焊接理论基础习题及答案

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用反应。

它主要研究各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。

研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料，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：1）、对熔化金属进行冶金处理；2）、改变熔合比。

怎样影响焊缝化学成分：1）、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性能，控制冶金反应的发展，来获得预期要求的焊接成分；2）、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比，改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分。

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：a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质，是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。

b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），形成气渣联合保护，可使焊缝含氮量下降到0.02%以下；c、采用短弧焊（即减小电弧电压）、增大焊接电流、采用直流反接均可降低焊缝含氮量；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？答：（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，增大焊接电流使熔滴吸收的氢量增加；增大电弧电压使焊缝含氢量有某些减少。

电弧焊时，电流种类和极性对焊缝含氢量也有影响。

（2）制造焊条时，适当提高烘烤温度可以降低焊接材料的含水量，因而也就相应地降低了焊缝中的含氢量。

（3）焊件坡口附近表面上的铁锈、油污、吸附水等是增加焊缝含氢量的原因之一，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？答：氧对焊接质量的影响：氧在焊缝中无论以何种形式存在，对焊缝的性能都有很大影响。

随着含氧量的增加，焊缝强度、塑性、韧性都有明显下降，尤其是低温冲击韧度急剧下降。

此外，它还一起热脆、冷脆和时效硬化。

另外，氧烧损钢中的有益元素使焊缝性能变化。

熔滴中含氧和碳多时，它们相互作用生成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：1）纯化焊接材料，在焊接某些要求比较高的合金钢、合金和活性金属时，应尽量用不含氧或氧少的焊接材料。

2）控制焊接工艺参数，为了减少焊缝含氧量，应采用短弧焊。

3）脱氧：用控制焊接工艺参数的方法减少焊缝含氧量是受限制的，所以必须用冶金的方法进行脱氧，比如硅锰联合脱氧。

7、CO保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？2答：用普通焊丝（H08A）进行CO保护焊时，由于碳的氧化在焊缝中产生气体，2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，而合金过渡的目的则是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，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：1）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；2）脱氧产物应不溶于液态金属；3）必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能及焊接工艺性能的影响。

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；2）能消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能；3）合金剂制造工艺不易太复杂，成本不能太高；4）合金的损失小，利用率高。

9、综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。

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反应的进行，因此，在还原其中脱硫是有利的，熔渣碱度高也有利于脱硫。

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。

合金过渡：若其他条件相同，则合金元素的氧化物与熔渣的酸碱性相同时，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。

焊芯作用：受热熔化时作为焊缝填充金属，其化学成分和性能直接影响焊缝金属的质量。

药皮作用：（1）保护作用。

在电弧热作用下形成熔渣和气体，起到隔离空气，保护熔滴、熔池和焊接区的作用；（2）冶金作用，包括：a）去除有害杂质（S、P、N、H、O等）；b）添加有益合金；（3）保证焊条具有良好的工艺性能，包括：a）使电弧容易引燃，并燃烧稳定；b) 焊接飞溅小，成形美观；c）易于脱渣；d）适用于各种位置关系焊接。

2、综合分析碱性焊条药皮中CaF的作用及对焊缝性能的影响。

2答：它的主要作用是脱氢，在焊条药皮中加入CaF，其可以通过焊接冶金2反应生成HF气体，由于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，而是与焊接烟尘一起挥发了，所以可以减低熔池金属中的H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，所以低氢焊条对于铁锈、油污，水分很敏感，必须严格控制氢的来源才可以保证焊接质量。

5、酸性焊条及碱性焊条分别常采用哪种脱氧元素？答：（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TiO2，它们容易与锰的脱氧产物MnO 生成复合物MnO·SiO2和MnO·TiO2，使MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。

相反，在碱性渣中MnO 的活度较大，不利于锰脱氧。

碱度越大，锰的脱氧效果越差。

（2）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，不易从钢液中分离，易造成夹杂。

为避免夹杂，把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行联合脱氧时，其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐，它的密度小，熔点低，易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，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：1)由于药芯焊丝中加入了稳弧剂，而使电弧稳定燃烧，溶滴均匀的喷射过渡，所以焊接飞溅较少，并且飞溅颗粒较小，焊缝成形美观；2）焊丝熔敷速度快，熔敷速度高于焊条和实芯焊丝，可采用大电流进行全位置焊接，焊接效率高；3）通过调整药粉的成分与比例，可焊接和堆焊不同成分的钢材，适应性强，焊接烟尘量低。

缺点：1）焊丝制造工艺复杂，成本高；2）焊丝外表易锈蚀、药粉易吸潮，不宜长期保存，使用前要对焊丝进行清理和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) 在一般电弧焊条件下，熔池的体积最大也只有30cm3，重量不超过100g；b）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；（2）温差大、过热温度高。

a）熔池金属中不同区域,因加热与冷却速度很快，熔池中心和边缘存在较大的温度梯度。

例如，对于电弧焊接低碳钢或低合金钢，熔池中心温度高达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℃。

b）过热温度高，非自发形核的原始质点数大为减少，这也促使焊缝柱状晶的发展。

（3）熔池是在运动状态下结晶。

熔池金属在结晶过程中受到强烈的搅拌和对流作用，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？答：焊缝金属在凝固结晶时，不是重新生产新的晶核，而是依附于母材现成的表面，形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶。

焊接条件下：（1）熔池沿定向散热，即垂直于熔合线的方向散热最快，有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？答：如图所示：（1）在焊缝的熔化边界，由于温度梯度（G）较大，结晶速度（R）较小，故成分过冷度小，接近于零，形成平面晶；（2）随着远离熔化边界向焊缝中心过渡，温度梯度G逐渐变小，而结晶速度R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?答：所谓的化学不均匀性指的是结晶过程中化学成分的一种偏析现象。

焊接过程中的偏析包括：（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，形成晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝晶的晶枝之间的成分偏析。

（2）宏观偏析（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（结晶潜热和熔滴过渡时热量的输入周期性变化）导致晶体成长速度R 发生周期性变化，R 升高，结晶前沿溶质浓度升高，R 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（F）＋少量珠光体（P），过热时易形成魏氏体（W）。