焊接理论基础习题及答案

PAGEPAGE17第一章焊接化学冶金1、什么是焊接化学冶金？它的主要研究内容和学习的目的是什么?答：焊接化学冶金指在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下的相互作控制焊缝金属的成分和性能使之符合使用要求，设计创造新的焊接材料。2、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？答：调控焊缝化学成分的两种手段：、对熔化金属进行冶金处理；2、改变熔合比、对熔化金属进行冶金处理，也就是说，通过调整焊接材料的成分和、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比，改变熔合比可3、焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？答：焊接区内气体的主要来源是焊接材料，同时还有热源周围的空气，焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水等，在焊接时也会析出气体。产生：①、直接输送和侵入焊接区内的气体。②、有机物的分解和燃烧。③、碳酸盐和高价氧化物的分解。④、材料的蒸发。⑤、气体（包括简单气体和复杂气体）的分解。4、氮对焊缝质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？答：氮对焊接质量的影响：ab氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素。c氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。控制焊缝含氮量的主要措施：a、控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与金属作用；b、在药皮中加入造气剂（如碳酸盐、有机物等0.02%以下；c、采用短弧焊（即减小电弧电压焊缝含氮量；d、增加焊丝或药皮中的含碳量，可降低焊缝中的含氮量。5、综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响？1）焊接工艺参数对焊缝含氢量有一定的影响：手工电弧焊时，增大焊接电弧焊时，电流种类和极性对焊缝含氢量也有影响。就相应地降低了焊缝中的含氢量。因之一，焊前应仔细清除。6、氧对焊接质量有哪些影响？应采用什么措施减少焊缝含氧量？CO受热膨胀，使熔滴爆炸，造成飞溅，影响焊接过程的稳定性。减少焊缝含氧量的措施：应尽量用不含氧或氧少的焊接材料。控制焊接工艺参数，为了减少焊缝含氧量，应采用短弧焊。须用冶金的方法进行脱氧，比如硅锰联合脱氧。7、CO2

保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？进行CO2

保护焊时，由于碳的氧化在焊缝中产生气体，同时合金元素烧损，焊缝含氧量增大。所以必须采用含硅、锰高的焊丝（H08Mn2Si）或药芯焊丝，以利于脱氧，获得优质焊缝。8、脱氧和合金过渡有何区别联系？选择脱氧剂和合金剂各应遵循什么原则？答：区别：脱氧的目的是尽量减少焊缝中的含氧量和排除脱氧后的产物，而合金过获得具有特殊性能的堆焊金属。联系：脱氧和合金过渡都是通过在焊接材料中加入合适的元素或合金，使之在焊接过程中各自达到脱氧和合金的过渡，从而改善焊缝金属的组织和性能。选择脱氧剂遵循的原则：脱氧剂在焊接温度下对样的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大；脱氧产物应不溶于液态金属；选择合金剂遵循的原则：1）能补偿焊接过程中合金元素的损失；能消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能；合金剂制造工艺不易太复杂，成本不能太高；合金的损失小，利用率高。9答：氧化：碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。脱氧：在熔渣脱氧时，碱度高不利于脱氧，但在用硅沉淀脱氧时，碱度高可以提高硅的脱氧效果。脱硫：熔渣的还原性和碱度，渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于脱硫。脱磷：脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。有利于提高过渡系数。随碱度的增加合金过渡系数越大。第二章焊接材料1、焊条的组成及各部分的作用？答：焊条由焊芯和药皮组成。缝金属的质量。药皮作用：滴、熔池和焊接区的作用；冶金作用，包括：）去除有害杂质（S、P、、、O等；b）添加有益合金；保证焊条具有良好的工艺性能，包括：a）b)c）渣；d）适用于各种位置关系焊接。2、综合分析碱性焊条药皮中CaF2

的作用及对焊缝性能的影响。答：它的主要作用是脱氢，在焊条药皮中加入CaF2

，其可以通过焊接冶金HFHFH含量，从而提高焊缝金属的冲击韧性和抗裂性能。3、试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒性的主要途径。低氢型碳钢焊条的焊接烟尘量高于钛钙型焊条，烟尘中危害最大的是KF，NaF，而钠钾主要存在于水玻璃中，故可用树脂来降低水玻璃的粘性作用。4、低氢焊条为什么对铁锈、油污、水分很敏感？低氢焊条的熔渣不具有氧化性，一旦有氢侵入熔池，将很难脱出，所以低质量。5、酸性焊条及碱性焊条分别常采用哪种脱氧元素？（1）酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素。因为，酸性渣中含有较多的SiO2和，它们容易与锰的脱氧产物 MnO生成复合物 MnO·SiO2和MnO·TiO，使MnO的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中2MnO的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。碱性焊条需要采用硅铁和锰铁联合脱氧。硅的脱氧能力比锰大，但生成SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。为避免夹杂，把硅物和含氧量，脱氧效果十分显著。6、和实芯焊丝及焊条相比，药芯焊丝的优、缺点各是什么？优点：所以焊接飞溅较少，并且飞溅颗粒较小，焊缝成形美观；位置焊接，焊接效率高；缺点：焊丝制造工艺复杂，成本高；250~300℃的烘烤，增加了生产成本。第三章 熔池凝固和焊缝固态相变1、与钢锭的结晶相比，焊接熔池的凝固有哪些特点？答：（1）熔池金属的体积小，冷却速度快。a)30cm3b）焊接熔池周围被冷态金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，通常可达4～100℃/s，远高于一般铸件的冷却速度；温差大、过热温度高。,因加热与冷却速度很快，熔池中心和边缘存在较大2100～2300℃，而熔池后部表面温度只有1600℃左右，熔池平均温度为1700±100的发展。对流作用，熔池的流动有利于熔池金属成分分布的均匀化与纯净化。2、什么是联生结晶，焊接条件下，为什么容易得到柱状晶？的表面，形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶。利于晶粒沿该方向优先生长；（2）由于焊接冷却速度较快，所以其成分过冷度较大，易于形成粗大的树枝柱状晶（柱状晶）。3、焊接条件下的熔池结晶形态分布特征及其形成原因？（1）在焊缝的熔化边界，由于温度梯度）度R）较小，故成分过冷度小，接近于零，形成平面晶（2）GR逐渐增大，所以结晶形态将由平面晶向胞状晶、树枝胞状晶（柱状晶、等轴晶过渡。4、分析焊缝金属的化学不均匀性，为什么会形成这种不均匀性?（1）显微偏析（或枝晶偏析，形成原因：焊接时冷却速度大，液固界面溶质来不及扩散，纯金属先结晶，杂质后结晶，形成晶粒边界或一（2（区域偏析形成原因：当焊速极大，焊缝以柱状晶长大时，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度升高，形成焊缝边缘到焊缝中心的成分不均匀性（3）层状偏析（由于化学成分不均匀性引起分层现象，形成原因：由于结晶过程周期性变化（结晶潜热）RRR减小，结晶前沿的溶质浓度减少，最终形成溶质浓度层状变化的偏析层。5、低碳钢焊缝的相变组织特点及其性能改善措施？答：铁素体（）＋少量珠光体（P，过热时易形成魏氏体（W。改善措施（1采用多（2）A320~30（3）增加冷却速度，使组织细化，提高硬度。6、低合金钢焊缝的相变组织中包括哪几种铁素体，其形成条件及基本形态和对焊缝性能的影响分别有什么不同？（1）770680铁素体,呈长条状或块状多边形分布，降低焊缝的韧性。侧板条铁素体。产生温度70055020：1500℃附近（中等冷速2μm缝的韧性。细晶铁素体。产生温度500℃以下（成；在原奥氏体内形成晶粒尺寸较小的铁素体。7、试述焊缝中气孔的类型及其分布特征和形成原因？（1）可分为两种类型：反应型气孔CO）及溶解型气孔2分布特征：CO气孔一般分布在焊缝内部，呈条虫状，内壁光滑；氢气孔大部分分布于焊缝表面，断面呈螺钉状，在焊缝表面时呈喇叭口形，内壁光滑；氮气孔一般在表面成堆出现，呈蜂窝状，只在保护不良时形成（3）反应型气孔形成原因：CO不溶解于液态金属，在高温时，以气泡的形式猛烈逸出，当焊接速度较快，气泡不能完全逸出时，就沿结晶方向形成条虫状气孔（4）孔（H2、N2）形成原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢和氮气，其在冷第四章 焊接热影响区的组织1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ的组织性能？答：在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而且性能（脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等）也是不均匀的。2、冷却时间t

8/5

8/3

的含义及其各自应用对象？答：t8/5表示在相变温度范围内，800~500℃所用的冷却时间，主要用于一般碳钢和低合金钢；t8/3表示在相变温度范围内，800~300℃的冷却时间，常用题来决定。3、焊接加热过程中的组织转变特点？（）FP→A扩散重结晶，需（b）碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、T、Nb)等的碳化物扩散速度很小(1000～10000倍)，同时它们本身还阻碍碳的扩散，从而减扩散，导致奥氏体均质化降低；熔合区附近的热影响区一般温度较高，处于过热状态，晶粒严重长大。4、分析不易淬火钢及易淬火钢的HAZ组织分布分别异同？答：如图所示：（1）不易淬火钢。冷轧态母材：HAZ＝过热区+完全重结晶区+不完全重结晶区+再结晶区；热轧态母材：HAZ＝过热区+完全重结晶区+不完全重结晶区。（2）易淬火钢。调质态母材：HAZ＝完全淬火区+不完全淬火区+回火区；退火或正火态母材：HAZ＝完全淬火区+不完全淬火区。5HAZ

max

max

来判断HAZ的组织和性能？它有什么优缺点？答：影响焊接HAZ最大硬度Hmax

max越大，则热影响区的淬硬倾向越大，韧性越低，抗裂能力低。6、焊接HAZ的脆化有几种？试分析其影响因素及防止措施。答：焊接热影响区的脆化包括粗晶脆化，组织脆化以及时效脆化等。因晶粒粗大发生韧性降低的现象，晶粒越大，晶界结（）化学成分，使用高能量密度的热源，可以采用小热输入量，从而降低晶粒尺寸；HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称之组织脆化MM-A（a）M脆化，形成于低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢中，冷却速度越高，片状M，越多，脆性倾向越高，提高焊接热输入，降低冷却速度，可以改善片状MM（b）M-A+M-A组元（FAAM+M-A（<250℃）或中温（450~500℃）回火可以促进M-A解，降低脆性；制焊接热输入+预热、缓冷，也可以提高韧性，降低脆性。HAZAC1以下的一定温度范围内，经过一定时间的（a）热应变时效脆化，原因:200-400℃的（b）400-6007、碳调质钢焊接HAZ软化的机制？应该如何改善和控制？答：焊接调质钢时，HAZ软化程度与母材焊前热处理状态有关，母材焊前HAZ软化中A1-A3一层，并处于强体间，变力时会产生应变强化的效应。另外，采用不同的焊接方法和控制线性能量也会影响软化。第五章焊接裂纹1、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。答：按产生裂纹的本质来分，焊接裂纹可分为五大类：分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。再热裂纹，厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，550～650℃。层状撕裂，轧制钢材的内部存在不同程度的分层夹杂物；在焊接时产生的垂直轧制方向的应力，致使热影响区附近或稍近的地方产生呈形的层状开裂，并可穿晶扩展。它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的400℃；T（包括工作应力和残余应力2、分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹的影响。答：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部“液态薄膜”3、什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？这个阶段叫做“脆性温度区”。焊缝金属稍有变形就易产生裂纹，所以金属的塑性很低。4、液化裂纹和多边化裂纹在本质上有何区别？在防止措施上有何不同？1）“多边化边界”液化裂纹的防止措施：应从冶金和工艺两方面入手，特别是对冶金方面，5、试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。答：焊接冷裂纹的特征：冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。有时沿晶界扩散断裂，有时是穿断裂。冷裂纹主要发生在焊缝金属中。影响因素：纹的敏感性；拘束应力的影响；氢的有害影响；的影响。6、为什么预热有防止冷裂纹的作用？答：大量的生产时间和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂的三大主要因素。焊接条件下，近缝区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大，则接头的敏感性就越大。再加上不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力及其他应力的影响从而导致焊缝产生冷裂纹。而预热可减小焊缝的冷却速度，从而减少粗大马氏体的数量和扩散氢含量，而且有利于消除应力的影响，所以预热可以防止冷裂纹的产生。7、简述再热裂纹的主要特征和产生再热裂纹的机理。答：主要特征：再热裂