金属熔焊原理.doc

金属熔焊原理考点一基础题：1 焊接参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。（参照课本P15图1-6）2 焊条的平均熔化速度、熔敷速度均与电流成正比。3 短路过渡的熔滴质量和过渡周期主要取决于电弧长（电弧电压），随电弧长度的增加，熔滴质量与过渡周期增大。当电弧长度到达一定值时，熔滴质量与过渡周期突然增大，这说明熔滴的过渡形式发生了变化，如果电弧长度不变，增大电流则过渡频率增高，熔滴变细。4 一般情况下，增大焊接电流，熔宽减小，熔深增大；增大电弧电压，熔宽增大，熔深减小。5 熔池的温度分布极其不均匀（熔池中部温度最高）。 6 焊接方法的保护方式：手弧焊（气-渣联合保护），埋弧焊、电渣焊（熔渣保护），氩弧焊CO2焊、等离子焊（气体保护）。7 焊接化学冶金过程是分区域连续进行的。8 焊接化学冶金反应区：手工焊有药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区三个反应区；熔化极气保焊只有熔滴和熔池两个反应区；不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊只有熔池反应区。9 熔滴阶段的反应时间随焊接电流的增加而变短，随电弧电压的增加而变长。10 焊接材料只影响焊缝成分而不影响热影响区。11 焊接区周围的空气是气相中氮的主要来源。12 熔渣在焊接过程中的作用：机械保护、改善焊接工艺性能、冶金处理。13 分子理论中酸碱性以1为界点，原子理论中，以0为界点。14影响FeO分配系数的主要因素有：温度和熔渣的性质。15焊缝金属的脱氧方式：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧。16脱硫比脱磷更困难。17随焊芯中碳含量的增加，焊接时不仅焊缝中的气孔、裂纹倾向增大，并伴有较大飞溅，是焊接稳定性下降。18焊条的冶金性能是指其脱氧、去氢、脱硫磷、掺合金、抗气孔及抗裂纹的能力，最终反映在焊缝金属的化学成分、力学性能和焊接缺陷的形成等方面。19 焊剂按制造方法分为：熔炼焊剂和非熔炼焊剂。20 焊丝的分类：实芯焊丝和药芯焊丝。21 焊接中的偏析形式：显微偏析、区域偏析、层状偏析。22 相变组织（二次结晶组织）主要取决于焊缝化学成分和冷却条件。23焊接热循环的基本参数：加热速度、最高加热速度、相变温度以上停留的时间、冷却速度或冷却时间t8/5、t8/3、t100。24 产生冷裂纹的三要素：拘束应力、淬硬组织、氢的作用25冷裂纹的断口组织，宏观上看冷裂纹的断口具有淬硬性断裂的特征，表面有金属光泽，呈人字形发展，从微观上看，裂纹多起源于粗大奥氏体晶粒的晶界交错处。26 冷裂纹的种类：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹。27 熔滴过度的作用力：重力、表面张力、电磁压缩力及电弧吹力等。28活性熔渣对焊缝金属的氧化形式：扩散氧化、置换氧化。29 熔合比影响焊缝的化学成分、金属组织和机械性能。局部熔化的母材将对焊缝的成分起到稀释作用。30 焊接过程中对金属的保护有气保护、气-渣联合保护、渣保护、自保护。二名词解释：1 焊接温度场：焊接过程中某一瞬时间焊接接头上个点的温度分布状态。2 焊缝金属的熔合比：熔化焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。3 药皮重量系数：单位长度药皮与焊芯的质量比。4 随温度降低黏度缓慢增加的称为长渣。随温度降低黏度迅速降低的称为短渣。5 合金元素的过度系数：指某合金元素在熔敷金属中的实际质量分数与其在焊材中的原始质量分数之比。6 联生结晶（交互结晶）：依附于母材半熔化晶粒开始长大的结晶方式。7 显微偏析：在晶粒尺度上发生的化学成分不均匀的现象。8 区域偏析：焊缝边缘到焊缝中心存在的化学成分不均匀的现象。9 层状偏析：由于结晶过程周期性变化而化学成分不均匀所造成的。10 焊接热循环：在焊接热源作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化。11 层间温度系：指多层多道焊时在施焊后后续焊道前其相邻焊道应保持的最低温度。12 焊缝的合金化：在熔焊时，要获得预期的焊缝成分把需要的合金元素通过焊材过渡到焊缝金属中的过程。焊接热效率：母材和填充金属所吸收的能量（包括熔化及向内传导的热量）。 q=P/V13 冷裂纹：在冷却到比较低的温度（一般在300以下）或室温放置一定时间后，在焊接接头中产生的裂纹。三 简答题：1 电阻热过大的不良后果：当电流过大和加热时间过长时，导致电阻热过大，会使焊芯和药皮升温过高而引起以下不良后果：（1）熔化激烈，产生飞溅（2）药皮开裂与过早脱落，导致电弧燃烧不稳定（3）焊缝成形变差，甚至引起气孔等缺陷（4）药皮过早进行冶金反应，丧失冶金反应和保护能力（5）焊条发红变软，操作困难。2 焊接区内气体的供给途径：（1）有机物的分解和燃烧（2）碳酸盐和高价氧化物的分解（3）物质的蒸发及氧化反应（4）直接输入或侵入。3 氮对焊接质量的影响：（1）形成气孔，液态金属在高温时可以溶解大量的氮，而在其凝固时溶解度突然下降，这时过饱和的氮以气泡的形式向外逸出，当焊缝金属的结晶速度大于逸出速度是就形成了气泡（2）降低焊缝力学性能，使焊缝金属的强度、硬度升高，而塑性和韧性，特别是低温韧性急剧下降（3）时效脆化，可使焊缝金属的强度上升，塑性、韧性下降。控制措施：加强机械保护，采用气体保护、熔渣保护，气渣联合保护以及抽真空等措施，来防止空气与液体金属发生作用；选择合理的焊接参数，焊接工艺参数对焊缝含氮量有明显的影响；控制焊丝金属的化学成分，增加焊丝或药皮的含碳量，这是因为碳能降低氮在贴中的溶解度，碳氧化生成了CO、CO2加强了保护，降低了气相中氮的分压；碳氧化引起的熔池沸腾有利于氮的逸出。4 氧对焊接质量的影响：（1）机械性能下降，随焊缝氧含量的增加，塑性、韧性都明显下降，尤其是低温冲击韧性急剧下降，引起热脆、冷脆和时效硬化；（2）物理和化学性能变差降低焊缝的导电性、导磁性及抗腐蚀性；（3）产生气孔，溶解在熔池中的氧与碳发生反应，生成不溶于金属的CO，在熔池结晶时CO气泡没有来得及逸出，则在焊缝中形成CO气孔；（4）工艺性能变差，熔滴中含氧和碳多时，它们相互作用生成的CO受热膨胀，使熔滴爆炸，造成飞溅，影响焊接过程的稳定性；还会造成脱渣困难等问题 。5酸性焊条与碱性焊条的特点：（一）酸性：焊接工艺性差，电弧稳定，可交直流两用，焊接是飞溅小，流动性好，焊缝成形美观且脱渣性好，但氧化性较强，合金元素烧损较多，焊缝金属塑性和韧性较差。（2）碱性：脱硫效果好，故熔敷金属抗裂纹能力强，具有较高的塑性和冲击韧性，电弧稳定性差，一般采用直流反接，焊接时对铁锈、水分敏感性强且焊接过程中烟尘大。6 氟石（莹石）的作用：一方面它可降低碱性熔渣的熔点、黏度和表面张力，增加熔渣的流动性从而提高焊缝质量；另一方面，可以脱氢，消除焊缝金属的冷裂纹倾向，有利于降低焊缝金属中的气体介质。7 焊条的工艺性包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形性，焊条对各种位置焊接的适应性、脱渣性、飞溅程度、焊条的熔化率、药皮发红程度、焊条发尘量。8 熔池凝固的条件：宏观上，金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度；微观上，金属的凝固过程是由晶核的不断形成和长大两个基本过程构成。9 焊接速度对成长速度和方向的影响：焊接速度增加时，焊接温度场的范围减小，熔池形状变得细长。因此焊接速度越大，晶粒成长的方向角越大，晶粒越向垂直于熔池中心线的方向成长，从而形成垂直于焊缝中心线的柱状晶粒；反之，焊速减小时，晶粒的成长方向角有90度逐渐变小，并达到很小的数值，而形成弯曲的晶粒。10 焊缝中的夹杂物及其危害：（1）氧化物 主要是二氧化硅，其次是氧化锰、二氧化钛及三氧化二铝等，一般多以硅酸盐的形式存在。这种夹杂物如果密集地以块状或片状分布时，在焊缝中会引起热裂纹，在母材中也会引起层状撕裂（2）氮化物 残氮是焊缝在时效过程中由过饱和固溶体中析出的，并以针状分布在晶粒上或贯穿晶界。由于N4F是一种脆硬的化合物，会使焊缝的硬度增高，塑性、韧性急剧下降（3）硫化物 主要是MnS和FeS，前者的影响较小，而后者的影响较大。因此FeS是沿晶界析出，并与Fe或FeO形成低熔点共晶，它是引起热烈文的主要原因之一。11 不易淬火钢热影响区的组织分布及各区域特点：（1）过热区 组织特征是晶粒粗大的铁素体和珠光体，甚至形成魏氏体组织（2）完全重结晶区 是晶粒细小、均匀，因而完全重结晶区的塑性和韧性都比较好，具有较高的力学性能，甚至由于母材（3）不完全结晶区 是晶粒大小不一的铁素体和细小的珠光体，而且分布不均（4）再结晶区 为等轴晶粒。（母材为热轧态时，热影响区中没有再结晶区）12 易淬火钢热影响区的组织分布及组织特征：当母材为调质状态时，热影响区由完全淬火区、不完全淬火区和回火区组成；当母材为退货或正火状态时，热影响区只由完全淬火区和不完全淬火区组成。（1）完全淬火区 粗细不同的马氏体和少量贝氏体的混合组织，它们同属于马氏体类型（2）不完全回火区 马氏体、铁素体以及中间体构成的混合组织（3）回火区 回火区内组织和性能的变化程度取决于焊前调质状态的回火温度13焊接热影响区的脆化形式及如何防止(一)焊接热影响区的脆化是指脆性升高或韧性下降的现象包括粗晶脆化和时效脆化（包括热应变时效脆化和相析出时效脆化）（二）防治措施：（1）焊接低合金钢时，选用较小的焊接线能量有利于提高焊接热影响区的韧性（2）焊接没有钛、铝及钒等合金元素的低合金钢或碳锰系低合金钢时，要特别注意Ac1以下亚热影响区中的蓝脆问题，在焊接工艺上设法降低蓝脆区的宽度以及这个温区的停留时间，可明显减小时效脆化。14 结晶裂纹的影响因素及控制措施：（一）影响因素：(1)冶金因素对结晶裂纹的影响a常用合金元素的影响，如C、S、P、Mn、Si等，b易熔相的影响（2）力的影响：包括结构的几何形状、尺寸和复杂程度、焊接顺序、装配焊接方案以及冷却速度等。（二）防治措施：（1）冶金措施：a控制焊缝中C、S、P等有害杂质元素的含量。b提高焊丝的含锰量.c对熔池进行变质处理d形成双相组织e调整熔渣的碱度（2）工艺措施：a控制焊缝成形系数，提高成形系数可以提高焊缝的抗裂纹能力b降低冷却速度，可以减小结晶裂纹倾向c调整焊接顺序，降低拘束应力。15 长渣和短渣的概念及使用情况：随温度降低黏度缓慢增加的称为长渣。随温度降低黏度迅速降低的称为短渣。含SiO2多的酸性渣为长渣，这种渣不适于立焊或仰焊，一般只适用于平焊；在进行立焊或仰焊时，为防止熔池金属在重力作用下流失，希望熔渣在较窄的温度范围内凝固，因而选用短渣焊接。而低氢型或氧化钛型焊条的熔渣属于短渣，适用于全位置焊接。16 防止冷裂纹的措施：（1）选用冷裂纹敏感性低的母材，碳对冷裂纹敏感性影响最大，应尽量选用低碳多元合金化钢材;(2)提高焊缝金属的塑性和韧性储备；（3）控制氢的来源，选用低氢优质焊接材料或低氢的焊接方法，严格按规定对焊接材料进行烘焙及进行焊前清理工作；（4）焊前预热，可以有效降低冷却速度，改善接头组织，降低拘束应力，有利于氢的扩散逸出；（5）选择合理的焊接规范及线能量，控制800500的冷却时间可以改善焊缝及热影响区的组织状态，增加线能量可以降低冷却速度，从而降低冷裂纹倾向，但线能量过大，则可能造成焊缝及过热区的晶粒粗化；（6）焊后热处理，消除扩散氢，降低和消除残余应力，改善接头组织和性能；（7）降低焊接应力，选择合理的焊接顺序，减少焊接应力，改进接头设计，减少度避免应力集中。四 论述题1 试述氢对焊接质量的影响及控制措施？（一）影响（1）氢脆性 金属中因吸收氢而导致塑性严重下降的现象，其机理通常认为是在拉伸和弯曲过程中金属的位错发生运动和堆积，溶解在晶格中的原子氢沿位错方向扩散和聚集，在显微空腔中产生很高的压力而导致金属变脆（2）白点 常常在其拉伸试件的断面上出现光亮圆形的局部脆性断裂点，如果焊缝金属产生白点，其塑性将大大下降（3）气孔 如果熔池中吸收了大量的氢来不及逸出，很容易形成气孔（4）产生冷裂纹 冷裂纹是在冷却到比较低的温度或室温放置一定时间后，在焊接接头中产生的裂纹，其危害性很大。（二）控制措施：（1）限制焊接材料中氢的来源，在焊条药皮与焊剂制造中因控制含氢的原材料（2）焊前仔细清理焊丝表面和焊件坡口及其两侧20mm范围内的铁锈、油污、吸附水分以及其他含氢物质（3）冶金处理 焊条药皮或焊剂中加入氟化物，适当增加焊材的氧化性（4）控制焊接参数 采用射流过渡，增加电弧电压，利用交流电焊接都能够减少焊缝中的含氢量（5）焊后脱氢处理 焊后把焊件加热到一定温度促使氢扩散逸出。2 合金元素的过渡系数及影响因素（一）合金元素的过度系数：指某合金元素在熔敷金属中的实际质量分数与其在焊材中的原始质量分数之比，只有在药批氧化性很小，且残留损失不大的情况下，它们的过渡系数才接近相等。（二）影响因素：（1）合金元素对氧的亲和力，对氧的亲和力越小，过度系数越大（2）合金元素的物理性质，主要是沸点，沸点越低，焊接时其蒸发损失量越大，过度系数降低（3）焊接区介质的氧化性，氧化性越大，过度系数越小（4）合金元素的粒度，增加合金元素的粒度，其表面积减小，氧化损失减少，而残留损失不变，故过渡系数增大（5）合金元素的含量，随着药皮或焊剂中合金元素量的增加，其过渡系数也相应的增加（6）药皮或焊剂的成分，焊剂药皮的成分决定了熔渣的氧化性，碱度，粘度，都会影响过度系数（7）药皮重量系数和焊剂熔化率，药皮重量系数或焊剂熔化率都会使合金元素的过度系数减小（8）焊接方法和焊接参数，增加电弧电压或选择直流反接都会使合金元素的过度系数减小。3 气孔的形成及其防治措施（一）气孔的形成：焊缝中产生气孔的根本原因是由于高温时金属