焊接金属学复习资料.doc

1、 能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？电弧热：利用气体介质的放电过程所产生的热源作用作为焊接热源,目前应用最广泛的一种 焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等化学热：利用助燃,可燃气体(如氧 乙炔 炳烷等)或铝 镁发热剂燃烧时产生的热源作为焊接热源 气焊、铝热焊等电阻焊：利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接热源 电阻焊、电渣焊摩擦热 ：由机械摩擦而产生的热能作为焊接热源 摩擦焊等离子弧 ：电弧放电或高频放电产生高度电离的气流,由机械压缩 等离子弧焊电子束 ：在真空,低真空 局部真空中,利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面,使这种动能变为热能作为焊接热源 电子束焊接 激光束 ：通过受激辐射而使放射增强的光(激光),经聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源 激光焊2、 焊接电弧加热区的特点及其热分布？热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，如果再进一步分析时，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区。（1）活性斑点区：活性斑点区是带电质点（电子和离子）集中轰击的部位，并把电能转为热能；（2）加热斑点区：加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。3、 焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？熔焊时，焊接接头的形成，一般要经历加热、熔化，冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。（1）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶、固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切关系，成为影响焊接质量和生产率的重要因素之一。（2）焊接化学冶金过程：熔焊时，金属、熔渣与气相之间进行一系列的化学冶金反应，可直接影响到焊缝的成分组织和性能。（3）焊接时的金属凝固结晶和相变过程：随着热源的离开，经过化学冶金反应的熔池金属就开始凝固结晶，金属原子由近程有序排列变为远程排列，即有液态变为固态，对于有通俗易购转变的金属，随温度下降，将发生固态转变。因焊接条件下是快速连续冷却，并受局部约束应力的作用。因此，可能产生偏析、夹杂、气孔、热裂纹、脆化等缺陷，故控制和调整焊缝金属夫人凝固和相变过程，成为保证焊接质量的关键。4、试述提高焊缝金属强韧性的途径？（1）通过焊接材料向焊缝中加入微量合金元素，进行变质处理，从而提高焊缝的韧性；（2）适当降低焊缝中的碳，并最大限度排除焊缝中的S、N、O、P、H等杂质进行进化焊缝。5、什么是焊接，其物理本质是什么？定义：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问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。物理本质：1，宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性） 2，微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合6、焊接冶金研究的内容有哪些，焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？ 它主要研究在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。 原材料不同：普通冶金材料的原材料主要是矿石、废钢铁和焦炭等；而焊接化学冶金的原材料主要是焊条和焊剂等。反应条件不同；普通化学冶金是对金属熔炼加工过程，是在特定的炉中进行的；而焊接化学冶金过程是在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于高炉。7、调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？焊接区域内的金属进行保护。为了提高焊缝金属的质量，把焊接方法用于制造重要结构，就必须尽量减少焊缝中有害杂质的含量和有益合金元素的损失，使焊缝金属得到合适的化学成分。因此，焊接化学冶金的首要任务是对焊接区的金属加强保护，以免受空气的有害作用。对熔化金属进行冶金处理，通过调整焊接材料的成分和性能，控制冶金反应的发展，来获得预期要求的焊接成分。焊接冶金过程是分区域（或阶段）进行的。手工电弧焊时，有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区。在熔滴阶段进行的反应多数在熔池阶段也继续进行，但也有停止反应甚至改变反应方向的各阶段冶金反应的综合效果，决定了焊缝金属的最终化学成分。8、焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 焊接区内的气体主要来源于焊接材料。气电焊时，焊接区内的气体主要来自所采用的保护气体及其杂质（氧、氮、水气等）。气体主要通过以下物化反应产生的1、有机物的分解和燃烧：制造焊条时常用淀粉、纤维素等有机物作为造气剂和涂料增塑剂，焊丝和母材表面上也可能存在油污等有机物，这些物质受热以后将发生复杂的分解和燃烧反映，统称为热氧化分解反应。2、碳酸盐和高价氧化物的分解：焊接冶金中常用的碳酸盐有白云石、碳酸钙等。这些碳酸盐在加热超过一定温度时开始分解，生成气体CO2。3、材料的蒸发：在焊接过程中，除焊接材料中的水分发生蒸发外，金属元素熔渣的各种成分也在电弧的高温作用下发生蒸发，形成相当多的蒸气。除上述物化反应产生气体外，还有一些冶金反应也会产生气态产物。9、为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度的主要原因在于：1电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多。2电弧中的氮离子可在阴极溶解；3在氧化性电弧气氛中形成NO，遇到温度较低的液态金属它分解为N和O，N迅速溶于金属10、试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒性的主要途径。（1）减少药皮中萤石的含量(保证机械性能的前提下，否则萤石含量过低时，焊缝易出气孔)（2）减少水玻璃，药皮中一般用水玻璃作粘接剂，含有一定量的钾钠。目前有些地方采用硅酸乙酯和硅溶胶代替水玻璃，降低碱性焊条的发尘量。（3）减少电弧的过热程度。11、试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺性能、冶金性能和焊缝金属的力学性能 1）酸性焊条 它是药皮中含有多量酸性氧化物的焊条c1J。这类焊条的工艺性能好，其焊缝外表成形美观、波纹细密。由于药皮中含有较多的Fd2、Ti02、So：等成分，所以熔渔的氧化性强。酸性焊条一般均可采用交、直流电源施焊。典型的酸性焊条为E4303(J422)。 2）碱性焊条 它是药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。cl由于焊条药皮中含有较多的大理石、萤石等成分，它们在焊接冶金反应中生成C02和服，因此降低了焊缝中的含氢量。所以碱性焊条又称为低氢焊条。碱性焊条的焊缝具有较高的塑性和冲击韧度值，一般承受动裁的焊件或刚性较大的重要结构均采用碱性焊条施工。典型的碱性焊条为E5015(J507)。12、低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？答：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13、埋弧焊时如何考虑焊丝与焊剂匹配？埋弧焊焊剂和焊丝的匹配主要依据两方面：被焊材料的类别及对焊接接头性能的要求：在焊接低碳钢和强度等级较低的低合金钢时，应按等强原则选与母材匹配的材料。焊接低合金高强钢时，除了使焊缝与母材等强外，还要特别注意保证焊缝的塑性和韧度。在焊接耐热钢、低温钢和耐蚀钢时，除了要使焊缝与母材等强度外，还要保证焊缝与母材相同或相似的耐热性、耐低温性和耐蚀性。焊接奥氏体或铁素体高合金钢时，主要保证焊缝与母材有相近的化学成分，使焊缝具有与母材相匹配的特殊性能，同时也要满足力学性能和抗裂性能等方面的要求。 埋弧焊的工艺特点：稀释率高 热输入高焊接速度快14、药芯焊丝的焊接冶金特点是什么？药芯焊丝气保护是一种气-渣联合保护。焊接时，焊丝和药芯受热熔化，从而在焊缝表面上覆盖了一层薄薄的熔渣，并且焊丝中的药粉含有大量的有益的合金元素，可以改善焊缝的性能和质量，而且焊缝成形也比较美观。药芯焊丝CO2焊兼有CO2焊和手工电弧焊的一些优点，又克服了CO2焊飞溅较大，成行不良等缺点，且熔敷速度是各种焊接方法中最高的，在一定的焊接参数下还能采用大电流进行全位置焊接，对设备要求也比较低。药芯焊丝焊接质量曾引起人们的怀疑，特别是焊缝的韧性。只要焊材选择得当，气保焊药芯焊丝完全可以满足母材的性能要求。15、焊条药皮的作用有哪些？（1）机械保护作用：利用药皮熔化后释放出的气体和形成的熔渣隔离空气，防止有害气体侵入熔化金属；（2）冶金处理作用：去除有害杂质（如OHSP）和添加有益的合金元素，是焊缝获得合乎要求的化学成分和机械要求；（3）改善焊接工艺性能：使电弧燃烧稳定，飞溅少，焊缝成形好，易脱渣等16、综合比较J422和J507焊条的工艺性能与冶金性能？工艺性能：J507是碱性药皮，J422则是酸性药皮。J507焊条需要使用直流或者逆变焊机，通常应用与结构类焊接中的需要高强度级别的碳钢类焊接，可焊接性非常良好。J422焊条则交、直流焊机均可，但使用直流或逆变容易发生偏弧现象，电流选择不当容易产生夹渣、未焊透等缺陷，一般用于普通钢铁类结构焊接，对强度无特别要求。冶金性能：J422主要用于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级低的低合金钢，一般用于焊接钢结构和普通碳钢管道的焊接。J507主要用于焊接结构钢材中典型的Q235、Q245R、Q345R等钢材，其抗拉强度相对于E4315普通焊条大得多，所以一般焊接受力较大或受动载荷的钢结构。其焊缝成型不如J422美观。17、简述低碳调质钢焊接热影响区的脆化机制低碳调质钢的合金化是通过合金元素的作用提高其淬透性，保证获得高强度高塑性和韧性的低碳马氏体和下贝氏体。凡是不利于形成低碳马氏体和下贝氏体的原因都会引起组织塑性和韧性下降脆化；如由于过热造成的奥氏体晶粒粗化引起的脆化；形成上贝氏体的脆化；由于和进化程度增加了奥氏体的稳定性，在贝氏体中的铁素体之间形成M-A组原因起脆化等。18、试分析16Mn的焊接性， 16Mn与15MnTi的强化机制有何不同？二者的焊接性有何差异？16Mn的焊接工艺是否完全适用于15MnTi的焊接？为什么？ Q345（16Mn）属于热轧钢，是靠锰固溶于铁素体，通过提高铁素体的性能实现提高整个钢的性能的。Q390(15MnTi)是正火钢，除通过锰的强化作用（与上面锰的一样）外，钛可与钢中的碳形成稳定性高、硬而耐磨的特殊碳化物碳化钛，碳化钛以细小、均匀的形式分布于钢中，起到弥散强化的作用。 16Mn的焊接工艺不完全适用于15MnTi的焊接，因为Q390本身碳含量较低，钛又消耗了一部分碳，所以焊接性比Q345略高（碳含量越低，焊接性越好）。19、超低碳不锈钢焊接时，接头易于产生何种形式腐蚀？为什么？ 应力腐蚀。因为焊接过程由于局部加热会导致温差产生热应力，主要为残余拉应力。当超低碳不锈钢焊接接头在腐蚀介质中，由于拉应力和腐蚀介质（氯化物或氟化物等）的双重作用就会造成应力腐蚀，钝化膜被破坏，金属被腐蚀。20、细化晶粒为什么有利于改善焊缝抗热裂纹性能？（1）细化晶粒可以减小脆性温度区的大小，脆性温度区越小，焊缝收缩产生拉伸应力的作用时间就越短，产生的应变量也越小，故产生结晶裂纹的倾向也就越小。（2）细化晶粒可以增强脆性温度区内金属的塑性，脆性温度区内金属塑性越强，越不容易