焊接冶金学及金属材料焊接 习题答案模块二

模块二
2-1答：
与铸锭凝固相比，焊缝结晶有以下特点：（1）熔池的体积小，冷却速度大。

由于熔池的体积小，而周围又被冷金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，平均约为4～100℃/s，比铸钢锭的平均冷却速度要大10000倍左右。

因此，对于含碳量高、合金元素较多的钢种容易产生淬硬组织，甚至焊道上产生裂纹。

由于冷却速度快，熔池中心和边缘还有较大的温度梯度，致使焊缝中柱状晶得到很大发展。

所以一般情况下焊缝中没有等轴晶，只有在焊缝断面的上部有少量的等轴晶（电渣焊除外）。

（2）熔池中的液态金属处于过热状态。

在电弧焊的条件下，对于低碳钢或低合金钢来讲，熔池的平均温度可达1770±100℃，而溶滴的温度更高，约为2300±200℃。

一般钢锭的温度很少超过1550℃，因此，熔池的液态金属处于过热状态。

由于液态金属的过热程度较大，合金元素的烧损比较严重，使熔池中非自发晶核的质点大为减少，这也是促使焊缝中柱状晶得到发展的原因之一。

此外，在焊缝条件下，气体的吹力，焊条的摆动以及熔池内部气体的外逸，都会产生搅拌作用。

这一点对于排除气体和夹杂是很有利的，也有利于得到致密而性能好的焊缝。

2-2答：
焊缝金属在结晶过程中，由于合金元素来不及扩散而存在化学成分的不均匀性。

一般焊缝中的偏析主要有以下三种。

（1）显微偏析一般来讲，先结晶的固相含溶质较低，也就是先结晶的固相比较纯，而后结晶的固相含溶质的浓度较高，并富集了较多的杂质。

由于焊接过程中冷却较快，固相的成分来不及扩散，而在相当大的程度上保持着由于结晶有先后所产生的化学成分不均匀性。

（2）区域偏析焊接时由于熔池中存在激烈的搅拌作用，同时焊接熔池又不断的向前推移，不断加入新的液体金属，因此结晶后的焊缝，从宏观上不会像铸锭那样有大面积的区域偏析。

但是，在焊缝结晶时，由于柱状晶体继续长大和推移，此时会把溶质或杂质“赶”向熔池的中心。

这使熔池中心的杂质浓度逐渐升高，致使在最后凝固的部位产生较严重的区域偏析。

(3)层状偏析熔池金属结晶时，在结晶前沿的液体金属中，溶质的浓度较高，同时也富集了一些杂质。

当冷却速度较慢时，这一层浓度较高的溶质和杂质可以通过扩散而减轻偏析的程度。

但冷却速度很快时，还没有来得及“均匀化”就已凝固，造成了溶质和杂质较多的结晶层。

2-3答：
对于一般钢铁材料来说，合金元素在液相中的溶解度总是大于固相中的溶解度，熔合区正是液固两相发生强烈接触的地方，所以在液固两相的分界面处，溶质原子就会从固相向液相扩散。

焊接条件下，在熔合区元素扩散转移的过程是明显存在的，特别是象C、S、P等强偏析元素，不均匀性更大。

2-4答：
在焊接条件下，熔化过程是很复杂的，即使焊接规范十分稳定，由于种种因素的影响，也会使热能的传播极不均匀（如周期性熔滴过渡，电磁吹力的变化等）。

另一方面，在半熔
化的基本金属上，晶粒的导热方向彼此不同，有些晶粒的主轴方向有利于热的传导，所以该处就受热较快，熔化的较多。

因此，对于不同的晶粒，熔化程度可能有很大的不同。

有些晶粒有利于导热而熔化的较多，而有些晶粒熔化较少。

所以母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区，即所谓熔合区。

熔合区存在着严重的化学不均匀性，与此同时也存在着物理不均匀性。

因此，在组织和性能上也是不均匀的，成为焊接接头中的薄弱部位。

2-5答：
由于焊接条件下的固态相变属于非平衡相变，一般情况下，低合金钢焊缝中很少会发生珠光体转变。

只有在冷却速度很低的情况下，才能得到少量的珠光体。

2-6答：
深而窄的焊缝结晶时，速度更快，柱状晶的生长方向接近垂直于焊缝中心线，熔池的中心溶质浓度更高，致使区域偏析不仅更严重，而且象一个刀面一样切入焊缝中心，形成一个低熔点结晶区域。

在应力作用下，就容易形成沿焊缝中心的纵向焊接热裂纹。

2-7答：
解决焊缝的组织和性能，可以用多种方法，如加入合金元素，采用改变焊接工艺参数或工艺措施，控制凝固过程，焊后热处理等。

而焊接热影响区的组织和性能改变几乎只能采用热处理一种方法。

2-8答：
当焊接电流不变时，增大焊速可以降低焊接热输入，使热影响区变小，焊缝凝固时过冷度大，凝固快，可使焊缝晶粒细化。

2-9答：
第一道焊缝不锤击，是为了防止出现底层裂纹，最后一道不锤击是为了防止出现表面裂纹。