山東大學焊接冶金期末考試復習題

焊接冶金(1)答案要點一、術語解釋(20分，每小題2分)1.焊接接頭焊件上由焊縫、熱影響區(qū)和熔合區(qū)組成的部分。2.焊接溫度場焊接過程中焊件上某瞬時的溫度分布，可用等溫線或等溫面表示。3.焊接線能量熱源功率和焊接速度之比，或單位長度焊縫上焊接熱源輸入的能量。4.堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物的焊條。其焊縫的含氫量低，故又稱低氫型焊條。5.熔煉焊劑將一定比例的各種配料放在爐內(nèi)熔煉，然后經(jīng)過水冷?；⒑娓?、篩選而制成的焊劑。6.外延生長形核通過液相原子在母材晶粒上的排列產(chǎn)生，且晶核初始生長方向與基底晶粒的位向7.層狀偏析焊縫上因結晶過程周期性變化而化學成分分布不均勻所造成的呈層狀分布的偏析。8.延遲裂紋焊后并不立即出現(xiàn)，在氫、鋼材淬硬組織和拘束應力共同作用下產(chǎn)生的冷裂紋。9.HAZ焊接熱影響區(qū)，即在焊接熱源作用下焊縫兩側發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。10.拘束度有拉伸和彎曲兩類。拉伸拘束度是焊接接頭根部間隙產(chǎn)生單位長度彈性位移時，焊縫每單位長度上受力的大小；彎曲拘束度是焊接接頭產(chǎn)生單位彈性彎曲角變形時，焊縫每單位長度上所受彎矩的大小。(答對一個即得分)二、簡答題(35分，每小題7分)(1)影響：引起氫脆、白點，產(chǎn)生冷裂紋，形成氣孔(2)措施：限制焊接材料的含氫量、清除焊絲或焊件表面上的雜質(zhì)、冶金處理(如在藥皮和焊劑中加入氟化物、控制焊接材料的氧化還原勢、在藥皮或焊芯中加入微量稀土元素等)、控制焊接工藝參數(shù)(如焊接電流、電弧電壓、電流種類和極性)、焊后脫氫處理2.粗晶脆化產(chǎn)生的部位及形成原因。(1)部位：HAZ靠近熔合線附近和過熱區(qū)(2)原因：加熱峰值溫度高、高溫停留時間長、線能量大等使晶粒粗化；晶粒越粗，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，脆性越大。對于淬硬傾向較小的鋼，粗晶脆化主要是晶粒長大所致；對于易淬火鋼，主要3.焊縫脫氧的目的、主要措施及選擇脫氧劑的原則。(1)目的：盡量減少焊縫中的含氧量。(2)措施：在焊絲、焊劑或藥皮中加入合適的元素或鐵合金，使之在焊接過程中奪取氧。(3)原則：脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力比被焊金屬大；脫氧產(chǎn)物應不溶于液態(tài)金屬；必須考4.低碳鋼焊接熱影響區(qū)各部分的組織和性能。(1)熔合區(qū)：半熔化區(qū)，其范圍雖然很窄，但化學成分和組織性能上存在較大不均勻性，常是產(chǎn)生(2)過熱區(qū)：晶粒粗大，常出現(xiàn)魏氏組織，韌性很低，常產(chǎn)生裂紋和脆化，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。(3)相變重結晶區(qū)(正火區(qū)):發(fā)生重結晶，晶粒細小，塑性韌性較好。(4)不完全重結晶區(qū)：部分組織發(fā)生重結晶，晶粒大小不一、組織不均勻，力學性能亦不均勻。5.低碳鋼埋弧焊時焊絲與焊劑的匹配原則。焊接低碳鋼時，可采用高硅熔煉焊劑和酸性燒結焊劑，配合適當焊絲。采用高硅熔煉焊劑時，焊絲中不必再特意加硅。焊劑與焊絲的配合方式為：●高硅無錳或低錳熔煉焊劑配合高錳焊絲(Mn=1.5%~1.9%),如H10Mn2;●高硅中錳熔煉焊劑配合含錳焊絲(Mn=0.8%~1.1%),如H08MnA;●高硅高錳熔煉焊劑配合低碳鋼焊絲或含錳焊絲，如H08A;三、論述題(45分，每小題15分)1.試對比分析堿性焊條和酸性焊條的工藝性能。堿性焊條的工藝性能比酸性焊條差。主要體現(xiàn)在如下幾個方面：●焊接電弧的穩(wěn)定性：酸性焊條藥皮含有較多的穩(wěn)弧劑，電弧燃燒穩(wěn)定；堿性焊條由于藥皮中螢石的反電離作用，用交流電源焊接時電弧不能穩(wěn)定燃燒，只能采用直流電源焊接?！窈缚p成形：酸性焊條熔渣的高溫粘度、表面張力等適中，焊縫表面光滑、波紋細密美觀；堿性焊條熔渣粘度大、表面張力小，焊縫成形差?！耧w濺：酸性焊條電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴為細顆粒過渡，飛濺??；堿性焊條電弧穩(wěn)定性較差，熔滴多●脫渣性：酸性焊條脫渣性比堿性焊條好。酸性焊條熔渣與碳鋼的線膨脹系數(shù)相差較大，松脆性適中，故脫渣性好；堿性焊條熔渣與碳鋼的線膨脹系數(shù)相差較小，松脆性差，故脫渣性較差，在角●焊條發(fā)塵量：堿性焊條發(fā)塵速度和發(fā)塵量高于酸性焊條，且煙塵中常含有多種致毒物質(zhì)。2.試分析焊接結晶裂紋產(chǎn)生的原因及防治措施。(1)產(chǎn)生原因焊縫中存在的液態(tài)薄膜和拉伸應力共同作用的結果。液態(tài)薄膜是內(nèi)因，拉伸應力是必要條件。焊縫金屬的結晶過程大致經(jīng)歷兩個階段，即液-固階段和固-液階段。在液-固階段不會產(chǎn)生結在固-液階段，液相少而固相多，晶粒相互接觸，液體粘度大不易無法填充，只要有拉伸應力存在就可能產(chǎn)生裂紋。如果拉伸應力所產(chǎn)生的應變超過焊縫金屬在脆性溫度區(qū)(2)防止措施1)控制焊縫中硫、磷、碳等有害雜質(zhì)的含量。2)改善焊縫凝固結晶，細化晶粒(變質(zhì)處理)。3)利用“愈合”作用。4)適當控制焊接線能量和預熱溫度。5)改善應力狀態(tài)，如合理設計接頭形式，避免應力集中(錯邊、咬肉、未焊透等),盡量使大多數(shù)焊縫能在較小的剛度條件下焊接，盡可能采用對稱施焊。3.試分析微量元素(Mo、Nb、Ti、B、稀土等)對焊縫組織和性能的影響，并闡述其作用機制。1)Mo加入適量Mo(0.20%~0.35%),有利于形成均一的細晶鐵素體，提高焊縫強度、改善韌性。2)Nb和V加入適量的Nb和V可提高焊縫的沖擊韌性。Nb和V可推遲冷卻過程中奧氏體向鐵素成氮化物，從而固定焊縫中的可溶性氮，使焊縫金屬韌性的提高。3)Ti和B可大幅度提高低合金鋼焊縫的韌性。Ti以微小顆粒氧化物(TiO)的形式彌散分布于焊縫抑制了先共析鐵素體的形核與長大，促使形成針狀鐵素體，改善焊縫組織的韌性。4)稀土與鋼中的有害雜質(zhì)發(fā)生作用，可減輕和消除這類微量雜質(zhì)的有害影響；與鋼中的合金元素發(fā)生作用，可改善組織和提高韌性。輕稀土有利于針狀鐵素體形成。焊接冶金(2)答案要點一、術語解釋(20分，每小題2分)1.焊接溫度場焊接過程中焊件上某瞬時的溫度分布，可用等溫線或等溫面表示。2.短路過渡焊條(或焊絲)端部的熔滴與熔池短路接觸，由于強烈過熱和磁收縮的作用使其爆斷，3.酸性焊條藥皮中含有多量酸性氧化物的焊條。工藝性能好，焊縫成形美觀，交、直流電源施焊。4.擴散氫焊縫區(qū)中能自由擴散運動的那一部分氫。對焊接質(zhì)量影響較大。5.熔渣堿度分子理論將其定義為熔渣中堿性氧化物的摩爾分數(shù)與酸性氧化物的摩爾分數(shù)之比；離子理論將其定義為液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度(或氧離子的活度)。(答對一個即得分)6.焊接熱循環(huán)在焊接熱源作用下，焊件上某點的溫度隨時間變化的過程。7.區(qū)域偏析焊縫結晶時，因柱狀晶的長大和推移而使最后凝固部位出現(xiàn)較嚴重的成分偏析現(xiàn)象。8.拘束度有拉伸和彎曲兩類。拉伸拘束度是焊接接頭根部間隙產(chǎn)生單位長度彈性位移時，焊縫每單位長度上受力的大??；彎曲拘束度是焊接接頭產(chǎn)生單位彈性彎曲角變形時，焊縫每單位長度上所受彎矩的大小。(答對一個即得分)9.氫致裂紋即延遲裂紋，在氫、鋼材淬硬組織和拘束應力共同作用下產(chǎn)生的冷裂紋。10.外延生長形核通過液相原子在母材晶粒上的排列產(chǎn)生，且晶核初始生長方向與基底晶粒的位向相同。這種生長初始過程稱為外延生長。二、簡答題(35分，每小題7分)1.氮對焊接質(zhì)量的影響及控制氮的主要措施。影響：產(chǎn)生氣孔，使焊縫強度和硬度提高、塑性和韌性降低，促使焊縫金屬時效脆化。措施：加強焊接區(qū)的保護，防止空氣與金屬作用；控制焊接工藝參數(shù)，如降低電弧電壓、增大焊接電流、盡量采用直流反接；冶金處理，如適當增加焊絲或藥皮中的含碳量、在焊絲、藥皮或藥芯2.16Mn鋼焊接熱影響區(qū)各部分的組織和性能。(1)熔合區(qū)：半熔化區(qū)，其范圍雖然很窄，但化學成分和組織性能上存在較大不均勻性，常是產(chǎn)生(2)過熱區(qū)：晶粒粗大，存在少量粒狀貝氏體，韌性很低，常產(chǎn)生裂紋和脆化，是焊接接頭的薄弱(3)相變重結晶區(qū)(正火區(qū)):發(fā)生重結晶，晶粒細小，塑性韌性較好。(4)不完全重結晶區(qū)：部分組織發(fā)生重結晶，晶粒大小不一、組織不均勻，力學性能亦不均勻。3.析出脆化產(chǎn)生的部位及形成原因。部位：焊接熱影響區(qū)熔合部位(包括過熱區(qū))原因：某些金屬的焊接區(qū)組織處于非平衡態(tài)，在化學和物理上均存在明顯的不均勻性。在時效或回火過程中，從非穩(wěn)態(tài)固溶體中沿晶界析出碳化物、氮化物、金屬間化合物及其他亞穩(wěn)定中間相；新相析出后會阻礙位錯運動，并且常存在偏析和聚集，從而使金屬的強度、硬度和脆性提高。4.焊縫金屬脫氧反應的類型和特點。●先期脫氧在藥皮加熱階段固態(tài)藥皮中進行，脫氧過程和脫氧產(chǎn)物與熔滴不發(fā)生直接關系，脫氧不完全，對氧親和力很大的元素大部分被燒損?！癯恋砻撗踉谌鄣魏腿鄢貎?nèi)進行，溶解在液態(tài)金屬中的脫氧劑和FeO直接反應把鐵還原。減少焊縫氧含量的重要環(huán)節(jié)，常用的有錳脫氧、硅脫氧和硅錳聯(lián)合脫氧，硅脫氧一般不單獨采用?！駭U散脫氧在液態(tài)金屬與熔渣的界面上進行，發(fā)生于熔池后部的低溫區(qū)，其優(yōu)點是不會因脫氧而造成夾雜，但在焊接條件下擴散脫氧不充分。5.低碳鋼埋弧焊時焊絲與焊劑的匹配原則。焊接低碳鋼時，可采用高硅熔煉焊劑和酸性燒結焊劑，配合適當焊絲。采用高硅熔煉焊劑時，焊絲中不必再特意加硅。焊劑與焊絲的配合方式為：●高硅無錳或低錳熔煉焊劑配合高錳焊絲(Mn=1.5%~1.9%),如H10Mn2;●高硅中錳熔煉焊劑配合含錳焊絲(Mn=0.8%~●高硅高錳熔煉焊劑配合低碳鋼焊絲或含錳焊絲，如H08A;三、論述題(45分，每小題15分)1.試對比分析堿性焊條和酸性焊條的冶金性能及焊縫的力學性能。堿性焊條冶金性能比酸性焊條好，焊縫含氫量極低，力學性能優(yōu)良，抗裂性能良好。酸性焊條焊縫氧含量較高，力學性能指標降低，但抗氣孔能力較強?！衩撗酰核嵝院笚l(如鈦鈣型焊條)常采用Mn脫氧而不宜用Si、Ti脫氧；由于藥皮中含有足夠的脫氧劑錳鐵，故其抗氣孔能力較強。堿性焊條常采用Si、Mn和Ti聯(lián)合脫氧，不宜單獨用Mn脫氧?！衩摎洌簤A性焊條藥皮中含有適量的螢石，由于螢石的脫氫作用，故熔敷金屬的含氫量極低。●脫硫、脫磷：堿性焊條藥皮中含有較多的大理石，故其脫硫、脫磷效果優(yōu)于酸性焊條?！窈附訜焿m：堿性焊條的焊接煙塵量比酸性焊條大，且煙塵中含有KF、NaF等致毒物質(zhì)。2.試述焊接冷裂紋的主要特征、影響冷裂紋的主要因素及防止冷裂紋的措施。(1)主要特征1)一般在焊后冷卻到較低溫度時產(chǎn)生；有時焊后立即出現(xiàn)，有時經(jīng)過一段時間后出現(xiàn)。2)多起源于具有缺口效應的熱影響區(qū)或物理化學不均勻的氫聚集的局部地帶。3)有時沿晶擴展，有時穿晶前進，常具有沿晶和穿晶的混合形態(tài)。4)主要發(fā)生在高、中碳鋼，低、中合金高強鋼的焊接熱影響區(qū)。(2)影響因素1)鋼的淬硬傾向淬硬傾向越大，則晶格缺陷(空位和位錯)越多，亦即先天性裂紋源越多；同時越容易形成脆硬的馬氏體組織，使裂紋擴展阻力減小。故越容易產(chǎn)生裂紋。2)氫焊接接頭氫含量越高，冷裂的敏感性越大。當局部地區(qū)的氫含量達到某一臨界值時，便開始3)拘束應力拘束度越大，則拘束應力越大，冷裂傾向越大。4)焊接工藝焊接工藝如焊接材料、焊接線能量、焊前預熱、后熱、多層焊以及焊接順序等對冷裂(3)防止措施1)選用低氫焊接材料和低氫焊接方法。2)嚴格控制氫的來源。3)采用韌性高塑性好或低匹配的焊縫。4)采用奧氏體焊條焊接淬硬傾向較大的鋼種。5)焊前預熱和焊后熱處理。6)合理選擇焊接線能量或焊接參數(shù)。7)合理布置焊縫和施焊順序。3.試分析微量元素(Mo、Nb、Ti、B、稀土等)對焊縫組織和性能的影響，并闡述其作用機制。1)Mo加入適量Mo(0.20%~0.35%),有利于形成均一的細晶鐵素體，提高焊縫強度、改善韌性。2)Nb和V加入適量的Nb和V可提高焊縫的沖擊韌性。Nb和V可推遲冷卻過程中奧氏體向鐵素成氮化物，從而固定焊縫中的可溶性氮，使焊縫金屬韌性的提高。3)Ti和B可大幅度提高低合金鋼焊縫的韌性。Ti以微小顆粒氧化物(TiO)的形式彌散分布于焊縫抑制了先共析鐵素體的形核與長大，促使形成針狀鐵素體，改善焊縫組織的韌性。4)稀土與鋼中的有害雜質(zhì)發(fā)生作用，可減輕和消除這類微量雜質(zhì)的有害影響；與鋼中的合金元素發(fā)生作用，可改善組織和提高韌性。輕稀土有利于針狀鐵素體形成。一、術語解釋1.焊接熱輸入2.熔敷系數(shù)單位電流，單位時間內(nèi)，焊芯(或焊絲)熔敷在焊件上的金屬量(g/A.h),它標志著焊3.熔合比5.藥皮重量系數(shù)6.焊接溫度場焊接接頭處各個點上溫度的集合稱為溫度場。它是時間和空間坐標的函數(shù)。7.針狀鐵素體其原始意義根據(jù)二維形態(tài)觀察得出，意為針狀的鐵素體。一般情況下針狀鐵素體在非金夾雜物處非均勻形核，然后從這個形核地點向許多不同的方向輻射生長。由于其組織為連鎖結構，能很好地阻止裂紋的擴展，故具有很好的力學性能，特別是韌性。2.低碳鋼埋弧焊時焊絲與焊劑的匹配原則低碳鋼應選與母材相匹配的焊接材料，可選高猛高硅焊劑(如HJ431,HJ433、HJ430)與低碳鋼焊絲(如H08A)或含錳的焊絲(如H08MnA)相配合，或用中錳、低錳或無錳的稀釋率高應選適宜快速焊的焊劑3.焊接速度對晶粒生長方向、生長速度、結晶形態(tài)如果焊接速度過快，熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷。如果焊接速度過慢，使高溫停留時間增長，熱影響區(qū)寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機械性能降低，同時使變形量增大。提高焊接速度可減小熔合區(qū)和熱影響區(qū)焊接速度越大，熔池中心的溫度梯度下降很多，使熔池中心的成分過冷很大，中心往往出現(xiàn)等軸晶，焊接速度越小，熔合線附近出現(xiàn)胞狀樹枝晶。4.堿性焊條對鐵銹和氧化皮敏感性大的原因。酸性焊條藥皮里電弧里的氧電離后形成負離子與氫離子有很大的親和力，生成氫氧根離子(OH),從而可以防止氫離子溶入熔化的金屬里，所以酸性焊條對鐵銹不敏感，焊