焊接物理冶金复习题答案

1、焊接基础知识1. 概念：焊接，合金过渡系数，焊条熔敷系数，熔合比，热影响区2. 焊接方法分类3. SMAW、SAW、GMAW、TIG代表什么焊接方法？4. 熔渣在焊接过程中的作用有哪些？5. 根据成分和性能，熔渣分为哪几类？6. 简述熔渣的两种结构理论。7. E4303、E5015代表的意义？两种焊条的特点。8. 焊条工艺性能包括哪些方面？9. 低碳钢焊接热影响区分为哪几个区域？10. 电弧焊常用坡口形式有哪些？11. 焊接位置有哪几种？12. 弧焊电源有哪几类？13. 熔滴过渡形式有哪几种？1. 焊接：被焊工件的材质，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

2、合而形成永久性的连接的工艺过程称为焊接。合金过度系数：等于合金元素在熔覆金属中的实际含量与它的原始含量之比，焊条熔覆系数：H既是单位时间内单位电流所能熔覆在焊件上的金属重量。融合比：在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例热影响区：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称为热影响区2. 焊接方法的分类：熔化焊：气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝热焊等。压力焊：爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻焊等。钎焊：硬钎焊、软钎焊。3. SMAW（焊条电弧焊）TIG（钨极氩弧焊）SAW（埋弧焊）GMAW:二氧化碳气体保护焊;4. (1)机械保护

3、作用：防止高温焊缝金属受空气侵害；(2)改善焊接工艺性能的作用；(3)冶金处理作用。5. 第一类是盐型熔渣主要由金属氟酸盐、氯酸盐、和不含氧的化合物组成。第二类是盐氧化物型熔渣主要由氟化物和强金属氧化物组成。第三类是氧化物型熔渣主要由金属氧化物组成。6. 分子理论：（1）液态熔渣是由化合物的分子组成的，包括氧化物的分子、复合物的分子，以及氟化物的、硫化物的分子等。（2）氧化物及其复合物处于平衡状态。各种复合物的稳定性可用他们的生成热效应来衡量。（3）只有自由氧化物才能参与和金属的反应。离子理论：（1）液态熔渣是由阴阳离子组成的电中性溶液。熔渣中离子的种类和存在的形式取决于熔渣的成分和温度。一般

4、说，负电性大的元素以阴离子的形式存在。负电性小的元素形成阳离子。（2）离子的分布和相互作用取决于它的综合矩 综合矩=式中z离子的电荷；r离子的半径。 离子的综合矩越大，说明它的静电场越强，与异号离子的引力越大。综合矩的大小还影响离子在渣中的分布。相互作用力大的异号离子彼此接近形成集团，相互作用力弱的异号离子也形成集团。所以当离子的综合矩相差较大时，熔渣的化学成分在微观上是不均匀的，离子的分布是近似有序的。（3）熔渣与金属的作用过程是原子与离子交换电荷的过程。7. E4303代表熔覆金属抗拉强度最小为43kgf/mm2适合于与全位置焊接，且药皮为钛钙型的酸性焊条。E5015代表熔覆金属强度最小为

5、50kgf/mm2适合于全位置焊接，且药皮为低氢钠型的碱性药皮。8. 焊条工艺性能：1）焊接电弧的稳定性 2）焊缝成形性 3）各种位置焊接的适应性 4）脱渣性 5）飞溅程度 6）焊条的熔化速度 7）药皮的发红程度 8）发尘量9. 热影响区包括：（从焊缝未受影响区）融合区，过热粗晶区，相变重结晶区，不完全结晶区，时效脆化区。10. 焊条电弧焊接头坡口的基本形式有I形、V形、U形和X形等。I形坡口主要用于厚度为16 mm 钢板的焊接；V形坡口主要用于厚度为326mm钢板的焊件；U形坡口主要用于厚度为2060mm钢板的焊接；X形坡口主要用于厚度为1260mm钢板的焊接，需双面施焊。11. 焊接位置分

6、为平焊、立焊、横焊和仰焊四种12. 弧焊电源包括：交流弧焊电源、直流弧焊电源和脉冲弧焊电源。13. 熔滴过渡的形式：短路过渡、颗粒状过渡、附壁过渡。焊接物理冶金1. 焊接热循环主要参数有哪些？2. 焊接热过程的特点。3. HAZ脆化的类型及其机理？什么是M-A组元？4. 焊缝金属一次组织的特点。5. 低合金钢焊缝中铁素体类型、形成温度及形态特点。6. 为什么高强钢焊接时采用低匹配焊接材料？7. 简述氢的表面吸附理论。8. 简述氢脆的机理。9. 什么是拘束度？10. 焊接冷裂纹控制因子包括哪些方面？11. 如何判断冷裂倾向？12. 解释冷裂纹的起源机理。13. 氢对冷裂纹的扩展有何作用？14.

7、简述结晶裂纹的产生机理及条件。15. 简述多边化裂纹的形成机理。16. 多边化裂纹主要特征。17. 再热裂纹的主要特征是什么？18. 简述再热裂纹的产生机理。19. 简述层状撕裂产生过程。20. 简述SCC电化学开裂机制。1. 焊接热循环主要参数：加热速度，峰值温度Tm,冷却速度c,冷却时间tc2. 焊接热过程的特点：（1）加热温度高（2）加热速度快（3）高温停留时间短（4）自然条件下连续冷却，相当于热处理时的正火，但在某些情况下需进行焊后热处理（5）局部加热，将产生不均匀相变及应变（6）在应力状态下进行组织转变3. HAZ的脆化类型：粗晶脆化；析出脆化；组织转变脆化；热应变时效脆化；氢脆和石

8、墨脆化。M-A组元：M-A组元是在粗大铁素体的基底上，由于先形成铁素体，而使残余奥氏体的碳浓度增高，连续冷却到400-350时，残余奥氏体的碳浓度可达0.5-0.8%，随后这种高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即M-A组元。4. 焊缝的不同部位，由于具有不同的温度梯度和冷却速度，将会出现不同的结晶形态。在融合线附近，由于温度梯度较大，结晶速度较小，所以平面晶得到发展。随着远离熔化边界向焊缝中推移时，温度梯度逐渐减小，而结晶速度逐渐增大，所以结晶形态将由平面晶向胞状晶、树枝晶和等轴晶发展。焊缝的一次结晶形态对性能的影响是明显的。一般来讲，粗大的柱状晶不但降低焊缝的强度，而且降低焊

9、缝的韧性。5. 铁素体：（1）粒届铁素体，转变温度770-680，在焊缝中由奥氏体晶界先析出，然后向晶内成长，有时已块状形态出现。（2）侧板条铁素体形成温度700-550，也是由奥氏体晶界开始，但以板条状向晶内生长，板条的长宽比约为20：1，像镐牙状。（3）针状铁素体约在500左右大部分在奥氏体晶内，以某些质点为核心呈放射性成长。（4）细晶铁素体445左右，在奥氏体晶粒内形成，一般含有细化晶粒元素存在，在细晶之间有Fe3C出现。本质上是介于铁素体和贝氏体之间的转变。6. 通过焊接接头拉伸试验和断裂韧性的夏比冲击试验和弯曲COD试验，宽板拉伸试验和疲劳试验等可以看出低匹配的焊接接头在强度和韧性方

10、面并不比等匹配的焊接接头逊色。当使用抗拉强度为800-900MPa的母材时，用低匹配的焊条焊接的焊缝金属抗拉强度不应低于650MPa。在相同条件下才用低匹配时，预热温度比等匹配降低50-75。既能达到等强要求，又能防止裂纹发生。7. 共振式吸附：当金属外层电子与氢的外层电子的波动函数不相重合时，发生引力，使氢吸附在金属表面，并与金属交换电子。溶解式吸附：氢处于较高的能量状态。8. 氢脆机理：氢在扩散过程中，位错可作为陷阱捕捉氢，从而使氢在位错附近发生聚集，造成这个部位的金属发生脆化。氢脆的机理分为五种。9. 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，成为拘束度R。R=，R拘

11、束度（N/mm·mm）,E母材金属的弹性模量（MPa）,L拘束距离（mm）,h板厚（mm）。10. 焊接冷裂控制因子：力学控制因子；焊接时氢的热扩散因子；焊接时的硬化因子；致裂时的临界拘束度。11. TRC:拉伸拘束裂纹试验；RRC：刚性拘束裂纹试验；碳当量公式，临界冷却时间判据；临界应力判据；确定预热温度依据；12. 冷裂纹的起源：Zener模型：在切应力作用下发生晶界滑移，在三个晶粒交界处形成应力集中，与此同时由于位错运动便有空位聚集，当空位达到一定的数目时，晶界的结合力受到明显削弱，直至产生裂纹的核心。位错堆积理论:当滑移面上存在许多刃型位错时，受力之后他们将沿一定方向运动，当

12、运动遇到障碍时就会使位错堆积，并伴随产生应力集中。位错堆积到一定程度，就会萌生裂纹。氢聚集脆化理论：只有金属中存在缺陷时氢才起作用。概括：焊接过程是热力学不平衡过程，在这个过程中有较大的弹性应变能贮存在系统之中，它往往是产生微观缺陷的能源，也是产生裂纹源的能源。在热力学不平衡的焊接条件下，低应力水平就可以聚集足够的空位或位错，从而有利于萌生裂纹。空位的聚集、为错的堆积或板状氢的形成都需要经过一定时间，解释了冷裂的延迟现象。13. 氢只参与裂纹的扩展时扩展的促进剂。氢在裂纹扩展过程中起着加剧和刺激作用，另外由于氢的扩散、聚集、致裂都需要时间，因而也具有延迟特征。14. 焊接在结晶过程中都要经历液

13、固状态和固液状态。(1)液固阶段 熔池开始结晶时，相邻晶粒之间不发生接触，液态金属可以在晶粒之间自由流动，此时承受拉伸应力时，被拉开的缝隙能及时被流动的液态金属填满。已凝固的晶体本身并未承受任何应力，只有少量的相互位移。（2）固液阶段 当结晶继续进行时，固相晶体不断增多，且不断长大，直至晶体的骨架彼此接触，并且不断倾轧在一起。这时只要有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，因此固液阶段是产生结晶裂纹的敏感阶段。当焊缝中的杂质较多时，易形成低熔共晶。在结晶的后期，在晶界出现液态薄膜，这是产生结晶裂纹的主要根源。15. 多边化裂纹形成机理：在快速冷却条件下，由于来不及扩散，这些晶格缺陷就以过饱和状态保留

14、在焊缝金属中，在一定的温度和压力作用下，晶格缺陷由高能部位向低能部位转化，即沿脆弱路径发生迁移和聚集，从而形成二次边界，即所谓“多边化边界”。这种多边化的边界一般情况下并不与一次晶界重合。在焊后冷却过程中，由于热塑性降低，因而导致沿多边化边界产生裂纹。16. 主要特征如下：这种裂纹在个别情况下也出现在热影响区。裂纹附近有时伴有再结晶晶粒，所以多边化裂纹常在再结晶之后出现。裂纹也有时出现在重复加热的多层焊焊缝及HAZ中，其部位并不都靠近融合区。断口上也呈现位移的滑移线。17. 再热裂纹的主要特征:再热裂纹都是产生在焊接HAZ的过热粗晶组织，并且具有晶间开裂的特征产生再热裂纹与 再热温度和再热时间

15、有密切关系，并且存在一个最易产生再热裂纹的温度区间在消除应力之前，焊接接头存在较大的残余应力并且有不同程度的应力集中，二者必须同时存在，否则不会产生再热裂纹含有沉淀强化的金属材料最易产生再热裂纹。18. 晶界杂质析集脆化学说：在500-600再热处理过程中，钢中S、P、Sb、Sn、As等元素向晶界析集，因而大大降低了晶界的塑性变形能力。晶内沉淀强化学说：钢中含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素，在消除应力处理过程中会形成碳化物沉淀相，析出后造成晶内二次硬化，与此同时，晶界相对弱化，在应力松弛过程中产生的塑性变形集中于晶界，形成再热裂纹。蠕变断裂理论：在消除焊接残余应力过程中，必然发生应力松弛，并伴随有蠕变现象，当蠕变变形超过HAZ粗晶区具有的塑性时，便产生再热裂纹。模型有楔形开裂和空穴开裂。19. 层状撕裂：在刚性拘束条件下，厚板结构焊缝收缩时在母材的厚度方向产生很大拉伸应力和应变，当应变超过有夹杂部位金属的塑性变形能力时，夹杂物与金属基体之间发生分离，形成微隙，发生脱聚过程。在应力继续作用下，脱聚继续进行，裂纹尖端沿着 夹杂物所在的平面扩展，于是形成所谓的“平台”。相邻的平台间由于不在一个平面上，因而产生