焊接冶金学复习资料

概念题1、焊接：焊接焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。2、焊接热循环：在焊接过程中热源沿焊件移动，在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程。3、联生结晶：在焊接过程中，焊缝区在冷却过程中以熔合线上局部半熔化的晶粒为核心向内生长，生长方向为散热最快方向，最终成长为柱状晶粒。晶粒前沿伸展到焊缝中心，呈柱状铸态组织，此种结晶方式称为联生结晶。4、扩散氢:在钢焊缝中，氢大部分是以氢原子或离子的形式存在的，它们与焊缝金属形成间3隙固溶体。由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩散，故称之为扩散氢。5、焊接线能量：焊接时由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量，又称为焊接线能量6、再热裂纹：焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹称为再热裂纹。7、应力腐蚀裂纹：焊接结构一般都存在不同程度的残余应力，在腐蚀介质条件下工作极易产生应力腐蚀裂纹。8、熔合比：指熔焊时，被熔化的母材在焊道金属中所占的百分比9、药皮重量系数：单位长度上药皮与焊芯的质量比10、焊条熔敷系数：真正反映焊接生产率的指标。g/(A*H)在熔焊过程中，单位电流，单位时间内，焊芯熔敷在焊件上的金属量11、焊接拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力12、碱度：离子理论把液态熔渣中自由氧离子的浓度13、长渣：在高温时，熔渣的粘度都很小。但有的渣随着温度的降低迅速凝固，即凝固的温度区间较窄，这种焊接熔渣称为短渣；而凝固缓慢、凝固温度区间较宽的熔渣称为长渣。14、层状撕裂：大型厚壁结构，在焊接过程中会沿钢板的厚度方向出现较大的拉伸应力，如果钢中有较多的杂质，那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，称为层状撕裂。15、焊接热影响区：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域16、熔滴的比表面积：熔滴的表面积与其质量之比17、残余扩散氢：由于氢原子和离子半径很小，有一部分氢扩散聚集到陷阱中，结合为氢分子因其半径大，不能自由扩散，故称之为残余氢。18、氢致裂纹：指金属材料处在含氢的介质中(如硫化氢的水溶液)，在电化学腐蚀过程中析出的氢进入金属材料内部而产生阶梯型裂纹,这些裂纹的生长发育最终使金属材料(如管道钢)发生开裂。简答题1、简述熔池运动原因及对焊接质量的影响？熔池是随电弧一起移动的，熔池中的液体金属在各种力的作用下发生运动，液态金属的强烈运动能使熔化的母材和焊条金属能够很好熔合，形成成分均匀的焊缝金属，有利于气体和非金属夹杂物的外逸，加速冶金反应，消除焊接缺陷，提高焊接质量。2、为什么酸性焊条采用锰铁作脱氧剂，而碱性焊条采用锰铁、硅铁和钛铁作脱氧剂？在酸性渣中含有较多的SiO2和TiO2，他们与脱氧产物MnO生成复合物MnO.SiO2和MnO.TiO2,从而使γMnO减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中γMnO较大，不利于锰脱氧，且碱度越大，锰脱氧越差，由于这个原因一般酸性焊条用锰铁做脱氧，而碱性焊条不单独用锰铁脱氧。3、氢对焊接质量有哪些影响？①氢脆（使钢的塑性严重下降）②白点（在拉伸、弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点）③形成气孔④产生冷裂纹4、综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。氧化：碱性渣使FeO更易向金属分配；脱氧：碱性渣使FeO活度大，扩散脱氧能力比酸性渣差；脱硫：碱性渣中MnO、CaO及MgO含量多利于脱硫；脱磷：增加熔渣的碱性可减少焊缝中的含磷量，酸性渣脱磷效果较差；合金过渡：当合金元素的氧化物与熔渣酸碱的性质一致时，有利于合金元素的过渡，使过渡系数提高。5、用H08A焊丝和HJ431埋弧焊自动焊接沸腾钢，虽然仔细除锈，但焊缝还常产生气孔，试分析原因，如何防止气孔？沸腾钢是不完全脱氧钢，内部含氧量较高H08A焊丝基本不含拖延元素HJ431焊剂是熔炼型高锰高硅低氢焊剂①采用H08A焊丝焊接时虽有HJ431焊剂保护，但母材本身含氧量过高除氧不完全，与C结合生成CO溢出形成气孔。②焊剂吸潮火不干净，焊接时覆盖不充分，熔渣粘度过大，电弧磁偏吹措施：⑴焊接母材：选用含氧量低的钢材⑵应采取Si，Mn等脱氧元素含量较高的焊丝。⑶烘干焊条与焊剂受潮；改善焊剂化学成分改善粘度。⑷优化焊接工艺：焊接工艺参数主要有焊接电流、电压和焊接速度等。一般交流焊时比直流焊气孔倾向大，而直流反接比正接时气孔倾向小6、某厂用E5015焊条焊接时，在引弧和弧坑处产生气孔，分析其有原因，并提出解决方法。E5015是碱性焊条，在碱性药皮中，除含有CaF2外还有一定量的碳酸盐，加热分解出CO2，它具有氧化性的气氛，在高温时可与氢形成OH,H2O，同时具有防止氢气孔的作用，但CO2的氧化性较强，如还原不足时，会产生CO气孔。再引弧和收弧处电流的变化程度较大，此时焊芯的电阻热较大会使药皮提前分解而增加气孔，另外在这时失去了对熔池的搅拌作用，气体不能快速从熔池中逸出。可以使用到引弧板，选择比较好的焊接参数，采用短弧焊，填满弧坑7、简述焊接材料中萤石的有利用作用和有害作用。为强稀释剂，使焊缝中气体易于逸出。（2）能脱硫，并与氢结合成HF而挥发，减少氢白点倾向。（3）属高电离元素，破坏电弧稳定，含量大于10%就会使交流焊接困难，必须加入很强的稳弧剂，才有可能用交流电。（4）与氢结合生成的HF易挥发且有毒，在密封容器内使用需加强劳动保护，但萤石本身无毒。8、分析焊缝和熔合区的化学不均匀性?在熔池结晶的过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，出现偏析现象。与此同时，再熔合区还出现更为明显的成分不均匀。9、某厂焊接带锈低碳钢板,采用J423焊条焊接时,不出现气孔,但用E4315焊条焊接时，总出现气孔，分析其有原因。出现的是CO气孔。J423为酸性焊条含较多的SiO2能和FeO反应生成稳定的复合物从而降低了FeO的活度减少了CO气孔。E4315焊条熔渣的氧化性比J423焊条的大,CO气孔的倾向增加H2气孔的倾向减小但因钢板生锈气孔主要是CO气孔。10、试分析低合金钢焊接热影响区脆化种类及产生主要原因？简述中碳调质钢的软化原因。11、试述产生层状撕裂纹的原因。产生层状撕裂的原因：造成层状撕裂的根本原因在于钢材中存在较多的夹杂物，而在轧制过程中，扎成平行于扎向的带状夹杂物，这就造成了钢材力学性能的各向异性。12、结晶裂纹产生主要原因有哪些？在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。产生结晶裂纹原因：①液态薄膜②拉伸应力液态薄膜—根本原因拉伸应力—必要条件13、试述产生应力腐蚀的原因零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂14、简述再热裂纹产生机理。晶内沉淀强化作用：Cr、Mo、V、Ti、Mn等元素的碳化物、氮化物，在一次焊接热作用下因受热而固溶，在焊后由于冷却快来不及析出，而在二次加热或热处理过程中，由晶内析出这些碳氮化物，从而使晶内强化，晶界相对弱化。2）晶界杂质析聚弱化作用：对于含有S、P、Sb、Sn、As等元素的钢来说，在再热温度范围，这些元素容易向晶界析聚，削弱晶界间结合力，与回火脆性类似。15、对比分析热裂纹和冷裂纹特征热裂纹是高温下在焊缝金属和焊缝热影响区中产生的一种沿晶裂纹。冷裂纹是由于材料在室温附近温度下脆化而形成的裂纹。16、简述层状撕裂产生原因及防止措施。产生层状撕裂的原因是在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相继发生，连成一体，造成层次撕裂的阶梯性。防止层状撕裂的措施：(1)严格控制钢材的含硫量。(2)采用强度级别较低的焊接材料。(3)在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低强度焊缝金属作为过渡层，以避免夹杂物处于高温区。(4)预热和使用低氢焊条。论述题1、试述酸性焊条和碱性焊条（J422和J507）的工艺性能和冶金性能。