焊接物理冶金復(fù)習(xí)題答案

1、焊接基礎(chǔ)知識1. 概念：焊接，合金過渡系數(shù)，焊條熔敷系數(shù)，熔合比，熱影響區(qū)2. 焊接方法分類3. SMAW、SAW、GMAW、TIG代表什么焊接方法？4. 熔渣在焊接過程中的作用有哪些？5. 根據(jù)成分和性能，熔渣分為哪幾類？6. 簡述熔渣的兩種結(jié)構(gòu)理論。7. E4303、E5015代表的意義？兩種焊條的特點(diǎn)。8. 焊條工藝性能包括哪些方面？9. 低碳鋼焊接熱影響區(qū)分為哪幾個區(qū)域？10. 電弧焊常用坡口形式有哪些？11. 焊接位置有哪幾種？12. 弧焊電源有哪幾類？13. 熔滴過渡形式有哪幾種？1. 焊接：被焊工件的材質(zhì)，通過加熱或加壓或二者并用，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)

2、合而形成永久性的連接的工藝過程稱為焊接。合金過度系數(shù)：等于合金元素在熔覆金屬中的實(shí)際含量與它的原始含量之比，焊條熔覆系數(shù)：H既是單位時間內(nèi)單位電流所能熔覆在焊件上的金屬重量。融合比：在焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例熱影響區(qū)：熔焊時在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱為熱影響區(qū)2. 焊接方法的分類：熔化焊：氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊、堆焊和鋁熱焊等。壓力焊：爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊、超聲波焊、高頻焊和電阻焊等。釬焊：硬釬焊、軟釬焊。3. SMAW（焊條電弧焊）TIG（鎢極氬弧焊）SAW（埋弧焊）GMAW:二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊;4. (1)機(jī)械保護(hù)

3、作用：防止高溫焊縫金屬受空氣侵害；(2)改善焊接工藝性能的作用；(3)冶金處理作用。5. 第一類是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。第二類是鹽氧化物型熔渣主要由氟化物和強(qiáng)金屬氧化物組成。第三類是氧化物型熔渣主要由金屬氧化物組成。6. 分子理論：（1）液態(tài)熔渣是由化合物的分子組成的，包括氧化物的分子、復(fù)合物的分子，以及氟化物的、硫化物的分子等。（2）氧化物及其復(fù)合物處于平衡狀態(tài)。各種復(fù)合物的穩(wěn)定性可用他們的生成熱效應(yīng)來衡量。（3）只有自由氧化物才能參與和金屬的反應(yīng)。離子理論：（1）液態(tài)熔渣是由陰陽離子組成的電中性溶液。熔渣中離子的種類和存在的形式取決于熔渣的成分和溫度。一般

4、說，負(fù)電性大的元素以陰離子的形式存在。負(fù)電性小的元素形成陽離子。（2）離子的分布和相互作用取決于它的綜合矩 綜合矩=式中z離子的電荷；r離子的半徑。 離子的綜合矩越大，說明它的靜電場越強(qiáng)，與異號離子的引力越大。綜合矩的大小還影響離子在渣中的分布。相互作用力大的異號離子彼此接近形成集團(tuán)，相互作用力弱的異號離子也形成集團(tuán)。所以當(dāng)離子的綜合矩相差較大時，熔渣的化學(xué)成分在微觀上是不均勻的，離子的分布是近似有序的。（3）熔渣與金屬的作用過程是原子與離子交換電荷的過程。7. E4303代表熔覆金屬抗拉強(qiáng)度最小為43kgf/mm2適合于與全位置焊接，且藥皮為鈦鈣型的酸性焊條。E5015代表熔覆金屬強(qiáng)度最小為

5、50kgf/mm2適合于全位置焊接，且藥皮為低氫鈉型的堿性藥皮。8. 焊條工藝性能：1）焊接電弧的穩(wěn)定性 2）焊縫成形性 3）各種位置焊接的適應(yīng)性 4）脫渣性 5）飛濺程度 6）焊條的熔化速度 7）藥皮的發(fā)紅程度 8）發(fā)塵量9. 熱影響區(qū)包括：（從焊縫未受影響區(qū)）融合區(qū)，過熱粗晶區(qū)，相變重結(jié)晶區(qū)，不完全結(jié)晶區(qū)，時效脆化區(qū)。10. 焊條電弧焊接頭坡口的基本形式有I形、V形、U形和X形等。I形坡口主要用于厚度為16 mm 鋼板的焊接；V形坡口主要用于厚度為326mm鋼板的焊件；U形坡口主要用于厚度為2060mm鋼板的焊接；X形坡口主要用于厚度為1260mm鋼板的焊接，需雙面施焊。11. 焊接位置分

6、為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種12. 弧焊電源包括：交流弧焊電源、直流弧焊電源和脈沖弧焊電源。13. 熔滴過渡的形式：短路過渡、顆粒狀過渡、附壁過渡。焊接物理冶金1. 焊接熱循環(huán)主要參數(shù)有哪些？2. 焊接熱過程的特點(diǎn)。3. HAZ脆化的類型及其機(jī)理？什么是M-A組元？4. 焊縫金屬一次組織的特點(diǎn)。5. 低合金鋼焊縫中鐵素體類型、形成溫度及形態(tài)特點(diǎn)。6. 為什么高強(qiáng)鋼焊接時采用低匹配焊接材料？7. 簡述氫的表面吸附理論。8. 簡述氫脆的機(jī)理。9. 什么是拘束度？10. 焊接冷裂紋控制因子包括哪些方面？11. 如何判斷冷裂傾向？12. 解釋冷裂紋的起源機(jī)理。13. 氫對冷裂紋的擴(kuò)展有何作用？14.

7、簡述結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)理及條件。15. 簡述多邊化裂紋的形成機(jī)理。16. 多邊化裂紋主要特征。17. 再熱裂紋的主要特征是什么？18. 簡述再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理。19. 簡述層狀撕裂產(chǎn)生過程。20. 簡述SCC電化學(xué)開裂機(jī)制。1. 焊接熱循環(huán)主要參數(shù)：加熱速度，峰值溫度Tm,冷卻速度c,冷卻時間tc2. 焊接熱過程的特點(diǎn)：（1）加熱溫度高（2）加熱速度快（3）高溫停留時間短（4）自然條件下連續(xù)冷卻，相當(dāng)于熱處理時的正火，但在某些情況下需進(jìn)行焊后熱處理（5）局部加熱，將產(chǎn)生不均勻相變及應(yīng)變（6）在應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變3. HAZ的脆化類型：粗晶脆化；析出脆化；組織轉(zhuǎn)變脆化；熱應(yīng)變時效脆化；氫脆和石

8、墨脆化。M-A組元：M-A組元是在粗大鐵素體的基底上，由于先形成鐵素體，而使殘余奧氏體的碳濃度增高，連續(xù)冷卻到400-350時，殘余奧氏體的碳濃度可達(dá)0.5-0.8%，隨后這種高碳奧氏體可轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體與殘余奧氏體的混合物，即M-A組元。4. 焊縫的不同部位，由于具有不同的溫度梯度和冷卻速度，將會出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。在融合線附近，由于溫度梯度較大，結(jié)晶速度較小，所以平面晶得到發(fā)展。隨著遠(yuǎn)離熔化邊界向焊縫中推移時，溫度梯度逐漸減小，而結(jié)晶速度逐漸增大，所以結(jié)晶形態(tài)將由平面晶向胞狀晶、樹枝晶和等軸晶發(fā)展。焊縫的一次結(jié)晶形態(tài)對性能的影響是明顯的。一般來講，粗大的柱狀晶不但降低焊縫的強(qiáng)度，而且降低焊

9、縫的韌性。5. 鐵素體：（1）粒屆鐵素體，轉(zhuǎn)變溫度770-680，在焊縫中由奧氏體晶界先析出，然后向晶內(nèi)成長，有時已塊狀形態(tài)出現(xiàn)。（2）側(cè)板條鐵素體形成溫度700-550，也是由奧氏體晶界開始，但以板條狀向晶內(nèi)生長，板條的長寬比約為20：1，像鎬牙狀。（3）針狀鐵素體約在500左右大部分在奧氏體晶內(nèi)，以某些質(zhì)點(diǎn)為核心呈放射性成長。（4）細(xì)晶鐵素體445左右，在奧氏體晶粒內(nèi)形成，一般含有細(xì)化晶粒元素存在，在細(xì)晶之間有Fe3C出現(xiàn)。本質(zhì)上是介于鐵素體和貝氏體之間的轉(zhuǎn)變。6. 通過焊接接頭拉伸試驗(yàn)和斷裂韌性的夏比沖擊試驗(yàn)和彎曲COD試驗(yàn)，寬板拉伸試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等可以看出低匹配的焊接接頭在強(qiáng)度和韌性方

10、面并不比等匹配的焊接接頭遜色。當(dāng)使用抗拉強(qiáng)度為800-900MPa的母材時，用低匹配的焊條焊接的焊縫金屬抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于650MPa。在相同條件下才用低匹配時，預(yù)熱溫度比等匹配降低50-75。既能達(dá)到等強(qiáng)要求，又能防止裂紋發(fā)生。7. 共振式吸附：當(dāng)金屬外層電子與氫的外層電子的波動函數(shù)不相重合時，發(fā)生引力，使氫吸附在金屬表面，并與金屬交換電子。溶解式吸附：氫處于較高的能量狀態(tài)。8. 氫脆機(jī)理：氫在擴(kuò)散過程中，位錯可作為陷阱捕捉氫，從而使氫在位錯附近發(fā)生聚集，造成這個部位的金屬發(fā)生脆化。氫脆的機(jī)理分為五種。9. 拘束度：單位長度焊縫在根部間隙產(chǎn)生單位長度的彈性位移所需的力，成為拘束度R。R=，R拘

11、束度（N/mm·mm）,E母材金屬的彈性模量（MPa）,L拘束距離（mm）,h板厚（mm）。10. 焊接冷裂控制因子：力學(xué)控制因子；焊接時氫的熱擴(kuò)散因子；焊接時的硬化因子；致裂時的臨界拘束度。11. TRC:拉伸拘束裂紋試驗(yàn)；RRC：剛性拘束裂紋試驗(yàn)；碳當(dāng)量公式，臨界冷卻時間判據(jù)；臨界應(yīng)力判據(jù)；確定預(yù)熱溫度依據(jù)；12. 冷裂紋的起源：Zener模型：在切應(yīng)力作用下發(fā)生晶界滑移，在三個晶粒交界處形成應(yīng)力集中，與此同時由于位錯運(yùn)動便有空位聚集，當(dāng)空位達(dá)到一定的數(shù)目時，晶界的結(jié)合力受到明顯削弱，直至產(chǎn)生裂紋的核心。位錯堆積理論:當(dāng)滑移面上存在許多刃型位錯時，受力之后他們將沿一定方向運(yùn)動，當(dāng)

12、運(yùn)動遇到障礙時就會使位錯堆積，并伴隨產(chǎn)生應(yīng)力集中。位錯堆積到一定程度，就會萌生裂紋。氫聚集脆化理論：只有金屬中存在缺陷時氫才起作用。概括：焊接過程是熱力學(xué)不平衡過程，在這個過程中有較大的彈性應(yīng)變能貯存在系統(tǒng)之中，它往往是產(chǎn)生微觀缺陷的能源，也是產(chǎn)生裂紋源的能源。在熱力學(xué)不平衡的焊接條件下，低應(yīng)力水平就可以聚集足夠的空位或位錯，從而有利于萌生裂紋?？瘴坏木奂?、為錯的堆積或板狀氫的形成都需要經(jīng)過一定時間，解釋了冷裂的延遲現(xiàn)象。13. 氫只參與裂紋的擴(kuò)展時擴(kuò)展的促進(jìn)劑。氫在裂紋擴(kuò)展過程中起著加劇和刺激作用，另外由于氫的擴(kuò)散、聚集、致裂都需要時間，因而也具有延遲特征。14. 焊接在結(jié)晶過程中都要經(jīng)歷液

13、固狀態(tài)和固液狀態(tài)。(1)液固階段 熔池開始結(jié)晶時，相鄰晶粒之間不發(fā)生接觸，液態(tài)金屬可以在晶粒之間自由流動，此時承受拉伸應(yīng)力時，被拉開的縫隙能及時被流動的液態(tài)金屬填滿。已凝固的晶體本身并未承受任何應(yīng)力，只有少量的相互位移。（2）固液階段 當(dāng)結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行時，固相晶體不斷增多，且不斷長大，直至晶體的骨架彼此接觸，并且不斷傾軋?jiān)谝黄?。這時只要有拉伸應(yīng)力存在就有產(chǎn)生裂紋的可能，因此固液階段是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的敏感階段。當(dāng)焊縫中的雜質(zhì)較多時，易形成低熔共晶。在結(jié)晶的后期，在晶界出現(xiàn)液態(tài)薄膜，這是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的主要根源。15. 多邊化裂紋形成機(jī)理：在快速冷卻條件下，由于來不及擴(kuò)散，這些晶格缺陷就以過飽和狀態(tài)保留

14、在焊縫金屬中，在一定的溫度和壓力作用下，晶格缺陷由高能部位向低能部位轉(zhuǎn)化，即沿脆弱路徑發(fā)生遷移和聚集，從而形成二次邊界，即所謂“多邊化邊界”。這種多邊化的邊界一般情況下并不與一次晶界重合。在焊后冷卻過程中，由于熱塑性降低，因而導(dǎo)致沿多邊化邊界產(chǎn)生裂紋。16. 主要特征如下：這種裂紋在個別情況下也出現(xiàn)在熱影響區(qū)。裂紋附近有時伴有再結(jié)晶晶粒，所以多邊化裂紋常在再結(jié)晶之后出現(xiàn)。裂紋也有時出現(xiàn)在重復(fù)加熱的多層焊焊縫及HAZ中，其部位并不都靠近融合區(qū)。斷口上也呈現(xiàn)位移的滑移線。17. 再熱裂紋的主要特征:再熱裂紋都是產(chǎn)生在焊接HAZ的過熱粗晶組織，并且具有晶間開裂的特征產(chǎn)生再熱裂紋與 再熱溫度和再熱時間

15、有密切關(guān)系，并且存在一個最易產(chǎn)生再熱裂紋的溫度區(qū)間在消除應(yīng)力之前，焊接接頭存在較大的殘余應(yīng)力并且有不同程度的應(yīng)力集中，二者必須同時存在，否則不會產(chǎn)生再熱裂紋含有沉淀強(qiáng)化的金屬材料最易產(chǎn)生再熱裂紋。18. 晶界雜質(zhì)析集脆化學(xué)說：在500-600再熱處理過程中，鋼中S、P、Sb、Sn、As等元素向晶界析集，因而大大降低了晶界的塑性變形能力。晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化學(xué)說：鋼中含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素，在消除應(yīng)力處理過程中會形成碳化物沉淀相，析出后造成晶內(nèi)二次硬化，與此同時，晶界相對弱化，在應(yīng)力松弛過程中產(chǎn)生的塑性變形集中于晶界，形成再熱裂紋。蠕變斷裂理論：在消除焊接殘余應(yīng)力過程中，必然發(fā)生應(yīng)力松弛，并伴隨有蠕變現(xiàn)象，當(dāng)蠕變變形超過HAZ粗晶區(qū)具有的塑性時，便產(chǎn)生再熱裂紋。模型有楔形開裂和空穴開裂。19. 層狀撕裂：在剛性拘束條件下，厚板結(jié)構(gòu)焊縫收縮時在母材的厚度方向產(chǎn)生很大拉伸應(yīng)力和應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)變超過有夾雜部位金屬的塑性變形能力時，夾雜物與金屬基體之間發(fā)生分離，形成微隙，發(fā)生脫聚過程。在應(yīng)力繼續(xù)作用下，脫聚繼續(xù)進(jìn)行，裂紋尖端沿著 夾雜物所在的平面擴(kuò)展，于是形成所謂的“平臺”。相鄰的平臺間由于不在一個平面上，因而產(chǎn)生