焊接冶金学(考试要点)

焊接冶金学(考试要点)焊接冶金学(考试要点)焊接冶金学(考试要点)焊接冶金学(考试要点)编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:（二）焊接接头的形成：熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。（二）氮对焊接质量的影响：1）在碳钢焊缝中氮是有害的杂质。氮是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。2）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。3）氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。（三）影响焊缝含氮量的因素及控制措施：1.焊接区保护的影响：液态金属脱氮比较困难，所以控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与金属作用。2.焊接工艺参数的影响：3.合金元素的影响:。（三）氢对焊接质量的影响：1.氢脆氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象称为氢脆。氢脆现象是由溶解在金属晶格中的氢引起的。2.白点碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，则常常在其拉伸或弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点，称之为白点。3.形成气孔如果熔池吸收了大量的氢，那么在它凝固时由于溶解度的突然下降，使氢处于过饱和状态，会产生氢气且不溶于液态金属，于是在液态金属中形成气泡。当气泡外逸速度小于凝固速度时，就在焊缝中形成气孔。4.产生冷裂纹冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度产生的一种裂纹，其危害很大。氢是促使产生这种裂纹的主要原因之一。（四）控制氢的措施：1.限制焊接材料中的含氢量2.清除焊丝和焊件表面上的杂质3.冶金处理冶金处理具体措施如下:l）在药皮和焊剂中加入氟化物2）控制焊接材料的氧化还原势3）在药皮或焊芯中加入微量的稀土或稀散元素4.控制焊接工艺参数。5.焊后脱氢处理（三）氧对焊接质量的影响1）氧在焊缝中无论以何种形式存在，对焊缝的性能都有很大的影响。随着焊缝含氧量的增其强度、塑性、韧性都明显下降，尤其是低温冲击韧度急剧下降。此外，它还引起热脆、冷脆和时效硬化。2）氧烧损钢中的有益合金元素使焊缝性能变坏。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，造成飞戮，影响焊接过程的稳定性。必须指出，焊接材料具有氧化性并不是在所有情况下都是有害的。相反，为了减少焊缝含氮量，改进电弧的特性，获得必要的熔渣物理化学性能，在焊接材料中有时要敌意加入一定量的氧化剂。（四）控制氧的措施1.纯化焊接材料2.控制焊接工艺参数3.脱氧1.熔渣在焊接过程中的作用:1）机械保护作用2）改善焊接工艺性能的作用3）冶金处理作用（三）熔渣的性质与其结构的关系1.熔渣的碱度碱度是熔渣的重要化学性质。熔渣的其它物化性质，如熔渣的活性、粘度和表面张力等都与熔渣的碱度有密切关系。不同的熔渣结构理论，对碱度的定义和计算方法是不同的。分子理论认为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类：l）酸性氧化物2）碱性氧化物3）中性氧化物。这些氧化物在不同性质的渣中可呈酸性，也可呈碱性。二、活性熔渣对焊缝金属的氧化活性熔渣对焊缝金属的氧化可分为两种基本形式：扩散氧化和置换氧化。（一）扩散氧化在温度不变的情况下，当增加熔渣中Feo的浓度时，它将向熔池中扩散，使焊缝中的含氧量增加。焊缝中的含氧量随着熔渣中FeO含量的增加成直线增加FeO的分配常数与温度和熔渣的性质有关（二）置换氧化如果熔渣中含有较多的易分解的氧化物，则可能与液态铁发生置换反应，使铁氧化。因此，置换氧化反应主要发生在熔滴阶段和熔池前部的高温区。在焊丝或药皮中含有对氧亲和力比铁大的元素时，它们将与SiO2、MnO发生更激烈的置换反应三、焊缝金属的脱氧：（一）脱氧的目的和选择脱氧剂的原则脱氧的目的是尽量减少焊缝中的含氧量，这一方面就要防止被焊金属的氧化，减少在液态金属中溶解的氧，另一方面要排除脱氧后的产物，因为它们是焊缝中非金属夹杂物的主要来源，而这些夹杂物会使焊缝含氧量增加。脱氧的主要措施是在焊丝、焊剂或药皮中加入合适的元素或铁合金，使之在焊接过程中夺取氧。用于脱氧的元素或铁合金叫脱氧剂为了达到脱氧的目的，选择脱氧剂应遵循以下原则：1）脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大．2）脱氧的产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度。同时应尽量使脱氧产物处于液态。3）必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性能的影响。（二）先期脱氧在药皮加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应叫先期脱氧。先期脱氧的效果取决于脱氧剂对氧的亲和力、它的粒度、氧化剂与脱氧剂的比例、焊接电流密度等因素。（三）沉淀脱氧沉淀脱氧是在熔滴和烙池内进行的。其原理是溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出液态金属。1.锰的脱氧反应在药皮中加入适量的锰铁或焊丝中含有较多的锰，可进行如下脱氧反应增加金属中的含锰量，减少渣中的MnO，可以提高脱氧效果。熔渣的性质对锰的脱氧效果也有很大的影响。在酸性渣中含有较多的SiO2和TiO2，它们与脱氧产物MnO生成复合物MnO·SiO2和MnO·TiO2。从而使γMnO减小，因此脱氧效果较好．相反，在碱性渣中γMnO较大，不利于锰脱氧，且碱度越大，锰的脱氧效果越差。正是由于这个原因，一般酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条不单独用锰铁作脱氧剂。根据钢液中锰的浓度不同，其脱氧产物MnO和FeO既可形成液态产物，又可形成固态产物。出现液态或固态产物的临界含锰量取决于钢液的温度。显然，在一定的温度下，加入过多的锰会形成固态产物，易造成焊缝夹杂。此外，温度下降使锰的脱氧能力提高，但相对其他常用的脱氧剂来说，它是一种弱脱氧剂。2.硅的脱氧反应提高熔渣的碱度和金属中的含硅量，可以提高硅的脱氧效果。硅的脱氧能力比锰大，但生成的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，SiO2不易从钢液中分离，所以易造成夹杂。因此，一般不单独用硅脱氧。3.硅锰联合脱氧把锰和硅按适当比例加入金属中进行联合脱氧时，可以得到较好的脱氧效果。脱氧产物可形成硅酸盐MnO·Si02，它的密度小，熔点低，在钢液中处于液态。因此容易聚合为半径大的质点，浮到渣中去，减少焊缝中的夹杂物，从而降低焊缝中的含氧量。在CO2保护焊时，根据硅锰联合脱氧的原则，常在焊丝中加入适当比例的锰和硅。采用含两种以上脱氧元素的复合脱氧剂是今后发展的方向．因为这种脱氧剂熔点低，熔化快且各种脱氧反应在同一区域进行，有利于低熔点脱氧产物的形成、聚合和排除，减少夹杂物的数量。（四）扩散脱氧扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，是以分配定律为理论基础的。在熔池的后部的低温区进行扩散脱氧。第二章焊接材料焊接材料是焊接时所消耗材料的通称，它包括焊条、焊丝、焊剂、气体等。手弧焊的焊接材料是焊条。埋弧焊及电渣焊的焊接材料是焊丝（或板状电极）与焊剂。而气体保护焊的焊接材料则是焊丝与保护气体。（三）按焊条药皮的类型可分为：氧化钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条和低氢型焊条等。（一）焊条的型号：字母“E”表示焊条，第一、二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横）,“2”表示焊条适用于平焊及横角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。1.焊条药皮的作用1）保护作用2）冶金作用3）使焊条具有良好的工艺性能根据焊条药皮组成的不同，可以分为以下八种类型：1）氧化钛型简称钛型2）氧化钛钙型3）钛铁矿型4）氧化铁型5）纤维素型6）低氢型7）石墨型8）盐基型。四、焊条的工艺性能焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作中的性能。它是衡量焊条质量的重要指标之一。焊条的工艺性能主要包括：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、药皮发红的程度及焊条发尘量等。对于钦钙型焊条E4303(J422）在焊接过程中的冶金反应分析如下:(1）铁的氧化1）电弧气氛中的氧直接使铁氧化2）电弧气氛中CO2对铁的氧化3）电弧气氛中H20气对铁的氧化4）熔渣中Si02等氧化物与液态铁发生置换反应，而使铁氧化。(2）脱氧反应脱氧反应可以分为先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧三种方式。铁钙型焊条的脱氧反应有以下几种：l）锰的脱氧反应在药皮加热阶段锰有先期脱氧作用。锰会与碳酸盐或高价氧化物分解出的二氧化碳及氧发生反应。2）硅的脱氧反应焊芯的原始含硅量很少。但是高温时由于Si02还原而向熔池中过渡硅，在冷却过程中硅进行脱氧反应。在钛钙型焊条中，采用Si、Ti脱氧是不适宜的．因为Si、Ti的脱氧产物SiO2、TiO2是酸性氧化物，而熔渣中含有大量的酸性氧化物，它们之间无法结合形成复合化合物。因此，这类焊条采用Mn脱氧是比较理想的。3）碳的脱氧反应反应的结果是金属脱氧，而碳自身被氧化。在熔池凝固过程中生成的co极易形成气孔。由于焊条药皮中含有足够的脱氧剂锰铁，此类焊条具有较强的抗气孔能力。2.还原反应钛钙型焊条具有相当强的由熔渣向焊缝中过渡硅的能力，从而保证了焊缝金属所必须的硅。3.脱硫反应使用钛钙型焊条焊接低碳钢时，硫通常以FeS和MnS的形式存在于焊缝金属中,钛钙型焊条的脱硫，通常是使用与硫亲合力大于铁的合金元素。所以，在焊条药皮配方中加入中碳锰铁14％就是为了脱氧、脱硫，而过渡锰合金的作用是次要的。4.脱磷反应钛钙型碳钢焊条的脱磷反应从理论上分析通常包括两个步骤．即第一步将磷氧化成P2O5;第二步将P2O5变成稳定的复合化合物进入熔渣。然而，实际上这类焊条药皮的碱度较低，上述反应很难完成。所以控制焊缝金属的含磷量，主要是通过选用含磷量低的药皮原材料及焊芯来实现。5.焊缝金属合金化钛钙型碳钢焊条采用的焊芯是H08A该焊芯的含锰量为0.30%～0.55％。如果在药皮配方中不加中碳锰铁，那么在焊接过程中焊芯所含的锰就要承担起脱氧脱硫的作用。施焊结果，熔敷金属中的含锰量仅为0.07％。如果在药皮中加入14％的中碳锰铁，施焊结果熔敷金属中的锰量可以达到0.54％。从而说明加入中碳锰铁的作用主要是为了脱氧、脱硫。由于Mo、W、V等合金元素不易被高温氧化，所以能取得过渡合金元素的明显效果。6.气孔敏感性如果增大钛钙型焊条熔渣的氧化性，在冶金反应中生成的CO气体就会增多．反之，如果降低熔渣的氧化性，高温冶金反应中的氢原于就会溶入焊缝金属中。因此，对于钛钙型碳钢焊条应当充分考虑并且调整好熔渣的氧化性，以减少或消除CO及H2两类气孔。7.焊接烟尘钛钙型碳钢焊条的烟尘和危害，通常是由于铁以Fe304(FeO·Fe2O3）形式和锰以Mn3O4形式进入人体的呼吸系统，导致损害人体健康。钛钙型焊条的发尘量比碱性低氢型焊条少。总之，铁钙型碳钢焊条的焊接工艺性能非常好。焊接过程中生成的气体和熔渣，对液态金属进行气渣联合保护。此类焊条主要应用于焊接低碳钢和强度级别较低的低合金钢。（二）低氢型焊条E5015(J507)E5O15焊条的配方设计，是以大量的大理石、黄石作为造气造渣剂。采用硅、锰、钛联合脱氧。该类型焊条的气渣联合保护效果好，因此熔敷金属中的氢、氧、氮、硫、磷等杂质含量较低，功学性能尤其是冲击韧度优良，抗裂性能良好。低氢型焊条熔渣的碱度B1=1.86，是碱性熔渣。属于Ca0-SiO2-CaF2渣系。低氢型焊条焊接时的气相成分为：C079.8％、CO216.9%、H21.8％、H201.5%由此可知，焊接时的保护气体主要是Co和C02。对于低氢型焊条E5015(J507）在焊接过程中的冶金反应分析如下：1.脱氧反应低氢型碳钢焊条的熔渣中含有较多的碱性氧化物。如果采用锰脱氧时，所生成的MnO也属于碱性氧化物，因此不能与熔渣中的碱性氧化物结合成为复合化合物而进入熔渣。所以，低氢型碱性焊条的脱氧主要依靠硅和钛。2.脱氢反应低氢型碳钢焊条的脱氢反应有以下几个途径：l）利用萤石脱氢在焊条药皮中加入萤石，产物HF是比较稳定的气体。高温时不易发生分解，也不溶于液体金属中。由于HF生成之后与焊接烟尘一起挥发了，所以降低了熔池金属中的含氢量。2）萤石和石英的联合脱氢采用萤石和石英联合脱氢，反应生成的SiO4沸点很低，以气态存在。它与气相中的原子氢和水蒸气发生反应而最终形成HF挥发到大气中，所以也起到了脱氢的作用。3）萤石与水玻瑞作用而脱氢萤石（CaF2）与水玻璃中的K、Na进行反应在低氢型碳钢焊条的焊接烟尘中，确认有HF、SIF4两种气体混合存在。当药皮配方中的SiO2越多，烟尘中的SiF4含量也相应增高。3.脱硫反应低氢型碳钢焊条的脱硫作用，主要依靠熔渣中的碱性氧化物。熔渣中的MnO、Mgo也有脱硫的作用。脱硫反应的生成物Cas、MnS、MgS等不溶于液态铁中，而进入熔渣。总之，增加熔渣的碱度可以提高脱硫的能力。在熔渣中增加CaO、Mno、MgO的含量，减少FeO的含量，有利于脱硫反应的进行。4.脱磷反应低氢型碳钢焊条的脱磷也是利用CaO，其反应方式与钛钙型焊条相似。由于低氢型焊条药皮配方中采用了多量的大理石，因而脱磷的效果优于铁钙型碳钢焊条．5.锰、硅元素向焊缝金属中的过渡低氢型碳钢焊条的焊芯材料为H08A，其含锰量为0.30%--0.55%；含硅量为低于O.03％。而焊缝金属的含锰量为0.7%～1.1%．含硅量为0.35％一0.45％。显然，锰、硅元素向焊缝金属进行了过渡。当合金元素的氧化物与熔渣的酸碱性相同时，有利于提高该元素的合金过渡系数。由于MnO是碱性氧化物，所以随着焊条药皮碱度的增加，锰的过渡系数增大。致使焊缝金属中含锰量较高，对于低氢型焊条通常要求含锰量应该低于1.6％。一般加入硅铁、锰铁进行联合脱氧，其脱氧效果较好。然而，所生成的SiO2熔点高，通常处于固态，而且不易从钢液中分离而造成夹渣。在碱性药皮中含有铝和铁，则可以提高硅、锰的过渡系数，因此要求碱性焊条的焊缝含硅量应该低于0.75％。6.焊接烟尘低氢型碳钢焊条的焊接烟尘量高于钛钙型焊条．烟尘中危害最大的成分是KF、NaF低氢型焊条的特点是焊缝金属含氢量极低，焊缝金属的塑性、韧性较高，它适用干焊接各种重要的焊接结构和大多数的低合金钢。由于这类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，低氢型焊条对于铁锈、油污、水分很敏感，必须严格控制氢的来源才可保证焊接质量。此外，从第一章的分析可知，常用焊条的药皮碱度都不高。因此，碱性渣的脱硫、脱磷能力是有限的。碱性渣中不允许含有较多的FeO，否则将使焊缝金属增氧、不利于脱硫反应的进行，甚至会产生气孔。由于碱性渣的脱硫、脱磷效果不理想，因此必须严格限制硫、磷来源。与钛钙型焊条相比，低氢型焊条的工艺性能较差；焊接烟尘量较大。焊条制造就是把按照配方比例要求混合均匀的药皮材料涂效到规定长度的焊芯上去。一、焊池的凝固条件和特四、熔池结晶的形态焊缝中的晶体形态主要是柱状晶和少量等轴晶。如果在显微镜下进行微观分析时，还可以发现在每个柱状晶内还有不同的结晶形态（如平面晶、胞晶和树枝状晶等），而等轴晶内一般都呈现树枝晶。这些柱状晶或等轴晶内部的徽观形状称为亚晶。结晶形态的不同，是由于金属的纯度和散热条件的不同所致。（一、焊缝中的气孔电渣焊低碳钢时，由于脱氧不足在焊缝内部出现的气孔；手弧焊时因有锈在焊缝表面出现的气孔（一）气孔的类型及其分布特征第一类：高温时某些气体溶解于熔池金属中，当凝固和相变时，气体的溶解度突然下降面来不及逸出残留在焊缝内部的气体，如氢和氮。第二类：由于冶金反应产生的不溶干金属的气体，如CO和H20等。由于产生气孔的气体不同，因而气孔的形态和特征也有所不同。1.氢气孔对于低碳钢和低合金钢的焊接来讲，在大多数情况下，氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔的断面形状如同螺钉状，在焊缝的表面上看呈喇叭口形，而气孔的四周有光滑的内壁。但这类气孔在个别的情况下也会出现在焊缝的内部。如焊条药皮中含有较多的结晶水，使焊缝中的含氢量过高，因而在凝固时来不及上浮而残存焊缝内部，对于铝、镁合金的氢气孔也常出现在焊缝内部。关于氢能引起气孔的问题,因为高温时氢在熔池和熔滴金属中的溶解度很高，吸收了大量的氢气。当冷却时，氢在金属中的溶解度急剧下降，特别是从液态转为固态的δ铁时，氢的溶解度可从32mL/100g降至l0mL/100g。因焊接熔池冷却很快，氢来不及逸出时．就会在焊缝中产生气孔。氢气孔是在结晶过程中形成的，在相邻树枝晶的凹陷最深处是氢气泡的胚胎场所，浮出就更困难。但氢又具有较大的扩散能力，极力挣脱现成表面，上浮逸出．两者综合作用的结果，最后形成了具有喇叭口形的表面气孔。关于氮气引起的气孔，其机理一般认为与氢气孔相似，气孔的类型也多在焊缝表面，但多数情况下是成堆出现．与蜂窝相似。在焊接生产中由氮引起气孔较少。氮的来源，主要是由于保护不好，有较多的空气侵入熔池所致。2.CO气孔这类气孔主要是在焊接碳钢时，由于冶金反应产生了大量的CO，在结晶过程中来不及逸出面残留在焊缝内部形成气孔。气孔沿结晶方向分布，有些像条虫状卧在焊缝内部。CO也会在钢焊缝中引起气孔是因为各种结构钢总是含有一定的碳量，当焊接时，由于冶金反应而产生了大量的CO，这些反应可以发生在熔滴过渡的过程中，也可以发生在熔池里熔渣与金属相互作用的过程中。CO不溶于金属，所以在高温时冶金反应所产生的心CO就会以气泡的形式从熔池中高速逸出，并不会形成气孔。但是，当热源离开以后，熔池开始凝固时，由于铁碳合金溶质浓度偏析的结果（即先结晶的较纯，后结晶的溶质浓度偏高，杂质较多），可使熔池中的氧化铁和碳的浓度在某些局部地方偏高。凝固结晶时，熔池金属的粘度不断增大，此时产生的CO就不易逸出，很容易被围困在晶粒之间，特别是在树枝状晶体凹陷最低处产生的CO更不易逸出。另外，这种反应是吸热过程，会促使凝固加快，因而由CO形成的气泡来不及逸出时便产生了气孔。由于CO形成的气泡是在结晶过程中产生的，因此形成了沿结晶方向条虫形的内气孔。在某些特殊情况下，也会出现反常现象．例如，CO气体保护焊时，当焊丝的脱氧能力不足的情况下，CO气孔可能由内部转至焊缝表面。（二）焊缝中形成气孔的机理产生气孔的过程即气泡的生核、长大和上浮。1.气泡的生核气泡的生核至少应具备以下两个条件：1）液态金属中有过饱和的气体。2）生核要有能量消耗液态金属中存在过饱和气体是形成气孔的重要条件，而焊接时熔池金属可以获得大量的气体（氢、氮、CO)，在极纯的液态金属中形成气泡的可能性极小，然而在焊接熔池中存在大量的现成表面（如分布不均匀的溶质质点，熔渣与液态金属的接触表面，特别是熔池底部成长的树枝状晶粒），这时产生气泡核就比较容易．。2.气泡长大气泡长大应满足以下条件:Ph＞P。(Ph―气泡内部的压力;P。一阻碍气泡长大的外界压力）在焊接熔池内有许多现成表面，促使气泡不是圆形，而是椭圆形。因此可以有较大的曲率半径r，从而件低了附加压力Pr，这样，气泡长大的条件还是具备的．3.气泡上浮气泡核形成之后，在熔池金属中经过一个暂短的长大过程，便从液态金属中向外逸出。气泡成长到一定大小脱离现成表面的能力主要决定于液态金属、气相和现成表面之间的表面张力（三）影响生成气孔的因素及防治措施影响焊缝中产生气孔的因素很多，有时是几种因素共同作用的结果。从冶金因素和工艺因素两方面的影响进行简要的分析：1.冶金因素的影响冶金因素主要是熔清的氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、保护气体的气氛、水分和铁锈等对产生气孔的影响。1）熔渣氧化性的影响熔渣氧化性的大小对焊缝的气孔敏感性具有很大的影响。实践证明，当熔渣的氧化性增大时，则由CO引起气孔的倾向是增加的，相反，当熔渣的还原性增大时，则氢气孔的倾向增加。因此，适当调整熔渣的氧化性，可以有效地防止焊缝中这两类型的气孔。无论酸性焊条还是碱性焊条焊缝中，产生气孔的倾向都随熔渣氧化性的增加而出现CO气孔。并随氧化性的减小（或还原性增加）,CO气孔亦减少，当达到一定程度时，又出现了由氢引起的气孔。一般常用焊缝中〔C〕X〔O〕的乘积来表示CO气孔的倾向酸碱CO气孔的倾向数值不同原因：根据冶金学原理，参与冶金反应的成分，不仅决定于浓度，而且更重要的是决定于它的活度，即参与冶金反应的有效浓度。在不同熔渣系统中，则活度系数人就要发生变化（可能增大，也可能减小）。由于在酸性渣和碱性渣中，碳和氧的活度不同，因此产生气孔的倾向不同．酸性渣中FeO的活度较小，似乎需要更大的FeO浓度才能起到产生气孔的作用，而碱性渣中FeO的“活动”比较自由，即便浓度较小也能起到产生气孔的作用，因此时FeO的活度较大。(2）焊条药皮和焊剂的影响(3）铁锈及水分对产生气孔的影响2.工艺因素的影响工艺因素主要有焊接工艺参数、电流种类，以及操作技巧等方面的影响。(l）焊接工艺参数的影响焊接工艺参数主要包括焊接电流、电压、焊接遍度等参数(2）电流种类和极性的影响(3）工艺操作方而的影响二、焊缝中的夹杂焊缝或母材中有夹杂物存在时，不仅降低焊缝金属的韧性，增加低温脆性，同时也增加了热裂纹和层状撕裂的倾向。（（二）防止焊缝中夹杂物的措施防止焊缝中产生夹杂物的最重要方面就是正确选择焊条、焊剂，使之更好的脱氧、脱硫等。其次是注意工艺操作：1）选用合适的焊接工艺参数，以利于熔渣的浮出。2）多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣。3）焊条要适当的摆动，以便熔渣浮出。4）操作时注意保护熔池，防止空气侵入。活性斑点区：带电质点集中轰击（电流通路），电能转化为热能的区域。加热斑点区：弧柱辐射和电弧周围介质对流实现的传热区域。热流：单位时间内通过载面积的热能。比热流：单位时间内通过单位面积的热能。焊接线能量：焊接时由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量。熔化系数：单位时间内熔化焊丝的重量。熔敷系数：单位时间内由焊材过渡到焊缝中的金属的重量。稳定温度场：温度场内各点的温度都不随时间变化。准稳定温度场：温度场内各点的温度在特定时间基本不变。移动准稳定温度场：热源周围温度场内各点的温度在特定时间基本不变。药皮反应区：药皮反应区的温度范围从100℃至药皮的熔点。这个反应区主要冶金反应为某些物质的分解和合金元素的氧化。熔滴反应区：在熔滴形成、长大和过渡过程中，液体金属与气体、熔渣（药皮反应产物）在高温下发生复杂的反应。熔池反应区：熔滴和熔渣落入熔池后，同熔化的母材混合或接触，与此同时各相间进一步发生物化反应，直至金属凝固。熔合比：在焊缝中熔化的母材所占的比例。熔渣作用系数：定义为焊接冶金过程中与液体金属发生相互作用的熔渣质量与液体金属质量之比。药皮重量系数：药皮重/焊芯重合金过度系数：熔焊时焊接材料中的合金元素过渡到焊缝金属中的数量与其原始含量的百分比。自由氧化物：CaO、FeO、SiO2、MnO等能参与液体金属的反应的氧化物。复合氧化物：自由氧化物分为酸性和碱性两类，两类氧化物可以互相结合成符合氧化物，CaO•SiO2、FeO•SiO2、MnO•SiO2等长渣：随温度变化较平稳的熔渣。短渣：随温度变化较剧烈的熔渣扩散氢：原子状态的氢具有很强的扩散能力，可以在焊缝金属的晶格中自由扩散残余氢：一部分的扩散氢容易在金属晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂边缘等晶格不连续的地方发生聚集，浓度达到一定值后结合成H2分子氢，失去在晶格自由扩散的能力。氢脆：氢的存在使钢室温附近的塑性严重下降的现象。白点：含氢金属在其变形断裂面上出现的银白色圆形局部脆断点，又称鱼眼。脱氢处理：焊后及时加热焊件，促使扩散氢外逸，从而减少焊接接头中含氢量的工艺扩散氧化：FeO既溶于渣又溶于液态铁，在一定的温度下，FeO在两相中的浓度达到平衡。置换氧化：如果熔渣含有较多的易分解的氧化物，则可能与液态铁发生置换反应，使铁氧化。脱氧：减少被焊金属的氧化和从液态金属中排出氧的过程。先期脱氧：在药皮加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应。沉淀脱氧：在熔滴和熔池阶段，溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出液态金属。偏析：合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象。区域偏析：焊缝边缘先结晶，溶质含量少，焊缝中心溶质多。层状偏析：焊缝中的溶质分布出现分层现象。结晶裂纹：焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足，不能及时填充，在应力作用下发生的沿晶开裂。液化裂纹：在焊接过程中，熔合区母材局部发生熔化，在拉伸应力作用下开裂。液化裂纹是一种沿晶界开裂的微裂纹。冷裂纹：焊后冷至较低的温度下发生的开裂。热应力：温度应力是由于构件中温度不均匀引起的。组织应力：金属相变时产生的应力拘束应力：结构自身拘束条件下产生的应力。1.焊接温度场的主要影响因素：焊接材料的性质，焊件的形状，焊接工艺和参数时间3.长段多层焊与短段多层焊的特点及其应用：特点：长段多层焊是指每次焊缝的长度较长（~1000m），焊接第二层时，第一层已基本冷却到较低的温度（﹤200℃）；短段多层焊是指每次焊缝的长度较短（50~400m），未等前一层焊缝冷却完毕就开始焊下一层。应用：淬硬倾向大的材料不宜采用长段多层焊；短段多层焊焊缝和热影响区具有更好的改善作用，适于焊接晶粒易长大而有易于淬硬的材料焊接。4.熔滴与熔池特点：答：熔滴的主要参数：熔滴的温度：1800-2400℃；熔滴的比表面积：1000-10000cm2/kg；熔滴存在的时间：0.01-1s；熔滴内部有强烈的对流运动。熔滴阶段冶金反应强烈。熔池：在恒定功率的热源、匀速直线移动一定时间后，熔池进入准稳定状态，其形状、尺寸基本不变，随焊接热源同步移动。熔池温度分布是不均匀的。其中，热源所处位置的液体金属具有较高的温度。熔池中的液体金属处于强烈的搅拌运动状态。5.熔渣在焊接过程中的作用：机械保护：覆盖在熔滴和熔池表面，隔绝空气；改善焊接工艺性能：稳定电弧、减少飞溅、良好焊缝成形；冶金处理：脱去有害杂质、焊缝合金化。6.焊缝合金化的目的与方式：答：合金化的目的：补充焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素损失；消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能；获得特殊性能的堆焊层。合金化的方式：应用合金焊丝或带极；应用药芯焊丝或药芯焊条；应用合金药皮；应用合金粉末。7.脱氧剂应满足两个基本条件：在焊接温度下与氧的亲和力比被焊金属与氧的亲和力大；脱氧产物不溶于液态金属、密度小于液态金属、熔点低于被焊金属的熔点。8.熔渣分子结构理论的要点：1)液态熔渣是由不带电的分子组成的，其中有自由氧化物、复合氧化物和卤化物等；2)自由氧化物分为酸性和碱性两类，两类氧化物可以相互结合成复合物；3)只有自由氧化物才能参与液体金属的反应；4)液态熔渣是一种理想熔体，冶金反应服从理想溶液定律。8.熔渣离子理论：1）液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液，熔渣中离子的种类和存在形式取决于熔渣的成分和温度；2)离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩，即离子电荷与离子半径的比值；3)阴、阳离子通过离子键相互结合，液体溶渣与金属之间的相互作用过程是原子与离子交换电荷的过程。9.焊缝柱状晶发达的原因：不易异质形核，过冷度大。10.氢对焊接的影响：电弧焊时焊接区内气相中的氢不完全是以分子状态存在的，还有相当多的原子氢和离子氢（质子），氢通过熔渣向金属中溶解时，氢或者水蒸气首先溶于熔渣，溶解在熔渣中的氢主要以OH-离子的形式存在。在非氢化物形成金属的新凝固的焊缝中，氢主要以H、H+或H-形式存在于金属晶格间隙中，形成固溶体。氢对焊接的危害：冷裂纹，氢脆与白点，焊缝氢气孔。控制氢含量措施：限制焊接材料中的含氢（水）量，清除焊丝和焊件表面的杂质，冶金降氢，焊后脱氢处理10.图示说明焊缝不同位置的结晶形态及形成原因。答：根据凝固理论，晶体的结晶形态取决于固液界面前沿液相中的过冷度，即液体金属的实际温度低于其液相线温度的量。焊缝的结晶形态取决于被焊材料的性质和焊接工艺。在焊接参数中焊速是影响结晶形态的主要因素。柱状晶发达是焊缝一次组织的显著特征。由于结晶时熔合线母材晶粒提供了晶核，实质为母材晶粒的外延生长，焊缝与母材形成共同晶粒。因此融合线附近形成粗大的柱状晶。此外，由于融合线附近金属先结晶，溶质浓度较中心小，所以从融合线倒中心逐渐出现成分过冷，结晶形态从平面晶经胞状晶过渡外树状枝晶再变为等轴晶。11.分析说明焊缝结晶裂纹形成的原因及影响因素？答：原因：焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足，不能及时填充，在应力作用下发生的沿晶开裂。液体金属凝固分为多液、液膜和液滴阶段。液膜阶段是结晶裂纹敏感温度区间。影响因素：冶金因素a)合金相图类型和结晶温度区间b)一次结晶组织及其形态；工艺因素a)焊接线能量b)焊缝位置与施焊顺序。12.分析近缝区液化裂纹的形成机制及预防措施？答:在焊接过程中，熔合区母材局部发生熔化，在拉伸应力作用下开裂。液化裂纹是一种沿晶界开裂的微裂纹，常常成为冷裂纹、脆性破坏和疲劳断裂的发源地。措施：a)适当降低焊接热输入，加快焊接速度，以缩短焊缝在高温停留的时间；b)直边对接改成V形坡口对接，并将单层焊改为多层焊。13.图示说明延迟裂纹形成机制：答：热影响区淬硬组织在焊接应力作用下，会在裂纹敏感的部位形成有应力集中的三向应力区；氢自发向这个地区扩散，使应力进一步随之提高，当此部位氢的浓度达到临界值时，就会发生启裂和相应扩展；裂纹尖端形成新的三向应力区，重复上述两步骤，微裂纹逐渐长大，最后发展成宏观裂纹。14.分析说明预防焊接冷裂纹的措施？答：冷裂纹是焊后冷至较低的温度下发生的开裂。对于低合金高强钢，大约在钢的马氏体转变温度Ms附近，由于拘束应力、淬硬组织和氢的共同作用下产生的。冷裂纹的预防措施：冶金措施：选用焊接性良好母材；低氢焊接材料；低匹配焊接接头。工艺措施：焊接顺序；焊接线能量；预热；紧急后热；多层焊。15.分析说明预防和控制焊接变形的措施？答：设计措施：a)合理选择焊缝的尺寸和形式b)尽可能减少不必要的焊缝c)合理安排焊缝位置。工艺措施:a)同步加热b)反变形法/加裕量法c)刚性加持法d)合理安排焊接次序。4. 工艺焊接性：指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。5. 使用焊接性：指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种性能的程度6. 冶金焊接性：指熔焊高温下的熔池金属与气相、熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化。9. 焊接热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区间产生的焊接裂纹即热裂纹。10. 焊接冷裂纹：是在焊后冷却至较低温度下产生的一种常见裂纹。11. 层状撕裂：在钢板厚度方向受到较大的拉伸应力，在钢板内部出现沿钢板轧制方向发展的具有阶梯状的裂纹。12. 延迟裂纹：钢的焊接接头冷却到室温后的一定时间内(几小时甚至几十天)才出现的焊接冷裂纹。13. 碳当量：把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量。t8/5：是焊接熔池的温度从800℃-500℃的冷却时间温度和压力之间存在一定的关5、层状撕裂产生：主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中条件：厚板和Z向拉伸主要评定指标：S的含量和Z向截面收缩率防止措施：合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式、适当选用强度级别较低的焊接材料、采用预热、降H等6、低碳调质钢HAZ软化现象：低碳调质钢热HAZ峰值温度高于母材回火温度至AC1的区域会出现软化（强度、硬度降低）的现象。HAZ峰值温度Tp直接影响奥氏体晶粒度、碳化物溶解以及冷却时的组织转变。部位：HAZ内加热温度高于母材回火温度至Ac1的区间；最明显的部位是峰值温度接近AC1的区域，这与该区域碳化物的沉淀和聚集长大有关。范围：一个普遍问题，对焊后不再调质的低碳钢尤其重要。这是焊接接头中的薄弱环节，强度级别越高，问题越突出。控制：软化的程度和软化区的宽度与焊接工艺也有很大关系：板厚越大，焊接热输入越小，初始预热温度越低，对减小HAZ的软化有利。8、预热（见作业题）目的：主要就是为了防止冷裂，对于改善热影响区的性能意义并不大。适用条件：当线能量提高到最大允许值时裂纹还不能避免，那就必须采取预热的措施间）。。低碳调质钢和中碳调质钢的焊接HAZ脆化机制是否相同前者在调质下焊接可以保证质量，而后者一般需要焊后进行调质处理参考：低碳调质钢：在循环作用下，t8/5继续增加时，低碳钢调质钢发生脆化，原因是奥氏体粗化和上贝氏体与M-A组元的形成。中碳调质钢：由于含碳高合金元素也多，有相当大淬硬倾向，马氏体转变温度低，无自回火过程，因而在焊接热影响区易产生大量M组织大致脆化。系，温度越高需要的压力越小，熔化焊接可以不需要压力。

2、焊接性的概念、含义、影响因素、目的概念：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。含义：材料焊接性的概念有两个方面的内容：一是材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷；二是焊接完成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。影响因素：材料、设计、工艺及服役环境。目的：在于查明一定的材料在指定的焊接工艺条件下可能出现的问题，以确定焊接工艺的合理性或材料的改进方向。3、C当量的计算与结果分析碳当量法：用化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。各种元素中，碳对冷裂敏感性的影响最显著。可以把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。计算公式：注意：代入数值时，如Wc=0.18%，直接用0.18代入公式计算，Ceq后面有%结果分析：C当量的数值越大，被焊金属的淬硬倾向越大，焊接区越容易产生冷裂纹。各种公式的结果分析见课本P23，应该不会考.5、层状撕裂产生：主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中条件：厚板和Z向拉伸主要评定指标：S的含量和Z向截面收缩率防止措施：合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式、适当选用强度级别较低的焊接材料、采用预热、降H等8、预热（见作业题）目的：主要就是为了防止冷裂，对于改善热影响区的性能意义并不大。适用条件：当线能量提高到最大允许值时裂纹还不能避免，那就必须采取预热的措施。18B、防止焊缝气孔的途径：途径：1）减少氢的来源：严格限制焊接材料含水量（包括保护气体、焊丝、焊条等），使用前需干燥处理；焊前处理：焊丝及母材表面的氧化膜应彻底清除，采用化学方法或机械方法均可。2）控制焊接工艺：对于TIG焊参数的选择，一方面采用小热输入以减少熔池存在时间，并适当提高焊接速度；同时又要保证根部熔合，须适当增大焊接电流。在MIG焊条件下，需增大熔池时间以利气泡逸出；MIG焊时，必要可采取预热来降低接头冷却速度，以利