金属学第七章习题答案

思考题与习题1．何谓焊接？它有哪些特点？主要分为哪几类？答：焊接是现代工业生产和工程建设中连接金属构件的重要方法。

它是通过加热或加压（或两者并用），以及用或不用填充材料，使被焊金属原子之间相互溶解与扩散，从而实现连接的加工方法。

焊接的主要特点(1)节省材料，减轻重量焊接的金属结构件可比铆接件节省材料10%~25%；采用点焊的飞行器结构，重量明显减轻，油耗降低，运载能力提高。

(2)简化复杂零件和大型零件的制造过程焊接方法灵活，可化大为小，以简拼繁，加工快，工时少，生产周期短。

许多结构都以铸焊、锻焊的形式组合，简化了加工工艺。

(3)适应性强多样的焊接方法几乎可焊接所有的金属材料和部分非金属材料，可焊范围较广，而且连接性能较好。

焊接接头可达到与工件金属等强度或相应的特殊性能。

(4)满足特殊连接要求不同材料焊接在一起，能使零件的不同部分或不同位置具备不同的性能，达到使用要求，如防腐容器的双金属筒体的焊接、钻头工作部分与柄的焊接、水轮机叶片耐磨表面堆焊等。

尽管如此，焊接加工在应用中仍存在一些不足之处。

例如，不同焊接方法的焊接性能有较大差别，焊接接头的组织不均匀，焊接过程所造成的结构应力与变形以及各种裂纹问题等，都有待于进一步研究和完善。

焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点，可归纳为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。

2．什么叫焊接电弧？焊接电弧基本构造及温度、热量分布怎样？答：焊接电弧是电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。

焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。

弧柱区温度最高，其中心温度可达5700℃以上。

使用直流电源焊接时，阴极区放出的热量约占电弧总热量的38％，阳极区放出的热量约占电弧总热量的42％，弧柱区放出的热量约占电弧总热量的20％。

3．什么是直流弧焊机的正接法、反接法？应如何选用？答：用直流电焊机焊接时，由于正极和负极上的热量不同，有正接和反接两种接线方法。

若把阳极接在工件上，阴极接在焊条上，则电弧热量大部分集中在工件上，使工件熔化，适于厚板焊接，称为正接法。

反之，称为反接法，适于薄板和有色金属的焊接。

但在使用碱性焊条时，均采用直流反接。

4．焊芯的作用是什么？焊条药皮有哪些作用？答：焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯，主要作用是导电，产生电弧，提供焊接电源；作为焊缝的填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝。

焊芯在焊缝中约占50%~70%，焊芯的化学成分和杂质直接影响到焊缝的质量。

药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制而成。

它的作用是利用渣、气对焊接熔池起机械保护作用；进行物理和化学反应去除杂质，补充有益元素，保证焊缝的成分和力学性能；具有良好的工艺性能，能稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣等。

5．下列电焊条的型号或牌号的含义是什么？E4303 E5015 J423 J506 E308答：E4303：E表示焊条；43表示熔敷金属抗拉强度的最小值为430Mpa；0表示焊条属于全方位焊接；03表示焊接电流种类及药皮类型。

E5015：E表示焊条；50表示熔敷金属抗拉强度的最小值为490Mpa；1表示焊条属于全方位焊接；15表示焊条药皮为低氢钠型，并可采用直流反接焊接。

J423：J表示结构钢焊条；42表示焊缝金属抗拉强度≥420 Mpa；3表示钛铁矿型药皮，采用交流或直流反接。

J506：J表示结构钢焊条；50表示焊缝金属抗拉强度≥490 Mpa；6表示焊条药皮为低氢钾型，采用交流或直流反接。

E308：E表示焊条；308表示熔敷金属化学成分分类代号。

6．什么叫热影响区？低碳钢焊接热影响区的组织与性能如何？答：焊接热影响区是母材因受热的影响（但未溶化）而发生在金相组织和机械性能变化的区域。

低碳钢是亚共析钢，在焊接熔池冷却凝固的一次结晶完成后，在一定温度下将发生二次结晶即固态相变，这时的组织应该是铁素体加少量珠光体。

其组织质量分数的不同和性能的不同取决于冷却速度，即冷却速度越大，铁素体含量越少，珠光体越高，硬度、强度也随之增高，且组织细小。

反之，则组织变粗，铁素体越多，珠光体越少，硬度和强度降低。

需要注意的是铁素体的形态，在不同冷却速度下也是不同的，且对性能有影响。

7．影响焊接接头性能的因素有哪些？如何影响？答：影响因素有很多，像焊接方法、焊材选用、工艺参数（电压、电流、焊速）、操作技能、焊接环境（风速、空气湿度）等等都会影响焊接接头的质量。

8．怎样正确选择焊接规范？答：焊条电弧焊的焊接参数包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度和电弧长度等，其中焊条直径和焊接电流为主要参数。

为了保证焊接质量和提高劳动生产率，必须选择合理的焊接规范。

1）焊条直径主要取决于被焊工件的厚度。

2）焊接电流的大小是影响焊缝质量和焊接生产率的主要因素。

3）电弧长度一般不超过2 mm～4mm。

焊接速度以保证焊缝尺寸符合设计图样要求为准。

9．什么是金属材料的焊接性？低碳钢的焊接性如何？答：焊接性是指金属材料在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，也是指金属材料对焊接加工的适应性。

它包括焊接接头的接合性能和使用性能两方面的内容。

接合性能是指在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性，尤其是出现裂纹的可能性；使用性能是指在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性，包括力学性能以及耐热、耐蚀等特殊性能。

对于低碳钢的焊接，在简单工艺条件下，应用任意一种焊接方法都能获得良好的焊接接头，说明低碳钢的焊接性好。

10．埋弧焊与焊条电弧焊相比具有哪些特点？埋弧焊为什么不能代替焊条电弧焊？答：埋弧自动焊与焊条电弧焊相比，具有如下优点：（1）生产率高埋弧焊采用大电流焊接（焊接电流可达800～1000A），电弧热量集中，焊缝的熔深大，较厚的工件不开坡口也能焊透，不需换焊条，生产效率高。

（2）焊接质量好熔池、焊缝受到焊剂和渣壳的可靠保护，焊接热量集中，焊接速度快，焊件变形小，因而焊缝质量和性能得到提高，焊缝表面成形美观，工件变形小。

（3）节省金属材料与电能焊缝可以不开或少开坡口，因此可节省填充金属。

另外，由于热量损失、金属烧损和飞溅都少，节省了电能的消耗。

（4）改善了工人的劳动条件埋弧自动焊焊接过程的机械化，大大降低了工人的劳动强度，且埋弧自动焊是在焊剂层下燃烧，无弧光，放出的气体少，劳动条件得到很大改善。

埋弧自动焊缺点是：对于短焊缝、曲折焊缝及薄板焊接困难；设备费用较贵；焊接过程看不到电弧，不能及时发现问题。

埋弧自动焊常用于成批生产，焊缝在水平位置上，被焊工件厚度为6～60mm的长直焊缝及较大直径的环形焊缝。

在桥梁、造船、锅炉、压力容器、冶金机械制造等工业中广泛应用。

11．常见焊接缺陷有哪些？采用什么方法克服？答：常见焊接缺陷有以下几种：（1）未焊透与未熔合未焊透是指焊接时接头根部未完全焊透的现象。

未熔合是指熔焊时，焊缝与母材之间或焊缝与焊缝之间未完全熔化结合的现象。

产生的主要原因有：焊接电流过小；焊接速度过快；未开坡口或坡口角度太小；钝边太厚，间隙过窄；焊条直径选择不当，焊条角度不对等。

（2）气孔与夹渣气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时没能逸出而残留下来所形成的空穴。

夹渣是指焊后残留在焊缝中的焊渣。

其产生的主要原因有：被焊工件焊前清理不干净；焊接材料化学成分不对；焊接速度过快、电流过小；操作不当等。

（3）咬边咬边是指沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。

咬边减弱了母材的有效承载截面，并且在咬边处形成应力集中。

产生的主要原因有：焊接电流过大，焊接速度太快，运条方法不当；焊条角度不对，电弧长度不合适。

（4）裂纹焊接裂纹是危害最大的缺陷，分为热裂纹和冷裂纹。

热裂纹是指冷却到固相线附近在高温时产生的裂纹，裂纹有氧化色泽，一般发生在焊缝，有时也发生在焊缝附近的热影响区。

冷裂纹是指在焊接接头冷却到200℃～300℃以下形成的裂纹。

产生的主要原因有：焊接材料化学成分不当，工件含碳、硫、磷较高；焊接措施和顺序不正确；熔化金属冷却速度过快；被焊工件设计不合理，焊缝过于集中，焊接应力过大等。

（5）烧穿烧穿是指焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。

产生的主要原因有：焊接电流过大；电弧在焊缝某处停留时间过长；焊接速度过慢；被焊工件间隙大，操作不当等。

（6）焊瘤焊瘤是指焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。

产生的主要原因有：电弧过长；操作不熟练，运条不当；立焊时，焊接电流过大等。

12．如何选择焊接方法？下列情况应选用什么焊接方法？并简述理由。

（1）低碳钢桁架结构，如厂房屋架；（2）纯铝低压容器；（3）低碳钢薄板（厚1mm）皮带罩；（4）供水管道维修。

答：焊接方法的选择：（1）焊条电弧焊：原理：用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。

利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头，属气－渣联合保护。

主要特点：操作灵活；待焊接头装配要求低；可焊金属材料广；焊接生产率低；焊缝质量依赖性强（依赖于焊工的操作技能及现场发挥）。

应用：广泛用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。

适用于（上述行业中）各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。

（2）埋弧焊（自动焊）：原理：电弧在焊剂层下燃烧，利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生的热量，熔化焊丝、焊剂和母材（焊件）而形成焊缝，属渣保护。

主要特点：焊接生产率高；焊缝质量好；焊接成本低；劳动条件好；难以在空间位置施焊；对焊件装配质量要求高；不适合焊接薄板（焊接电流小于100A时，电弧稳定性不好）和短焊缝。

应用：广泛用于造船、锅炉、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中。

凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜角不大的焊件，均可用埋弧焊。

板厚需大于5毫米（防烧穿）。

焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合钢材等。

（3）二氧化碳气体保护焊（自动或半自动焊）：原理：利用二氧化碳作为保护气体的熔化极电弧焊方法，属气保护。

主要特点：焊接生产率高；焊接成本低；焊接变形小（电弧加热集中）；焊接质量高；操作简单；飞溅率大；很难用交流电源焊接；抗风能力差；不能焊接易氧化的有色金色。

应用：主要焊接低碳钢及低合金钢。

适于各种厚度。

广泛用于汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门。

（4）MIG/MAG焊（熔化极惰性气体保护焊）：原理：采用惰性气体作为保护气，使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法。

保护气通常是氩气或氦气或它们的混合气。

MIG用惰性气体，MAG在惰性气体中加入少量活性气体，如氧气、二氧化碳气等。

主要特点：焊接质量好；焊接生产率高；无脱氧去氢反应（易形成焊接缺陷，对焊接材料表面清理要求特别严格）；抗风能力差；焊接设备复杂。

应用：几乎能焊所有的金属材料，主要用于有色金属及其合金，不锈钢及某些合金钢（太贵）的焊接。