焊接化学成分的不均匀性
焊接熔合区的组织与性能的不均匀性
焊接熔合区的组织与性能的不均匀性熔合区的成分不均匀性，必然会导致金属组织和性能的不均匀性。
其不良影响的严重程度，一方面同成分不均匀性的沿着沉甸甸有关；另一方面在很大程度上又与母材金属A（或B）同焊缝金属D各组成元素间相互作用的性质有关。
以奥氏体填充材料焊接碳钢-奥氏体不锈钢焊接接头为例：此时在碳钢一侧熔合区如果生产了严重的不均匀搅拌层，则出现Ni、Cr含量低于奥氏体不锈钢而高于碳钢的水平，其碳含量又接近于碳钢水平的特殊成分带，因此不可避免的要出现淬硬的马氏体组织。
这种焊接接头的组织按以下组织形式出现：奥氏体不锈钢一侧焊缝和焊缝金属为奥氏体组织；碳钢一侧焊缝的熔合区有可能出现马氏体组织；而在奥氏体不锈钢焊接热影响区，会出现晶粒长大；在碳钢的焊接热影响区，也可能出现淬硬组织。
这样，在奥氏体填充材料焊接碳钢-奥氏体不锈钢焊接接头就形成了十分复杂的不均匀组织，而其性能，自然也包括力学性能也是十分复杂和不均匀的。
焊接熔合区固、液相间化学成分不均匀性。
通常，被焊的两异种材料的成分差异与得到的，则焊缝金属与焊缝两侧或焊缝一侧母材金属的成分差异也愈大。
另外，即使是焊缝金属同母材金属之间的某元素的含量相同，焊缝金属同母材金属之间也就形成一种异种材料的连接副。
焊接过程中，一侧是固态的A（或B）母材金属，一侧是D成分的液态焊接熔池。
即使某元素在熔池中的含量与某侧母材中的含量相等，但由于该元素在固、液共存条件下，在固、液相界面两侧的含量也不会不同。
一般来说，将是液相（即熔池）含量高，固相（即母材）含量低，而在熔合线两侧出现化学成分的不均匀性。
相反，对于焊接熔池含有某元素，而母材没有时，一般来说，也会由于扩散使母材在熔合线附近会溶入这种元素，而降低熔合线两侧化学成分的不均匀性。
如图8-3所示，微信公众号：hcsteel在焊接熔池的高温下，D 元素将从熔池向母材A（或B）发生扩散（包括某些情况下的上坡披散），由D进入A（或B）扩散进入D的元素则由于液体的流动而均匀化，并不影响该局部的焊缝金属成分，焊缝一侧（或两侧）的不均匀性决定于A（或B）和D的成分和各组成元素的本性，这是不可避免的；但其扩散的深度和最终的浓度梯度，则受到温度的高低和高温下停留时间以及元素固有性能（如扩散能力）的影响。
常见的焊接缺陷及成因
常见的焊接缺陷及成因
常见的焊接缺陷及其成因如下：
1. 冷焊缺陷：产生于金属之间传递的电流过小，导致电弧不稳定，焊接部位没有熔化和合金化。
2. 未熔合缺陷：电弧温度过低或焊接速度过快，导致焊接材料没有完全熔化。
3. 未充满缺陷：焊缝内未能完全填充焊丝或焊接材料，导致焊缝的力学性能不佳。
4. 气孔缺陷：焊接过程中，焊缝与大气中的气体发生反应产生气泡。
5. 比较成分错配缺陷：焊接材料的成分与基材成分不匹配，导致焊缝的化学成分不均匀。
6. 裂纹缺陷：焊接过程中，由于应力过大或冷却速度过快，焊缝中出现裂纹。
7. 夹渣缺陷：焊接材料中存在杂质或氧化物，导致焊缝中出现夹渣。
8. 变形缺陷：焊接材料收缩或热变形过大，导致焊接构件出现形状和尺寸上的变形。
这些焊接缺陷的成因主要包括焊接工艺参数不当、焊接材料质量不过关、焊接操作不规范等原因。
对这些缺陷的预防和修复可以通过合理的焊接工艺设计、选择质量良好的焊接材料、进行焊前和焊后的检测等方式来实现。
焊接构件失效的原因及预防措施
焊接构件失效的原因及预防措施焊接构件在各种⼤型设备中常见，往往作为底座的外壳、⽀撑底座、⼯作平台等结构出现。
焊接构件的使⽤寿命影响着整个设备的使⽤寿命，但往往在焊接位置出现裂纹等失效问题，现在就来分析⼀下焊接失效的原因以及预防措施。
⼀、铸-焊结构焊接失效的原因及危害通常意义上讲，焊接失效就是焊接接头由于各种因素，在⼀定条件下断裂（如：应⼒、温度、材质、焊接质量和实际使⽤⼯况条件等）。
接头⼀旦失效，就会使相互紧密联系成⼀体的构件局部分离、撕裂并扩展，造成焊接结构损坏，致使设备停机，影响正常⽣产。
焊接失效的基本条件：⼀是焊接结构设计不合理，如在局部或整体焊缝的布置与设计上存在问题；⼆是材料本⾝的缺陷，如板材化学成分偏析，铸钢件的组织存在缩松、⽓孔、裂纹等；三是焊接⼯艺的应⽤不合理，如焊接材料的选择、焊接⽅法的制定；四是构件所处的⼯作环境、⼯况条件差（如受到交变及冲击载荷），引起结构材料疲劳破坏。
针对接头失效进⾏分析，应从两个⽅⾯⼊⼿：⼀是产⽣的根源；⼆是其危害性。
1. 结构件焊接失效产⽣的根源通常情况下，材料本⾝的缺陷（如化学成分的不均匀性、局部微观裂纹），焊缝由于各种原因产⽣的冷热裂纹、未焊透、夹渣、⽓孔及咬边等，焊接过程中近缝区较⾼的残余应⼒（包括焊缝及热影响区相变的组织应⼒），以及焊接过程⾼温下的组织软化和冷却后产⽣的脆化等，都是造成接头失效的根源，也为接头的脆断或扩展提供了条件。
2. 结构件焊接失效的危害性井下⼯作⾯刮板输送机、转载机和破碎机，是采煤⼯作⾯的关键设备，⼯作⾯使⽤条件复杂。
由于刮板输送机除要完成运煤、清理浮煤外，还要作为采煤机运⾏的轨道和牵引⽀承、液压⽀架前沿的基点，担负着采煤⼯艺过程中的落、装、运、⽀、控等全部⼯序，井下设备的可靠性决定了⾼效采煤的经济性，所以设备质量的好坏、寿命长短、性能的优劣，直接影响着煤炭⽣产。
由于刮板输送机和转载机的使⽤特点，中部槽之间的联结强度和可靠性显得尤为重要，⽽其结构⼤多由铸钢件与普通低合⾦板Q345（16Mn）以及⾼强板和耐磨板（NM360）焊接⽽成，铸钢件以碳锰硅（C-Mn-Si）系列为主。
焊接知识
电焊知识什么是焊接。
焊接是将两部份同质或非同质的材料，利用原子间的联系质点的扩散作用，通过加热、加压或加热的同时加压，以形成永久性连接的方法。
什么叫电弧焊。
在电极和焊件之间形成电弧，利用电弧所产生的热量，将焊缝处的金属和填充金属熔化，并形成一种永久接头的过程叫电弧焊。
电弧最佳燃烧长度。
电弧长度是指焊条末端与弧坑底部的距离，一般来说，电弧长度等于焊条直径加减1㎜。
电弧长度超过焊条的直径时，称为长弧。
等于直径时称为正常电弧。
小于焊条直径时叫短弧。
焊条药皮在焊接中起的什么作用。
1提高焊接电弧的稳定性。
2 防止空气对熔池的影响。
3 保证焊缝金属顺利脱氧、脱硫、脱磷、去氢。
4 向焊缝加入有用益合金元素。
怎样才能焊好焊缝的接头。
换焊条时，在前一根焊条终点前20MM处引燃电弧（弧长要大于焊条的直径）。
待弧坑边缘的熔渣熔化时，立即将焊条引入弧坑，并将弧坑填满，然后继续向前施焊，这个动作熟练之后，整个焊缝外观看不处接头。
关键是换焊条的动作要快，最好是在熔渣未冷却之前就将第二根焊条引燃。
如果熔渣已经冷却必须将接头上的焊渣敲掉，否则容易产生夹渣等缺陷。
熔化焊方法分5种保护方式。
1熔渣保护。
2气体保护。
3熔渣和气体联合保护。
4 真空保护。
5自保护。
对焊条的基本要求有5点。
1 引弧容易，电弧稳定，金属飞溅少。
2 焊条药皮熔化速度均匀，并稍慢于焊条芯的熔化速度。
焊接过程药皮呈喇叭壮套筒，以利于金属熔滴过渡和保护气氛。
3 熔渣的黏度即流动性应适当。
熔渣的密度应小于熔化金属的密度，且凝固温度应低于熔化金属的凝固温度，使熔渣能良好地保护焊缝金属。
凝固后脱渣性好。
4 焊条在焊接过程中应具有参入合金和冶金的作用，以保证焊缝金属和焊接接头的力学性能及物理性能，并保证焊缝不产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。
5 焊条应适应全位置焊接，药皮强度要高、不易脱落、受潮同心度好，焊接时放出的有害气体应尽量少。
手工电弧焊接化学冶金反应分3个区1 药皮反应区。
焊接材料选用原则
焊接材料选用原则
焊接材料的选用是焊接工艺设计中非常重要的一环。
正确选择合适的焊接材料可以确保焊接接头的质量，提高焊接工艺的效果。
以下是焊接材料选用的原则。
1.焊接材料的力学性能要与母材相匹配：焊接接头的强度应该与母材的强度相适应，以确保焊接接头的强度满足设计要求。
2.焊接材料的化学成分要与母材相适应：焊接材料的化学成分应与母材相似，以降低焊接接头中的化学不均匀性，减少焊接接头的脆性。
3.焊接材料的热处理性能要符合要求：焊接材料的热处理性能包括热稳定性、热膨胀系数和回火脆性等。
这些性能应与母材相符，以确保焊接接头在焊接后的热处理过程中不发生变形、裂纹等问题。
4.焊接材料的焊接性能要好：焊接材料的焊接性能包括熔化性、延展性、流动性等。
焊接材料的选用应使得焊缝容易形成，并且在焊接过程中能够保持良好的流动性和延展性，以确保焊接接头的质量。
5.焊接材料的耐腐蚀性要好：焊接接头常常暴露在恶劣的环境中，容易受到腐蚀的影响。
因此，焊接材料的耐腐蚀性应该与母材相适应，以提高焊接接头的耐腐蚀性能。
6.焊接材料的可靠性要高：焊接接头的质量直接关系到焊接件的可靠性。
焊接材料的选用应保证焊接接头能够满足设计寿命和安全可靠性的要求，以确保焊接件能够长时间使用而不发生断裂、脱焊等问题。
综上所述，焊接材料的选用原则主要包括与母材匹配的力学性能、化学成分的适应性、热处理性能的符合要求、良好的焊接性能、良好的耐腐
蚀性和高可靠性。
选用合适的焊接材料可以确保焊接接头的质量和焊接工艺的效果，提高焊接件的可靠性和安全性。
焊缝金属的化学不均匀性和夹杂
焊缝金属的化学不均匀性和夹杂（一）焊缝中的化学不均匀性化学不均匀性：结晶过程中化学成分的一种偏析现象。
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。
如图3-34树枝中心，m表示树枝区域。
I偏析严重。
A、M表示树枝晶的间界。
其中K e最易偏析元素；先结晶M处Ni低，A与M点，Ni高。
1）产生原因：●选择性结晶，焊接时，冷却速度大，液固界面溶质来不及扩散，结晶有先后之分，纯金属先结晶，杂质后结晶。
胞状晶，晶粒内部浓度低，晶界处溶质浓度高。
树枝晶，主干处溶质浓度低，树枝区域浓度较高，晶界处浓度最高。
●结晶形态不同结晶形态，偏析不同。
以M n为例：位置M n%树枝晶界0.59 （树枝晶界偏析最严重）胞状晶界0.57胞状晶中心0.47 （希望晶粒越细化越好）2）影响因素●冷却速度v冷小，可以有充分时间溶质进行扩散，显微偏析减少；v过大，溶质来不及扩散整个液体金属瞬时凝固，偏析程度小。
●原始浓度C0溶质浓度C0 ↑，偏析加剧。
枝晶偏析的结果，晶间含较多低熔点杂质，易于形成凝固裂纹。
●元素性质（分配系数或扩散系数）若元素扩散系数小，偏析严重。
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，当焊速较大时，成长中的柱状晶最后都会在焊缝中心相遇，使溶质和杂质聚集在那里，容易产生焊缝纵向裂纹。
2、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●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。
●层状线不是连续的，是间断的链状偏析带。
2）产生原因：焊缝金属的凝固并不是连续均匀的过程，而是一个断续的过程，一种观点：层状偏析是由于晶体成长速度R发生周期变化引起R↑，结晶前沿的溶质浓度增大，晶粒含有一层溶质较多的带状偏析层。
焊接热裂纹产生的原因
焊接热裂纹产生的原因一、引言焊接是现代工业生产中常用的加工方法之一。
在焊接过程中，热裂纹是一个常见的问题，会导致焊接件的损坏和失效。
因此，了解热裂纹产生的原因对于提高焊接质量和可靠性具有重要意义。
二、热裂纹的定义热裂纹是指在焊接过程中或后期使用过程中由于温度变化而引起的材料开裂。
它通常出现在高强度合金钢、不锈钢、铝合金等材料上。
三、热裂纹产生的原因1. 组织不均匀性组织不均匀性是导致热裂纹产生的主要原因之一。
当材料中存在缺陷或组织不均匀时，其内部应力分布也会不均匀。
在焊接过程中，由于受到加热和冷却的影响，这种应力分布会发生变化，从而导致材料出现开裂。
2. 焊接参数不当焊接参数包括电流密度、电压、速度等多个方面。
如果这些参数设置不当，就会导致局部过热或过快的冷却，从而引起热裂纹的产生。
3. 残余应力残余应力是指焊接后材料内部的应力。
在焊接过程中，由于加热和冷却的影响，焊接件内部会产生应力。
如果这些应力没有得到合理的处理，就会在后期使用中导致材料发生开裂。
4. 材料选择不当不同材料具有不同的物理性质和化学成分。
如果选择不当的材料进行焊接，就会导致组织不均匀、化学成分变化等问题，从而引起热裂纹的产生。
5. 焊接工艺不合理焊接工艺包括预热、焊接顺序、后续处理等多个方面。
如果这些工艺设置不当或者操作不规范，就会导致局部过热或者过快冷却等问题，从而引起热裂纹的产生。
四、热裂纹防治措施1. 优化组织结构通过对原材料进行特殊处理或者采用合适的退火工艺可以改善材料组织结构，并减少组织不均匀性带来的影响。
2. 合理设置焊接参数通过合理设置焊接参数，如电流密度、电压、速度等，可以控制焊接过程中的温度和冷却速度，减少热裂纹的产生。
3. 处理残余应力通过对焊接件进行退火或者热处理等工艺可以处理残余应力，并减少热裂纹的产生。
4. 合理选择材料在选择材料时应根据具体情况选择合适的材料，并进行必要的预热和后续处理等工艺，以减少热裂纹的产生。
焊接冶金学(基本原理)习题总结
焊接冶金学（基本原理）部分习题及答案绪论一、什么是焊接，其物理本质是什么1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。
2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。
二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。
2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。
1.温度场定义，分类及其影响因素。
1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。
2、分类：1)稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动；2)非稳定温度场——温度场各点随时间而变动；3)准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。
3、影响因素：1)热源的性质2)焊接线能量3)被焊金属的热物理性质a.热导率b.比热容c.容积比热容d.热扩散率e.热焓f.表面散热系数4)焊件厚板及形状第一章二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点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。
(100-1200℃)1) 水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出2)某些物质分解:形成Co ，CO2，H2O ，O2等气体 3) 铁合金氧化 ：先期氧化，降低气相的氧化性2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池1)温度高：1800－2400℃ 2)与气体、熔渣的接触面积大 ：1000－10000 cm2/kg 3) 时间短速度快：；熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.3、熔池反应区1) 反应速度低熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg ；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2) 熔池温度不均匀的突出特点熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应3) 具有一定的搅拌作用促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。
焊接冶金学
武汉理工大学焊接冶金学复习资料第1页焊接冶金学复习资料一、名词解释1. 焊接：焊接是指被焊工件的材质（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。
2. 焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。
3. 焊接化学冶金过程：在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程称为焊接化学冶金过程。
4. 焊条平均熔化速度：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度称为焊条金属的平均熔化速度。
5. 熔合比:在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。
6. 药皮重量系数：单位长度上药皮和焊芯的质量比。
7. 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，出现所谓的偏析现象。
8. 过冷度：每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。
9. 扩散氢：可以在焊缝金属的晶格中自由扩散的氢。
10. 拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需要的力。
二、基本概念1. 焊接热循环的特点？ a) 加热温度高 b) 加热速度快 c) 高温停留时间短 d) 自然条件下连续冷却 e) 局部加热2. 药芯焊丝的特性？ a) 焊接飞溅小 b) 焊缝成形美观c) 熔敷速度高于实心焊丝d) 可进行全位置焊接，并可以采用较大的焊接电流。
3. 焊条设计原则？在技术上，必须满足设计任务的要求，达到各项技术指标的规定，在制造工艺上必须切实可行，同时还要考虑到经济效益要好；焊条的卫生指标要先进，确保焊工的身体健康。
4. 焊条的设计依据a) 被焊母材的化学成分与力学性能指标b) 焊件的工作条件，如工作温度，工作压力以及是否有耐磨性，耐腐蚀性等特殊要求c) 施工现场的焊接设备条件以及施工的条件等 d) 考虑电焊条制造的生产工艺条件 5. 选择脱氧剂的原则a) 在焊接温度下脱氧剂对氧的亲和力应大于母材对氧的亲和力。
异种钢的焊接
焊缝金属的强度和塑性，则应该选用塑性较好的 焊接材料。 2.在许多情况下焊缝金属性能只需要符合两种母 材的一种，即认为技术要求。 3.焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成型美 观。 4.焊接材料应经济、易得。
异种钢焊接工艺要点:
（主要解决熔合线附近的金属韧性下降的问题） 1.异种钢焊接接头的设计，应有助于焊缝稀释率的
1、焊接方法选择
这类异种钢焊接时，选择焊接方法，除考虑生产和 具体条件外，关键是控制 熔合比，焊接时尽量减小熔合 比，以降低对焊缝的稀释作用。使用奥氏体钢或镍基合 金填充金属焊接或堆焊时，各种焊接方法可得到不同的 熔合比范围。
表1-19奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接方法熔合比及特点 比较
序号 1 2 3 4 5
减小，应避免在某些焊缝中产生应力集中。较厚 对接时宜用X形坡口或U形坡口。 2.焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方式 及焊接层数的选择，应以减少母材金属的熔化和 提高焊缝的堆积量为主要原则。 3.当被焊的两种钢之一是淬硬钢时必须预热，预热 温度应根据焊接性差的一方选择。 4.复杂结构应先分件组装焊接，然后 再整体拼装焊 接比整体组装焊接好
既要满足异种钢焊接质量（尽可能减小熔合 比防止裂纹产生），又要尽可能考虑效率和经济。
优先选择焊条电弧焊（焊条种类多，适应性 强。珠光体钢与高铬马氏体钢焊接可采用二氧化 碳焊；高合金异种钢焊接一般氩弧焊;简单异种 钢构件可采用扩散焊、钎焊等
异种钢焊接材料选择原则:
要求焊缝金属力学性能及其他性能不低于母材中 的较低的一侧的指标。
H1Cr26Ni21 0.18 1.40 0.54 26.2 18.80 27.01 24.90 e
（1）采用H1Cr19Ni9焊丝
焊缝及其热影响区的组织和性能
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七、改善焊缝组织的途径
1.凝固组织形态对性能的影响 生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂 都有影响
2.焊缝金属的性能的改善措施 ①固溶、细晶等强化和变质处理 加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等 ②振动结晶 机械振动、高频超声振动、电磁振动 ③焊接工艺 焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。
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2、低合金钢 （1）多以F+P为主，有时出现B及M,与焊材及工艺有关。 （2）铁素体（F）转变 ①粒界F（高温转变900-700℃）：为先共析F,由奥氏 体晶界析出向晶内生长，呈块状 ②侧板条F（700-550℃）：由奥氏体晶界形核，以板 条状向晶内生长（由于F形成温度较高，F内含碳极 低，故又称为无碳贝氏体） ③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥实体 内形成 ④细晶F （500℃以下）：奥氏体晶内形成，有细晶元素
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2.熔合区的化学不均匀性
①熔合区的形成
母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区
熔合区熔化不均（传热、晶粒散热）
②熔合区成分分布
在液相中的溶解度>在固相中的溶解度
故：固相浓度 界面
液相浓度
C0 - C´
C0 + C´
分配取决于扩散系数和分配系数，特别是
S、P、C、B、O、N等
熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）
Pcm
C
Si 30
Mn
Cu 20
Cr
Ni 60
Mo 15
V 10
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。
焊接冶金与焊接性知识点。
1.焊条金属的平均熔化速度：单位时间内熔化的焊芯的质量或长度。
2.焊条金属的平均熔敷速度：单位时间内真正进入焊缝的质量或者长度。
3.熔滴以及其过渡特性熔滴：焊条端部熔化形成的滴状液态金属。
过渡形式：短路过渡，颗粒状过渡，附壁过渡。
4.熔滴的比表面积：R 下降S 上升冶金反应越充分。
5.熔池：由局部熔化的母材和熔化的焊接金属所组成的具有一定几何形状的液态金属。
6.熔池的形状和尺寸：形状是半椭球形。
7.焊接化学冶金的反应区以及反应条件，特点。
1)药皮反应区反应温度：100—药皮的熔点。
主要反应有1：水分蒸发2：某些物质的分解如碳酸盐3：铁合金的氧化产生气体的作用：保护作用与使得铁合金氧化。
2)熔滴反应区反应温度：最高温度达到2800 平均温度为1800 —2400。
熔滴与气体和熔渣接触面积大。
反应时间短。
冶金反应最激烈，对焊缝的质量影响最大。
主要反应：气体分解溶解。
3)熔池反应区。
物理条件：温度低600 —1900 S小反应时间长，有时达到几十秒。
温度分布不均匀：前部熔化，后部凝固，易于排出气体和浃渣。
8.药皮的重量系数：单位长度上药皮与焊芯的质量比。
9.熔合比：母材在焊缝中所占的比例。
10.氢对金属的作用：1)氢在金属中的溶解：a)能形成氢化物，在低温下形成大量的氢化物，如Ti V No Zr Ta 等b)不能形成氢化物，但能溶解H 如Fe Al Ni Cu等进入金属中的形式：气相中的氢原子和氢离子接触液相界面，向内扩散，或着通过渣层向内扩散。
2)溶解度:a)T 上升S 上升所以温度达到最大值以后继续增加T S 下降。
在沸点时S等于0 在凝固点（相变点）S 很小。
b)合金元素：如Ti Zr Nb O 使得S增加。
Mn Ni Cr Mo 无影响。
C Si Al 使得S下降。
c)晶格结构的影响：面心立方大于体心立方。
3)氢在焊缝中的扩散行为：扩散氢：在钢的焊缝中，大部分以氢原子或者氢离子形成存在与焊缝金属形成间隙固溶体，半径小，可在晶格中自由扩散，残余氢：小部分氢扩散聚集在金属的晶格缺陷，以及空隙中，并且结合成为氢分子，所以半径大不能扩散。
成分偏析
正常偏析随着溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析 的增大而增大。 正常偏析随着溶质偏析系数 的增大而增大 图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除， 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但
焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固液界面的推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。 当焊接速度较大时，成长的柱状晶会在焊缝中心 相遇，在中心形成正偏析。在拉伸应力作用下， 焊缝极易产生纵向裂纹。
什么叫偏析？
合金在凝固过程中 合金在凝固过程中 发生的化学成分不均 匀现象称为偏析
偏析对合金的力学性能、 偏析对合金的力学性能、
为什么会出现偏析？ 偏析的利弊？
抗裂性能及耐腐蚀性能等有 程度不同的损害。 程度不同的损害。偏析也有 有益的一面， 有益的一面，如利用偏析现 象可以净化或提纯金属等。 象可以净化或提纯金属等。
a） b） 图11-7 焊缝的层状偏析 a) 焊条电弧焊 b) 电子束焊
三、焊接熔合区的化学成分不均匀
硫 的 浓 度 wS / % /% 母材 焊缝
母材
Tm 11-9 ( E=11.76kJ/cm
焊
S 母材
P S
,
P
焊
焊缝
E=23.94kJ/cm
)
增碳层
脱碳层
wC %
焊缝金属 －x
x1
x2
母材金属 x
•表11-1
P
不同元素在铁中的偏析系数
二、宏观偏析
宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包 括： 正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析 带状偏析与层状偏析 重力偏析
系数较大的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， 系数较大的合金，液相只有扩散 c－液相完全混合 d－液相部分混合 a－平衡凝固 b－ 当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， － － － － 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 偏析反而减轻。 偏析反而减轻。
异种金属的焊接
①与珠光体钢相似； ②与马氏体钢相似； ③与两种钢完全不同，采用奥氏体钢焊丝或焊条。
8.珠光体钢与奥氏体钢的焊接
一、焊接性
①焊缝的稀释 ②过渡层的形成 ③熔合区扩散层的形成（脱碳层、增碳层） ④焊接接头应力状态的特点 ⑤延迟裂纹
二、焊接工艺
①焊接方法的选择 焊条电弧焊，熔合比小，且操作灵活，不受焊件形状的限制。 ②焊接材料的选择 根据母材种类和工作温度进行选择
(2)焊接材料
焊接材料的选择原则：
4.异种钢的焊接要点
1）接头的设计应有助于焊缝稀释率的减小，应避免在某些 焊缝中产生应力集中。
2）焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊条摆动方法及焊接层 数的选择，应以减小母材金属的熔化和提高焊缝的堆积量为主 要原则。 3）焊接淬硬钢时，必须进行预热。 4）焊接复杂结构时，先分件组装焊接，再整体拼装，有助于 减小刚度及焊接残余应力。
厚度大于3mm，开X形坡口，保证焊透，或采用埋弧焊。 压焊：真空扩散焊、电阻焊、或闪光焊、爆炸焊；
三、钢与镍及其合金的焊接
①钢与镍及其合金的焊接性
镍与铁的物理及化学性能差别不大，有利于焊接，但易产生气孔及热裂 纹。
高温下镍与氧形成NiO，冷却时镍与氢、碳发生反应，镍被还原，生成 水蒸气和一氧化碳。结晶时形成气孔。
间接熔焊（加过渡段，采用爆炸焊方法制成钛-钢复合件。）
11. 异种有色金属的焊接
一、铝与铜的焊接
①铝与铜的焊接性
方法：压焊（铜与铝的塑性很好）
利用压焊制成铝铜过渡接头，实现同种金属的焊接。
②铝与铜的焊接工艺
<1>氩弧焊 铝与铜氩弧焊时，要将电弧向铜的一侧偏移约相当于板厚 1/2的距离，以便达到两种材料的均匀熔化。
异种金属焊接的应用和存在的问题
异种金属焊接的应用和存在的问题摘要：现代工程结构中不仅需要对同种材料进行焊接，也需要对异种材料进行焊接。
在工程及制造中采用异种材料焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质的不同要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，充分发挥不同材料的性能优势。
关键词：异种金属焊接应用问题早期的焊接主要是同种材料的焊接，随着科学技术的不断发展，新结构、新设备层出不穷；新材料、新工艺的应用日益广泛，对各类工程构件的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等等，在有些情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足使用要求，或者即使是某种金属材料比较理想，但往往由于十分稀贵，不能在工业中普遍应用，因此，采用焊接方法制造异种金属复合零部件日益受到了人们的广泛重视，出现了一门新的科学技术——异种金属的焊接。
如在大型电站锅炉对流管束中，高温段一般采用耐热性和耐蚀性更强的铬镍奥氏体不锈钢，而从经济角度出发。
低温段一般采用价格低，耐热性和耐蚀性稍差的珠光体耐热钢。
这样，由于在机组中的各部位的工作温度的不同，相应地需要使用各种不同化学成分和组织性能的钢材，因此必然会遇到异种金属的焊接问题。
异种金属焊接构件可以最大限度地利用材料各自的优点，达到物尽其用的效果。
异种金属的焊接是一门新的学科技术，它除了要研究焊接的一般规律以外，还要研究许多特殊的规律，如异种金属的物理、化学性能和组织结构变化、金属间化合物的形成机理，冶金扩散过程，接头性能的检测等等，涉及面很广。
近年来，异种金属焊接的试验研究和生产应用日益受到广大焊接科技工作者的重视，并已取得了许多丰富的理论知识和实践经验，相信在不久的将来异种金属焊接构件会在工程上得到越来越广泛的应用。
异种金属焊接由于不同金属的化学成分、组织结构、机械性能及物理性能的差异，因此要比同种金属复杂得多，焊接的可靠性问题也显得更加突出。
一、异种金属焊接的必要性1.在不同运行温度、腐蚀和氧化环境可以采用不同的材料。
焊接热影响区纵向裂纹产生的原因
焊接热影响区纵向裂纹产生的原因下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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2、宏观偏析
（3）比重偏析 a. 机理 •合金凝固时有初生相（过共晶或亚共晶），且 初生相和液相之间的比重差别较大（过共晶铸铁 石墨上浮） •个别合金液相比重不同导致分层，凝固后比重 偏析（Cu-Pb合金上部富Cu） b. 防止措施 •快速凝固 •在合金中加入第三种能形成熔点较高、比重与 液相接近的化合物相，在凝固过程中首先从液相 中析出，形成树枝状骨架，阻止偏析相的沉浮
第十五章化学成分的不均匀性
1.微观偏析 1.微观偏析 2.宏观偏析 2.宏观偏析 3.焊接接头中熔合区的化学成分的不均匀 3.焊接接头中熔合区的化学成分的不均匀 性
1、微观偏析
• 微观偏析--短程偏析，是不平衡凝固造的； • 微观偏析--晶粒内部或晶界等微区内成分不 均匀现象。 1• 枝晶偏析 2• 晶界偏析
2、宏观偏析
（4）宏观偏析的消除 • 扩散退火无效 • 改善加工工艺
3.焊接接头中熔合区的化学成 3.焊接接头中熔合区的化学成 分不均匀性
•熔合区是焊接接头中的薄弱之处. 熔合区是焊接接头中的薄弱之处. •固液界面附近的溶质浓度的分布与该元素 的扩散系数和分布系数有关. 的扩散系数和分布系数有关. •由于焊接熔合区化学成分的不均匀性,致 由于焊接熔合区化学成分的不均匀性, 使组织和性能不均匀性. 使组织和性能不均匀性.焊接熔合区的质 量问题应给以应有的关注. 量问题应给以应有的关注.
（2）反偏析 • 外层溶质元素含量反而高于内层的含量； •不常见，易发生于凝固温度区间宽、凝固收 缩大、冷却缓慢、枝晶粗大、液体金属中含气量 较高等情况下。 •机理：由于铸件表层枝晶间以及内部的低熔 点液体，在液体金属静压力和析出气体压力的作 用下，通过树枝晶之间收缩产生的空隙渗出到表 面，在表面形成的一种含有较多低熔点组元和杂 质的偏析层。
2、宏量 低，内部溶质含量高、杂质 集中的区域偏析为正常偏析 •机理：冷速较慢，低熔点组 元充分向内部聚集 •危害：铸件性能不均匀；但 可借此对金属提纯 •防止：扩散退火无效，提高 冷速有效， 如降低浇注温 度、加速铸件凝固
2、宏观偏析
2、宏观偏析
(4) 区域偏析 焊接时,柱状晶成长过快, 焊接时,柱状晶成长过快,溶质或杂质在 中心富集, 中心富集,凝固后在焊缝中心线附近出现严 重偏析. 重偏析.
2、宏观偏析
(5)层状偏析 (5)层状偏析 焊接时,由于热的周期性作用, 焊接时,由于热的周期性作用,急冷与急 热的交替作用, 热的交替作用,致使结晶过程发生周期性变 化而造成化学成分的不均匀. 化而造成化学成分的不均匀.
低碳钢焊缝中S的晶界偏析
1、微观偏析
（3）微观偏析的消除措施 • 固相线下100~200℃长时间扩散退 火（均匀化） • 热轧或热锻也可改善
2、宏观偏析
宏观偏析为长程偏析，是发生于区域之间的 成分差别（区域偏析）。 液态金属沿枝晶间的流动对宏观偏析的产生 有着重要的影响。 焊接不易宏观偏析，熔池中有强烈的对流拌； 铸造宏观偏析严重 • 正常偏析（正偏析） •区域偏析 • 反偏析（逆偏析） • 比重偏析（重力偏) •层状偏析
1、微观偏析
（2）晶界偏析 在树枝晶体之间（晶粒与晶 粒之间）最后凝固部分（即 晶界区）积累了更多的低熔 点组元和杂质元素 晶界偏析的程度比晶内偏析 更为严重，有时在晶界上还 会出现一些不平衡的第二 相，如低熔点共晶体 产生的原因与枝晶偏析相同 塑性和韧性降低、增加热裂 倾向、降低耐腐蚀性能等
1、微观偏析
（1）枝晶偏析 a. 机理 结晶时冷速较大，扩散来不及，先结晶 富高熔点组元，导致树枝晶内部成分不均 匀. b. 影响因素 合金相图的形状：垂直、水平距离大偏 析严重，垂直比水平影响更大（结晶温度 低扩散慢） 原子的扩散能力：扩散能力差，更易偏
1、微观偏析
（1）枝晶偏析 b. 影响因素 凝固时的冷却条件：冷速越大，过冷越大， 开始结晶温度越低，扩散能力越小；冷速很大， 液相中的扩散也受到抑制，发生无扩散结晶，偏 析程度反而减小。 合金元素：C促S、P偏析；焊 接比铸造偏 析程度小，可能与焊接冷速很大，液相中的扩散 受到抑制有关.
熔合区中S的分布(E=11.76kJ/cm)
低碳钢与奥氏体焊缝(Cr23Ni13)熔合区元素的分布(质量分数E=23.94kJ/cm)