區(qū)：溫度高，接觸面積小、時(shí)間長(zhǎng)、熔池溫度分布不均勻。14、焊條型號(hào) 牌號(hào)，如E4207 J557答：第三位數(shù)表示焊條焊接位置，0、1用于全位置焊；2適用于平焊及橫角焊；4用于向下立焊。E4207:焊條型號(hào)，熔敷金屬的最低抗拉強(qiáng)度為420MPa，適用于全位置焊的焊條。J5

11、57:焊條牌號(hào)，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低于550MPa的結(jié)構(gòu)鋼焊條。15、 藥皮的作用：1、機(jī)械保護(hù)作用 2、冶金處理作用 3、改善工藝性能。16、 焊芯的作用：導(dǎo)電、填充金屬。17、 焊芯的要求：1、碳含量盡量低 2、錳的含量合適 3、硅含量盡可能少 4、硫、磷嚴(yán)格控制 5、電阻率低，夾雜物少。18、 焊條的工藝性能包括哪些方面，對(duì)焊接質(zhì)量有何影響？答：1、焊接電弧的穩(wěn)定：影響焊接過(guò)程的連續(xù)性和焊接質(zhì)量。 2、焊縫形成：影響焊接接頭的力學(xué)性能。 3、各種位置焊接的適應(yīng)性：工藝性能良好的焊條能適應(yīng)空間全位置焊接。 4、飛濺：過(guò)多的飛濺會(huì)破壞正常焊接過(guò)程，降低焊條的熔敷效率，增加清理工作量。 5、脫

12、渣性：脫渣性差不僅清渣困難，降低焊接生產(chǎn)率，還會(huì)產(chǎn)生夾渣的缺陷。 6、焊條熔化速度：加入鐵粉，可以提高焊條的熔化系數(shù)。 7、焊條藥皮發(fā)紅：藥皮發(fā)紅引起焊接工藝性能惡化，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。 8、焊接煙塵：煙塵含有各種致毒物質(zhì)，污染環(huán)境，危害焊工健康。19、 焊縫中的氣孔的種類及分布特征？ 答：析出型氣孔：氫氣孔、氮?dú)饪?氫氣孔：焊縫表面，斷面形狀多為螺釘狀，從焊縫表面看呈圓喇叭口形，氣孔的四周有光滑內(nèi)壁。 氮?dú)饪祝汉缚p表面，蜂窩狀，表面光滑。反應(yīng)型氣孔：CO氣孔 CO氣孔：焊縫內(nèi)部，條蟲(chóng)狀，表面光滑。20、 熔池的凝固特點(diǎn)？答：1、熔池體積小，冷卻速度大； 2、熔池中的液態(tài)金屬處于過(guò)熱狀態(tài)； 3

13、、熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶。21、 焊縫金屬中的偏析主要有哪幾種？答：焊縫中的化學(xué)成分不均勻性：1、顯微偏析； 2、區(qū)域偏析； 3、層狀偏析。22、 稀土元素在焊接冶金過(guò)程中的作用？答：1、脫氧、脫氫、脫氮；2、改變夾渣物形態(tài)，提高焊縫性能3、減少裂紋 4、細(xì)化晶粒，提高接頭強(qiáng)度和塑性。23、 簡(jiǎn)述熔池結(jié)晶形態(tài)，并分析結(jié)晶速度、溫度梯度和濃度對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響？ 答：結(jié)晶形態(tài)分為柱狀晶（平面晶、胞晶、樹(shù)枝狀晶）、等軸晶（樹(shù)枝狀晶）。平面晶胞狀晶胞狀樹(shù)枝晶樹(shù)枝狀晶等軸晶R為結(jié)晶速速；為溶質(zhì)濃度；G為溫度梯度：G>0時(shí)形成平面晶；G<0時(shí)形成樹(shù)枝狀晶。當(dāng)R和G不變時(shí)，隨著的提高，成分過(guò)冷增

14、加，結(jié)晶形態(tài)從平面晶到等軸晶。當(dāng)G和一定時(shí)，結(jié)晶速度R越快，成分過(guò)冷的程度越大，結(jié)晶形態(tài)從平面晶到等軸晶。當(dāng)和R一定時(shí)，隨著G的提高，成分過(guò)冷程度減小，結(jié)晶形態(tài)從等軸晶到平面晶。24、 焊縫金屬中夾雜主要有哪幾種，如何控制？ 答:夾雜主要為：氧化物、氮化物和硫化物。措施：1、最重要是正確選擇焊條、焊劑，使之更好的脫硫、脫氧； 2、控制其來(lái)源，嚴(yán)格控制母材和焊材中雜質(zhì)含量； 3、選用合適的焊接工藝參數(shù)，以利于熔渣浮出； 4、多層焊時(shí)，應(yīng)注意清除前層焊縫的熔渣； 5、焊條要適當(dāng)?shù)臄[動(dòng)，以便熔渣浮出； 6、操作時(shí)注意保護(hù)熔池，防止空氣進(jìn)入。25、 焊縫中的氣孔的危害及控制措施？答:氣孔的危害：1、減

15、小有效截面積；2、應(yīng)力集中；3、 塑形韌性下降；4、疲勞強(qiáng)度下降；5、致密性。措施：1、降低母材和電極金屬中氣體含量； 2、消除和減少被金屬吸收的氣體和焊接材料中的水分，表面油污、水分和鐵銹等。 3、選擇合適的焊接工藝參數(shù)、電流種類及操作技巧。焊接時(shí)規(guī)范要保持穩(wěn)定，并適當(dāng)配合擺動(dòng)，利于氣體逸出。26、 由焊縫邊緣到焊縫中心，結(jié)晶形態(tài)變化趨勢(shì)？ 答：R和增大，G減小，結(jié)晶形態(tài)由平面晶到等軸晶。27、 焊接熱過(guò)程的主要特點(diǎn)是什么？ 答:1、加熱溫度高；2、加熱速度快；3、高溫停留時(shí)間短； 4、自然條件下連續(xù)冷卻；5、局部加熱。28、 焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)有哪些？答：1、加熱速度； 2、加熱的最高溫

16、度； 3、在相變溫度以上的停留時(shí)間；4、冷卻速度和冷卻時(shí)間。29、 熱影響區(qū)過(guò)熱區(qū)脆化的原因？ 答： 1、粗晶脆化：焊接過(guò)程中由于受熱的影響程度不同，在過(guò)熱區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的晶粒粗化。 2、組織脆化：由于熱影響區(qū)出現(xiàn)M-A組元、上貝氏體、粗大魏氏體等脆性組織造成。 3、熱影響區(qū)的熱應(yīng)變時(shí)效脆化：由加工的局部應(yīng)變、塑性變形等引起。30、 對(duì)于易淬火鋼，為了降低HAZ淬硬傾向，應(yīng)適當(dāng)增加焊接線能量還是減少焊接線能量？ 答：適當(dāng)增加焊接線能量。易淬火鋼易產(chǎn)生淬硬的M組織，而M組織的形成和冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越慢形成M組織可能性越小。適當(dāng)增加能量，有利于減緩冷卻速度，阻止M淬硬組織的形成，降低HAZ淬硬傾

17、向。（對(duì)于不易淬火鋼：應(yīng)適當(dāng)減少焊接線能量。不易淬火鋼產(chǎn)生淬硬傾向的原因是近縫區(qū)晶粒過(guò)熱粗大造成，適當(dāng)減少能量有利于減少近縫區(qū)晶粒在高溫的停留時(shí)間，減小晶粒粗化程度，降低HAZ淬硬傾向。）31、 焊接條件下組織轉(zhuǎn)變與熱處理?xiàng)l件下組織轉(zhuǎn)變有何不同？ 答：32、 不易淬火鋼和易淬火鋼HAZ脆化的主要原因分別是什么？ 答：33、 比較在相同條件下焊接和熱處理45鋼，哪種的近縫區(qū)淬硬傾向大，為什么？ 答：焊接的大。對(duì)于不含碳化物合金元素的不易淬火鋼45鋼，不存在碳化物溶解過(guò)程，不易形成淬硬組織M，因此熱處理淬硬傾向小；在焊接條件下，峰值溫度高導(dǎo)致近縫區(qū)晶粒嚴(yán)重粗化，提高了淬硬傾向，故淬硬傾向焊接比熱處

18、理?xiàng)l件下要大。34、 比較在相同條件下焊接和熱處理40Cr鋼，哪種的近縫區(qū)淬硬傾向大，為什么？答：熱處理的大。根據(jù)金屬學(xué)原理可知，碳化物合金元素只有充分溶解在奧氏體的內(nèi)部，才會(huì)增加奧氏體的穩(wěn)定性，易形成淬硬組織M,即增加淬硬傾向。在熱處理?xiàng)l件下，有充分的時(shí)間使碳化物合金元素向奧氏體內(nèi)部溶解，形成淬硬組織M。而在焊接條件下，由于加熱速度快，高溫停留時(shí)間短，合金元素不能充分溶解在奧氏體中，不易形成淬硬組織M,因此降低了淬硬傾向。34、 為什么高強(qiáng)鋼焊接時(shí)易在近縫區(qū)產(chǎn)生冷裂紋？ 答：高碳鋼的碳當(dāng)量高，淬硬傾向大，因而冷裂紋傾向大。由于焊縫金屬的含碳量低，相變溫度高，在較高的溫度下會(huì)發(fā)生A向F及P的轉(zhuǎn)變，而此時(shí)含碳量較高的近縫區(qū)金屬仍為A組織，H在F、P中的溶解度小擴(kuò)散速度大，在A中溶解度大擴(kuò)散速度小，故當(dāng)焊縫相變時(shí)會(huì)析出大量H往A的近縫區(qū)擴(kuò)散聚集，使其成為富H區(qū)，在隨后的相變中，以過(guò)飽和狀態(tài)殘留于形成的M中，促進(jìn)該區(qū)脆化，在焊接應(yīng)力作用下開(kāi)裂成為裂紋。(P244)35、 結(jié)晶裂紋的主要特征？他是如何產(chǎn)生的？影響因素及控制施？ 答：特征：低熔共晶液態(tài)膜消弱晶間聯(lián)結(jié)，在拉伸應(yīng)力作用下開(kāi)裂；沿A晶界開(kāi)裂； 產(chǎn)生：由于凝固金屬收縮，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開(kāi)裂。 措施：1、控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量；細(xì)化晶粒； 2、減少拉應(yīng)力； 3、妥善安排焊