山东大学焊接冶金期末考试复习题

焊接冶金(1)答案要点一、术语解释(20分，每小题2分)1.焊接接头焊件上由焊缝、热影响区和熔合区组成的部分。2.焊接温度场焊接过程中焊件上某瞬时的温度分布，可用等温线或等温面表示。3.焊接线能量热源功率和焊接速度之比，或单位长度焊缝上焊接热源输入的能量。4.碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。其焊缝的含氢量低，故又称低氢型焊条。5.熔炼焊剂将一定比例的各种配料放在炉内熔炼，然后经过水冷粒化、烘干、筛选而制成的焊剂。6.外延生长形核通过液相原子在母材晶粒上的排列产生，且晶核初始生长方向与基底晶粒的位向7.层状偏析焊缝上因结晶过程周期性变化而化学成分分布不均匀所造成的呈层状分布的偏析。8.延迟裂纹焊后并不立即出现，在氢、钢材淬硬组织和拘束应力共同作用下产生的冷裂纹。9.HAZ焊接热影响区，即在焊接热源作用下焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。10.拘束度有拉伸和弯曲两类。拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝每单位长度上受力的大小；弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。(答对一个即得分)二、简答题(35分，每小题7分)(1)影响：引起氢脆、白点，产生冷裂纹，形成气孔(2)措施：限制焊接材料的含氢量、清除焊丝或焊件表面上的杂质、冶金处理(如在药皮和焊剂中加入氟化物、控制焊接材料的氧化还原势、在药皮或焊芯中加入微量稀土元素等)、控制焊接工艺参数(如焊接电流、电弧电压、电流种类和极性)、焊后脱氢处理2.粗晶脆化产生的部位及形成原因。(1)部位：HAZ靠近熔合线附近和过热区(2)原因：加热峰值温度高、高温停留时间长、线能量大等使晶粒粗化；晶粒越粗，脆性转变温度越高，脆性越大。对于淬硬倾向较小的钢，粗晶脆化主要是晶粒长大所致；对于易淬火钢，主要3.焊缝脱氧的目的、主要措施及选择脱氧剂的原则。(1)目的：尽量减少焊缝中的含氧量。(2)措施：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。(3)原则：脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力比被焊金属大；脱氧产物应不溶于液态金属；必须考4.低碳钢焊接热影响区各部分的组织和性能。(1)熔合区：半熔化区，其范围虽然很窄，但化学成分和组织性能上存在较大不均匀性，常是产生(2)过热区：晶粒粗大，常出现魏氏组织，韧性很低，常产生裂纹和脆化，是焊接接头的薄弱环节。(3)相变重结晶区(正火区):发生重结晶，晶粒细小，塑性韧性较好。(4)不完全重结晶区：部分组织发生重结晶，晶粒大小不一、组织不均匀，力学性能亦不均匀。5.低碳钢埋弧焊时焊丝与焊剂的匹配原则。焊接低碳钢时，可采用高硅熔炼焊剂和酸性烧结焊剂，配合适当焊丝。采用高硅熔炼焊剂时，焊丝中不必再特意加硅。焊剂与焊丝的配合方式为：●高硅无锰或低锰熔炼焊剂配合高锰焊丝(Mn=1.5%~1.9%),如H10Mn2;●高硅中锰熔炼焊剂配合含锰焊丝(Mn=0.8%~1.1%),如H08MnA;●高硅高锰熔炼焊剂配合低碳钢焊丝或含锰焊丝，如H08A;三、论述题(45分，每小题15分)1.试对比分析碱性焊条和酸性焊条的工艺性能。碱性焊条的工艺性能比酸性焊条差。主要体现在如下几个方面：●焊接电弧的稳定性：酸性焊条药皮含有较多的稳弧剂，电弧燃烧稳定；碱性焊条由于药皮中萤石的反电离作用，用交流电源焊接时电弧不能稳定燃烧，只能采用直流电源焊接。●焊缝成形：酸性焊条熔渣的高温粘度、表面张力等适中，焊缝表面光滑、波纹细密美观；碱性焊条熔渣粘度大、表面张力小，焊缝成形差。●飞溅：酸性焊条电弧燃烧稳定，熔滴为细颗粒过渡，飞溅小；碱性焊条电弧稳定性较差，熔滴多●脱渣性：酸性焊条脱渣性比碱性焊条好。酸性焊条熔渣与碳钢的线膨胀系数相差较大，松脆性适中，故脱渣性好；碱性焊条熔渣与碳钢的线膨胀系数相差较小，松脆性差，故脱渣性较差，在角●焊条发尘量：碱性焊条发尘速度和发尘量高于酸性焊条，且烟尘中常含有多种致毒物质。2.试分析焊接结晶裂纹产生的原因及防治措施。(1)产生原因焊缝中存在的液态薄膜和拉伸应力共同作用的结果。液态薄膜是内因，拉伸应力是必要条件。焊缝金属的结晶过程大致经历两个阶段，即液-固阶段和固-液阶段。在液-固阶段不会产生结在固-液阶段，液相少而固相多，晶粒相互接触，液体粘度大不易无法填充，只要有拉伸应力存在就可能产生裂纹。如果拉伸应力所产生的应变超过焊缝金属在脆性温度区(2)防止措施1)控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量。2)改善焊缝凝固结晶，细化晶粒(变质处理)。3)利用“愈合”作用。4)适当控制焊接线能量和预热温度。5)改善应力状态，如合理设计接头形式，避免应力集中(错边、咬肉、未焊透等),尽量使大多数焊缝能在较小的刚度条件下焊接，尽可能采用对称施焊。3.试分析微量元素(Mo、Nb、Ti、B、稀土等)对焊缝组织和性能的影响，并阐述其作用机制。1)Mo加入适量Mo(0.20%~0.35%),有利于形成均一的细晶铁素体，提高焊缝强度、改善韧性。2)Nb和V加入适量的Nb和V可提高焊缝的冲击韧性。Nb和V可推迟冷却过程中奥氏体向铁素成氮化物，从而固定焊缝中的可溶性氮，使焊缝金属韧性的提高。3)Ti和B可大幅度提高低合金钢焊缝的韧性。Ti以微小颗粒氧化物(TiO)的形式弥散分布于焊缝抑制了先共析铁素体的形核与长大，促使形成针状铁素体，改善焊缝组织的韧性。4)稀土与钢中的有害杂质发生作用，可减轻和消除这类微量杂质的有害影响；与钢中的合金元素发生作用，可改善组织和提高韧性。轻稀土有利于针状铁素体形成。焊接冶金(2)答案要点一、术语解释(20分，每小题2分)1.焊接温度场焊接过程中焊件上某瞬时的温度分布，可用等温线或等温面表示。2.短路过渡焊条(或焊丝)端部的熔滴与熔池短路接触，由于强烈过热和磁收缩的作用使其爆断，3.酸性焊条药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。工艺性能好，焊缝成形美观，交、直流电源施焊。4.扩散氢焊缝区中能自由扩散运动的那一部分氢。对焊接质量影响较大。5.熔渣碱度分子理论将其定义为熔渣中碱性氧化物的摩尔分数与酸性氧化物的摩尔分数之比；离子理论将其定义为液态熔渣中自由氧离子的浓度(或氧离子的活度)。(答对一个即得分)6.焊接热循环在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程。7.区域偏析焊缝结晶时，因柱状晶的长大和推移而使最后凝固部位出现较严重的成分偏析现象。8.拘束度有拉伸和弯曲两类。拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝每单位长度上受力的大小；弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。(答对一个即得分)9.氢致裂纹即延迟裂纹，在氢、钢材淬硬组织和拘束应力共同作用下产生的冷裂纹。10.外延生长形核通过液相原子在母材晶粒上的排列产生，且晶核初始生长方向与基底晶粒的位向相同。这种生长初始过程称为外延生长。二、简答题(35分，每小题7分)1.氮对焊接质量的影响及控制氮的主要措施。影响：产生气孔，使焊缝强度和硬度提高、塑性和韧性降低，促使焊缝金属时效脆化。措施：加强焊接区的保护，防止空气与金属作用；控制焊接工艺参数，如降低电弧电压、增大焊接电流、尽量采用直流反接；冶金处理，如适当增加焊丝或药皮中的含碳量、在焊丝、药皮或药芯2.16Mn钢焊接热影响区各部分的组织和性能。(1)熔合区：半熔化区，其范围虽然很窄，但化学成分和组织性能上存在较大不均匀性，常是产生(2)过热区：晶粒粗大，存在少量粒状贝氏体，韧性很低，常产生裂纹和脆化，是焊接接头的薄弱(3)相变重结晶区(正火区):发生重结晶，晶粒细小，塑性韧性较好。(4)不完全重结晶区：部分组织发生重结晶，晶粒大小不一、组织不均匀，力学性能亦不均匀。3.析出脆化产生的部位及形成原因。部位：焊接热影响区熔合部位(包括过热区)原因：某些金属的焊接区组织处于非平衡态，在化学和物理上均存在明显的不均匀性。在时效或回火过程中，从非稳态固溶体中沿晶界析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定中间相；新相析出后会阻碍位错运动，并且常存在偏析和聚集，从而使金属的强度、硬度和脆性提高。4.焊缝金属脱氧反应的类型和特点。●先期脱氧在药皮加热阶段固态药皮中进行，脱氧过程和脱氧产物与熔滴不发生直接关系，脱氧不完全，对氧亲和力很大的元素大部分被烧损。●沉淀脱氧在熔滴和熔池内进行，溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应把铁还原。减少焊缝氧含量的重要环节，常用的有锰脱氧、硅脱氧和硅锰联合脱氧，硅脱氧一般不单独采用。●扩散脱氧在液态金属与熔渣的界面上进行，发生于熔池后部的低温区，其优点是不会因脱氧而造成夹杂，但在焊接条件下扩散脱氧不充分。5.低碳钢埋弧焊时焊丝与焊剂的匹配原则。焊接低碳钢时，可采用高硅熔炼焊剂和酸性烧结焊剂，配合适当焊丝。采用高硅熔炼焊剂时，焊丝中不必再特意加硅。焊剂与焊丝的配合方式为：●高硅无锰或低锰熔炼焊剂配合高锰焊丝(Mn=1.5%~1.9%),如H10Mn2;●高硅中锰熔炼焊剂配合含锰焊丝(Mn=0.8%~●高硅高锰熔炼焊剂配合低碳钢焊丝或含锰焊丝，如H08A;三、论述题(45分，每小题15分)1.试对比分析碱性焊条和酸性焊条的冶金性能及焊缝的力学性能。碱性焊条冶金性能比酸性焊条好，焊缝含氢量极低，力学性能优良，抗裂性能良好。酸性焊条焊缝氧含量较高，力学性能指标降低，但抗气孔能力较强。●脱氧：酸性焊条(如钛钙型焊条)常采用Mn脱氧而不宜用Si、Ti脱氧；由于药皮中含有足够的脱氧剂锰铁，故其抗气孔能力较强。碱性焊条常采用Si、Mn和Ti联合脱氧，不宜单独用Mn脱氧。●脱氢：碱性焊条药皮中含有适量的萤石，由于萤石的脱氢作用，故熔敷金属的含氢量极低。●脱硫、脱磷：碱性焊条药皮中含有较多的大理石，故其脱硫、脱磷效果优于酸性焊条。●焊接烟尘：碱性焊条的焊接烟尘量比酸性焊条大，且烟尘中含有KF、NaF等致毒物质。2.试述焊接冷裂纹的主要特征、影响冷裂纹的主要因素及防止冷裂纹的措施。(1)主要特征1)一般在焊后冷却到较低温度时产生；有时焊后立即出现，有时经过一段时间后出现。2)多起源于具有缺口效应的热影响区或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。3)有时沿晶扩展，有时穿晶前进，常具有沿晶和穿晶的混合形态。4)主要发生在高、中碳钢，低、中合金高强钢的焊接热影响区。(2)影响因素1)钢的淬硬倾向淬硬倾向越大，则晶格缺陷(空位和位错)越多，亦即先天性裂纹源越多；同时越容易形成脆硬的马氏体组织，使裂纹扩展阻力减小。故越容易产生裂纹。2)氢焊接接头氢含量越高，冷裂的敏感性越大。当局部地区的氢含量达到某一临界值时，便开始3)拘束应力拘束度越大，则拘束应力越大，冷裂倾向越大。4)焊接工艺焊接工艺如焊接材料、焊接线能量、焊前预热、后热、多层焊以及焊接顺序等对冷裂(3)防止措施1)选用低氢焊接材料和低氢焊接方法。2)严格控制氢的来源。3)采用韧性高塑性好或低匹配的焊缝。4)采用奥氏体焊条焊接淬硬倾向较大的钢种。5)焊前预热和焊后热处理。6)合理选择焊接线能量或焊接参数。7)合理布置焊缝和施焊顺序。3.试分析微量元素(Mo、Nb、Ti、B、稀土等)对焊缝组织和性能的影响，并阐述其作用机制。1)Mo加入适量Mo(0.20%~0.35%),有利于形成均一的细晶铁素体，提高焊缝强度、改善韧性。2)Nb和V加入适量的Nb和V可提高焊缝的冲击韧性。Nb和V可推迟冷却过程中奥氏体向铁素成氮化物，从而固定焊缝中的可溶性氮，使焊缝金属韧性的提高。3)Ti和B可大幅度提高低合金钢焊缝的韧性。Ti以微小颗粒氧化物(TiO)的形式弥散分布于焊缝抑制了先共析铁素体的形核与长大，促使形成针状铁素体，改善焊缝组织的韧性。4)稀土与钢中的有害杂质发生作用，可减轻和消除这类微量杂质的有害影响；与钢中的合金元素发生作用，可改善组织和提高韧性。轻稀土有利于针状铁素体形成。一、术语解释1.焊接热输入2.熔敷系数单位电流，单位时间内，焊芯(或焊丝)熔敷在焊件上的金属量(g/A.h),它标志着焊3.熔合比5.药皮重量系数6.焊接温度场焊接接头处各个点上温度的集合称为温度场。它是时间和空间坐标的函数。7.针状铁素体其原始意义根据二维形态观察得出，意为针状的铁素体。一般情况下针状铁素体在非金夹杂物处非均匀形核，然后从这个形核地点向许多不同的方向辐射生长。由于其组织为连锁结构，能很好地阻止裂纹的扩展，故具有很好的力学性能，特别是韧性。2.低碳钢埋弧焊时焊丝与焊剂的匹配原则低碳钢应选与母材相匹配的焊接材料，可选高猛高硅焊剂(如HJ431,HJ433、HJ430)与低碳钢焊丝(如H08A)或含锰的焊丝(如H08MnA)相配合，或用中锰、低锰或无锰的稀释率高应选适宜快速焊的焊剂3.焊接速度对晶粒生长方向、生长速度、结晶形态如果焊接速度过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，同时使变形量增大。提高焊接速度可减小熔合区和热影响区焊接速度越大，熔池中心的温度梯度下降很多，使熔池中心的成分过冷很大，中心往往出现等轴晶，焊接速度越小，熔合线附近出现胞状树枝晶。4.碱性焊条对铁锈和氧化皮敏感性大的原因。酸性焊条药皮里电弧里的氧电离后形成负离子与氢离子有很大的亲和力，生成氢氧根离子(OH),从而可以防止氢离子溶入熔化的金属里，所以酸性焊条对铁锈不敏感，焊