焊接冶金学基本原理

1.第一章

1、氮对焊接质量的影响?

(1).有害杂质(2).促使产生气孔(3).促使焊缝金属时效脆化。

影响焊缝含氮量的因素及控制措施?

1）、机械保护2)、焊接工艺参数（采用短弧焊;增加焊接电流; 直流正接高于交流，高于直流反接（焊缝含N量）; 增加焊丝直径;N%，多层焊>单层焊;N%，小直径焊条>大直径焊条3)合金元素( 增加含碳量可降低焊缝含氮量;Ti、Al、Zr和稀土元素对氮有较大亲和力

2.、氢对焊接质量的影响?

1）.氢气孔2)、白点3)、氢脆4)、组织变化和显微斑点5)、产生冷裂纹控制氢的措施?

1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分3)、冶金处理4)、调整焊接规范5)、焊后脱氢处理

3、氧对焊接质量的影响?

1）、机械性能下降；化学性能变差2）、产生CO气孔,合金元素烧损3）、工艺性能变差应采取什么措施减小焊缝含氧量?

1)纯化焊接材料2)控制焊接工艺参数3)脱氧

4.CO2保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝，为什么？

答：采用高锰高硅焊丝，原因:(1)Mn,Si被烧损;(2)Mn，Si联合脱氧。

5.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？

答：L=(FeO)/[FeO] T↑L↓，焊接温度下L>1

同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配

在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。

然而碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低

碱性焊条药皮的氧化势小的缘故

6为什么焊接高铝钢时，即使焊条中不含SiO2，只是由于水玻璃作粘结剂焊缝还会严重增硅？

答：Al和O的亲和力比Si和O的亲和力大，Si烧损少，水玻璃中的Si能大量的过渡到金属中。

7.为什么酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条用硅铁、锰铁和钛铁为脱氧剂？

答：酸性焊条含SiO2多，与MnO2 （脱氧产物）形成复合氧化物，，降低O含量，使渣中MnO2含量降低，浓度降低，从而使熔敷金属中的氧化物向渣中过渡，达到脱氧的目的。在碱性渣中MnO的活度系数较大，不利于锰脱氧而碱性渣中Si的脱氧效果较好,硅的脱氧能力比锰大，但生成的SiO2熔点高，不易聚合为大的质点,SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢中分离，易造成夹杂锰和硅按适当比例加入金属中进行联合脱氧时可以得到较好的脱氧效果.

优点：脱氧产物MnO·SiO2熔点低，比重小，易聚成球，浮到渣中去，减少焊缝夹杂物[Mn]/[Si]=3～7时效果最佳

8.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。

答：1）氧化问题：碱度大，则含SiO2等酸性氧化物就少，使FeO的活度大，容易向金属中扩散，使焊缝增氧。因此在熔渣含FeO含量相同的情况下碱性渣的焊缝含氧量比酸性渣多。

2）脱氧问题：碱性渣中MnO活度较大，不利于Mn脱氧，且碱度越大，Mn的脱氧

效果越差；在酸性渣中含有较多的SiO2等酸性氧化物，与脱氧产物MnO生成复合物MnO.SiO2等，从而使MnO活度减小，因此脱氧效果较好。

3）脱硫问题：碱度大，则MnO，CaO等碱性氧化物就多，从而与系统中的硫形成CaS 等不溶于钢液的物质，有利于脱硫。

4）脱磷问题：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。

5）合金过渡问题：熔渣碱度增加，如合金氧化物为酸性，则过渡系数减小，即合金元素在熔敷金属中的量减少；反之，如为碱性，则过渡系数增加，合金元素在熔敷金属中的量增加。

第二章

1.焊条的工艺性能包括哪些方面?

1)焊接电弧的弧定性(稳弧性) 2)表面成型3)在各种位置焊接适应性4)脱渣性5)飞溅6)焊条的熔化速度7)药皮发红问题8)焊条发尘量

2,低氢型焊条为什么对铁锈、油污、水份很敏感？

同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配

在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多

碱性渣含SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO活度大，易向金属中扩散，使焊缝增氧

第三章

1.试述氢气孔和CO气孔的形成原因，特征以及防止措施：

答: 氢气孔形成原因:高温时氢在熔池和熔滴金属中的溶解度急剧下降，特别是液态转为固态时，氢的溶解度发生突变，可从32ml/100g下降至10ml/100g。因焊接熔池冷却很快，当结晶速度大于气饱逸出速度时就会形成气孔。

特征：喇叭口形的表面气孔

控制氢的措施:1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分3)、冶金处理4)、调整焊接规范5)、焊后脱氢处理

CO气孔,形成原因：进行冶金反应时产生了相当多的不溶于金属的气体，如CO.

特征：焊缝内部，呈条虫状，表面光滑

控制CO2的措施:冶金方面（1）降低熔渣的氧化性；（2）适当增加焊条药皮和焊剂的氧化性组成物（3）焊条用前进行烘干处理，并尽可能消除焊材上的铁锈和氧化皮等。工艺方面：（1）正确选择焊接工艺参数；（2）选合理的电流种类和极性，一般直流反接时气孔最小；（3）工艺操作得当。

2用一分为二的观点分析夹杂物对焊缝性能的影响?

答:（1）氧化物-焊接过程中溶池脱氧不完全；氧化物以片状出现时诱发热裂纹，在母材中也易引起撕裂，但同时也能改善熔渣的物理化学性质。（2）氮化物-焊接过程保护不好；氮化物会使焊缝的强度提高、塑性和韧性下降，但弥散分布的氮化物在不损失韧性的条件下可以大幅度的提高强度，从而使钢具有良好的力学性能。（3）硫化物-焊条药皮或焊剂中的硫化物经冶金反应后转入熔池；母材或焊丝含S量过高。含S极低时会引起开裂，微量的S化物弥散分布时，具有溶H的作用，降低了H的有害作用，提高了抗裂性能。

3,焊缝中夹杂产生的原因及防止措施?

答:原因：（1）氧化物-焊接过程中溶池脱氧不完全；（2）氮化物-焊接过程保护不好；（3）硫化物-焊条药皮或焊剂中的硫化物经冶金反应后转入熔池；母材或焊丝含S量过高。措施：（1）正确选择焊条、焊剂，使之更好脱氧脱硫；（2）选择正确的焊接参数，以利于熔渣的浮出；（3）多层焊中，应消除前层焊缝的熔渣；（4）焊条适当摆动，以便熔渣浮出；（5）操作时注意保护熔池，防止空气浸入

4.用H08A焊丝和HJ431焊剂埋弧焊自动焊沸腾钢时，虽仔细除锈但还常出现气孔，试分析原因，应采取何种措施防止？

答：沸腾钢脱氧不完全的碳素钢。一般用锰铁和少量铝脱氧后,钢水中还留有高于碳氧平衡的氧量,与碳反应放出一氧化碳气体。因此,在浇注时钢水在钢锭模内呈沸腾现象,故称为沸腾钢。因沸腾钢脱氧不充分，同时合金元素被烧损，焊接时易出现CO 气孔（[C]+[O]=CO,[FeO]+[C]=CO+Fe），提高焊丝中Mn，Si含量进行脱氧。5. 某厂焊带锈低碳钢板，采用“J423”焊条时一般不出现气孔，但采用E4315时总出现气孔，分析原因?

答：出现的是CO气孔，这是因为J423为酸性焊条，它里面含较多的SiO2，SiO2能和FeO反应，生成稳定的（SiO2.FeO），从而降低了FeO的活度，所以CO 气孔很少。E4315焊条熔渣的氧化性比J423焊条的大,而随熔渣氧化性的增加，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，所以“J423”焊时一般不出现气孔而4315出现气孔。

6.某厂用E5015焊条焊接时，在引弧和弧坑处产生气孔，分析其原因，并提出解决办法？答:合理引弧和收弧是防止出现气孔的措施之一, 使用低氢焊条往往容易在引弧和收弧处出现内部和表面气孔,其解决办法:1).引弧点最好选在离焊缝10mm 左右的待焊部位上电弧引燃后移至焊缝起点处, 稍作停留, 预热约1-2s, 然后沿焊缝方向进行正常焊接；更换焊条时, 应在弧坑前10-15mm 处引弧, 电弧引燃后, 再移到弧坑处, 使弧坑处充分熔化并填满后再继续施焊。2).熄弧时, 要尽量把电弧压短一些,电弧在收尾处稍作停留, 且改变焊条角度回焊一小段后拉断电弧。

7.如何提高焊缝金属的韧性。

答:（1）焊缝金属的固溶强化和变质处理a）Mn、Si一方面使焊缝金属充分脱氧，另一方面提高焊缝的抗拉强度。当Mn=0.8-1.0%,Si=0.10-0.25%时，得到细晶和针状铁素体组织，具有较好的韧性。b) 适当的Nb和V可提高焊缝韧性；通过固溶,推迟A→F 转变,抑制GBF和FSP,利于形成AF。c）Ti 和B同时存在可提高焊缝韧性。Ti和O 亲和力比较大，形成细小的（TiO）细化晶粒。Ti保护B不被氧化，B偏聚A晶界，抑制GBF和PF，利于形成AP。d）M0 可提高焊缝的强度及韧性。M0<0.2% 时，A →F转变温度提高,形成PF；M0>0.5%时，A→F转变降低,形成上B；合适量0.2-0.35%,形成细晶铁素体.e）稀土可脱氢、脱氧、脱氮，改变夹杂物形态，提高韧性，减少裂纹总之，Mn、Si固溶强化；Ti、B、Zr、Ｒｅ变质处理；V、Nb、Mo二者兼有。

（2）调整焊接工艺改善焊缝的性能

振动结晶，焊后热处理，多层焊接，锤击焊道表面，跟踪回火处理。

第四章

1.建立焊接条件下CCT有何重要意义？

答：通过CCT图可得到在不同的冷却速度下的组织,即估计组织，同时预测性能。

这样在大量钢种出现之前,可预先估计热影响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线能量的依据.

2.焊接热影响区产生脆化有几种，如何防治?

答:（1）粗晶脆化，焊接过程中由于受热的影响程度不同，在HAZ靠近熔合线附近和过热区将发生严重的晶粒粗化。可以通过降低线能量，降低峰值温度以及减小t8/5等方法来降低晶粒大小，从而减少粗晶脆化。可以通过加入含N,C化合物的合金元素，阻碍晶界迁移，抑制晶粒长大。

（2）组织脆化：是由于HAZ区出现M-A组元（伴有粒状贝氏体）、上贝氏体、粗大的魏氏组织，以及“组织遗传”等脆性组织所造成。

主要分为1）M-A组元脆化：高C奥氏体转变成的高C马氏体和残余奥氏体的混合物；

2）析出脆化：时效和回火过程中，非稳定固溶体析出C,N化合物等而使金属或合金的强度、硬度、脆性提高。3）遗传脆化，由组织遗传引起的脆化。对于M-A组元脆化，可以采用较大或较缓冷却速度，增加合金化程度或者采用低、中温回火促进M-A分解等措施来防止。

对于析出脆化，可以选择合适的时效时间，增大析出物间距，促进位错运动等措施来防止。对于遗传脆化，可以通过降低调制钢的脆硬倾向和缓慢加热或冷却来防治。

（3）.HAZ的热应变时效脆化1)静应变时效脆化2)动应变时效脆化（200－400度温度范围的预应变所产生的时效脆化：特征：蓝脆）。可以通过选择合适的线能量、预热温度及层间温度等来预防。

3.焊接热影响区的韧化?要补充!!!!!

1、母材的原始组织,组织上希望得到针状铁素体，下贝氏体或低碳马氏体组织

2、韧化处理焊后热处理工艺参数：线能量E过大出现粗大的铁素体甚至魏氏组织；过小出现淬硬组织

4焊接结晶裂纹的形成机理及防治措施?

答:(1)产生结晶裂纹原因：a)液态薄膜：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”。b)拉伸应力：在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带(液态薄膜)开裂，产生结晶裂纹,液态薄膜—根本原因;拉伸应力—必要条件

（2）防止结晶裂纹的措施1）、冶金方面①控制焊缝中有害杂质的含量，限制S、P、C含量S、P<0.03-0.04焊丝C<0.12% (低碳钢)焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝②改善焊缝的一次结晶细化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al

2)、工艺方面（减少拉应力）正确的接头式，妥善安排焊接次序焊次序

5.焊接冷裂纹的影响因素及防治措施.

答:（1）、影响因素1)、钢种化学成分的影响2）、拘束应力的影响3)、氢的有害影响4)、工艺影响①线能量②预热温度③焊后后热④多层焊

防止措施a）、冶金措施①（低碳微量多合金）②[H]↓选用低氢焊接材料，低氢焊接方法如CO2焊③控制氢的来源，烘干焊条消理焊件焊丝④加入某些合金元素，提高塑性⑤采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾向较大的低合金高强钢，避免冷裂纹b）、工艺措施①选择合适的焊接线能量q↑、V冷↓、t100↑减少裂但有晶粒粗大现象②预热冷却速度↓[H]外逸③后热[H]↓消氢处理350℃保温1—2小时，使氢外逸c）、拘束应力①防止焊缝分布密集，消除应力集中部位如缺口，坡口形状对称②适当的预热、后热、缓冷

第五章

1为什么预热有防止冷裂纹的作用？它对防止热裂纹是否也有这样的作用?

答：预热可以降低冷却速度，从而降低淬硬倾向，另外预热也可以促使H的逸出以及降低应力，这样可以综合影响冷裂纹的产生，因此就可以根据冷裂纹敏感指数来确定不产生冷裂纹的预热温度。(此处有一个公式)然而，对于热裂纹，预热可以降低热输入，从而降低脆性温度区间，从而降低热裂纹倾向。预热对两种裂纹影响的机理是不同的。

2.后热对防止冷裂纹有何作用？它是否能全部代替预热？

答：焊后紧急后热可使扩散氢充分逸出，在一定程度上有降低残余应力的作用，也可改善组织，降低淬硬性。从改善劳动条件出发，选择合适的后热温度可以降低预热温度或者代替某些结构中的中间热处理。然而，对一些不含Ni，Si的低合金高强钢（18MnMoNb），在后热过程中会使残留奥氏体分解为渗碳体与铁素体，即经过后热后反而使热影响区韧性下降。所以它并不能全部代替预热。

3、比较Q235(345) ,T-1钢 2.25Cr-1Mo和30CrMnSiA的冷裂、热裂和消除应力的倾向?

答:Q345，热轧钢，合金元素含量低，碳含量低，三种裂纹都不容易产生；

T-1钢低碳调质钢，尽管碳含量高，但能自回火，不易产生冷裂，Mn含量高，热裂倾向也不大，消除应力处理裂纹也不大；

2.25Cr-1Mo钢冷裂不易，不易产生热裂；易产生再热裂纹；

30CrMnSiA钢，中碳调质钢，碳含量高，不能自回火，易冷裂，热裂纹，也有再热裂纹倾向

总之：热裂纹30CrMnSiA最大冷裂纹30CrMnSiA最大，消除应力裂纹2.25Cr-1Mo 最大30CrMnSiA较大