焊接冶金学习题总结

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。然而，没有熔滴阶段激烈。

三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？

1、种类： 金属及熔渣蒸气

2、来源： 1) 焊接材料

2) 气体介质

3) 焊丝和母材表面上的油锈等杂质

4) 金属和熔渣的蒸发产生的气体

3、供给途径：一部分是直接输入或侵入的原始气体；另一部分是通过物化反应所生成的气体。

1) 有机物的分解和燃烧:纤维素的氧化分解

2) 碳酸盐和高价氧化物的分解

四、为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？

电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；电弧中的氮离子N +在氧化性电弧气氛中形成NO ，遇到温度较低的液态金属它分解为N 和O ，N 迅速溶于金属。

五、氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？

1、影响：

61052222()71210m C H O mO mCO mH +=+23lg (/)8920/7.54

p CO CaCO T =-+32CaCO CaO CO =+32MgCO MgO CO =+23lg (/)5785/ 6.27p CO MgCO T =-+2

2222N O O H H CO CO 、、、、、

1) 促进焊缝中气孔的形成，金属凝固时氮气来不及逸出；

2) 改变焊缝的力学性能，氮能提高焊缝的强度和硬度，但会使焊缝的塑性和韧性降低；

3) 时效脆化，针状氮化物Fe4N ，造成塑性和韧性下降。加入Ti ，Al 可形成稳定的化合物，可抑制这种脆化现象。

2、主要措施：

1) 机械保护：气一渣保护、渣保护、气体保护、抽真空。对于适渣型焊条：保护效果取决于药皮的数量及成分。

2) 焊接工艺规范影响：U ↓, I↑, 直流反接

3) 焊丝成分的影响：

增加焊丝或药皮中的Ti 的含量可生成稳定的氮化物；

增加含碳量可降低氮在金属中的溶解度。

六、手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？

1、氢以原子或质子形式溶入（气保焊）

2、以

溶入（电渣焊） 氢通过熔渣向金属中溶解时，氢先溶于熔渣，然后再以

向金属中过渡

七、氢对焊接质量有那些影响?如何加以控制？

1、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

1) 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

2) 白点 ：肉眼可见，直径～3mm 中心处有气孔或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼似的也称“鱼眼”.

3) 气孔

4) 组织变化和显微斑点：焊缝金属A —M 时，由于氢在A 有较大的溶解度，当含氢量高的焊缝自A 化，温度冷却时，引起局部A 过冷残余A 增加，残余A —M 时，富氢的组织内产生大的内应力，造成显微裂纹

5) 产生冷裂纹

2、控制氢的措施

1) 限制焊接材料的含氢量，药皮成分

2) 严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分

十、CO2保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？

用普通焊丝（H08A ）进行保护焊时，由于碳的氧化在焊缝中产生气体，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。

十一、分子理论和离子理论的主要观点是什么？

1、分子理论：

1) 液态熔渣由自由氧化物及其复合物的分子组成

自由氧化物: SiO2 , CaO , Al2O3

氧化物复合物：SiO2·CaO

2) .自由氧化物与其复合氧化物处于化合与分解的平衡状态

-][OH -][OH 22()2()H O O OH --+ƒ2()2()[]2[]2[]Fe OH Fe O H -+++ƒQ SiO CaO SiO CaO +⇔+22.)

()()

(22SiO CaO SiO CaO k ⋅⋅=