金属熔焊原理复习题(答案1)

复习题：
1、焊接时氮的控制措施?
（1）加强保护：防止空气与液体金属作用
气体保护、气一渣联合保护、渣保护
（2）保持焊接工艺参数的稳定，制定合理的焊接规范
a、↓弧长的波动—↓电压波动、短弧作业
b、↑Ih—过渡频率f↑--气相与金属的作用时间↓
（3）采用固氮的方法形成稳定的氮化物—不溶于液态而进入溶池
Zr Ti Ce A1 Nb Ta V B Cr Fe
强→弱
MeN熔质以细小颗粒弥散分布-↑δ及ak
（4）适当↑焊丝及药皮中C%→↓[N] WM
a、C能↓N在铁中的溶解度
b、形成CO、CO2→↓气相中氮的分解
c、C氧化引起熔池沸腾—有利于N的逸出
从目前的经验来看，加强保护是控制N的最有效的措施，其它办法均有局限性
2、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
加入适量物质可以使电弧引燃容易、燃烧稳定、飞溅减少，并保证有良好的操作性、脱渣性、焊缝成形。

（3）冶金处理作用
在一定的条件下，熔渣可以去除焊缝中的有害杂质。

脱氧（CaO）；脱S（MgO、CaO、MnO）；
脱P（CaO）；去氢
CaO脱氧（SiO2）+[Fe] →[Si]+[FeO]
3、焊接时金属的氧化的途径？
1、氧化性气体对金属的氧化
（1）自由氧对金属的氧化
（2）CO2对金属的氧化
（3）H2O对金属的氧化
（4）混和气体对金属的氧化CO2、H2O、CO、H2、O2
2、氧化性熔渣的氧化
（1）扩散氧化：发生于熔滴阶段和熔池高温区
（2）置换氧化：熔滴阶段和熔池头部的高温区
3、焊件表面上的氧化物对金属的氧化
（1）铁锈对金属的氧化
（2）氧化皮对金属的氧化
4、焊接热循环的主要参数？
1、加热速度ω
H
：影响到HAZ的组织和性能。

2、加热的最高温度Tm－决定HAZ组织的因素之一
3、相变温度上的停留时间t
H
4、冷却速度ωc和冷却时间（t
8/5、t
8/3
、t
100
）－决定HAZ组织和性能的因素之一。

5、防止焊缝中夹杂物的措施？
（1）正确选择焊条、焊剂，使之更好的脱S脱O。

（2）选择合适的焊接规范，焊条要适当摆动，以便溶渣浮出。

（3）多层焊时，要清理前层熔渣。

（4）操作时，保护熔池以防止空气侵入。

（O、N）
6、从冶金方面探讨低合金高强钢焊接HAZ韧性时，影响低合金高强钢焊接HAZ韧性的因素有哪些？
1、母材的原始状态
（1）母材合金强化方式
钢中添加微量强化元素（Ti、Nb、V、Al、稀土元素）生成C、N化物弥散分布，细化晶粒－↑↑强度。

（2）组织状态
2、析出相的尺寸及形态
析出相尺寸较小时：细化晶粒，韧性↑↑
析出相尺寸较大时，以粗大的层状或块状析出，脆化↑，韧性↓
3、夹杂物及晶界偏析
（1）钢中的硫化物、磷化物及硅酸盐夹杂↑－NDT↑韧性↓
（2）S、P、Sn、O、锑等晶界偏析严重时，韧性↓↓
7、根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹分类方式？
焊缝表面裂纹、内部裂纹、HAZ横向、纵向裂纹、焊缝和焊道下的深埋裂纹弧坑裂纹（火口）。

8、焊接时影响CCT图的因素有那些？
1母材化学成分的影响
除CO之外，所有固溶于A体的合金元素（B、Mo、V、W、Cr、Mn、Si等）都使得S曲线右移，淬硬倾向↑并且↓Ms，其中C的影响最大。

2冷却速度的影响
①Wc↑－Ar1、Ar3、A rcm↓共析成份也由C 0.83％转为C 0.4～0.8％，
②Wc↑－Ms↑，M由条状－片状
③焊接加热时，碳化物及氮化物的形成元素未完全固溶于A，在焊接快速冷却时，A体的
稳定性↓-使A提前转变
3峰值温度的影响
(1)Tm↑－A稳定性↑－淬硬倾向↑（曲线右移）
投影：图5-21最高温度对CCT图的影响
(2)Tm↑－晶粒粗化
4.晶粒粗化的影响
晶粒粗化－晶界面积↓－成核机会↓－不利于A的转变（冷却）A稳定性↑－S曲线右移－淬硬倾向↑
5.应力、应变的影响
（1）应力应变↑－A内能↑－加速扩散过程，有利于扩散型相变的进行。

（2）拉应力可促使M体转变，Ms上升，M转变量↑
（3）切应力促使M转变，正压应力阻碍M转变
9、Q235钢采用埋弧自动焊焊接时，常采用的焊丝和焊剂？
焊剂 HJ431 焊丝 HO8A
10、手工电弧焊时，熔滴过渡的作用力？并分析对熔滴过度的作用？
重力、表面张力、电磁收缩力、斑点压力（等离子流力）
（一）重力：在大滴过渡时起重要作用.因此,现实生活中,立、
横、仰施焊d＜5(尤其是立、仰)焊条端头上保持熔滴的主要作用力
（二）表面张力：熔滴上有少量表面活化物质，表面张力系数σ↓；液体钢中最大的表
面活性物质是氧和硫（O、S）,因此，金属的脱氧程度、渣的成份将会影响过渡特性。

说明： T
熔滴↑→σ↓，d
熔滴
↓--改善熔滴的过渡特性熔滴上表面活性物质可d
熔滴
↓――
↓σ；熔滴太大或太小时,表面张力依为保持促进过渡..
(三) 电磁收缩力和等离子流力
大电流施焊时,短路过渡时,电磁力起重要作用;
电流通过熔滴时,导体的表面是变化的,将产生电磁力的轴向分力，即等离子流力，
1、如斑点尺寸小于焊丝直径（弧根吊在熔滴下边），则轴向力阻碍熔滴过渡;
2、如斑点尺寸大于焊丝直径（弧根包围熔滴）则轴向力有利于熔滴过渡.
过渡形式以喷射和射流过流时,等离子流力起重要作用
(四) 斑点压力
正离子和电子对熔滴的撞击力；电极材料蒸发时产生的反作用力；弧根面积很小时产生的指向熔滴的电磁收缩力
11、碱性低氢型和钛钙型焊条施焊碳钢时冷至室温气相的主要成分？
钛钙型：CO 50.7% CO2 5.9% H2 37.7% H2O 5.7%
低氢型：CO 79.8% CO2 16.9% H2 1.8% H2O 1.5%
12、碱性焊条手工电弧焊时，为了达到最好的脱氧效果，保证焊接接头的力学性能，一般在药皮中加入什么样的铁合金？
锰铁硅铁钛铁
13、15MnV钢在正常的焊接规范下施焊时，焊接热影响区不同区域的组织？
14、各类焊接裂纹的的敏感温度区间？
一，热裂纹1，结晶裂纹：固相线温度以上稍高的固液状态
2，高温液化裂纹：固相线以下稍低温度
3，多边化裂纹：固相线以下再结晶温度
二，再裂纹550~650
三，冷裂纹1，延迟裂纹ms点以下
2，淬火裂纹ms点附近
3，低塑性裂纹t<400℃
15、焊接热影响区层状撕裂常用的评定方法？
常用的评定方法：
Z向拉伸断面收缩率——无H条件下母材
插销Z向临界应力法——有H条件下HAZ
16、手工电弧焊时，用于熔化和加热焊条的热能？
电阻热电弧热化学反应热
17、由于焊接熔池的凝固条件不同，与一般钢锭的结晶相比有哪些特点？
1，熔池的体积小，冷却速度大
2，熔池的液态金属处于过热状态
3，熔池在运动状态下结晶
18、焊缝金属的合金化的方式？
（1）应用合金焊丝或带极。

（2）应用药芯焊丝或药芯焊条
（3）应用合金药皮和粘接焊剂（配用普通焊丝）
（4）应用合金粉末
19、焊接熔渣分哪三大类？
一类：盐型熔渣：由金属的氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组
成一氧化性很小。

适用范围:用于焊A1、Ti和其他化学活性金属及其合金。

二类：盐一氧化物型熔渣，由氟化物和强金属氧化物组成—氧化
性较小
适用范围：焊合金钢及合金
三类：氧化物型熔渣，由金属氧化物组成一氧化性较强。

适用范围：焊低碳钢和低合金钢。

20、调整焊接工艺改善焊缝的性能的措施？
1、固溶处理和变质处理（有效方法之一）
2、振动结晶
3、多层多道焊
4、焊后热处理：回火、正火、调质。

5、跟踪回火：每焊完一道立即用气焊火焰加热焊道表面
6、锺击焊道表面：细化晶粒↓残余应力，↑焊缝金属的韧性
21、焊缝的脱氧方式有哪些？酸性焊条和碱性焊条的脱氧方式有什么不同？
先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧
1、沉淀脱氧中
Mn的脱氧
①MnO属于碱性氧化物，用于酸性渣脱氧
②在碱性焊条药皮中不单独加入Mn作脱氧剂，而采用Mn-Si联合脱氧。

原因：碱性焊条药皮中SiO
2、TiO
2
酸性氧化物的含量少，MnO易造成夹杂。

Si的脱氧
由于SiO
2
是酸性氧化物，故用于碱性焊条脱氧
2、扩散脱氧只存在于酸性焊条（酸性渣）中，而
在碱性焊条中几乎不存在——由于碱性渣中存在
大量的碱性氧化物CaO扩散脱氧难以进行。

22、焊缝中的夹杂物有氧化物、氮化物、硫化物。

23、一般来讲，如何研究热影响区力学性能？
焊接HAZ力学性能研究的方向
（1）HAZ的不同部位
1、熔合区（半熔化区）
2、过热区
3、相变重结晶区（正火区）
4、不完全重结晶区
5、母材区：组织无明显变化（和母材一致）
（2）熔合线附近
24、目前，对再热裂纹的形成机理存在不同的看法，可归纳为哪三个理论？
三个学说：晶界杂质析集弱化学说
晶内二次强化学说
蠕变开裂学说
25、E5015和E4303焊条施焊时的渣系？
碱性渣钛钙型酸性渣
26、能真实反映焊接生产率高低的是？
27、焊接时增大冷裂纹倾向的应力有？
1，不均匀加热及冷却过程中产生的热应力
2，金属相变时产生的组织运动
3，结构自身拘束条件所造成的应力
28、防止冷裂纹和防止再热裂纹的温度有什么关系？
答：都是通过选择合理的预热温度及后热温度来防止两种裂纹的产生，但是防止再裂纹的预热温度大于防止冷裂纹的预热温度
29、专业术语解释：焊接线能量；结晶裂纹；应力腐蚀裂纹；区域偏析；熔化焊；焊接；焊缝金属的合金化；焊接热影响区；层状撕裂；延迟裂纹。

答：焊接线能量：熔化时由焊接能量源输入给单位长度焊缝上的热量
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，残余液体金属不足而不能及时填充，在用力作用下发生沿晶开裂，故称结晶裂纹。

应力腐蚀裂纹：金属或合金在应力，特别是拉伸应力的作用下，又处在特定的腐蚀环境中，材料虽然在外观上没有多大变化，如未产生全面腐蚀或明显变形，但却产生了裂纹
区域偏析：焊缝结晶时，由于柱状晶的不断长大和推移，把杂质推向熔池中心。

这时熔池中心的杂质的浓度逐渐升高，使最后凝固的部位杂质的浓度高于其他部位的现象。

熔化焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法
焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程成为焊接。

焊缝金属的合金化：把所需的合金元素通过焊接材料过渡到堆焊金属或焊缝金属中去的过程。

焊接热影响区：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。

层状撕裂：在钢板厚度方向承受较大的拉伸应力，于是沿钢板轧制方向出现一台阶状裂纹，一般称层状撕裂。

延迟裂纹：不是在焊后立即出现的冷裂纹。

·
30、某厂采用带锈低碳钢板，采用“J423”（E4301）焊条时一般不出现气孔，但采用“J427”（E4315）焊条焊接时总是出现气孔，试分析原因?（12分）
因为J423和J422焊条一样属于酸性焊条。

而E4315属于碱性焊条。

众所周知，碱性焊条对铁锈敏感，焊接时会出现大量的气孔。

而酸性焊条对铁锈不敏感，出现气孔的几率比较小。

要想用E4315焊接，必须要将焊缝周围20MM打磨干净才行。

31、氢以何种形式熔入焊缝金属的? 氢对焊接质量的影响及控制氢的措施?（10分）
扩散氢和剩余氢
结构钢焊接时，氢的有害作用分二类：
一类：暂态现象：氢脆和白点
特点：经过时效及热处理之后可消除之
二类：永久现象：气孔、冷裂纹
控制氢的措施
（1）限制焊接材料中的含H量
a、选择含少量或不含H的材料
b、↑T焊材烘焙—↓含水量—↓含H量
c、↓大气中的放置时间（烘干后，立即使用）
d、↓保护气体中的含水量（CO2焊、Ar弧焊）
（2）消除焊件和焊丝表面上的杂质、铁锈、油污
（3）冶金处理
a、药皮和焊剂中加入氟化物CaF2（常用）
b、控制焊接材料中的氧化还原势（↑氧化势）↑溶池中含O量或气相中的氧化性-↓熔池
中H的浓度
c、药皮和焊芯中加入微量稀土元素(钇)或稀（碲）散元素：↓↓[H]W
（4）控制焊接规范（有局限性）
（5）焊后脱氢处理：焊后加热焊件，促使氢扩散外逸，从而↓含H量，对于易产生冷裂纹的焊件
32、结晶裂纹的影响因素及防止措施?（10分）
（一）冶金因素：
1、合金状态图的类型及结晶温度区间
（1）结晶温度区↑—脆性温度区Tb↑—裂纹倾向↑
（2）合金元素Me↑—脆性温度区Tb↑—裂纹倾向↑，当Me%进一步↑，结晶裂纹倾向↓
2、Me对产生结晶裂纹的影响
以低碳钢、低合金钢中Me对其影响为例。

（1）S、P Fe+FeS FeO+FeS Fe+Fe3P 形成液态薄膜，S、P%↑裂纹倾向↑
（2）C 国际上利用C当量来评价钢种焊接性。

C%↑S、P偏析↑，S、P富集在晶界，裂纹倾向↑。

（3）Mn
脱S作用 Mn+Fes→Fe+MnS 使FeS—MnS
改变硫化物的分布状态FeS由薄膜状→球状
①C<0.16% Mn↑结晶裂纹的倾向↓
②C≥0.16% r相出现 P偏析↑ Mn/S不起作用控制含P量
（4）Si δ相形成元素，↓焊缝裂纹倾向（主要↓S、P偏析），但Si> 0.4%形成低熔硅酸盐夹杂，裂纹倾向↑。

（5）Ti、Zn（锆）及稀土元素镧、铈（La、Ce）能形成高熔点的硫化物、裂纹倾向↓（比Mn 更好）
（6）Ni 在低合金钢中，Ni+Ni3S2 645℃裂纹倾向↑
（7）O O能↓S的有害作用形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜状变成球状。

3、凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响
（1）晶粒越粗大，柱状晶方向越明显，结晶裂纹的倾向↑，加入细化晶粒的元素Ti、Mo、V、Nb、Al等。

（2）希望得到r+δ(A+F)焊缝中含少量的δ相可以细化晶粒，打乱A粗大柱状晶方向性↑抗裂能力（18-8钢）。

（二）力学因素对产生结晶裂纹的影响
焊接时脆性温度区内金属的强度（σM）小于脆性温度区金属的承受的拉伸应力σ，即σM <
σ产生裂纹。

防止结晶裂纹的措施
（一）冶金方面的措施
1、控制S、P含量：控制母材、焊材中S、P含量
一些重要的焊接结构采用碱性焊条及焊剂，有效地控制S、P的含量↓裂纹倾向。

2、改善凝固结晶、细化晶粒。

（1）加入细化晶粒元素：Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al
（2）不锈钢施焊时，希望得到δ+r（δ相控制5%）
（二）工艺方面的措施
1、焊接工艺及规范：
适当E↑，To↑——可以↓应变率↓裂纹倾向
2、接头型式及坡口形式：影响到接头额受力状态和结晶条件及热的分布。

（1）尽量采用对接。

（2）采用多层焊，控制各层的熔深。

（3）接头处避免应力集中（错边、咬边、未焊透）。

3、焊接次序
尽量使大多数焊缝能在较小的刚度下施焊
（1）对称施焊：分散应力
（2）管板与管束焊接采用放射交叉式焊接顺序
33、阐述焊缝中硫、磷的危害及防止措施？（8分）
S:危害：S与液态钢可以无限互溶，而在室温下在固态铁的溶解度仅为0.015-0.020%，因此在熔池结晶时易产生偏析，形成低熔共晶体。

（1）Fe+FeS , FeS+FeO 呈片状或链状，分布于晶界－－↑焊缝结晶裂纹倾向，↓冲击韧性和抗腐蚀性。

（2）NiS+Ni焊合金钢，尤其高Ni合金钢时产生结晶裂纹倾向↑↑
（3）钢C%↑--S偏析↑--S的危害↑
措施：
（1）限制焊材中的含S量
母材：过渡到焊缝金属中S接近100%，但母材
中含S量很少。

焊丝：70-80%S过渡到焊缝中。

药皮或焊剂：50%S过渡到焊缝中
(2)用冶金方法脱S
①合金元素脱S 与S的亲和力Fe<Mn<Mg<Ca<A1
但A1、Ca、Mg与O的亲和力大于与S 的亲和力，故A1、Ca、Mg脱S受到限制，一般用Mn。

夹杂物呈点状弥散分布，故危害较小。

②熔渣脱S
MnO脱S CaO脱S MgO脱S
↑Mn%既减少了FeO又增加了MnO，但由于冶金反应时间短脱，S不充分。

P危害：P以Fe2P或Fe3P的形式存在分布于晶界，↓晶粒间的结合力，而它本身又硬脆，↑焊缝的冷脆性，↓脆性转变温度，↑冷裂纹
Fe3P+Fe 熔点 1050℃； Ni3P+Ni 熔点 880℃，↑结晶裂纹
措施：
(1)限制焊接材料中的含磷量：主要是焊剂和药皮中的锰矿（含0.22%P）
(2)冶金脱P
①P→P2O5
2[Fe3P]+5(FeO)=P2O5+11[Fe]
2[Fe2P]+5(FeO)=P2O5+9[Fe]
②形成稳定的磷酸盐
与P2O5的接合能力：
3(CaO)+P2O5=[(CaO)3. P2O5]
4(CaO)+P2O5=[（(CaO)4. P2O5）
说明：↑碱度会↓[P]w但熔渣的碱度受到工艺的限制。

碱性渣：不允许含较多FeO，否则会使[O]w↑，易产生气孔，因此碱
性脱P较差。

酸性渣：含较多FeO，有利于P的氧化但碱度小，脱P能力更差。

34、简述防止层状撕裂的措施？（6分）
<1> 选用具有抗层状撕裂的钢材：
1、精炼钢先期脱S
2、控制硫化物夹杂的形态 MnS转化为其他元素的S化物如CaS等
<2> 设计和施工工艺的措施
1、尽量免单侧焊缝：改用双侧焊缝可缓和焊缝根部区应力状态↓应力集中。

2、采用焊接量少的对称角焊缝代替焊接量大的全焊透焊缝，避免过大应力。

3、在承受Z向应力的一侧开坡口。

4、对于T型接头可在横板上预先焊一层低强焊材防止焊根裂纹，同时亦可缓和焊接应变。

5、为防上由冷裂引起的层状撕裂，应尽量采用一些防止冷裂的措施：如减少含H量；适当↑预
热温度，控制层温等。

35、试综合分析碱性焊条和酸性焊条的冶金特点? （14分）（分别从冶金脱硫、脱磷、脱氢、脱氧及焊缝金属的合金化等方面阐述）
1、酸性焊条：工艺性能好,焊缝表面成形美观、波纹细密、可药皮中有较多的FeO、TiO
2、SiO2等，
交直流两用。

2、碱性焊条：[H]wM低,焊缝具有较高的韧性和塑性，适用于承受动载的焊件和刚性较大的重要
结构。

36、阐述冷裂纹的影响因素及防止措施? （12分）
分类：延迟裂纹：
影响因素：钢种的淬硬倾向，焊接接头的应力状态；熔敷金属的扩散氢量。

预防措施：
淬火裂纹：钢淬硬倾向，拘束应力（无H的诱发也可产生）。

影响因素：
预防措施：预热、焊后热处理、高韧性焊条施焊。

低塑性脆化裂纹：
影响因素：
预防措施：
37、氮以何种形式熔入焊缝金属的?氮对焊接质量的影响及控制氮的措施?（8分）
既能溶解氮，又能与氮形成氮化物，
氮在金属中溶解的反应可表示为：N2=2[N]
影响：
（1）N气孔高温时溶解度大，温度降低时，溶解度小，这时饱和的N以气泡的形式向外逸出，V结晶〉V逸出，出现于收弧和弧坑处。

（2）低C钢、低合金钢焊接时[N]WM↑—焊缝金属的强度、硬度↑塑性、韧性↓。

措施：
（1）加强保护：防止空气与液体金属作用：气体保护、气一渣联合保护、渣保护
（2）保持焊接工艺参数的稳定，制定合理的焊接规范
a、↓弧长的波动—↓电压波动、短弧作业
b、↑Ih—过渡频率f↑--气相与金属的作用时间↓
（3）采用固氮的方法形成稳定的氮化物—不溶于液态而进入溶池
（4）适当↑焊丝及药皮中C%→↓[N] WM
a、C能↓N在铁中的溶解度
b、形成CO、CO2→↓气相中氮的分解
c、C氧化引起熔池沸腾—有利于N的逸出
从目前的经验来看，加强保护是控制N的最有效的措施，其它办法均有局限性。