焊接复习题Word格式.docx

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熔池运动状态

1）液态金属密度差引起自由对流运动

2）表面张力差强迫对流运动

3）熔池中各种机械力搅拌

4）对焊接质量的影响

8、焊接过程中对熔融金属的保护

保护方式：

1、气渣联合保护2、渣保护3、气保护4、真空保护5、自保护

9、焊接化学冶金反应区及反应条件

焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。

以手工电弧焊为例，加以讨论

（1）药皮反应区：

指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。

1）水分蒸发2）某些物质分解3）铁合金氧化

（2）熔滴反应区：

指熔滴形成.长大.脱离焊条.过渡到熔池之前

特点:

１）温度高２）与气体.熔渣的接触面积大３）时间短速度快

４）熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.

（3）熔池反应区

1）熔池T1600～1900℃低于熔滴T比表面积2）接触面积小3～130

3）时间长手工焊3～8秒埋弧焊6—25s4）搅拌没有熔滴阶段激烈

5）熔池温度不均匀的突出特点

10、焊接工艺条件与化学冶金反应的关系

焊接规范：

焊接金属（焊条、焊丝）和局部熔化的母材组成。

（一）、熔合比的影响

熔合比：

焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。

（二）熔滴过渡特性的影响

气体的来源和产生：

1）来自焊接材料焊条电弧焊用焊条其药皮中都含有造气剂，如淀粉、木粉大理石和白云石等，加热时产生分解或燃烧，析出大量气体，如H2、CO2等。

用潮湿的焊条或焊剂焊接时将析出水汽。

采用气体保护焊时，焊接区的气体主要来自保护气，如Ar、CO2。

2）来自空气焊条药皮中的造气剂不能完全排除焊接区的空气，例如，采用焊条电弧时，堆焊金属中还含有体积分数为0.025%的N2（空气是N2的主要来源），据估算，焊接区内空气的体积分数约占3%左右。

3）来自焊丝和母材金属表面上的杂质如油污、铁锈、油漆、吸附的水分等，这些物质受热后将析出气体进入焊接区内。

4）来自高温蒸发产生的气体弧焊时，由于电弧和斑点的高温，当熔滴过渡时，一部分熔滴金属被加热蒸发，产生金属气体，进入电弧区内。

例如焊接黄铜时，由于黄铜内锌的沸点较低，仅为906℃，因此被大量蒸发，在焊接区形成一层锌的白色烟雾。

12、氮与金属作用

（一）氮与金属作用有两种情况

1、不与氮发生作用的金属，即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作为保护气体。

2、与氮发生作用的金属，即能溶解氮又能形成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。

（二）氮对焊接质量的影响1）时效脆化2）气孔

3）有利一面：

可作为合金元素加入钢中，一般指高合金钢。

13、氢的溶解机构

焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态

1）.氢以原子形式溶入2）.以[OH]-溶入3）.以H+溶入

[Ｈ]的影响因素

氢与金属作用的特点，把金属分为两类

①与氢形成稳定氢化物的金属

②不与氢形成稳定氢化物的金属

③合金元素的影响：

氢在铁中溶解度受合金元素影响

氢对焊接质量的影响：

暂态现象：

脆化、白点、经时效、热处理可消除

永久现象：

气孔、改变组织、显微斑点、冷裂纹、不可消除

氢脆氢在室温附近，氢溶解在金属晶格中，引起钢的塑性严重下降现象

熔渣与金属的作用

熔渣：

电焊条药皮，焊剂溶化形成的金属及非金属氧化物及复合物。

一、焊接熔渣

（一）熔渣的作用、成分及分类

1.熔渣的作用1）机械保护作用2）冶金处理作用3）改善工艺性能

2.熔渣的成分和分类

1）.熔渣成分：

大体由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体系。

2）.熔渣分为三类：

氧化物型、盐—氧化物型、盐型

二、合金过渡的目的及方式

（一）目的:

补尝;

改善;

特殊性能

（二）方式：

1.应用合金焊丝或带极2.应用药芯焊丝或药芯焊条

3.应用合金药皮或粘结焊剂4.应用合金粉未

第二章焊接材料

一、焊条的牌号

以结构钢为例：

牌号,编制法。

结XXX,结为结构钢焊条；

第3个数字：

表药皮类型,焊接电流要求；

第1、2数:

代表焊缝金属抗拉强度。

以结构钢为例，型号编制法为字母“E”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。

二、焊条的组成

１、焊芯—焊丝作用：

导电、填充金属

焊芯材料有选择性:

用量最多的是H08、H08A，还有H08E。

2、药皮作用：

机械保护作用、冶金处理作用、工艺性能良好

三、焊条的工艺性能

1.焊接电弧的弧定性（稳弧性）

控制低氢型焊条稳弧性方法：

a）CaCO3/CaF2比例控制并加入K1.6～2.5、K2CO3K<

1.5钾、钠水玻璃

b）添加10～20%纯铁粉和少量Al-Mg合金粉.

c）用MgF2代CaF2不仅提高稳弧性,还可改善焊缝成型和脱渣.

d）加入少量CsCO3（0.1～1.0%）铯电离势比K小,还可加石墨0.5～3.0%，熔点低，套筒长度适中

2.表面成形（焊缝成形）

操作技术有关，取决熔渣熔点，粘度与表面张力，还与熔渣的物理性质有关。

1）熔渣的凝固温度2）熔渣的粘度η3）表面张力σ4）熔滴过渡

3.在各种位置焊接适应性

焊缝位置：

平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝

注：

一般焊条均可进行平焊,但不是所有焊条均可立、仰、横焊。

立、仰、横焊难点在于:

①重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡；

②熔池金属和熔渣向下流。

4.脱渣性

脱渣性:

焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度。

影响因素:

1）熔渣的线膨胀系数2）熔渣的松脆性3）熔渣的氧化性

四、钢用焊剂分类

1、按制造方法分类

（1）熔炼焊剂

（2）非熔炼焊剂

2、按焊剂化学成分分类

（1）按氧化物性质分

（2）按SiO2含量分

（3）按MnO含量分（4）按CaF2含量分

烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点：

１.烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分,熔炼焊剂中则不能加脱氧剂。

２.加合金剂、合金化强。

３.抗气孔能力比熔炼焊剂强。

４.对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不均匀。

５.吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干。

６.生产成本低、节能、生产效率高。

药芯焊丝的特征：

1.焊接飞溅小2.焊缝成形美观

3.熔敷速度高于实心焊丝4.可进行全位置焊接

第三章熔池凝固和焊缝固态相变

熔池的凝固条件和特点1.熔池体积小，冷却速度大

2．熔池中的液态金属处于过热状态3．熔池在运动状态下结晶

二、熔池结晶的一般规律

焊接时，熔池金属的结晶与一般炼钢时钢锭的结晶一样，也是在过冷的液体金属中，首先形成晶核和晶核长大的结晶过程。

生核热力学条件是过冷度而造成的自由能降低；

生核的动力学条件是自由能降低的程度。

焊接时存在两种非自发晶核质点，一种是合金元素，另一种是现成表面，焊接熔池边界，正是固液相的相界面，熔池边界半熔化的母材晶粒表面为新相晶核的基底

2．成长

原子由液相不断地向固相转移，晶核的成长是通过二维成核方式长大，但并不是齐步前进，长大趋势不同，有的一直向焊缝中部发展；

有的只长大很短距离就被抑制停止长大。

当晶体最易长大方向与散热最快方向相一致，最有利长大

　　晶核的成长是一个原子从液相中吸收原子集团来进行的并连续不断地吸附在晶体表面的小台阶处而迅速长大。

焊接熔池边界正是固液相的相界面，熔池边界的部分熔化的母材晶粒表面完全可能成为新相晶核的“基底”，非均匀生核，焊缝金属呈柱状晶形式与母材相联系，好似母材晶粒外延长大。

这种依附于母材晶粒现成表面而形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶。

（三）浓度过冷对结晶形态的影响

1、平面结晶

产生条件：

过冷度＝0，无成分过冷

特征：

平面晶（G正温度梯度很大时）

平面结晶形态发生在结晶前沿没有浓度过冷的情况下。

纯金属，G>

0，结晶界面呈平面型。

2、胞状结晶

过冷度很小。

断面六角形，细胞或蜂窝状。

3、胞状树枝结晶

过冷度稍大。

主干四周伸出短小二次横枝，纵向树枝晶断面胞状。

4、树枝状结晶

过冷度较大。

主枝长，主枝向四周伸出二次横枝，并能得到很好的生长。

5、等轴晶

过冷度大。

结晶前沿长出粗大树枝晶，液相内，可自发生核，形成自由长大的等轴树枝晶。

化学不均匀性：

结晶过程中化学成分的一种偏析现象。

偏析：

在熔池进行结晶的过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，出现所谓偏析现象

1.显微偏析：

→枝晶偏析指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状晶的晶枝之间的偏析。

2、宏观偏析（区域偏析）指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后凝固的部位发生较严重的偏析.

3.层状偏析

由于化学成分分布不均匀引起分层现象。

焊缝横断面经浸蚀之后，可以看到颜色深浅不同的分层结构形态称为结晶层。

1）特征

（1）晶粒主轴与层状线垂直,越先靠近熔合线处越清析，远离熔合线不清晰，线距越宽。

（2）层状线与熔合线轮廓相似，但层与层的间距并不相等。

（3）层状线的存在，一般相溶质（特别是硫）的不均匀分布有重要关系。

可将每一个结晶层大体区分为三个小区域：

初始区溶质富集区，即溶质成分高于平均浓度的区域。

在侵蚀照片上呈最暗黑的颜色。

中间区为平均浓度区，是结晶层中最宽的一段．其特征为溶质成分均匀，颜色稍暗。

结尾区为溶质贫化区，即溶质成分低于平均浓度的区域，颜色最为浅淡。

（４）层状线不是连续的，是间断的链状偏析带

焊缝固态相变

一、低碳钢焊缝的固态相变组织

低碳钢焊缝组织：

F＋少量P

过热时产生W（魏氏组织）。

改善组织条件：

1）多层焊：

使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。

2）焊后热处理：

加热，柱状晶消失。

3）冷却速度：

冷却速度↑，硬度↑

焊缝中铁素体的类型

（1）粒界铁素体（GBF）（先共析铁素体PF）

（2）侧板条铁素体（FSP）FSP－FerriteSidePlate

（3）针状铁素体（AF）AF-AcicularFerrite

（4）细晶铁素体（FGF）、（贝氏体铁素体）

1、氢气孔

特征：

多出现在焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。

有个别残存在内部，以小圆球状存在。

产生原因：

焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。

2、CO气孔

焊缝内部，条虫状，表面光滑。

高温冶金反应。

CO不溶于液态金属，在高温时，CO以气泡的形式猛烈地逸出，但熔池结晶时，η↑，CO不易逸出。

此反应为吸热反应，促使结晶速度加快，CO形成气泡不能逸出，沿结晶方向形成条虫形气孔。

二、气孔形成机理

气孔的形成：

生核---长大----逸出：

1）浮出：

无气孔2）浮不出：

气孔

1、气泡的生核

具备条件：

①液态金属中有过饱和的气体

②要消耗一定的能量

焊缝性能控制

在焊接工作中用于改善焊缝金属性能的途径很多，但主要是焊缝的固溶强化、变质处理（微合金化）和调整焊接工艺。

焊缝金属的固溶强化和变质处理

对于低合金结构钢的焊缝金属，最有害的脆化元素是S、P、N、O、H，必须加以限制。

铁素体化元素与奥氏体化元素的影响有些差异。

一般来说，铁素体化元素对韧性不太有利，强化作用越强烈，对韧性越有害。

奥氏体化元素中c的作用最为不利；

而Mn与Ni则在相当大的含量范围内有利于改善焊缝韧性。

Mn、Si固溶强化Ti、B变质处理V、Nb、Mo二者兼有。

第四章焊接热影响区组织和性能

热影响区：

熔焊中，在热源的作用下焊缝两侧的金属区域发生组织和性能上的改变“热影响区”或“近缝区”。

焊接热循环:

在焊接热流作用时,焊件上某一点P的温度随时间的变化过程

焊接热循环的主要参数

1.加热速度（ωH）

2.加热的最高温度（Tm）:

3.在相变温度以上的停留时间（tH）：

4.冷却速度（ωc）或冷却时间:

多层焊热循环的特点：

多层焊主要考虑焊道层数和层间温度。

层间温度：

多层焊时，开始焊接后一焊层时前一层焊道所具有的最低温度即为层间温度。

对后一焊道面言，前一焊道具有预热作用，层间温度相当开预热温度；

；

对前一焊道来说，后一焊道应该起后热作用，产生一定热处理效果。

焊接热循环条件下的金属组织转变特点：

1.加热温度高2.加热速度快3.高温停留时间短

4.自然冷却5.局部加热

焊接热影响区的组织分布：

焊接结构钢：

根据热处理特性不同分为两类:

淬火钢,不易淬火钢,

1.不易淬火钢:

如低碳钢,

某些不易淬硬的低合金钢,如16Mn.15MoV.15MnTi等

1）.熔合区

2）.过热区

3）.相变重结晶区

4）.不完全重结晶区

对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢16Mn.15MnTi等）除过热区外其它各区组织基本相同.

低碳钢过热区主要是魏氏组织W

2.易淬火钢

此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热处理有关.焊前热处理:

退火,正火,调质（淬火+高回火）

1）.完全淬火区

2）.不完全淬火区

3）.对于调质处理的钢（母材焊前处于调质状态）回火区以下,发生不同程度的回火处理─回火区.组织性能变化取决于焊前调质状态的温度.

焊接热影响区的脆化

1）粗晶脆化

产生原因:

合金因素。

对于不易淬火钢,主要是晶粒长大,形成粗大魏氏组织（W）,易淬火钢,产生脆硬的孪晶M.此区处在焊缝与母材的过渡地带,物理化学的不均匀性。

2）组织脆化

（1）M-A组元脆化

（2）析出脆化（3）遗传脆化

3）.HAZ的热应变时效脆化

（1）静应变时效脆化

（2）动应变时效脆化

第五章焊接裂纹

分类:

1、按裂纹分布的走向分

①横向裂纹

②纵向裂纹

③星形（弧形裂纹）

纵向裂纹

2按裂纹发生部位分①焊缝金属中裂纹②热影响区中裂纹③焊缝热影响区贯穿裂纹

热裂纹分类

结晶裂纹：

在凝固的过程--结晶过程中产生

高温液化裂纹：

在高温下产生,钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化，在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂

多边化裂纹：

产生温度低于固相线温度,存在晶格缺陷（位错和空位）,物理化学的不均匀性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界,使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。

冷裂纹分类

延迟裂纹：

特点不在焊后立即出现，有一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹。

淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：

淬硬倾向大的组织易产生这种裂纹（与氢含量关系不大）。

低塑性脆化裂纹：

在比较低的温度下，由于收缩应变超过了材料本身的塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。

层状撕裂

由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物（特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。

三、热裂纹与冷裂纹的基本特点

裂纹

热裂纹

冷裂纹

产生温度

高温下产生

低温下产生

产生部位

焊缝、热影响区

热影响区、焊缝

宏观特征

沿焊缝的轴向成纵向分布,也有横向分布，裂口均有氧化色彩表面无光泽

断口具有发亮的金属光泽

微观特征

沿晶粒边界分布，属于沿晶断裂性质

晶间断裂，也有穿晶内断裂，也有晶间和穿晶混合断裂

5-1焊接热裂纹

一、结晶裂纹

1、产生机理

1）产生部位：

结晶裂纹大部分都沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝内部两个树枝状晶体之间。

对于低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在焊缝上某些高强钢，含杂质较多的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。

2）熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向

在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。

产生结晶裂纹原因：

①液态薄膜（根本原因）②拉伸应力（必要条件）

以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分为以下三个阶段

①液固阶段：

（1区）

②固液阶段：

这一区也称为“脆性温度区”即图上a、b之间的温度范围

③固相阶段：

也叫完全凝固阶段

Tb—称为脆性温度区，在此区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属,Tb小产生裂纹的可能性也小，杂质多的金属Tb大，产生裂纹的倾向也大

二、近缝区液化裂纹

1、产生部位及材料

通常产生在母材的热影响区的粗晶区，也可产生在多层焊缝的焊层之间液化裂纹属于晶间开裂性质，裂纹断口呈典型的晶间开裂特征。

2、产生原因1）、近缝区晶界处存在低熔点杂质2）、近缝区存在晶间液膜（低熔点共晶体）

三、多边化裂纹

形成条件（形成机理）

多边化现象，焊缝金属中存在很多高密度的位错在高温和应力的共同作用下，位错极易运动，在不同平面上运动的刃型位错遇到障碍时可能发生攀移，由原来的水平组合变成后来的垂直组合，即形成“位错壁”就是多边化现象。

2、特点

1）、发生部位与材料

发生在焊缝中，常见于单相奥氏钢或纯金属的焊缝金属

裂纹走向：

以任意方向贯穿树枝状结晶

2）、常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近，多边化裂纹总是迟于再结晶

3）、裂纹多发生在重复受热金属中（多层焊）

4）、断口呈现出高温低塑性断裂

四、结晶裂纹的影响因素

冶金因素：

A合金状态图的类型和结晶温度区间结晶裂纹倾向的大小是随合金状态图结晶温度区间的增大而增加的；

B合金元素对结晶裂纹的影响硫化磷碳锰硅钛锆和稀土镍氧；

C结晶凝固组织形态对结晶裂纹的影响因素晶粒越粗，柱状晶的方向越明显，产生结晶裂纹的倾向就越大。

力学性能：

焊接时脆性温度区间内金属的属性要小于脆性温度区间内金属承受的拉伸应变，焊接承受的拉伸应力在某一温度超过金属的晶间强度，会产生裂纹。

防止措施

冶金因素方面：

控制焊缝中硫磷碳有害杂质的含量；

改善焊缝凝固结晶，细化晶粒是提高抗裂性的重要途径

工艺因素方面：

焊接工艺及工艺参数；

接头形式；

焊接次序

5-2焊接冷裂纹

一、1.产生温度:

Ms点附近或200～300℃以下温度区间

2.产生的钢种和部位:

发生在高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝

3.裂纹的走向：

沿晶、穿晶

4.产生时间:

可焊后立即出现，也有的几小时，几天或更长时间

二、冷裂纹种类

延迟裂纹是冷裂纹中一种最普遍的形态，它不是焊后出现，因此危害性更大

延迟裂纹三种形态：

1）焊趾裂纹—缝边裂纹2）焊道下裂纹3）根部裂纹

三、延迟裂纹的机理

高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主要是：

钢种的淬硬倾向；

焊接接头的含氢量及其分布，焊接接头的拘束应力。

延迟裂纹的开裂过程存在这两个不同的过程，即裂纹的起源和裂纹的扩展，扩展到一定情况下，发生断裂，我们只从宏观的角度阐述一下产生延迟裂纹的三要素。

1、钢种的淬硬倾向

焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种的化学成分，其次是焊接工艺，结构板厚及冷却条件。

钢种淬硬倾向越大，越容易产生裂纹，其原因为：

1）形成脆硬的马氏体2）、淬硬产生晶格的缺陷

形成脆硬的马氏体：

马氏体是碳在α铁中的过饱和固溶体，碳原子以间隙原子存在于晶格之中，使铁原子偏离平衡位置，晶格发生较大的畸变，致使组织处于硬化状态。

因此，当有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。

马氏体的形状

条状马氏体：

含碳量小于0.3%C，呈条状Ms点较高，在转变后起到自行回火作用，有一定韧性

片状马氏体：

含碳量高时，形成片状马氏体，片内存着平行状的孪晶，硬度高，组织脆，对裂纹敏感

组织对冷裂纹的敏感倾向

F、P→BL→条状M→上贝氏体→粒状→M-A→MT可知孪晶马氏体对裂纹最敏感

淬硬产生晶格的缺陷

材料在淬硬后，会产生较多的晶格缺陷（淬火后出现的晶格缺陷主要是空位和位错，相变应力的作用下产生较多的位错）。

在焊接应力作用下，空位与位错发生移动聚集，当达到一定浓度时，形成裂纹源，最终扩展成为裂纹。

2、氢的作用

氢是引起高强钢焊接时产生延迟裂纹的重要因素之一,氢具有延迟作用,由氢引起的延迟裂纹称为氢致裂纹也称氢诱发裂纹.氢致裂纹HydrogoundacpdCrack

3、焊接接头的拘束应力

1）、焊接接头的拘束应力

a、热应力与母材焊条金属的热物理性质及刚度有关

b、组织应力—相变、组织比容不同而产生

c、附加应力—结构自身拘束条件所造成的应力包括结构的形式、焊缝位置、施焊的顺序

2）、拘束度：

表示母材对反作用力的刚度

定义：

相当于为使焊接接头根部间隙弹性位移单位长度时，单位长度焊缝所受的力的大小。

即定义为拘束度。

符号：

R

防止冷裂纹的途径

冶金方面：

采用优质的低氢高韧焊接材料严格控制氢的来源如焊前烘干焊条、焊剂，仔细清除焊件上焊接区的油污、水锈等通过焊接材料向焊缝添加合金元素，细化焊缝晶粒，提高焊缝金属的塑性，有利于防止冷裂采用奥氏体焊条，奥氏体组织塑性好，可以减少焊接接头的残余应力，同时，奥氏体组织的焊缝能溶解较多的氢

工艺措施方面：

焊前预热，后热或焊后缓冷；

合适的焊接线能量；

焊后热处理。

5-3再热裂纹

焊后再加热,消除应力退火,高温工作时500¡

ª

600