焊接冶金学期末复习

1.焊接接头及形成过程

⑴焊接接头是指被焊材料经焊接之后发生组织和性能变化的区域。它由焊缝、熔合区和热影响区组成。

⑵焊接接头的形成过程就是焊缝、熔合区和热影响区的形成过程。

焊接接头的形成过程主要涉及焊接热过程，固-液状态演变过程，焊接化学冶金过程和固态相变过程。①焊接热过程：无论焊缝、熔合区还是热影响区，都是在焊接热源作用下形成的，焊接热过程是焊接中所涉及的其他过程产

生和发展的前提。按母材受热进程来看，焊接热过程包括加热过程和冷却过程。②固-液状态演变过程：主要发生

在焊缝部位。在焊热源的作用下，焊缝部位的固态母材发生熔化，形成液态熔池；而后，随着焊接热源的原理，

液态熔池凝固结晶，形成固态焊缝。③焊接化学冶金过程：主要发生在与焊缝相对应的焊接区中，是金属，熔渣

和气相在较高温度下发生的冶金反应过程。④固态相变过程：相变过程既可发生在热影响区，也可出现在焊缝。

2.焊接热循环及主要参数

⑴焊接热循环：在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由低而高，达到最大值后又由高而低

的变化的过程。

⑵焊接热循环主要参数

①加热速度v H：是描述工件温度上升快慢程度的参量。②峰值温度T m也称最高温度，是循环曲线上最高点对应的温度。③高温停留时间t H指在某一肩高参考温度以上的停留时间。④冷却速度v c或冷却时间t8/5、t8/3、t1 00描述工件温度降低快慢程度的参量，在焊接过程中，冷却速度就是热循环曲线下降段的斜率。

3.焊条的组成及作用，熔合区的概念

⑴焊条由药皮和焊芯两部分组成，①焊芯的作用：主要起两方面的作用，一时传导电流，维持电弧燃烧；二是本

身熔化，形成焊缝填充金属。②药皮的作用:无论何种焊条，药皮的主要作用都表现在三个方面，即机械保护作用，冶金处理作用和工艺性能改善作用。

⑵熔合区的概念：是介于焊缝和热影响区之间的相当狭窄的过渡区，从宏观来讲，熔合区是焊缝和热影响区的分

界线，因此又将其称为熔合线。但从微观来讲，熔合区是由部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域，

因此有人将该区称为部分熔化区或半熔化区。

4.焊条的型号及焊条型号的含义

焊条型号是由国家标准规定的具有特定含义的符号，它是根据焊条的主要用途和性能特点命名的，也是焊条生产，检验和选用的依据。焊条型号由字母和数字组成，主要表示焊条的类别，熔敷金属的化学成分或抗拉强度，使用

的焊接位置，药皮的类型及适用的电源种类等。如：EXXXX E表示焊条，之后的前两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度值，之后的一位数表示焊条使用的焊接位置（0或1表示全位置焊接，2表示平焊和平角焊，4表示立向

下焊），再后面一位数与第三位数的组合表示药皮类型和焊接电源的种类。

5.焊条的工艺性能主要包括哪几方面

⑴焊条电弧的稳定性电弧的稳定性是指电弧维持稳定燃烧的程度，如是否产生断弧，漂移及偏吹等。

⑵焊接位置的适应性是指焊条对不同用空间位置焊接难易程度的适应能力。

⑶焊缝形成是描述焊缝表面光滑程度，表面是否存在缺陷以及几何形状和尺寸是否正确的宏观指标。

⑷焊接飞溅与熔敷效率①焊接飞溅是指焊接过程中从容滴或熔池中飞溅出来的金属颗粒。②熔敷效率是反映

焊接生产率高低的指标，并用熔敷系数ɑH来表示。

⑸脱渣性是指焊后从焊缝表面清除焊接渣壳的难易程度。

⑹焊接烟尘是指在电弧高温作用下而产生的高温金属和非金属蒸汽，在电弧周围空间中被氧化和冷凝而形成的

细小的固态颗粒。

⑺焊条药皮的发红是指焊条在使用到后半段时由于温升过高而使药皮发红，开裂甚至脱落的现象。

6.焊接化学冶金的三个反应区，特点

⑴药皮反应区是指焊条端部药皮开始反映的温度至药皮熔点之间的区域。药皮反应区主要发生的反应包括水

分的蒸发，某些物质的分解和铁合金的氧化（即先期脱氧）。特点：温度较低，这一反应阶段可视为熔滴反应和

熔池反应的准备阶段，其生成物即为熔滴反应阶段和熔池反应阶段的反应物。

⑵熔滴反应区是指从焊条端部熔滴形成，长大到过渡至熔池的整个区域。熔滴反应区进行的反应主要包括气

体的分解和溶解，金属的蒸发，金属及其合金成分的氧化和还原，以及焊缝金属的合金化等。特点：反应时间短，但反应温度高，相的接触面积大，并有强烈的混合作用，同时反应物含量偏离平衡甚远，故冶金反应最激烈，不

但反应速度快，而且反应最完全，对焊缝成分和性能影响最大。

⑶熔池反应区是指有熔滴和熔渣同熔化的母材相混合所形成的反应区。在熔滴和熔渣落入熔池后，各项之间

进一步发生物理化学反应，直至金属凝固形成焊缝。特点：熔池阶段的反应速度比熔滴阶段的反应速度低，对整

个冶金反映的贡献没有熔滴反映阶段高。但在熔池前部和后部的不同反应以及熔池中发生的搅动作用，对焊缝成

分的均匀化起到了有力的作用。

7.熔渣的微观结构（分子理论和离子理论）

⑴分子理论熔渣的分子理论是在凝固熔渣的相分析和成分分析结果的基础上提出的，能定性的解释熔渣与金

属之间的冶金反应，但对熔渣的某些性质还无法给出合理的解释。其主要观点如下:①液态熔渣是由化合物分子组

成的理想溶液。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。③只有自由氧化物才能参与冶金反应。

⑵离子理论熔渣的离子理论是在研究熔渣电化学性质的基础上提出的。与分子理论相比，更接近于熔渣的真

实情况，能够解释分子理论无法解释的某些现象。完全粒子理论的主要观点如下：①液态熔渣是由阴阳离子组成的电中性溶液。②离子的分布和相互作用由离子的综合矩所决定。离子的综合矩可用离子所带的电荷和离子半径来描述，即综合矩=离子的电荷/离子的半径。离子的综合矩越大，其静电场越强，与异号离子的结合力越大。③熔渣与金属的作用过长是离子与原子交换电荷的过程。

8.焊接熔渣对金属的氧化作用的两种基本形式：置换和扩散氧化

⑴置换氧化是指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化。对于钢铁材料的焊接来讲，当熔渣中含有较多的易分解的氧化物时，这些氧化物就可能与液态铁发生置换反应，使铁被氧化，而氧化物中的合金元素被还原。

⑵扩散氧化是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使焊缝增氧。对钢铁材料来讲，铁的氧化物FeO既能溶于渣中，又能溶于液态铁中。

9.焊缝金属的脱氧：先期脱氧，沉淀脱氧，扩散脱氧

⑴先期脱氧是指在焊条电弧焊中，药皮反应区内的脱氧剂与高价氧化物和碳酸盐分解出的O2和CO2起反应，从而降低电弧气氛氧化性的脱氧方式。

⑵沉淀脱氧主要是指利用溶解在液态金属中的脱氧剂将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去的脱氧方式。这种脱氧方式是在熔滴和熔池内进行的，是减少焊缝金属含氧量最主要的方法。

⑶扩散脱氧是指被焊金属的氧化物通过扩散从液态金属进入熔渣，从而降低焊缝含氧量的一种脱氧方式。从本质上讲，扩散脱氧是扩散氧化的逆过程，发生在液态金属与熔渣的界面上，脱氧的程度有分配定律所决定。

10.焊缝金属的合金化中关于合金过度系数的概念，融合比的概念

⑴合金过度系数的概念所谓过度系数是指某合金元素在熔敷金属中的实际质量分数与其在焊接材料中的原始质量分数之比，即η=ω（M d）/ω（M e）η----合金化元素的过度系数；ω（M d）----合金化元素在熔敷金属中的实际质量分数；ω（M e）----合金化元素在在焊接材料中的原始质量分数。

⑵融合比的概念所谓融合比是指焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例，即ϴ=m b/(m b+m d) ϴ----焊缝的融合比；m b ----焊缝中熔化母材所占的质量；m d----焊缝中熔敷金属所占的质量。

11.焊接熔池结晶的特点

⑴非平衡的动态结晶①熔池体积小，冷却速度大②熔池过热，温度梯度大③熔池在动态下结晶

⑵联生结晶：焊接熔池的结晶过程一般是由熔池边界开始的，非自发晶核就依附在半熔化的母材晶粒表面上。一般情况下，以晶状柱的形式由半熔化的母材晶粒向焊缝中心成长，而且成长的取向于母材晶粒相同，从而形成了联生结晶。⑶竞争生长：每一个结晶点阵都存在一个结晶速度最快的最优结晶取向。⑷成长速度动态变化：晶粒成长过程中其成长方向在不断发生变化，成长速度也在变化。

12.知道熔池结晶典型形态：平面结晶，胞状结晶，胞状树枝结晶，树枝状结晶，等轴结晶

⑴平面结晶液相中的温度梯度很大时，液相温度曲线不与结晶曲线相交，液相中不存在成分过冷区。由于界面前方温度较高，一旦有向前凸出生成的晶芽，将被较热的液态熔化。结晶过程只能以平面形式向前推进，形成平滑的结晶界面。

⑵胞状结晶当固液界面前方液相中的温度梯度较大时，液相温度曲线与结晶温度曲线在短距离内相交，形成较小的成分过冷，在此条件下，平面结晶界面处于不稳定状态，其上长出许多平行束状芽胞，凸入过冷的液相，向前生长，于是在晶粒内部形成相互平行的胞状亚晶

⑶胞状树枝结晶随固液界面前方液相中温度梯度的减小，液相温度曲线与结晶温度曲线相交距离增大，形成的成分过冷区增大，晶体成长加快，胞状晶前沿更向液相中凸出，并在深入液相内部较长的距离，同时，凸出部分也向周围排除溶质，使其横向也产生成分过冷，在主干上的横向长出短小的二次分枝。由于主干间距较小，二次分枝较短从而形成特殊的胞状树枝晶。

⑷树枝状结晶当固液界面前方液相中温度梯度的进一步减小，液相温度曲线与结晶温度曲线相交距离进一步增大，从而形成的较大的成分过冷区，晶体成长速度更快，在一个晶粒内部除产生一根很长的主干外，还向四周长出很多的二次横枝，甚至二次横枝上还长出三次横枝，这些横枝不断长大，直至临近横枝接触为止。形成典型的树枝晶。

⑸等轴结晶当固液面前方液相中的温度梯度很小时，液相温度曲线与结晶曲线在很远处相交，从而液相中形成很大的成分过冷区。此时不但在结晶前沿出现树枝状结晶，而且在溶液内部也能产生新的晶核，由于晶核周围所处状态相同，可以自由生长，形成了几何形状几乎对称的等轴晶粒.

13.易淬火钢HAZ的组织分布特征

⑴完全淬火区：是指焊接热影响区中峰值温度达到Ac3以上的区域，它包括了相当于不易淬火钢的过热区和正火取两部分。

⑵不完全淬火区：是指焊接热影响区中峰值温度处于Ac1~ Ac3之间的区域，它相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。

⑶回火区：焊前处于调制状态的母材，热影响区中除了具有以上两个特征区外，还明显存在一个回火区，其峰值温度低于Ac1但高于原来调制处理的回火温度。

14.知道焊接热影响区的脆化：粗晶脆化，组织脆化，M-A组元脆化，时效脆化

⑴粗晶脆化：是指焊接热影响区因晶粒粗大而发生的韧性降低的现象。一般来讲，晶粒尺寸越大，晶界结构越疏