焊接理論基礎(chǔ)習(xí)題及答案(DOC)

1、第一章 焊接化學(xué)冶金1、什么是焊接化學(xué)冶金？它的主要研究?jī)?nèi)容和學(xué)習(xí)的目的是什么?答：焊接化學(xué)冶金指在熔焊過(guò)程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下的相互作用反應(yīng)。它 主要研究各種焊接工藝條件下， 冶金反應(yīng)與焊縫金屬成分、 性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律。 研究目的在于運(yùn)用這些規(guī)律合理地選擇焊接材料， 控制焊縫金屬的成分和性能使之符合 使用要求，設(shè)計(jì)創(chuàng)造新的焊接材料。2、調(diào)控焊縫化學(xué)成分有哪兩種手段？它們?cè)鯓佑绊懞缚p化學(xué)成分？ 答：調(diào)控焊縫化學(xué)成分的兩種手段：1）、對(duì)熔化金屬進(jìn)行冶金處理； 2）、改變?nèi)酆媳取?怎樣影響焊縫化學(xué)成分：1）、對(duì)熔化金屬進(jìn)行冶金處理，也就是說(shuō)，通過(guò)調(diào)整焊接材料的成分和性能，控制冶

2、 金反應(yīng)的發(fā)展，來(lái)獲得預(yù)期要求的焊接成分；2）、在焊縫金屬中局部熔化的母材所占比例稱為熔合比，改變?nèi)酆媳瓤梢愿淖兒缚p金屬的化學(xué)成分。3、焊接區(qū)內(nèi)氣體的主要來(lái)源是什么？它們是怎樣產(chǎn)生的？ 答：焊接區(qū)內(nèi)氣體的主要來(lái)源是焊接材料，同時(shí)還有熱源周圍的空氣，焊絲表面上和母材 坡口附近的鐵皮、鐵銹、油污、油漆和吸附水等，在焊接時(shí)也會(huì)析出氣體。產(chǎn)生： 、直接輸送和侵入焊接區(qū)內(nèi)的氣體。 、有機(jī)物的分解和燃燒。 、碳酸鹽和高價(jià)氧化物的分解。 、材料的蒸發(fā)。 、氣體（包括簡(jiǎn)單氣體和復(fù)雜氣體）的分解。4、氮對(duì)焊縫質(zhì)量有哪些影響？控制焊縫含氮量的主要措施是什么？ 答：氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響：a在碳鋼焊縫中氮是有害的雜質(zhì)，

3、是促使焊縫產(chǎn)生氣孔的主要原因之一。b氮是提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬?gòu)?qiáng)度、降低塑性和韌性的元素。c氮是促進(jìn)焊縫金屬時(shí)效脆化的元素?？刂坪缚p含氮量的主要措施：a、控制氮的主要措施是加強(qiáng)保護(hù)，防止空氣與金屬作用；b、 在藥皮中加入造氣劑（如碳酸鹽、有機(jī)物等），形成氣渣聯(lián)合保護(hù)，可使焊縫含氮量下降到 0.02%以下；c、 采用短弧焊（即減小電弧電壓）、增大焊接電流、采用直流反接均可降低焊縫含氮量；d、增加焊絲或藥皮中的含碳量，可降低焊縫中的含氮量。5、綜合分析各種因素對(duì)手工電弧焊時(shí)焊縫含氫量的影響？答：（ 1）焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫含氫量有一定的影響：手工電弧焊時(shí)，增大焊接電流使熔滴 吸收的氫量增加；

4、增大電弧電壓使焊縫含氫量有某些減少。 電弧焊時(shí)， 電流種類和 極性對(duì)焊縫含氫量也有影響。（2）制造焊條時(shí)，適當(dāng)提高烘烤溫度可以降低焊接材料的含水量，因而也就相應(yīng)地降 低了焊縫中的含氫量。（3）焊件坡口附近表面上的鐵銹、油污、吸附水等是增加焊縫含氫量的原因之一，焊 前應(yīng)仔細(xì)清除。6、氧對(duì)焊接質(zhì)量有哪些影響？應(yīng)采用什么措施減少焊縫含氧量？答：氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響：氧在焊縫中無(wú)論以何種形式存在，對(duì)焊縫的性能都有很大影 響。隨著含氧量的增加，焊縫強(qiáng)度、塑性、韌性都有明顯下降，尤其是低溫沖擊韌度 急劇下降。此外，它還一起熱脆、冷脆和時(shí)效硬化。另外，氧燒損鋼中的有益元素使 焊縫性能變化。熔滴中含氧和碳多時(shí)，

5、它們相互作用生成 CO 受熱膨脹，使熔滴爆炸， 造成飛濺，影響焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。減少焊縫含氧量的措施：1）純化焊接材料，在焊接某些要求比較高的合金鋼、合金和活性金屬時(shí)，應(yīng)盡量用 不含氧或氧少的焊接材料。2）控制焊接工藝參數(shù)，為了減少焊縫含氧量，應(yīng)采用短弧焊。3）脫氧：用控制焊接工藝參數(shù)的方法減少焊縫含氧量是受限制的，所以必須用冶金 的方法進(jìn)行脫氧，比如硅錳聯(lián)合脫氧。7、CO2 保護(hù)焊焊接低合金鋼時(shí)，應(yīng)采用什么焊絲？為什么？答：用普通焊絲（ H08A ）進(jìn)行 CO2 保護(hù)焊時(shí)，由于碳的氧化在焊縫中產(chǎn)生氣體，同時(shí)合金元素?zé)龘p，焊縫含氧量增大。所以必須采用含硅、錳高的焊絲（ H08Mn2Si ）或藥

6、芯焊 絲，以利于脫氧，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。8、脫氧和合金過(guò)渡有何區(qū)別聯(lián)系？選擇脫氧劑和合金劑各應(yīng)遵循什么原則？答：區(qū)別：脫氧的目的是盡量減少焊縫中的含氧量和排除脫氧后的產(chǎn)物， 而合金過(guò)渡的目的則 是補(bǔ)償焊接過(guò)程中由于蒸發(fā)、氧化等原因造成的合金元素的損失，獲得具有特殊性能的 堆焊金屬。聯(lián)系：脫氧和合金過(guò)渡都是通過(guò)在焊接材料中加入合適的元素或合金，使之在焊接過(guò) 程中各自達(dá)到脫氧和合金的過(guò)渡，從而改善焊縫金屬的組織和性能。選擇脫氧劑遵循的原則：1）脫氧劑在焊接溫度下對(duì)樣的親和力應(yīng)比被焊金屬對(duì)氧的親和力大；2）脫氧產(chǎn)物應(yīng)不溶于液態(tài)金屬；3）必須考慮脫氧劑對(duì)焊縫成分、性能及焊接工藝性能的影響。 選擇合金劑遵循

7、的原則：1）能補(bǔ)償焊接過(guò)程中合金元素的損失；2）能消除焊接缺陷，改善焊縫金屬的組織和性能；3）合金劑制造工藝不易太復(fù)雜，成本不能太高；4）合金的損失小，利用率高。9、綜合分析熔渣的堿度對(duì)金屬的氧化、脫氧、脫硫、脫磷、合金過(guò)渡的影響。 答：氧化：堿性渣時(shí)焊縫含氧量比酸性渣時(shí)多。脫氧：在熔渣脫氧時(shí)，堿度高不利于脫氧，但在用硅沉淀脫氧時(shí)，堿度高可以提高硅 的脫氧效果。脫硫：熔渣的還原性和堿度，渣中氧化鈣的濃度高和氧化亞鐵的濃度低都有利于反應(yīng) 的進(jìn)行，因此，在還原其中脫硫是有利的，熔渣堿度高也有利于脫硫。脫磷：脫磷的有利條件是高堿度和強(qiáng)氧化性的、粘度小的熔渣，較大的渣量和較低的 溫度。合金過(guò)渡：若其他

8、條件相同，則合金元素的氧化物與熔渣的酸堿性相同時(shí)，有利于提高過(guò)渡系數(shù)。隨堿度的增加合金過(guò)渡系數(shù)越大。第二章 焊接材料1、焊條的組成及各部分的作用？ 答： 焊條由焊芯和藥皮組成。焊芯作用： 受熱熔化時(shí)作為焊縫填充金屬， 其化學(xué)成分和性能直接影響焊縫金屬的質(zhì) 量。藥皮作用：（ 1）保護(hù)作用。 在電弧熱作用下形成熔渣和氣體，起到隔離空氣，保護(hù)熔滴、熔池和 焊接區(qū)的作用；（ 2）冶金作用，包括：a）去除有害雜質(zhì)（S、P、N、H、O等）;b）添加有益合金；（ 3）保證焊條具有良好的工藝性能，包括：a）使電弧容易引燃，并燃燒穩(wěn)定；b）焊接飛濺小，成形美觀；c）易于脫渣；d）適用于各種位置關(guān)系焊接。2、綜合

9、分析堿性焊條藥皮中 CaF2 的作用及對(duì)焊縫性能的影響。答：它的主要作用是脫氫，在焊條藥皮中加入 CaF2 ，其可以通過(guò)焊接冶金反應(yīng)生成HF 氣體， 由于 HF 是比較穩(wěn)定的氣體，高溫時(shí)不易發(fā)生分解，也不溶于液體金屬中，而是 與焊接煙塵一起揮發(fā)了，所以可以減低熔池金屬中的 H 含量，從而提高焊縫金屬的沖擊韌 性和抗裂性能。3、試分析低氫型堿性焊條降低發(fā)塵量及毒性的主要途徑。低氫型碳鋼焊條的焊接煙塵量高于鈦鈣型焊條，煙塵中危害最大的是 KF，NaF,而鈉鉀主要存在于水玻璃中，故可用樹(shù)脂來(lái)降低水玻璃的粘性作用。4、低氫焊條為什么對(duì)鐵銹、油污、水分很敏感？低氫焊條的熔渣不具有氧化性,一旦有氫侵入熔池

10、,將很難脫出,所以低氫焊條對(duì)于 鐵銹、油污,水分很敏感,必須嚴(yán)格控制氫的來(lái)源才可以保證焊接質(zhì)量。5、酸性焊條及堿性焊條分別常采用哪種脫氧元素？答：（1） 酸性焊條常采用錳鐵作為脫氧元素。 因?yàn)?酸性渣中含有較多的 SiO2 和 TiO2, 它們?nèi)菀着c錳的脫氧產(chǎn)物MnO生成復(fù)合物 MnO SiO?和MnOTQ2，使MnO的活度系數(shù)減小,因此脫氧效果較好。相反,在堿性渣中MnO 的活度較大,不利于錳脫氧。堿度越大,錳的脫氧效果越差。（2）堿性焊條需要采用硅鐵和錳鐵聯(lián)合脫氧。硅的脫氧能力比錳大，但生成的SiO?熔點(diǎn)高，通常認(rèn)為處于固態(tài)，不易聚合為大的質(zhì)點(diǎn)；同時(shí)SiO?與鋼液的界面張力小，潤(rùn)濕性好，不

11、易從鋼液中分離,易造成夾雜。 為避免夾雜,把硅和錳按適當(dāng)?shù)谋壤尤胍簯B(tài)金屬中進(jìn) 行聯(lián)合脫氧時(shí),其脫氧產(chǎn)物為不飽和液態(tài)硅酸鹽,它的密度小,熔點(diǎn)低,易于浮出,并易被 熔渣吸收,從而減少鋼中的夾雜物和含氧量,脫氧效果十分顯著。6、和實(shí)芯焊絲及焊條相比,藥芯焊絲的優(yōu)、缺點(diǎn)各是什么？?jī)?yōu)點(diǎn)：1）由于藥芯焊絲中加入了穩(wěn)弧劑,而使電弧穩(wěn)定燃燒,溶滴均勻的噴射過(guò)渡,所以焊接 飛濺較少,并且飛濺顆粒較小,焊縫成形美觀；2）焊絲熔敷速度快,熔敷速度高于焊條和實(shí)芯焊絲,可采用大電流進(jìn)行全位置焊接, 焊接效率高；3）通過(guò)調(diào)整藥粉的成分與比例,可焊接和堆焊不同成分的鋼材,適應(yīng)性強(qiáng),焊接煙塵量低。缺點(diǎn)：1）焊絲制造工藝復(fù)雜

12、，成本高；2） 焊絲外表易銹蝕、藥粉易吸潮，不宜長(zhǎng)期保存，使用前要對(duì)焊絲進(jìn)行清理和 250300 C 的烘烤，增加了生產(chǎn)成本。第三章熔池凝固和焊縫固態(tài)相變1、與鋼錠的結(jié)晶相比，焊接熔池的凝固有哪些特點(diǎn)？答：（1）熔池金屬的體積小，冷卻速度快。a）在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有30cm3，重量不超過(guò)100g;b） 焊接熔池周圍被冷態(tài)金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度很大，通?？蛇_(dá)4100 C /s,遠(yuǎn)高于一般鑄件的冷卻速度；（2）溫差大、過(guò)熱溫度高。a）熔池金屬中不同區(qū)域，因加熱與冷卻速度很快， 熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度。例如，對(duì)于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高達(dá)2100

13、2300 C,而熔池后部表面溫度只有1600 C左右，熔池平均溫度為1700± 100Cob）過(guò)熱溫度高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點(diǎn)數(shù)大為減少，這也促使焊縫柱狀晶的發(fā)展。（3）熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶。熔池金屬在結(jié)晶過(guò)程中受到強(qiáng)烈的攪拌和對(duì)流作用，熔池的流動(dòng)有利于熔池金屬成分分布的均勻化與純凈化。2、什么是聯(lián)生結(jié)晶，焊接條件下，為什么容易得到柱狀晶？答：焊縫金屬在凝固結(jié)晶時(shí)，不是重新生產(chǎn)新的晶核，而是依附于母材現(xiàn)成的表面，形 成共同晶粒的凝固方式，稱為外延結(jié)晶或聯(lián)生結(jié)晶。焊接條件下：（1）熔池沿定向散熱，即垂直于熔合線的方向散熱最快，有利于晶粒 沿該方向優(yōu)先生長(zhǎng)；（2 ）由于焊接冷卻速度較快

14、，所以其成分過(guò)冷度較大，易于形成粗大 的樹(shù)枝柱狀晶（柱狀晶）。3、焊接條件下的熔池結(jié)晶形態(tài)分布特征及其形成原因？答：如圖所示：（1）在焊縫的熔化邊界，由于溫度梯度（G）較大，結(jié)晶速度（R）較小，故成分過(guò)冷度小，接近于零，形成平面晶；（2）隨著遠(yuǎn)離熔化邊界向焊縫中心過(guò)渡，溫圖3-29焊曼結(jié)肘形器的變牝二予質(zhì)晶 薦找晶晶4 一霹細(xì)齡4、分析焊縫金屬的化學(xué)不均勻性，為什么會(huì)形成這種不均勻性？答：所謂的化學(xué)不均勻性指的是結(jié)晶過(guò)程中化學(xué)成分的一種偏析現(xiàn)象。焊接過(guò)程中的偏析包括：（ 1）顯微偏析（或枝晶偏析） ，形成原因：焊接時(shí)冷卻速度大，液固界面溶質(zhì)來(lái)不 及擴(kuò)散， 純金屬先結(jié)晶， 雜質(zhì)后結(jié)晶， 形成晶粒

15、邊界或一個(gè)晶粒內(nèi)部亞晶界或樹(shù)枝晶的晶枝 之間的成分偏析。 （ 2）宏觀偏析（區(qū)域偏析） ，形成原因：當(dāng)焊速極大，焊縫以柱狀晶長(zhǎng) 大時(shí)，把雜質(zhì)推向熔池中心， 中心雜質(zhì)濃度升高， 形成焊縫邊緣到焊縫中心的成分不均勻性。 （3）層狀偏析（由于化學(xué)成分不均勻性引起分層現(xiàn)象） ，形成原因： 由于結(jié)晶過(guò)程周期性變 化（結(jié)晶潛熱和熔滴過(guò)渡時(shí)熱量的輸入周期性變化 ）導(dǎo)致晶體成長(zhǎng)速度 R 發(fā)生周期性變 化， R 升高，結(jié)晶前沿溶質(zhì)濃度升高，R 減小，結(jié)晶前沿的溶質(zhì)濃度減少，最終形成溶質(zhì)濃度層狀變化的偏析層。5、低碳鋼焊縫的相變組織特點(diǎn)及其性能改善措施？答：鐵素體（F）+少量珠光體（P）,過(guò)熱時(shí)易形成魏氏體（ W

16、）。改善措施： （1）采用 多層焊代替單層焊， 使焊縫獲得細(xì)小的鐵素體和少量珠光體， 使柱 狀晶組織破壞。（2）焊后熱處理：在 A3點(diǎn)以上2030C加熱保溫，破壞柱狀晶。 （3）增加 冷卻速度，使組織細(xì)化，提高硬度。6、低合金鋼焊縫的相變組織中包括哪幾種鐵素體，其形成條件及基本形態(tài)和對(duì)焊縫性 能的影響分別有什么不同？答：（1）先共析鐵素體。產(chǎn)生溫度770 680C,沿原奧氏體晶界析出的鐵素體 ,呈長(zhǎng)條狀或塊狀多邊形分布，降低焊縫的韌性。（2）側(cè)板條鐵素體。產(chǎn)生溫度 700 一 550C;是從先共析鐵素體的側(cè)面向晶內(nèi)生長(zhǎng)的 板條狀或鋸齒狀鐵素體，其長(zhǎng)寬比在 20： 1 以上，使韌性顯著降低。（3

17、） 針狀鐵素體。產(chǎn)生溫度 500 C附近（中等冷速）；在原奧氏體晶內(nèi)以針狀生長(zhǎng)的鐵 素體.寬約2m左右，長(zhǎng)寬比多在 3: 15: 1的范圍內(nèi)，可改善焊縫的韌性。（4） 細(xì)晶鐵素體。產(chǎn)生溫度 500C以下（有細(xì)化晶粒的元素存在條件下形成）；在原奧 氏體內(nèi)形成晶粒尺寸較小的鐵素體。7、試述焊縫中氣孔的類型及其分布特征和形成原因？答：（1）可分為兩種類型：反應(yīng)型氣孔（CO）及溶解型氣孔（H2、N2）。（2）分布特征：CO 氣孔一般分布在焊縫內(nèi)部，呈條蟲(chóng)狀，內(nèi)壁光滑；氫氣孔大部分分布于焊縫表面，斷面 呈螺釘狀，在焊縫表面時(shí)呈喇叭口形，內(nèi)壁光滑；氮?dú)饪滓话阍诒砻娉啥殉霈F(xiàn)，呈蜂窩狀， 只在保護(hù)不良時(shí)形成。

18、（3）反應(yīng)型氣孔（CO）形成原因：CO不溶解于液態(tài)金屬， 在高溫時(shí)， 以氣泡的形式猛烈逸出， 當(dāng)焊接速度較快， 氣泡不能完全逸出時(shí)， 就沿結(jié)晶方向形成條蟲(chóng)狀 氣孔。（4）溶解型氣孔（H2、NJ形成原因：焊接過(guò)程中，熔池金屬吸收大量的氫和氮?dú)猓?其在冷卻凝固過(guò)程中， 氫氣和氮?dú)獾娜芙舛劝l(fā)生急劇下降， 當(dāng)熔池冷卻速度快， 析出的氣泡 來(lái)不及逸出時(shí)，就殘存在焊縫金屬中形成氣孔。第四章 焊接熱影響區(qū)的組織1、焊接熱循環(huán)對(duì)被焊金屬近縫區(qū)的組織、性能有什么影響？怎樣利用熱循環(huán)和其他工藝措施改善 HAZ 的組織性能？答：（1）在熱循環(huán)作用下，近縫區(qū)的組織分布是不均勻的，熔合區(qū)和過(guò)熱區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的晶粒粗化，

19、是整個(gè)接頭的薄弱地帶， 而且性能 （主要是淬硬、 韌化和脆化， 及綜合力學(xué)性能， 抗腐蝕性能，抗疲勞性能等）也是不均勻的。（2）焊接熱循環(huán)對(duì)組織的影響主要考慮四個(gè)因素：加熱速度，加熱的最高溫度，在相變溫 度以上的停留時(shí)間， 冷卻速度和冷卻時(shí)間； 研究它們是研究焊接質(zhì)量的主要途徑， 而在 工藝措施上， 常可采用長(zhǎng)段的多層焊和短道多層焊， 尤其是短道多層焊對(duì)熱影響區(qū)的組織有一定的改善作用，適用于焊接晶粒易長(zhǎng)大，而且易淬硬的鋼種。2、冷卻時(shí)間t8/5、t8/3的含義及其各自應(yīng)用對(duì)象？答：t8/5表示在相變溫度范圍內(nèi)，800500 C所用的冷卻時(shí)間，主要用于一般碳鋼和低合金鋼；t8/3表示在相變溫度范

20、圍內(nèi)，800300 C的冷卻時(shí)間，常用于對(duì)冷裂紋傾向較大的鋼種，各冷卻時(shí)間的選定要根據(jù)不同金屬材料所存在的問(wèn)題來(lái)決定。3、焊接加熱過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)？(1) 組織轉(zhuǎn)變向高溫推移；焊接過(guò)程的快速加熱，使各種金屬的相變溫度比起等溫轉(zhuǎn)變時(shí)大有提高。主要是由于： (a) F或Pt A擴(kuò)散重結(jié)晶，需要孕育期；(b)碳化物 形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb)等的碳化物擴(kuò)散速度很小 (比碳小100010000倍), 同時(shí)它們本身還阻礙碳的擴(kuò)散，從而減慢奧氏體化的進(jìn)程。(2) 奧氏體均質(zhì)化程度降低，部分晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大。高溫停留時(shí)間短，不利于擴(kuò)散，導(dǎo) 致奧氏體均質(zhì)化降低；熔合區(qū)附近的熱影響區(qū)一般溫度較高

21、，處于過(guò)熱狀態(tài)，晶粒嚴(yán)重 長(zhǎng)大。4、分析不易淬火鋼及易淬火鋼的HAZ組織分布分別異同?答：如圖所示：不易淬火鋼Inm易淬火鋼(退火)IVV易淬火鋼(調(diào)質(zhì))IVVVI3-31不同類型鋼材焊接熱影響區(qū)的組織分布I過(guò)熱區(qū)U完全重結(jié)晶區(qū)皿一不完全重結(jié)晶區(qū)IV完全淬火區(qū)¥不完全淬火區(qū) VI 回火區(qū)(1) 不易淬火鋼。冷軋態(tài)母材：HAZ =過(guò)熱區(qū)+完全重結(jié)晶區(qū) +不完全重結(jié)晶區(qū)+ 再結(jié)晶區(qū)；熱軋態(tài)母材：HAZ =過(guò)熱區(qū)+完全重結(jié)晶區(qū) +不完全重結(jié)晶區(qū)。(2 )易淬火鋼。調(diào)質(zhì)態(tài)母材：HAZ =完全淬火區(qū) +不完全淬火區(qū) +回火區(qū)；退火或正火態(tài)母材：HAZ =完全淬火區(qū) +不完全淬火區(qū)。5、 影響焊

22、接HAZ最大硬度Hmax的因素是什么？怎樣利用 Hmax來(lái)判斷HAZ的組織和性能？它有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：影響焊接HAZ最大硬度Hmax的因素是含碳量、合金元素及冷卻條件等，Hmax越大，則熱影響區(qū)的淬硬傾向越大，韌性越低，抗裂能力低。6、焊接 HAZ 的脆化有幾種？試分析其影響因素及防止措施。 答：焊接熱影響區(qū)的脆化包括粗晶脆化，組織脆化以及時(shí)效脆化等。( 1)粗晶脆化： HAZ 因晶粒粗大發(fā)生韌性降低的現(xiàn)象，晶粒越大，晶界結(jié)構(gòu)越疏松， 抗沖擊能力越低，韌性越差。影響因素及防止措施：(a)化學(xué)成分，鋼中含有碳、氮化物的形成元素，就會(huì)阻礙晶界遷移而有效的阻止晶粒長(zhǎng)大；(b )使用高能量密度的熱源，

23、可以采用小熱輸入量，從而降低晶粒尺寸；(2) 組織脆化：焊接 HAZ 中由于出現(xiàn)脆硬組織而產(chǎn)生的脆化稱之組織脆化，它包括 片狀M脆化及M-A組元脆化。(a)片狀M脆化，形成于低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳鋼、中碳調(diào)質(zhì) 鋼中，冷卻速度越高，片狀 M ，越多，脆性傾向越高，提高焊接熱輸入，降低冷卻速度， 可以改善片狀 M 脆化， 但熱輸入過(guò)高，導(dǎo)致晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，又會(huì)導(dǎo)致粗晶脆化，另外采用 緩冷、預(yù)熱也可以起到改善片狀 M 脆化的作用。 ( b) M-A 組元形成條件：低碳、低合金鋼 +中等冷速形成 M-A組元。(焊接低碳、低合金鋼時(shí)，先析出F,導(dǎo)致殘余A的碳濃度增高， 高碳A轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛?M+殘余A，即M-A組元

24、。)M-A組元數(shù)量越多，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高， HAZ脆化越嚴(yán)重。 焊后低溫(<250 C)或中溫(450500 C)回火可以促進(jìn) M-A分解，降 低脆性；制焊接熱輸入 +預(yù)熱、緩冷，也可以提高韌性，降低脆性。( 3)時(shí)效脆化，指 HAZ 在 AC1 以下的一定溫度范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的時(shí)效后導(dǎo)致 的焊縫脆性增加的現(xiàn)象。(a)熱應(yīng)變時(shí)效脆化，原因：200-400 C的溫度范圍內(nèi)一一熱應(yīng)變 t碳、氮原子聚集到位錯(cuò)的周圍t對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎和阻塞作用t使材料脆化。(b)相析出時(shí)效脆化，原因：400-600 C的區(qū)域內(nèi)，快速冷卻t碳、氮過(guò)飽和；經(jīng)過(guò)時(shí)效，在晶界析出碳化物和氮化物的沉淀相，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)t

25、導(dǎo)致脆化。7、碳調(diào)質(zhì)鋼焊接 HAZ 軟化的機(jī)制？應(yīng)該如何改善和控制？答：焊接調(diào)質(zhì)鋼時(shí)， HAZ 軟化程度與母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)，母材焊前調(diào)質(zhì)處理的 回火溫度越低， 則焊后軟化程度越嚴(yán)重， 大量實(shí)驗(yàn)證明 HAZ 軟化中最明顯的部分是在 A1-A3 之間， 因?yàn)樘幱诓煌耆慊饏^(qū)的奧氏體遠(yuǎn)為達(dá)到平衡， 鐵素體和碳化物物也未充分溶解， 故 冷卻后造成該區(qū)的強(qiáng)度和硬度均較低，焊前母材強(qiáng)度越大，則焊后軟化程度越大，應(yīng)指出， 焊接接頭中，軟化也只是很窄的一層，并處于強(qiáng)體間，變力時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化的效應(yīng)。改善措施： 適當(dāng)提高焊前調(diào)制處理的回火溫度，可一定程度的改善軟化現(xiàn)象，另外，采 用不同的焊接方法和控制線性

26、能量也會(huì)影響軟化。第五章 焊接裂紋1、簡(jiǎn)述焊接裂紋的種類及其特征和產(chǎn)生的原因。 答：按產(chǎn)生裂紋的本質(zhì)來(lái)分，焊接裂紋可分為五大類：( 1)熱裂紋，踏實(shí)在高溫下產(chǎn)生的，特征是沿原奧氏體晶界開(kāi)裂。熱裂紋又分為結(jié)晶裂 紋、液化裂紋和多邊化裂紋等三類。( 2)再熱裂紋，厚板焊接結(jié)構(gòu)，并采用含有某些沉淀強(qiáng)化合金元素的鋼材，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或在一定溫度下服役的過(guò)程中，在焊接熱影響區(qū)粗晶部位發(fā)生的裂紋稱 為再熱裂紋。多發(fā)生的低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼和某些鎳基合 金的焊接熱影響區(qū)粗晶部位。再熱裂紋的敏感溫度，視鋼種的不同約550650 C。（3）冷裂紋，它是焊后冷至較低溫度下產(chǎn)生的，主要發(fā)生

27、在低合金鋼、中合金鋼、中 碳和高碳鋼的焊接熱影響區(qū)。冷裂紋按被焊鋼種和結(jié)構(gòu)的不同又分為延遲裂紋、淬 火裂紋和低塑性脆化裂紋。（4）層狀撕裂，軋制鋼材的內(nèi)部存在不同程度的分層夾雜物；在焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直軋制方向的應(yīng)力， 致使熱影響區(qū)附近或稍近的地方產(chǎn)生呈 “臺(tái)階 ”形的層狀開(kāi)裂， 并可穿晶 擴(kuò)展。它屬于低溫開(kāi)裂，一般低合金鋼，撕裂的溫度不超過(guò)400C ;常發(fā)生在厚壁結(jié)構(gòu)的 T 型接頭、十字接頭和角接頭，是一種難以修復(fù)的失效類型。（5）應(yīng)力腐蝕裂紋，是容器、管道等在腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)力的共同作用下（包括工作應(yīng) 力和殘余應(yīng)力）產(chǎn)生一種延遲破壞的現(xiàn)象。形態(tài)如同枯干的樹(shù)枝，從表面向深處發(fā) 展，大多屬于晶間斷

28、裂性質(zhì)，少數(shù)也有穿晶斷裂。從端口來(lái)看，為典型的脆性斷口。2、分析液態(tài)薄膜的成因及其對(duì)產(chǎn)生熱裂紋的影響。 答：在焊縫金屬凝固結(jié)晶的后期，低熔點(diǎn)共晶被排擠在柱狀晶體交遇的中心部位，形成一種所謂 “液態(tài)薄膜 ”，此時(shí)由于收縮而受到了拉伸應(yīng)力， 這時(shí)焊縫中的液態(tài)薄膜就成了薄 弱地帶。 產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的原因， 在于焊縫中存在液態(tài)薄膜和在焊縫凝固過(guò)程中受到拉伸 應(yīng)力共同作用的結(jié)果，液態(tài)薄膜是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的內(nèi)因。3、什么是脆性溫度區(qū)間？在脆性溫度區(qū)間內(nèi)為什么金屬的塑性很低？ 答：熔池結(jié)晶進(jìn)入固液階段后，由于液態(tài)金屬少，在拉伸應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的微小縫隙都無(wú)法填充，只要稍有拉伸應(yīng)力存在就有產(chǎn)生裂紋的可能，故把這個(gè)

29、階段叫做“脆性溫度區(qū) ”。在脆性溫度區(qū)間內(nèi)， 焊縫金屬抵抗結(jié)晶裂紋的能力較弱， 所以在此階段焊縫金屬稍 有變形就易產(chǎn)生裂紋，所以金屬的塑性很低。4、液化裂紋和多邊化裂紋在本質(zhì)上有何區(qū)別？在防止措施上有何不同？答：（1） 液化裂紋：近縫區(qū)或多層焊的層間部位，在焊接熱循環(huán)峰值溫度的作用下，由于 被焊金屬含有較多的低熔共晶而被重新熔化， 在拉伸應(yīng)力的作用下沿奧氏體晶界發(fā)生開(kāi) 裂。多邊化裂紋： 焊接時(shí)焊縫或近縫區(qū)在固相線稍下的高溫區(qū)間， 由于剛凝固的金屬中 存在很多晶格缺陷及嚴(yán)重的物理和化學(xué)不均勻性， 在一定的溫度和應(yīng)力作用下， 由于這 些晶格缺陷的遷移和聚集，便形成了二次邊界， 即所謂 “多邊化邊界

30、 ”，這種多邊化的邊 界，一般情況下并不與凝固晶界重合，在凝固后的冷卻過(guò)程中，由于熱塑性降低，導(dǎo)致沿多邊化的邊界產(chǎn)生裂紋，故稱多邊化裂紋。（2）液化裂紋的防止措施：應(yīng)從冶金和工藝兩方面入手，特別是對(duì)冶金方面，盡可能降低 母材金屬中硫、磷、硅、硼等低熔共晶組成元素含量十分有效。多邊化裂紋的防止措施：向焊縫加入提高多邊化激化能的元素，可有效防止多邊化過(guò)程。5、試述焊接冷裂紋的特征及其影響因素。答：焊接冷裂紋的特征： 冷裂紋的起源多發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)或有物理化學(xué)不均勻的氫聚 集的局部地帶。有時(shí)沿晶界擴(kuò)散斷裂，有時(shí)是穿斷裂。冷裂紋主要發(fā)生在焊縫金屬中。影響因素：1）鋼種化學(xué)成分的影響，

31、鋼種的碳含量越高， 淬硬傾向越大， 即增大冷裂紋的敏感性;2）拘束應(yīng)力的影響;3）氫的有害影響;4）焊接工藝對(duì)冷裂紋的影響，包括焊接線能量、預(yù)熱、焊后后熱、多層焊的影響。6、為什么預(yù)熱有防止冷裂紋的作用？答：大量的生產(chǎn)時(shí)間和理論研究證明，鋼種的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及其分布，以及 接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)是高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂的三大主要因素。焊接條件下，近 縫區(qū)的加熱溫度很高，使奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大，當(dāng)快速冷卻時(shí)，粗大奧氏體將轉(zhuǎn)變 為粗大馬氏體。焊接接頭有馬氏體存在時(shí)，裂紋易于形成和擴(kuò)展，而且在冷卻速度很快 的情況下，氫不易從焊縫中逸出，則接頭的敏感性就越大。再加上不均勻加熱及冷卻過(guò) 程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力及其他應(yīng)力的影響從而導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生冷裂紋。而預(yù)熱可減小焊縫的 冷卻速度，從而減少粗大馬氏體的數(shù)量和擴(kuò)散氫含量，而且有利于消除應(yīng)力的影響，所 以預(yù)熱可以防止冷裂紋的產(chǎn)生。7、簡(jiǎn)述再熱裂紋的主要特征和產(chǎn)生再熱裂紋的機(jī)理。答：主要特征：1 ）再熱裂紋都是發(fā)生在焊接熱影響區(qū)的粗晶部位并呈現(xiàn)晶間開(kāi)裂；2）進(jìn)行消除應(yīng)力處理之前焊接區(qū)存在較大的殘余應(yīng)力并有不同程度的應(yīng)力集中，殘余應(yīng)力與應(yīng)力集中必須同時(shí)存在，否則不會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。應(yīng)力集中系數(shù)K越大，產(chǎn)生再熱裂紋所