焊接冶金学复习要点

故在连接处一般不易形成共同的晶粒只是钎料与至于粘结是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，没ra时就可以在接触表面上进行扩散再结晶等物理化学过程从而形成金属键达到焊接的目的。外界条件：对被焊接的材质施加压力，对焊接材料绪论 1试述焊接钎焊和粘结在本质上的区别被焊工件的材质（同种或异种）通过加热或加压或两者并用， 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成为焊接。焊接与其他连接方式不同不仅在宏观上形成了永久性的接头而且在微观上建立了组织的内在联系。钎焊也能形成不可 拆卸的接头但只是钎料融化而母材不熔化, 母材之间形成有相互原子渗透的机械组合。 有原子的相互渗透或扩散。2怎样才能实现焊接，应有什么外界条件 当两个被焊的固体金属表面接近到相距 加热（局部或整体） 3能实现焊接的能源大致有哪几种 焊接的能源主要有热能和机械能 热能包括电弧热化学热电阻热高频感应热摩擦热等离子焰电子束激光束 4焊接电弧加热区的特点及影响因素热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的，对于电弧焊这个作用面积称为加热区。加热区分活性斑点区加热斑点区活性斑点区是带电质点（电子或离子）集中轰击的 部位并把电能转化为热能； 加热斑点区：在加热斑点区焊件受热时通过电弧的辐射和周围介 质的对流进行的。影响因素：焊接方法和焊接工艺参数 5焊接线能量速度对等温线的影响当q=常数时，随焊接速度 v的增加等温线的范围变小，即温度场的宽度和长度都变小，但 宽度的减小更大些所以温度场的形状变得细长。当v=常数时，随着热源功率q的增加温度场的范围也随之增大。如q/v保持定值，等比例改变 q与v时，则此时会使等温线有所拉长因而温度场的范围也随之拉长第一章 1什么是焊接化学冶金，它的主要研究内容和学习目的是什么在焊接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。它主要研究在各种焊接工艺条件下冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。研究的目的在于运用这些规律合理的选择焊接材料，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焊接化学冶金与炼钢相比在原材料方面和反应条件方面主要有那些不同原材料方面：普通化学冶金的原材料主要是矿石废钢铁和焦炭等而焊接化学冶金的原材料主 要是焊条焊丝和焊剂等。反应条件：与普通含化学冶金相比焊接化学冶金过程是分区域连续 进行的，且各区域的反应条件（反应物的性质和浓度、温度、反应时间、相接触面积、对流 及搅拌运动等）有较大差异，因而就影响到各区反应进行的可能性方向速度和限度3调控焊缝化学成分有哪两种手段，他们怎样影响焊缝化学成分（1）通过改变融合比可以改变焊缝金属的化学成分，要保证焊缝金属成分和性能的稳定性必 须严格控制焊接工艺条件使融合比稳定合理；（2）4熔滴、熔池以及化学冶金反应区特点在电弧热的作用下焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴。母材上由融化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液态金属叫熔池。不同焊接方法有不同的反应区，手工电弧焊有药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区，熔化电极焊时只有熔滴和熔池两个反应区，不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊只有一个熔池反应区。药皮反应区：温度范围至药皮的熔点，主要物化反应有：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化，此阶段视为准备阶段， 这一阶段的产物可作为熔滴熔池阶段的反应物；熔滴反应区：从熔滴形成长大到过渡至熔池中都属于熔滴反应区，熔滴温度高、熔滴和熔渣的接触面积大、各相之间的反应时间短、熔滴与熔渣发生强烈的混合；熔池反应区：熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小并且在整个反应过程中的贡献也较小5.H2对金属的影响焊接时氢主要来源于焊接材料中的水分、含氧物质及电弧周围空气中的水蒸气等。氢对焊缝质量的影响：氢脆 白点 形成气孔 产生冷裂纹 氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的 现象，是由溶解在金属晶格中的氢引起的。白点：碳钢或低碳钢焊缝如含氢量高则常常在其拉伸或弯曲的断面上出现的银白色圆形局部脆断点。控制氢的措施：限制焊接材料中的含氢量清除焊丝和焊件表面上的杂质冶金处理控制焊接工艺参数焊后脱氢处理6熔渣对焊缝金属的氧化及焊缝金属脱氧的方式扩散氧化置换氧化脱氧方式：先期脱氧沉淀脱氧扩散脱氧7合金过渡及其影响因素所谓合金过渡就是把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊接金属（或堆焊金属）中去的过程。影响因素：合金元素的物化性质合金元素的含量 合金剂的粒度 药皮（或焊剂）的成分药皮重量系数8焊接过程四大特点需要对金属保护冶金过程是分区域连续进行的过程，各阶段之间相互联系 冶金过程与焊接 方法和焊接规范有关冶金过程具有不平衡性但存在平衡趋势第二章1焊条的工艺性能包括哪方面焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作中的性能，是衡量焊条质量的重要指标之一， 主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、 药皮发红的程度及焊条发尘量等2典型焊条冶金性能分析钛钙型焊条的焊接工艺性能非常好，焊接过程中生成的气体和熔渣对液态金属进行气渣联合 保护。此类焊条主要应用于焊接低碳钢和强度级别较低的低合金钢；低氢型焊条的特点：焊缝金属含氢量低这类焊条的熔渣就不具有氧化性焊条的药皮碱度不高碱性渣的脱硫脱磷能力有限与钛钙型焊条相比低氢型焊条的工艺性能较差焊接烟尘量较大3焊剂的性能及用途熔炼焊剂：咼硅焊剂（咼硅咼锰焊剂、咼硅中锰焊剂、咼硅低锰焊剂）焊缝金属含氧量和含磷量较高不宜用于焊接对于低温韧性较高的结构，多用于焊接低合金钢和低碳钢、中硅焊剂（属弱氧化性焊剂焊缝金属含氧量较低焊缝韧性高可用于焊接合金结构钢）、低硅焊剂（对金属基本没有氧化性可用来焊接高合金钢）；烧结焊剂 烧结焊剂由于具有松装密度比较小，熔点比较高等特点适用于大线能量焊接，烧结焊剂较容易向焊缝中过度合金元素因此在焊接特种钢时宜选用烧结焊剂4.实心焊丝最常用的焊丝，由热轧线材经拉拔加工而制成的。分为碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝（1）埋弧焊用实心焊丝：低锰焊丝、中锰焊丝、高锰焊丝、Mn-Mo焊丝；（2）CO2焊实心焊丝（3）其他用途实心焊丝：电渣焊焊丝、氩弧焊焊丝5药芯焊丝是由薄钢带卷成圆形钢管或异型钢管的同时填满一定成分的药粉后经拉制而成的一种焊丝分类：按其外形结构分有缝药芯焊丝、无缝药芯焊丝；按其内部填充材料分有造渣剂的造渣性药芯焊丝及无造渣剂的金属型药芯焊丝；按照渣的碱度分钛型（酸渣型）、钛钙型（中性或碱性渣）、及钙型（碱性）药芯焊丝；药芯焊丝的特性：焊接飞溅小焊缝成形美观 熔敷速度高于实心焊丝可进行全位置焊接并可以采用较大的焊接电流6.焊条分类（1）按用途分：结构钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、 铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条、特殊用途焊条（2）按焊接熔渣的碱度分：酸性焊条、碱性焊条（3）按焊条药皮类型分：氧化钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条、低氢型焊条第三章1. 焊接熔池凝固与一般铸锭凝固有何不同的特点熔池体积小冷却速度大 熔池中的液态金属处于过热状态熔池是在运动状态下结晶2. 简述熔池的结晶形态并分析结晶速度温度梯度和溶质浓度对结晶形态的影响熔池结晶形态：（1）纯金属结晶形态：正温度梯度：液体金属的温度高，过冷度小或为负， 使伸入液态金属内部的晶体成长缓慢故形成平滑的晶面；负温度梯度：液体内部的温度较低，过冷度大，伸入液态金属内部的晶体成长速度很快形成树枝状晶。（2）固溶体合金的结晶形态：合金结晶时不必很大的过冷就可以出现树枝状晶，而且随过冷的不同晶体成长出现不同结晶形态（3）成分过冷对结晶形态的影响平面结晶（过冷度为零）胞状结晶（过冷度较小）胞状树枝结晶（过冷度较大）树枝状晶（过冷度更大）（4）焊接条件下结晶形态：在焊缝边界温度 梯度G较大结晶速度 R较小故成分过冷接近于零所以平面晶得到发展，随着远离熔化边界 向焊缝中心过渡时，温度梯度逐渐减小结晶速度逐渐变大所以结晶形态将由平面晶向胞状 晶、树枝状晶一直到等轴晶发展。影响：（1）当结晶速度和温度梯度不变时，随合金中溶质浓度的提高则成分过冷增加，从而使结晶形态由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶最后到等轴晶（2）当合金浓度一定时结晶速度越快成分过冷程度越大结晶形态也可由平面晶 过渡到胞晶树枝状晶最后到等轴晶（3）当合金浓度和结晶速度一定时随也行温度梯度的提高成分过冷程度减小因而结晶形态的演变方向恰好相反，由等轴晶树枝晶逐步演变为平面晶3. 分析焊缝和熔合区的化学不均匀性，为什么会形成这种不均匀性焊缝金属在结晶过程中由于来不及扩散而存在化学成分的不均匀性。称为晶界偏析。分显微偏析、区域偏析、层状偏析。显微偏析：焊接过程冷却较快固相内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又先后所产生的化学成分不均匀；区域偏析：焊缝结晶时由于柱状晶体继续生长和推移会把溶质和杂质赶向熔池中心这是熔池中心的杂质浓度逐渐升 高致使在最后凝固部位产生严重的区域偏析；层状偏析：由于热的周期性作用而引起的。熔合区的化学不均匀性：熔合区 =半熔化区+未混合区 原因：熔滴过渡，电弧吹力使热能传播 的不均匀晶粒的各向异性使导热方向不一致，致使熔化程度不同母材本身的成分或多或少 存在不均匀4. 熔池结晶的一般规律焊接时熔池金属的结晶是生核和晶核长大的过程5焊缝中气孔的形成机理及其影响因素类型（1）高温时某些气体溶解于熔池金属中，当凝固和相变时气体的溶解度突然下降而来不及溢出残留在焊缝内部的气体；（2）由于冶金反应产生的不溶于金属的气体形成机理：（1）气泡的生核 液态金属中有过饱和的气体生核要有能量消耗 （2）气泡长大（3）气泡上浮 影响因素：（1）冶金因素的影响 熔渣氧化性的影响 焊条药皮和药剂的影响铁锈及水分对产生气孔的影响（2）工艺因素的影响 焊接工艺参数的影响电流种类和极性的影响工艺操作方面的影响6焊缝性能控制的方法焊缝金属的固溶强化和变质处理调整焊接工艺改善焊缝性能：振动结晶、焊后热处理、多层焊接、锤击焊道表面、跟踪回火处理第四章1多层焊热循环焊接热循环：焊件上某点温度由低到高达到最高值后又由高到低随时间的变化称为焊接热循 环。多层焊实质上是由许多单层焊接热循环迭加而成，在相邻焊层之间彼此具有热处理的 作用，对后一焊道而言前一焊道具有预热作用，层间温度相当于预热温度，对前一焊道而言后一焊道起一定热处理作用2. 800500度的冷却时间t8/5,800300度的冷却时间t8/3,从峰值温度(Tm)冷却至100度 的冷却时间t100.3与热处理相比，焊接热循环组织转变特点相同点：存在组织转变基本原理一致 新相形成也经历形核和长大， 符合经典理论 组织转变 的动力均取决于热力学条件即新旧相自由能之差不同点(焊接本身的特点)：加热速度快加热温度高 高温停留时间短 自然条件下连续冷却，冷却快 局部加热4焊接热影响区的性能焊接热影响区的硬化：形成机理：母材的淬硬倾向(内因)HAZ的冷却条件(外因)焊接热影响区脆化(粗晶脆化、析出脆化、组织脆化、热应变时效脆化、氢脆化及石墨脆化) 焊接热影响区的韧化调制钢焊接HAZ的软化焊接HAZ的力学性能预防粗晶脆化的措施：选择晶粒不易长大的钢种作为母材采用合理焊接工艺焊后热处理第五章1简述焊接裂纹的种类及其特征(1) 热裂纹：特征:沿原奥氏体晶界开裂裂缝较宽裂口有氧化色；分结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹(2) 冷裂纹 特征:多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局 部地带分：焊趾裂纹、焊道下裂纹、根部裂纹。(3) 再热裂纹 特征:发生在焊接热影响区的粗晶部位并呈晶间开裂进行消除应力处理前焊接区存在较大的残余应力并有不同程度的应力集中产生再热裂纹存在一个最敏感的温度区间(4) 层状撕裂特征：呈阶梯状(5) 应力腐蚀裂纹 特征:裂纹分布如同疏松的网状或龟裂分布，在裂缝表面多以横向裂纹出现2焊接裂纹综合分析宏观分析：采用常规的检测手段，根据材质和焊接材料的化学成分、建造过程中的焊接工艺和产品结构的运行工况条件，对已出现的裂纹进行定性的分析与判断微观分析：使用显微镜、电子显微镜、扫描电镜、电子探针、以及俄歇能谱和X光晶体衍射等手段来观察分析裂纹的特征都属于微观分析的方法