焊接冶金學(xué)基本原理

1、1. 第一章1、氮對焊接質(zhì)量的影響?（1）.有害雜質(zhì)（2）.促使產(chǎn)生氣孔（3）. 促使焊縫金屬時效脆化。影響焊縫含氮量的因素及控制措施 ?1）、機械保護2）、焊接工藝參數(shù)（采用短弧焊 ; 增加焊接電流 ; 直流正接高于交流，高于直流反接（焊縫含 N 量） ; 增加焊絲直徑 ;N% ，多層焊 單層焊 ;N% ，小直徑焊條 大直 徑焊條 3）合金元素 （ 增加含碳量可降低焊縫含氮量 ; Ti、Al、 Zr 和稀土元素對氮有較大親 和力2. 、氫對焊接質(zhì)量的影響?1） .氫氣孔 2）、白點 3）、氫脆 4）、組織變化和顯微斑點 5）、產(chǎn)生冷裂紋控制氫的措施 ?1）、限制焊接材料的含氫量，藥皮成分2）

2、、嚴格清理工件及焊絲：去銹、油污、吸附水分3）、冶金處理 4）、調(diào)整焊接規(guī)范 5）、焊后脫氫處理3、氧對焊接質(zhì)量的影響?1）、機械性能下降；化學(xué)性能變差2）、產(chǎn)生 CO 氣孔 ,合金元素?zé)龘p 3）、工藝性能變差應(yīng)采取什么措施減小焊縫含氧量 ?1）純化焊接材料 2）控制焊接工藝參數(shù) 3）脫氧4. CO2 保護焊焊接低合金鋼時，應(yīng)采用什么焊絲，為什么？ 答：采用高錳高硅焊絲，原因 :（1）Mn,Si 被燒損 ;（2）Mn ，Si 聯(lián)合脫氧。5. 既然熔渣的堿度越高， 其中的自由氧越多， 為什么堿性焊條焊縫含氧量比酸性焊條焊縫含 氧量低？答：L=（FeO）/FeOT f L J，焊接溫度下 L1同樣

3、溫度下， FeO 在堿性渣中比酸性渣中更容易向金屬中分配在熔渣含 FeO 量相同的情況下，堿性渣時焊縫含氧量比酸性渣時多。然而 堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低 堿性焊條藥皮的氧化勢小的緣故6 為什么焊接高鋁鋼時，即使焊條中不含 SiO2 ，只是由于水玻璃作粘結(jié)劑焊縫還會嚴重增 硅？答：Al和O的親和力比Si和O的親和力大，Si燒損少，水玻璃中的 Si能大量的過渡到金 屬中。7. 為什么酸性焊條用錳鐵作為脫氧劑，而堿性焊條用硅鐵、錳鐵和鈦鐵為脫氧劑？ 答：酸性焊條含 SiO2 多，與 MnO2 （脫氧產(chǎn)物）形成復(fù)合氧化物， ，降低 O 含量，使渣中 MnO2 含量降低，濃度降低，從而使熔敷金屬

4、中的氧化物向渣中過渡，達到脫氧的目的。 在堿性渣中 MnO 的活度系數(shù)較大，不利于錳脫氧而堿性渣中 Si 的脫氧效果較好 ,硅的脫氧 能力比錳大，但生成的 SiO2 熔點高，不易聚合為大的質(zhì)點 ,SiO2 與鋼液的界面張力小，潤 濕性好，不易從鋼中分離，易造成夾雜錳和硅按適當(dāng)比例加入金屬中進行聯(lián)合脫氧時可以 得到較好的脫氧效果 .優(yōu)點：脫氧產(chǎn)物 MnO SiO2熔點低，比重小，易聚成球，浮到渣中去，減少焊縫夾雜物Mn/Si=37時效果最佳8. 綜合分析熔渣的堿度對金屬的氧化、脫氧、脫硫、脫磷、合金過渡的影響。答： 1）氧化問題：堿度大，則含SiO2 等酸性氧化物就少，使 FeO 的活度大，容易

5、向金屬中擴散，使焊縫增氧。因此在熔渣含 FeO 含量相同的情況下堿性渣的焊縫含氧量比酸性 渣多。2）脫氧問題：堿性渣中 MnO 活度較大，不利于 Mn 脫氧，且堿度越大， Mn 的脫氧 效果越差；在酸性渣中含有較多的 SiO2 等酸性氧化物，與脫氧產(chǎn)物 MnO 生成復(fù)合物 MnO.SiO2 等，從而使 MnO 活度減小，因此脫氧效果較好。3）脫硫問題：堿度大，則 MnO ，CaO 等堿性氧化物就多，從而與系統(tǒng)中的硫形成CaS等不溶于鋼液的物質(zhì)，有利于脫硫。4）脫磷問題：增加熔渣的堿性可減少焊縫中的含磷量。酸性渣脫磷效果較差。5）合金過渡問題：熔渣堿度增加，如合金氧化物為酸性，則過渡系數(shù)減小，即

6、合金元 素在熔敷金屬中的量減少；反之，如為堿性，則過渡系數(shù)增加，合金元素在熔敷金屬中 的量增加。第二章1. 焊條的工藝性能包括哪些方面 ?1）焊接電弧的弧定性 （穩(wěn)弧性 ） 2）表面成型 3）在各種位置焊接適應(yīng)性 4）脫渣性 5）飛濺 6） 焊條的熔化速度 7）藥皮發(fā)紅問題 8）焊條發(fā)塵量 2,低氫型焊條為什么對鐵銹、油污、水份很敏感？同樣溫度下， FeO 在堿性渣中比酸性渣中更容易向金屬中分配 在熔渣含 FeO 量相同的情況下，堿性渣時焊縫含氧量比酸性渣時多 堿性渣含 SiO2 、TiO2 等酸性氧化物較少， FeO 活度大，易向金屬中擴散，使焊縫增氧 第三章1. 試述氫氣孔和 CO 氣孔的

7、形成原因，特征以及防止措施：答 : 氫氣孔形成原因 :高溫時氫在熔池和熔滴金屬中的溶解度急劇下降，特別是液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時，氫的溶解度發(fā)生突變，可從 32ml/100g 下降至 10ml/100g 。因焊接熔池冷卻很 快，當(dāng)結(jié)晶速度大于氣飽逸出速度時就會形成氣孔。特征：喇叭口形的表面氣孔控制氫的措施 :1）、限制焊接材料的含氫量， 藥皮成分 2）、嚴格清理工件及焊絲： 去銹、 油污、吸 附水分 3）、冶金處理 4）、調(diào)整焊接規(guī)范 5）、焊后脫氫處理CO 氣孔 ,形成原因：進行冶金反應(yīng)時產(chǎn)生了相當(dāng)多的不溶于金屬的氣體，如CO.特征：焊縫內(nèi)部，呈條蟲狀，表面光滑控制 CO2 的措施 :冶金方面（ 1）

8、降低熔渣的氧化性； （ 2）適當(dāng)增加焊條藥皮和焊劑的 氧化性組成物（ 3）焊條用前進行烘干處理，并盡可能消除焊材上的鐵銹和氧化皮等。 工藝方面：（ 1）正確選擇焊接工藝參數(shù)； （2）選合理的電流種類和極性，一般直流反接 時氣孔最??； （3）工藝操作得當(dāng)。2 用一分為二的觀點分析夾雜物對焊縫性能的影響 ?答 : （ 1）氧化物 -焊接過程中溶池脫氧不完全；氧化物以片狀出現(xiàn)時誘發(fā)熱裂紋，在母材中也易引起撕裂，但同時也能改善熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)。（ 2）氮化物 - 焊接過程保護不好；氮化物會使焊縫的強度提高、塑性和韌性下降，但彌散分布的氮化物在不損失韌 性的條件下可以大幅度的提高強度，從而使鋼具有良好

9、的力學(xué)性能。（ 3）硫化物 -焊條藥皮或焊劑中的硫化物經(jīng)冶金反應(yīng)后轉(zhuǎn)入熔池；母材或焊絲含S量過高。含S極低時會引起開裂，微量的 S 化物彌散分布時，具有溶 H 的作用，降低了 H 的有害作用，提高 了抗裂性能。3, 焊縫中夾雜產(chǎn)生的原因及防止措施 ? 答:原因：（1）氧化物 -焊接過程中溶池脫氧不完全； （2）氮化物 -焊接過程保護不好； （3） 硫化物 -焊條藥皮或焊劑中的硫化物經(jīng)冶金反應(yīng)后轉(zhuǎn)入熔池；母材或焊絲含S 量過高。措施：（1）正確選擇焊條、焊劑，使之更好脫氧脫硫；（2）選擇正確的焊接參數(shù)，以利于熔渣的浮出； （3）多層焊中，應(yīng)消除前層焊縫的熔渣； （4）焊條適當(dāng)擺動，以便熔渣 浮出

10、；（ 5）操作時注意保護熔池，防止空氣浸入4. 用 H08A 焊絲和 HJ431 焊劑埋弧焊自動焊沸騰鋼時，雖仔細除銹但還常出現(xiàn)氣孔， 試分析原因，應(yīng)采取何種措施防止？ 答：沸騰鋼脫氧不完全的碳素鋼。一般用錳鐵和少量鋁脫氧后,鋼水中還留有高于碳氧平衡的氧量 ,與碳反應(yīng)放出一氧化碳氣體。因此,在澆注時鋼水在鋼錠模內(nèi)呈沸騰現(xiàn)象 ,故稱為沸騰鋼。 因沸騰鋼脫氧不充分， 同時合金元素被燒損， 焊接時易出現(xiàn) CO 氣孔（ C+O=CO,FeO+C=CO+Fe ），提高焊絲中 Mn ，Si 含量進行脫氧。5. 某廠焊帶銹低碳鋼板，采用J423”焊條時一般不出現(xiàn)氣孔，但采用E4315時總出現(xiàn)氣孔，分析原因

11、?答：出現(xiàn)的是 CO 氣孔，這是因為 J423 為酸性焊條，它里面含較多的 SiO2， SiO2 能和 FeO 反應(yīng)，生成穩(wěn)定的（ SiO2.FeO ），從而降低了 FeO 的活度，所以 CO 氣孔很少。 E4315 焊條熔渣的氧化性比 J423 焊條的大 ,而隨熔渣氧化性的增加， CO 氣孔的傾向增加， H2 氣孔的傾向減小，但因鋼板生銹，氣孔主要是 CO 氣 孔，所以J423”焊時一般不出現(xiàn)氣孔而 4315出現(xiàn)氣孔。6. 某廠用 E5015 焊條焊接時， 在引弧和弧坑處產(chǎn)生氣孔， 分析其原因， 并提出解決辦法？答:合理引弧和收弧是防止出現(xiàn)氣孔的措施之一, 使用低氫焊條往往容易在引弧和收弧處

12、出現(xiàn)內(nèi)部和表面氣孔 ,其解決辦法 :1 ）.引弧點最好選在離焊縫10mm 左右的待焊部位上電弧引燃后移至焊縫起點處 , 稍作停留 , 預(yù)熱約 1-2s, 然后沿焊縫方向進 行正常焊接； 更換焊條時 , 應(yīng)在弧坑前 10-15mm 處引弧 , 電弧引燃后 , 再移到弧 坑處 , 使弧坑處充分熔化并填滿后再繼續(xù)施焊。 2）.熄弧時 , 要盡量把電弧壓短一些 電弧在收尾處稍作停留 , 且改變焊條角度回焊一小段后拉斷電弧。7. 如何提高焊縫金屬的韌性。答:（ 1）焊縫金屬的固溶強化和變質(zhì)處理a） Mn、Si 一方面使焊縫金屬充分脫氧，另一方面提高焊縫的抗拉強度。當(dāng) Mn=0.8-1.0%,Si=0.1

13、0-0.25% 時，得到細晶和針狀鐵素 體組織，具有較好的韌性。b）適當(dāng)?shù)腘b和V可提高焊縫韌性；通過固溶 ，推遲At F轉(zhuǎn)變，抑制GBF和FSP利于形成 AF。 c） Ti和B同時存在可提高焊縫韌性。Ti和0親和力比較大，形成細小的（TiO ）細化晶粒。Ti保護B不被氧化，B偏聚A晶界，抑 制GBF和PF，利于形成 AP。 d） M0可提高焊縫的強度及韌性。MOvO.2% 時，At F轉(zhuǎn)變溫度提高，形成PF ;M00.5%時，At F轉(zhuǎn)變降低 形成上B;合適量0.2-0.35%, 形成細晶鐵素體.e）稀土可脫氫、脫氧、脫氮，改變夾雜物形態(tài)，提高韌性，減少裂紋 總之，Mn、Si固溶強化；Ti、

14、B、Zr、Re變質(zhì)處理； V、Nb、Mo二者兼有。（ 2）調(diào)整焊接工藝改善焊縫的性能 振動結(jié)晶，焊后熱處理，多層焊接，錘擊焊道表面，跟蹤回火處理。第四章1. 建立焊接條件下 CCT 有何重要意義？答：通過 CCT 圖可得到在不同的冷卻速度下的組織，即估計組織，同時預(yù)測性能。這樣在大量鋼種出現(xiàn)之前 ，可預(yù)先估計熱影響區(qū)的組織性能，或作為制定工藝 ，焊接線能量的依據(jù) .2. 焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生脆化有幾種，如何防治?答:（ 1）粗晶脆化，焊接過程中由于受熱的影響程度不同，在HAZ 靠近熔合線附近和過熱區(qū)將發(fā)生嚴重的晶粒粗化。 可以通過降低線能量， 降低峰值溫度以及減小 t8/5 等方 法來降低晶粒大小

15、， 從而減少粗晶脆化。 可以通過加入含 N，C 化合物的合金元素， 阻礙 晶界遷移，抑制晶粒長大。（ 2）組織脆化：是由于 HAZ 區(qū)出現(xiàn) M-A 組元（伴有粒狀貝氏體） 、上貝氏體、粗 大的魏氏組織，以及 “組織遺傳 ”等脆性組織所造成。主要分為 1） M-A 組元脆化：高 C 奧氏體轉(zhuǎn)變成的高 C 馬氏體和殘余奧氏體的混合物； 2）析出脆化：時效和回火過程中，非穩(wěn)定固溶體析出C,N 化合物等而使金屬或合金的強度、硬度、脆性提高。 3）遺傳脆化，由組織遺傳引起的脆化。對于M-A 組元脆化，可以采用較大或較緩冷卻速度，增加合金化程度或者采用低、中溫回火促進 M-A 分解 等措施來防止。對于析出

16、脆化，可以選擇合適的時效時間，增大析出物間距，促進位錯運動等措施來防 止。對于遺傳脆化，可以通過降低調(diào)制鋼的脆硬傾向和緩慢加熱或冷卻來防治。（ 3）.HAZ 的熱應(yīng)變時效脆化 1）靜應(yīng)變時效脆化 2）動應(yīng)變時效脆化（ 200 400 度溫度范圍 的預(yù)應(yīng)變所產(chǎn)生的時效脆化：特征：藍脆） ?？梢酝ㄟ^選擇合適的線能量、預(yù)熱溫度及層間 溫度等來預(yù)防。3.焊接熱影響區(qū)的韌化 ?要補充 !1、 母材的原始組織 ,組織上希望得到針狀鐵素體，下貝氏體或低碳馬氏體組織2、韌化處理 焊后熱處理 工藝參數(shù)：線能量 E 過大 出現(xiàn)粗大的鐵素體甚至魏氏組織； 過小 出現(xiàn)淬硬組織4 焊接結(jié)晶裂紋的形成機理及防治措施 ?答

17、：（1）產(chǎn)生結(jié)晶裂紋原因：a）液態(tài)薄膜：在焊縫金屬凝固結(jié)晶的后期，低熔點共晶物被排擠在晶界，形成一種所謂的 液態(tài)薄膜”。b）拉伸應(yīng)力：在焊接拉應(yīng)力作用下，就可能在這薄弱地帶 （液態(tài)薄膜 ）開裂，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋 ,液態(tài)薄膜 根本原因 ;拉伸應(yīng)力 必要條件（2）防止結(jié)晶裂紋的措施1 ）、冶金方面控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量，限制S、P、C含量S、PV0.03-0.04焊絲CV0.12%（低碳鋼）焊接高合金鋼，焊絲超低碳焊絲改善焊縫的一次結(jié)晶細化晶粒，加入 Mo、 V、 Ti、 Nb、 Zr、 Al 2）、工藝方面（減少拉應(yīng)力）正確的接頭式，妥善安排焊接次序焊次序 5.焊接冷裂紋的影響因素及防治措施 .答

18、：（ 1）、影響因素 1）、鋼種化學(xué)成分的影響 2）、拘束應(yīng)力的影響 3）、氫的有害影響 4）、 工藝影響 線能量預(yù)熱溫度焊后后熱多層焊防止措施a）、冶金措施 （低碳微量多合金）H J選用低氫焊接材料，低氫焊接方法如CO2焊 控制氫的來源，烘干焊條消理焊件焊絲加入某些合金元素，提高塑性采 用奧氏體組織的焊條焊接某些淬硬傾向較大的低合金高強鋼，避免冷裂紋b）、工藝措施選擇合適的焊接線能量 q f、V冷J、t100f減少裂 但有晶粒粗大現(xiàn)象 預(yù)熱 冷卻速 度J H外逸后熱H J消氫處理350C保溫1 2小時，使氫外逸 c）、拘束應(yīng)力防止焊 縫分布密集，消除應(yīng)力集中部位如缺口，坡口形狀對稱適當(dāng)?shù)念A(yù)熱、后熱、緩冷第五章1 為什么預(yù)熱有防止冷裂紋的作用？它對防止熱裂紋是否也有這樣的作用?答：預(yù)熱可以降低冷卻速度，從而降低淬硬傾向，另外預(yù)熱也可以促使H 的逸出以及降低應(yīng)力，這樣可以綜合影響冷裂紋的產(chǎn)生，因此就可以根據(jù)