焊接冶金学

武汉理工大学焊接冶金学复习资料

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焊接冶金学复习资料

一、名词解释

1. 焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

2. 焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。

3. 焊接化学冶金过程：在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程称为焊接化学冶金过程。

4. 焊条平均熔化速度：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度称为焊条金属的平均熔化速度。

5. 熔合比:在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。

6. 药皮重量系数：单位长度上药皮和焊芯的质量比。

7. 偏析：在熔池进行结晶的过程中，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，出现所谓的偏析现象。

8. 过冷度：每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。

9. 扩散氢：可以在焊缝金属的晶格中自由扩散的氢。

10. 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要的力。

二、基本概念

1. 焊接热循环的特点？ a) 加热温度高 b) 加热速度快 c) 高温停留时间短 d) 自然条件下连续冷却 e) 局部加热

2. 药芯焊丝的特性？ a) 焊接飞溅小 b) 焊缝成形美观

c) 熔敷速度高于实心焊丝

d) 可进行全位置焊接，并可以采用较大的焊接电流。 3. 焊条设计原则？

在技术上，必须满足设计任务的要求，达到各项技术指标的规定，在制造工艺上必须切实可行，同时还要考虑到经济效益要好；焊条的卫生指标要先进，确保焊工的身体健康。

4. 焊条的设计依据

a) 被焊母材的化学成分与力学性能指标

b) 焊件的工作条件，如工作温度，工作压力以及是否有耐磨性，耐腐蚀

性等特殊要求

c) 施工现场的焊接设备条件以及施工的条件等 d) 考虑电焊条制造的生产工艺条件 5. 选择脱氧剂的原则

a) 在焊接温度下脱氧剂对氧的亲和力应大于母材对氧的亲和力。焊接铁

基合金时，A1、Ti、Si、Mn等可作为脱氧剂。

b) 脱氧产物不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度，脱氧产

物能尽快上浮到液体上，以减少夹杂物的数量，提高脱氧效果。 c) 综合考虑脱氧剂对焊缝成分、力学性能及焊接工艺性能的影响。 d) 在满足技术要求的前提下，应注意经济性。 6. 熔渣分子理论要点

a) 液态熔渣是由化合物的分子组成的 b) 氧化物及其复合物处于平衡状态

c) 只有自由氧化物才能参与和金属的反应 7. 熔渣离子理论要点

a) 液态熔渣是有阴阳离子组成的电中性溶液 b) 离子的分布和相互作用取决于它的综合矩c) 熔渣与金属的作用过程是原子与离子交换电荷的过程 8. 焊条的工艺性能

焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度以及焊条发尘量等

9. 熔渣的物理性能：熔渣碱度、粘度、表面张力、熔点 10. 联生结晶

熔合区附近加热到半熔化状态金属的晶粒表面，非自发晶核就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成所谓的交互结晶叫做联生结晶。

三、分析问题（此部分仅供参考）

1. 手工电弧焊分为哪几个反应区，各有什么反应条件和特点？

a) 药皮反应区：反应区的温度范围从100度至药皮的反应熔点，主要物

化反应有：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。

b) 熔滴反应区：熔滴形成、长大到过渡至熔池中都属于该区。特点有：

熔滴的温度高，熔滴与气体和熔渣的接触面积大，各相之间的反应时间短，熔滴与熔渣发生强烈的混合。主要物化反应有：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化和还原、以及焊缝金属的合金化等。

c) 熔池反应区：反应速度比熔滴阶段小，在反应过程中的贡献也较小。 2. 铁锈对酸性和碱性焊条的影响

酸性焊条对铁锈、油污等灵敏性小，且不易发生气孔。而碱性焊条对铁锈、油污的灵敏度较大，会产生很多气体。 3. 分析酸性碱性焊条的冶金工艺性能的区别

a) 酸性焊条：工艺性能好，焊缝外表成型美观，波纹细密，熔渣的氧化

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d)

e)形态对结晶裂纹的影响；力学因素对产生结晶裂纹的影响。 b) 防治措施：冶金因素方面：控制焊缝中硫，磷，碳等有害杂质的含量，

f)改善焊缝凝固结晶，细化晶粒是提高抗裂性的重要途径；工艺因素方面：焊接工艺及参数，接头形式，焊接次序。 7. 延迟裂纹的特征及形成过程P245

g)特征：从潜伏、萌生、扩展，以至开裂是具有延迟特征的。

h)形成过程：金属内部的缺陷提供了潜在裂源，在应力的作用下，这些微观缺陷的前沿形成了三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。当氢的浓度达到一定程度的时候，一方面产生较大的应力，另一方面阻碍位错移动而使该处变脆，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展而形成裂纹。 8. 延迟裂纹的影响因素及预防措施

i)1) 影响因素：钢种的化学成分、焊接时的拘束应力或拘束度、氢的有害

j)作用以及焊接条件等。 2) 预防措施：

k)a) 选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性。 b) 减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）。 c) 避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度）。 d) 降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等。

l)e) 焊后立即进行消氢处理（即加热到250℃，保温2～6左右，使焊缝金

m)属中的扩散氢逸出金属表面）。

n)四、基本问题

o)1. 实现焊接的基本条件是加热、加压或两者并用。

p)2. 手工焊的热量来源有电弧热、电阻热、化学反应热。

q)3. 手工电弧焊的熔滴过渡形式有短路过渡、颗粒状过渡、附壁过渡。

r)4. 手工电弧焊的反应区一般分为药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区。 5. 熔滴的平均温度变化范围1800-2400℃。 6. 熔池一般平均温度变化范围1600-1900℃。

s)7. 焊接区内的气体有二氧化碳、水、氢气、氮气、氧气、金属和熔渣的蒸气以及它们分解和电离的产物组成的混合物。

t)8. 氢气，氮气在金属里的溶解度，在液固状态发生突变。 9. 焊缝中的氢分为残余氢和扩散氢。

u)10. 气体对焊缝的氧化，一般来说，实际分压大于平衡分压被氧化，等于保持平衡，小于被还原。

v)11. 熔渣中的Sio2 Tio2属于酸性氧化物。 12. CaO MnO MgO属于碱性氧化物。

w)13. 熔渣在焊接过程中的作用有机械保护作用、改善焊接工艺性能的作用、冶金处理的作用。

x)14. 熔渣的物理特性有碱度、粘度、表面张力、熔点。 15. 熔渣对金属的氧化方式有扩散氧化和置换氧化。 16. 脱氧的方式有先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧。 17. 合金过渡的损失有氧化损失、残留损失。

y)3. 再热裂纹发生在焊接热影响区的粗晶部位并呈晶间开裂，沿熔合线母材侧的奥氏体晶界扩展。

z)54. 层状撕裂一般发生在T形接头形式、角接头和十字接头。 55. 层状撕裂与沿轧向分布的杂质的形状、数量、种类有关。

aa)56. 应力腐蚀裂纹的特征：从表面上看，裂纹的分布如同疏松的网状或龟裂分布，内部呈树根分布。

bb)57. Z向拉伸断面收缩率ΨZ 不小于15%才能防止层状撕裂。 58. 应力腐蚀的开裂形式有哪些？沿晶，穿晶，混合。 59. 应力腐蚀裂纹的必要条件是拉应力

试题

焊接冶金学试卷

一、填空（每空1分，共30分）

1、熔焊时，金属、熔渣和气象之间进行一些列的冶金反应。

2、手工电弧焊的焊接化学反应区有三个即要皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。

3、焊接区域气体的来源主要有：有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解和材料的蒸发等。

4、焊接材料是焊接时所消耗材料的通称，包括焊条、焊丝和焊剂以及气体等。

5、熔滴过渡形式有：颗粒状过度、短路过度、附壁过度等。

6、焊接区内的气体主要由CO2、H2O、N2、H 2 、O 2组成。

7、焊缝中常遇到的夹杂物有盐性夹杂、盐-氧化合物夹杂和氧化物夹杂。 8、常用的脱氧剂有AL、Ti、Si、Mn。

9、焊缝中化学成分的不均匀性包括显微偏析、区域偏析和层状偏析。 10、裂纹按产生的本质分为五大类即热裂纹、再热裂纹冷裂纹和层状撕裂以及应力腐蚀裂纹。

二、选择（10分每题1分）

1、低氢型焊条（碱性焊条）焊缝的含氢量低的原因是药皮中含有很多的碳酸盐，它们受热

分解生成（ 3 ）和氢反应生成稳定的OH。 1）O2 2）H2 3）CO2 4）N2

2、焊接区内的氢主要来源于焊接材料中的（ 3 ）。

1）碳酸盐 2）氧化物 3）水分 4）空气

3、熔合区会出现明显的化学成分不均匀，成为（ 2 ）地带。

1）优质 2）薄弱 3）缺陷 4）不重要 4、在焊接化学冶金中常用的脱硫剂是（ 2 ） 1）铁 2）锰 3）硅 4）铜

5、低碳钢含碳量低，固态相变的组织主要是（ 1 ）+少量珠光体。 1）铁素体 2）莱氏体 3）贝氏体 4）马氏体

6、改善焊缝金属凝固组织的最有效冶金方法是（ 4 ）。

1）后热 2）进行脱氧 3）提高冶金反应时间 4 ）添加某些合金元素

7、下列属于氧化物夹杂的有（ 3 ） 1）CaO 2）FeO 3）SiO2 4）K2O

8、硫在焊缝金属中的危害是以低熔点的（ 3 ）的形式存在。

1）S 2）FeS 3）Fe+FeS 4）SO2

9、钢铁表面的氧化皮在焊接过程中形成的气孔是（ 2 ）。 1）H2O 2）H 3）CO 4）N

10、能够稀释熔渣的物质是（ 2 ）。

1）氧化铁 2）氟化钙 3）氧化硅 4）大理石三、判断（10分每题1分）

1．增加焊接电流和电弧电压都会加剧材料的蒸发。（√） 2．对焊缝表面进行捶击能够改变焊缝的组织。（√）

3．碳具有脱氧作用，所以焊丝中的含碳量应该高于焊件。（ x ） 4．有拉伸应力是焊接时产生裂纹的必备条件。（√） 5．熔渣的氧化性增大时，氢气孔倾向增大。（ x ） 6、交流焊时比直流焊时气孔的倾向较大。（ ? ）

7、焊接时注意保护溶池，焊条适当的摆动，能有效的防控气孔和夹杂的产生。（√） 8、焊接溶渣中的氧化物都是酸性的。（ x）

9、Mo、V、Nb对焊缝金属有固熔强化和变质处理的作用。（√） 10、焊条药皮中加入一定量的氟化钙能降低焊缝的含氢量。（√）四、名词解释（20分每题5分） 1、焊后脱氢处理

焊后把焊件加热到一定的温度促使氢扩散外溢的工艺叫脱氢处理 2、跟踪回火

所谓跟踪回火就是每焊完一道焊缝立即用气焊火焰加热焊道表面，温度控制在900~1000度左右 3、马氏体

马氏体是碳在α-铁中的过饱和固溶体，一般可分为低碳马氏体和高碳马氏体 4、偏析

在熔池进行结晶的过程中，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，合金远视眼的分布是不均匀的，出现所谓偏析现象