武漢理工大學(xué)焊接冶金學(xué)知識要點(diǎn)

1、焊接冶金學(xué)知識要點(diǎn)名詞解釋1,焊接：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)合而形成永久性連接的工藝過程稱為焊接（Welding）。（P1）2,焊接線能量：熱源功率q與焊接速度v之比（P9）3,焊接平均熔化系數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)通過單位電流時(shí)所熔化焊條（絲）金屬的重量。（電弧焊P43）4,藥皮重量系數(shù)：單位長度上藥皮和焊芯的質(zhì)量比。5,熔合比：在焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例稱為熔合比（P27）6,合金過渡：把所需要的合金元素通過焊接材料過渡到焊縫金屬（或堆焊金屬）中去的過程。（P68）7,偏析：在熔池進(jìn)行結(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

2、分來不及擴(kuò)散，合金元素的分布是不均勻的，出現(xiàn)所謂偏析現(xiàn)象（P127）8,過冷度：熔融金屬平衡狀態(tài)下的相變溫度與實(shí)際相變溫度的差值/液態(tài)金屬溫度與金屬熔點(diǎn)之差。（百度/金屬學(xué)P44）9,擴(kuò)散氫：與焊縫金屬形成間隙固溶體，這一部分氫可以在焊縫金屬的品格中自由擴(kuò)散。（P4Q）10.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要的力。（P249）問答題1,焊接熱循環(huán)特點(diǎn)：P175答：1）加熱的溫度高2）加熱的速度快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2,藥芯焊絲的特點(diǎn)：P114答：1）焊接飛濺小由于藥芯焊絲中加入了穩(wěn)弧劑而使電弧穩(wěn)定燃燒。熔滴為均勻地噴射狀過渡。所以焊接飛

3、劍很少，并且飛濺顆粒也小。減少了清理焊縫的工時(shí)2）焊縫成形美觀藥芯焊絲熔化時(shí)所產(chǎn)生的熔渣對于焊縫成形起著良好的作用3）熔敷速度高于實(shí)心焊絲由于藥芯焊絲的電流密度高，所以焊絲熔化速度快4）可進(jìn)行全位置焊接，并可以采用較大的焊接電流3 .焊條設(shè)計(jì)原則：P94答：在技術(shù)上必須滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定，在制造工藝上必須切實(shí)可行，同時(shí)還要考慮到經(jīng)濟(jì)效益要好，焊條的衛(wèi)生指標(biāo)要先進(jìn)，確保焊工的身體健康。4 .焊條設(shè)計(jì)依據(jù)：P961）被焊母材的化學(xué)成分與力學(xué)性能指標(biāo)2）焊件的工作條件，如工作溫度、工作壓力以及是否有耐磨性、耐腐蝕性等特殊要求3）施工現(xiàn)場的焊接設(shè)備情況以及施工的條件等4）考慮電

4、焊條制造的生產(chǎn)工藝條件。如采用手工制造，還是螺旋機(jī)壓涂、油壓機(jī)壓涂制造等不同的生產(chǎn)情況5 .脫氧劑選擇原則：P611）脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應(yīng)比被焊金屬對氧的親和力大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)金屬的密度3）必須考慮脫氧劑對焊縫成分、性能以及焊接工藝性能的影響6 .熔渣分子理論要點(diǎn)：P531）液態(tài)熔渣是由化合物的分子組成的其中包括氧化物的分子、復(fù)合物的分子以及氟化物、硫化物的分子等2）氧化物及其復(fù)合物處于平衡狀態(tài)3）只有自由氧化物才能參與和金屬的反應(yīng)7 .熔渣離子理論要點(diǎn)：P541） 液態(tài)熔渣是由陰陽離子組成的電中性溶液2） 離子的分布和相互作用取決于它的綜合矩離

5、子綜合矩可表示為：綜合矩=z/r3） 熔渣與金屬的作用過程是原子與離子交換電荷的過程8 .焊條工藝性能：（P84-P88）答：焊接電弧的穩(wěn)定性、焊縫成形、在各種位置焊接的適應(yīng)性、飛濺、脫渣性、焊條的熔化速度、藥皮發(fā)紅的程度以及焊條發(fā)塵量等。9 .熔渣物理特性：熔渣堿度、粘度、表面張力、熔點(diǎn)（P55-P58）o10 .聯(lián)生結(jié)晶：（P118）答：熔合區(qū)附近加熱到半熔化狀態(tài)基本金屬的晶粒表面，非自發(fā)品核就依附在這個(gè)表面上，并以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長，形成所謂的交互結(jié)晶叫聯(lián)生結(jié)晶。三、分析題1.手工電弧焊分哪幾個(gè)反應(yīng)區(qū)，各反應(yīng)區(qū)特點(diǎn)和反應(yīng)條件是什么？（P25-P26）答：a）藥皮反應(yīng)區(qū)：反應(yīng)區(qū)的溫

6、度范圍從100度至藥皮的反應(yīng)熔點(diǎn)，主要物化反應(yīng)有：水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解和鐵合金的氧化。b）熔滴反應(yīng)區(qū)：熔滴形成、長大到過渡至熔池中都屬于該區(qū)。特點(diǎn)有：熔滴的溫度高，熔滴與氣體和熔渣的接觸面積大，各相之間的反應(yīng)時(shí)間段，熔滴與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的混合。主要物化反應(yīng)有：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和還原、以及焊縫金屬的合金化等。c）熔池反應(yīng)區(qū)：反應(yīng)速度比熔滴階段小，在整個(gè)反應(yīng)過程中的貢獻(xiàn)也較小。2 .分析鐵銹對酸性和堿性焊條的影響，哪種焊條影響更大（P89-P94）答：酸性焊條對鐵銹、油污等靈敏性小，且不易發(fā)生氣孔。而堿性焊條對鐵銹、油污的靈敏度較大，會產(chǎn)生很多氣體。堿性焊條

7、影響大。3 .分析酸堿性焊條的冶金性能和工藝性能有什么區(qū)別（P92-94）答：a）酸性焊條：焊接工藝性能好，焊縫金屬塑性韌性差，主要用于焊接低碳鋼和強(qiáng)度級別低的低合金鋼；b）堿性焊條：焊接工藝性能差，焊縫金屬塑性韌性高，焊縫金屬含氫量極低，適合焊接重要的焊接結(jié)構(gòu)和大多數(shù)低合金鋼。4 .分析焊接過程中氣體的來源以及對焊縫質(zhì)量的影響（P29,P33-P51）答：氣體的來源：主要來源于焊接材料，熱源周圍的空氣也是一種難以避免的來源，還有焊絲表面上和母材坡口附近的鐵皮、鐵銹、油污、油漆和吸附水，還有高溫蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體等。氫對焊接質(zhì)量影響：1）氫脆2）冷裂紋3）白點(diǎn)氮對焊接質(zhì)量的影響：1）形成氣孔，當(dāng)

8、焊縫金屬結(jié)晶速度大于他的速出速度時(shí)，氮?dú)庠诤缚p結(jié)晶之前來不及逸出，就留在焊縫金屬中形成氣孔；2）降低焊縫金屬的力學(xué)性能，氮可以提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強(qiáng)度，但是會降低塑性和韌性；3）時(shí)效脆化焊縫金屬中過飽和的氮其實(shí)是處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在經(jīng)過一段時(shí)間后，過飽和的氮會以針狀的Fe4N的形式析出，從而導(dǎo)致焊縫金屬脆化。氧對焊接質(zhì)量的影響：1）隨著氧含量的增加，具強(qiáng)度、塑性及韌性指標(biāo)都要下降，沖擊韌性下降尤為明顯。氧還引起熱脆性、冷脆性及實(shí)效硬化；2）導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。溶解在熔池中的氧與熔池金屬中的碳反應(yīng)，生產(chǎn)CO氣體，而CO氣體與熔池金屬是不相容的，如在熔池結(jié)晶時(shí)CO氣泡來不及逸出，則在焊縫中形成C

9、O氣孔；3）合金元素的燒損，在焊接高溫作用下，氧使焊縫金屬中有益合金元素?zé)龘p，焊縫性能達(dá)不到母材的水平。5 .分析氣孔產(chǎn)生的機(jī)理及形狀特征（P144-P145）答：氣孔產(chǎn)生的機(jī)理：產(chǎn)生氣孔的過程是由三個(gè)相互聯(lián)系而又彼此不同的階段所組成：1）氣泡的生核，應(yīng)具備兩個(gè)條件：1液態(tài)金屬中有過飽和的氣體；2生核要有能消耗。2）氣泡長大，氣泡核形成以后就要繼續(xù)長大。3）氣泡上浮，氣泡核形成之后，在熔池金屬經(jīng)過一個(gè)短暫的長大過程，便從液態(tài)金屬中向外逸出。氣孔的特征：有環(huán)形、橢圓形、旋渦狀和毛蟲狀。6 .分析氣孔產(chǎn)生的影響因素及其防治措施（P145-P147）答：影響因素：1、冶金因素的影響：（1）熔渣氧化性

10、的影響。（2）焊條藥皮和焊劑的影響，（3）鐵銹及水分對產(chǎn)生氣孔的影響；2、工藝因素的影響：（1）焊接工藝參數(shù)的影響，（2）電流種類和極性的影響，（3）工藝操作方面的影響。防治措施：選用合理規(guī)范，以利于熔渣的浮出；多層焊時(shí)，注意清渣；焊條擺動，以利出渣；保護(hù)熔池，防治空氣侵入。7 .結(jié)晶裂紋的特征及其形成過程（P221-P223）答：特征：產(chǎn)生在焊縫柱狀晶的交界處及焊縫中心；多呈縱向分布在焊縫中心；表面無金屬光澤，常有氧化顏色；通常在含硫磷及其他雜質(zhì)較高的碳鋼、低合金鋼和單向奧氏體鋼中形成。形成過程：焊縫金屬凝固結(jié)晶的后期，低熔點(diǎn)共晶形成液態(tài)薄膜,同時(shí)由于收縮而受到了拉伸應(yīng)力，液態(tài)薄膜就成了薄弱

11、地帶，在拉伸應(yīng)力作用下開裂而形成結(jié)晶裂紋。8 .結(jié)晶裂紋的影響及防治措施（P225-P231）答：影響因素：冶金因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響：合金狀態(tài)圖的類型和結(jié)晶溫度區(qū)間，合金元素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響，凝固結(jié)晶組織形態(tài)對結(jié)晶裂紋的影響；力學(xué)因素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響。防治措施：冶金因素方面：控制焊縫中硫，磷，碳等有害雜質(zhì)的含量，改善焊縫凝固結(jié)晶，細(xì)化晶粒是提高抗裂性的重要途徑；工藝因素方面：焊接工藝及參數(shù)，接頭形式，焊接次序9 .延遲裂紋的特征及形成過程（P245-P246）答：特征：從潛伏、萌生、擴(kuò)展，以至開裂是具有延遲特征的。形成過程：金屬內(nèi)部的缺陷提供了潛在裂源，在應(yīng)力的作用下,這些微觀缺陷

12、的前沿形成了三向應(yīng)力區(qū)，誘使氫向該處擴(kuò)散并聚集。當(dāng)氫的濃度達(dá)到一定程度的時(shí)候，一方面產(chǎn)生較大的應(yīng)力，另一方面阻礙位錯(cuò)移動而使該處變脆，當(dāng)應(yīng)力進(jìn)一步加大時(shí)，促使缺陷擴(kuò)展而形成裂紋10 .延遲裂紋的影響因素及防止措施（P251-P264、PPT第五章66-68）答：影響因素：（1）鋼種化學(xué)成分的影響（2）拘束應(yīng)力的影響（3）氫的有害影響（4）焊接工藝對冷裂紋的影響：1、焊接線能量的影響2、預(yù)熱的影響3、焊后后熱的影響4、多層焊的影響防治措施：1、控制母材的化學(xué)成分2、合理選擇和使用焊接材料3、選用合適的焊接工藝參數(shù)4、加強(qiáng)施工質(zhì)量管理11 .再熱裂紋的形成原因及防治措施（P266-P273）答：形

13、成原因：再熱裂紋外的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動導(dǎo)致微裂(形核)而發(fā)生和擴(kuò)展的。也就是說，在焊后再熱處理時(shí)，殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產(chǎn)生再熱裂紋。防治措施：選擇合理的焊接方法，選用低匹配材料、焊接時(shí)需要預(yù)熱和后熱、焊接降低殘余應(yīng)力和避免應(yīng)力集中的相關(guān)缺陷、減小過熱程度，減小晶粒的大小。12 .層狀撕裂的產(chǎn)生過程及防治措施(P274-P278)答:產(chǎn)生過程：厚板結(jié)構(gòu)的T形或角接接頭往往承受很大的Z向應(yīng)力和應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變量超過母材金屬的Z向塑性變形能力時(shí)，使金屬中的層狀?yuàn)A雜與基體金屬發(fā)生分離，形成微裂。在應(yīng)力的進(jìn)一步作用下，微裂沿夾雜物所在的平面

14、擴(kuò)展，成為所謂的“平臺”，這些相互平行，起先并不連貫的“平臺”擴(kuò)展到一定尺寸，彼此接近，在剪切應(yīng)力的作用下，平臺間的金屬產(chǎn)生剪切破壞，形成所謂的“剪切壁”。層狀撕裂就是由這些平臺和剪切壁構(gòu)成的階梯狀裂紋。防治措施：1、選用具有良好抗層狀撕裂性能的金屬材料：(1)精煉鋼(2)控制硫化物夾雜形態(tài)2、設(shè)計(jì)和工藝上的措施：(1)應(yīng)盡量避免單側(cè)焊縫改用雙側(cè)焊縫(2)在強(qiáng)度允許的情況下，盡量采用焊接量少的對稱角焊縫來代替焊接量大的全焊透焊縫，以避免產(chǎn)生過大的應(yīng)力(3)應(yīng)在承受z向應(yīng)力的一側(cè)開坡口(4)對于T形接頭，可在橫板上預(yù)先堆焊一層低強(qiáng)的熔敷金屬，以防止焊根出現(xiàn)裂紋，同時(shí)亦可緩和橫板的Z向應(yīng)力(5)為

15、防止由冷裂引起的層狀撕裂，應(yīng)盡量采用一些防止冷裂的措施，如降低氫量、適當(dāng)提高預(yù)熱、控制層間溫度等。四、填空題1 .實(shí)現(xiàn)焊接的基本條件是：加熱、加壓或兩者并用(P1)2 .手工焊的熱量來源有那些：電弧熱、化學(xué)熱、電阻熱、高頻感應(yīng)熱、摩擦熱、等離子焰、電子束、激光束。(P3)3 .手工焊熔滴過渡形式：短路過渡、顆粒狀過渡、附解過渡(P17)4 .手工焊分哪幾個(gè)反應(yīng)區(qū)：藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)、熔池反應(yīng)區(qū)（P24）5 .溶滴的平均溫度：1800-2400c（P25）6 .融池的平均溫度熔池的平均溫度：1600-1900c（P26）7 .焊接區(qū)內(nèi)的氣體有哪些：CO2H2ON2、H2、02、金屬和熔渣的蒸

16、汽以及他們分解和電離的產(chǎn)物組成的混合物。（P338 .氮、氫在金屬中的溶解度在什么情況下發(fā)生突變；液固狀態(tài)（P34）9 .焊縫中的氫可分為：殘余氫和擴(kuò)散氫。（P40）10 .熔渣的作用:機(jī)械保護(hù)作用、改善焊接工藝性能的作用、冶金處理的作用。（P52）11 .熔渣中的二氧化硅，二氧化氮是什么氧化物:酸性氧化物。（P53）12 .熔渣中的氧化鈣氧化鈕氧化鎂是什么氧化物：堿性氧化物。（P53）13 .熔渣的物理特性包括：粘度，表面張力，熔點(diǎn)（課本P57-58）14 .熔渣對金屬的氧化：擴(kuò)散氧化，置換氧化（課本P58）15 .脫氧的方式有哪些：先期脫氧，沉淀脫氧，擴(kuò)散脫氧（課本P61）16 .合金過度

17、的損失：殘留損失、氧化損失（第一章課件133頁）17 .藥皮中加入什么物質(zhì)可以增加電弧穩(wěn)定性:電力電位低的物質(zhì)（課本P84）18 .熔渣的粘度隨溫度變化快是什么渣：堿性渣（課本P56）19 .熔渣的粘度隨溫度變化慢是什么渣：含Si6多的酸性渣（課本P56）20 .熔渣的線膨脹系數(shù)與金屬線膨脹系數(shù)差別越大，性能有什么變化，脫渣性越好。21 .熔渣的氧化性越強(qiáng)，脫法性會怎么樣越差22 .焊劑可分為那兩種形式，熔煉焊劑和燒結(jié)焊劑（P99）23 .焊縫中的偏析包括哪些：顯微偏析、區(qū)域偏析、層狀偏析。（P127-P130）24 .氫氣孔的斷面特征：出現(xiàn)在焊接表面上，氣孔的斷面形狀如同螺釘狀，在焊在.的表

18、面上看呈喇叭口狀，氣升的四周有洋滑的內(nèi)壁。（P142）25 .N氣孔的斷面特征：多在焊縫表面、多數(shù)情況下成堆出現(xiàn)，與蜂窩相似（P143）26 .C口孔的斷面特征:沿結(jié)晶方向分布，有些像條蟲狀臥在焊縫內(nèi)部(P143)27 .熔渣的氧化性越強(qiáng)將產(chǎn)生什么氣孔：一氧化碳?xì)饪譖14728 .熔渣的還原性越強(qiáng)將產(chǎn)生什么氣孔:氫氣孔P14729 .焊縫中的夾渣有哪些：氧化物、氮化物、硫化物。P15030 .焊縫的振動結(jié)晶有哪幾種形式：低頻機(jī)械振動、高頻超聲振動、電磁振動。P15731 .根據(jù)焊接工藝，利用焊接cct圖，可以預(yù)測什么性能：準(zhǔn)確判斷熱影響區(qū)的組織、性能和抗裂性。P17932 .低碳低合金鋼的熱影響區(qū)有哪幾個(gè)區(qū):熔合區(qū)、過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)。P18533 .淬火鋼和調(diào)質(zhì)鋼的熱影響區(qū)有哪幾個(gè)區(qū)：完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)(P187)34 .容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的固液階段溫度區(qū)