焊接冶金学教案(课次)
第 1 次课2 学时
焊接冶金学（基本原理）习题 绪论 1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？ 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？ 4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？ 5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？ 6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？ 7.什么是焊接，其物理本质是什么？ 8.焊接冶金研究的内容有哪些 第一章焊接化学冶金 1.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哪些不同？ 2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？ 3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 5.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？ 6.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？ 7.氢对焊接质量有哪些影响？ 8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？ 9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。 10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？ 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？ 12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？ 13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？ 14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。 15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ 16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？ 18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。 19.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。 20.什么是焊接化学冶金过程，手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有何不同，主要进行哪些物理 化学反应？ 21.什么是熔合比，其影响因素有哪些，研究熔合比在实际生产中有什么意义？
第 1 页 共 2 页 JAC 员工成长路径《焊接冶金学》答案（5） 一、名词解释（每题 3分，共15分） 1、应力腐蚀：对于一定的材料，应力腐蚀是在拉应力与腐蚀介质两种因素共同的作用下才能发生的现象。 2、金属焊接性 是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。 3、焊接线能量：熔焊时由焊接热源传输给单位长度焊缝上的热量。 4、热喷涂：是以一定形式的热源将熔化或局部熔化的不同材料，用高速气流使其雾化，并喷射到工件表面，从而形成喷涂层的一种方法。 5、碳当量 把钢中合金元素按其对淬硬的影响程度折合成碳的相当含量。 二、选择题（每题 2分，共20分） 1、插销试验属于 c 。 A.间接推算类试验 B. 自拘束试验方法 C.外拘束试验方法 D.热裂纹试验方法 2、电弧焊过程中，熔化母材的热量主要来自于 c 。 A. 电阻热 B. 物理热 C. 电弧热 D. 化学热 3、焊接时,不与氮气发生作用的金属,即不能溶解氮又不形成氮化物的金属，可用氮气作为保护气体,这种金属是 A 。 A.铜 B.铝 C.钛 D.铁 4、下列物质不属于焊接材料的是 D 。 A 焊条 B 焊丝 C 保护用气体 D 熔渣 5、手工电弧焊的三个反应区中， b 的温度最高。 A 药皮反应区 B 熔滴反应区 C 熔池反应区 D 不确定 6、对于低碳钢，焊接热影响区的四个区域中， b 性能最好。 A. 熔合区 B. 相变重结晶区 C. 不完全重结晶区 D. 过热区 7、下列裂纹中，不属于热裂纹的是 a 。 A 延迟裂纹 B 结晶裂纹 C 多边化裂纹 D 液化裂纹 8、焊接含碳量高的16Mn 时，焊接线能量选择应该选择( C )。 A.小线能量 B.小线能量配合预热 C.大线能量 9、焊前预热有很多优点，不包括 c 。 A 减少脆硬组织 B 降低冷却速度 C 提高强度 D 促进氢扩散外溢 10、氮是碳钢焊缝中的有害杂质，它对焊缝的危害不包括 a 。 A 使金属的强度、硬度下降 B 使金属的塑性下降 C 使金属的低温韧性下降 D 使焊缝金属时效脆化 三、填空题（每体2分，共10分） 1、焊接热循环的主要参数有加热速度 、 加热最高温度 、 相变温度以上停留时间 和 冷却速度和冷却时间。 2、焊接裂纹判断的基本方法有 宏观分析及判断 、 微观分析及判断 和 断口分析及判断 。 3、焊条金属熔滴过渡形式有短路过渡、颗粒状过渡、附壁过渡三种。 4、冷裂纹产生的三大因素为 钢种的淬硬倾向 、 氢的影响 和 拘束应力 。 5、白口铸铁中，碳以渗碳体（Fe 3C ） 形式存在；灰铸铁中，碳以 片状石墨 形式存在。 四、判断题（10分） （ √ ）1、锰具有较强的脱氧效果，酸性焊条中常用锰铁作为脱氧剂。 （ × ）2、再热裂纹是焊接结构件焊接后产生的，多产生于焊缝。 （ × ）3、酸性焊条冶金性优于碱性焊条, 但工艺性能不如碱性焊条所以用于焊接重要焊接结构。 （ × ）4、在酸性焊条药皮中，加入碱金属氧化物和碱土金属氧化物,对于溶渣的粘度起到加大作用。 （ × ）5、脱氧和合金过渡无联系,选择脱氧剂和合金剂可依用户对焊缝成分的要求加入即可过渡。 四、简答题（共25分） 姓名： 工号： 单位： .
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
焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案 第一章：概述 第二章：焊接性及其实验评定 1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。 第三章：合金结构钢 1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？ 答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。热轧钢被加热到1200℃以
上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。 2．分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。 答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过600℃×1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA。CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100～150℃。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火
(适用于材料成型与控制工程专业焊接模块) 一、概念或解释(每题2分共10分) 1、联生结晶： 2、熔合比： 3、焊条药皮重量系数： 4、金属焊接性： 5、电弧热焊： 二、选择填空(可以多个选择,每题1分,共15分) 1、焊接区内的气体主要来源于( ) 。 ①焊接材料②母材③焊条药皮 2、焊接时, 不与氮气发生作用的金属,即不能溶解氮又不形成氮化物的金属，可用N 作为保护气体, 这种金属是( ) 。 ①铜②铝③镍 3、焊接熔渣的作用有( ) ①机械保护作用②冶金处理作用③改善工艺性能 4、焊接熔池的结晶时, 熔池体积小，冷却速度大，焊缝中以( ) 为主。 ①柱状晶②等轴晶③平面晶
5、熔合区的化学不均匀性主要是体现于(
①凝固过渡层的形成 ②碳迁移过渡层的形成 ③合金分层现象 6、焊缝中的气孔和夹杂主要害处是 ( ) 。 ①焊缝有效截面下降 ②应力集中，疲劳强度下降 ③抗氧化性下降 气孔，使致 密性下降。 7、 打底焊道最易产生热裂纹 , 也最易产生冷裂纹 , 其主要原因是 ( ) 。 ①冷却速度快 ②应力集中 ③过热 8、 焊接结构钢用熔渣的成分是由 ( ) 等组成。 ①氧化物 ②氟化物 ③氯化物 ④硼酸盐 9、 焊接冷裂纹按产生原因可分为 ( ) 。 ①淬硬脆化裂纹 ②低塑性脆化裂纹 ③层状撕裂 ④应力腐蚀开裂 裂纹 10、 有利于改善焊缝抗热裂纹性能因素主要有 ( ) 。 ①细化晶粒 ②减少 S 、P ③结晶温度大 ④加入锰脱硫 11、 热扎、正火钢焊接时，过热区性能的变化取决于 ( ) 等因素。 ①高温停留时间 ②焊接线能量 ③钢材类型 ④冷裂倾向 12、 铸铁焊接时，影响半熔化区冷却速度的因素有： ( ) 。 ①焊接方法 ②预热温度 ③焊接热输入 ④铸件厚度 13、下列哪些钢种具有一定的热应变脆化倾向。 ( ①低碳钢 ②16Mn ③15 MnV 14、焊缝为铸铁型时，影响冷裂纹的因素有 ( ) 。 ①基体组织 ②石墨形状 ③焊补处刚度，体积及焊缝长短 ④深透性 ⑤延迟
绪论 1)焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，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。 2)焊接、钎焊和粘焊本质上的区别: 焊接：母材与焊接材料均熔化，且二者之间形成共同的晶粒； 钎焊：只有钎料熔化，而母材不熔化，在连接处一般不易形成共同晶粒，只有在母材和钎料之间形成有相互原子渗透的 机械结合； 粘焊：既没有原子的相互渗透而形成共同的晶粒也没有原子间的扩散，只是靠粘接剂与母材的粘接作用。 3)熔化焊热源：电弧热、等离子弧热、电子束、激光束、化学热。 压力焊和钎焊热源：电阻热、摩擦热、高频感应热。 4)焊接加热区可分为活性斑点区和加热斑点区 5）焊接温度场：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为焊接温度场。 6）稳定温度场：当焊件上温度场各点温度不随时间变化时，称之 7）准稳定温度场：恒定功率的热源作用在焊件上做匀速直线运动时，经过一段时间后，焊件传热达到饱和状态，温度场会达到暂时稳定状态，并可随着热源以同样速度移动。 8）焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程。 第一章 1）平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。 平均熔敷速度：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔敷速度。 损失系数：在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。 熔合比：焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。 熔滴的比表面积:表面积与质量之比2）熔滴过渡的形式：短路过渡、颗粒状过渡和附壁过渡。 3）熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分就是熔池。 4）焊接过程中对金属的保护的必要性： （1）防止熔化金属与空气发生激烈的相 互作用，降低焊缝金属中氧和氮的含量。 （2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而 减少，使焊缝得到合适的化学成分。（3） 防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。 5）手工电弧焊时的反应区：药皮反应区、 熔滴反应区和熔池反应区。 6）药皮反应区主要物化反应有： 1 水分蒸发： 2 有机物燃烧和分解： 3 铁合金氧化： 7）熔滴反应区的特点： 1 熔滴温度高，熔滴金属过热度大； 2 熔滴与气体和熔渣的接触面积大； 3 各相之间的反应时间短； 4 熔滴与熔渣发生强烈的混合。 8）焊接区气体来源： 1焊接材料：焊接区内的气体主要来源 于焊接材料。焊条药皮、焊剂及焊丝药芯 中都含有造气剂。 2热源周围的气体介质：热源周围的空 气是难以避免的气体来源，而焊接材料中 的造气剂所产生的气体，不能完全排除焊 接区内的空气。 3焊丝和母材表面上的杂质：焊丝表面 和母材表面的杂质，如铁锈、油污、氧化 铁皮以及吸附水等，在焊接过程中受热而 析出气体进入气相中。 气体的产生： 1 有机物的分解和燃烧 2 碳酸盐和高价氧化物的分解 3 材料的蒸发 9）氮对金属的作用： 焊接时电弧气氛中氮的主要来源是 周围的空气。 焊接时空气中的氮总是或多或少地 会侵入焊接区，与熔化金属发生作用。 氮对焊接质量的影响： 1 促使焊缝产生气孔：液态金属在高温时 可以溶解大量的氮，凝固结晶时氮的溶解 度突然下降，过饱和氮以气泡形式从熔池 中逸出，若焊缝金属的结晶速度大于氮的 逸出速度时，就形成气孔。 2 氮是提高低碳、低合金钢焊缝强度，降 低塑性和韧性的元素。如果熔池中含有比 较多的氮，一部分氮将以过饱和的形式存 在于固溶体中；另一部分氮则以针状氮化 物Fe4N的形式析出，分布于晶界或晶内， 因而使焊缝金属的强度、硬度升高，而塑 性、韧性，特别是低温韧度急剧下降。 3 氮是促使焊缝金属时效脆化的元素：焊 缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随 着时间的延长，过饱和的氮逐渐析出，形 成稳定的碳氮化物Fe4N，因而使焊缝金属 的强度增加、塑性、韧性降低。 4 氮可以作为合金元素加入钢中。在焊缝 金属中加入能形成稳定氮化物元素，如 RE、A1、Ti、Zr等，可以抑制或消除时效 现象。 控制焊缝合氮量的措施 1 加强焊接区的保护 （1）焊条药皮的保护作用，取决于药皮 的成分和数量。 （2）药芯焊丝的保护效果，取决于保护 成分含量和形状系数。 2 焊接工艺参数的影响 （1）U↑（电弧长度↑），氮可以与熔滴 作用时间τ↑，S N ↑，应尽量采用短弧 焊。 （2）I↑，熔滴过渡频率f↑,熔滴阶段作 用时间τ↓, S N↓ 。 直流正极性焊接时焊缝含氮量比反 极性(焊条接正极，工件接负极)时高。 （3）焊接速度对焊缝的含氮量影响不大。 （4）增加焊丝直径，熔滴变粗，焊缝含 氮量下降。 （5）多层焊时焊缝含氮量比单层焊时高， 这与氮的逐层积累有关 3 利用合金元素控制焊缝合氮量： (1)增加焊丝或药皮中的含碳量可降 低焊缝的含氮量，其原因是： a)碳能够降低氮在铁中的溶解度。 b)碳氧化生成CO、CO2加强保护作用， 降低了氮分压。 c)碳的氧化引起熔池沸腾，有利于氮 的逸出。 (2)Ti、A1、Zr和稀土元素对氮有较大 的亲合力，能形成稳定的氮化物。并且这 些氮化物不溶于铁水，而进入熔渣中。这 些元素对氧的亲力也很大，因此，可减少 气相中NO的含量，这在一定程度上减少 了焊缝的含氮量。 10）焊缝金属中的氢 扩散氢：氢原子及离子半径很小，可 以在焊缝金属晶格中自由扩散，故被称为 扩散氢。 残余氢：氢扩散到金属的晶格缺陷、
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，故在连接处一般不易形成共同的晶粒只是钎料与母材之间形成有相互原子渗透的机械组合。至于粘结是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，没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：
绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，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。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 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。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 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。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
江 苏 大 学 试 题 （2011 -2012 学年第 一 学期） 课程名称 成型原理 开课学院 材料学院 使用班级 成型091/2 考试日期 2011.12.25 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 核查人签名 得 分 阅卷教师 第一部分 金属液态成型原理 一、名词解释（每题3分，计21分） 1. 负吸附 2. 糊状凝固方式 3. 自由收缩 4. 蓄热系数 5. 平整界面 6. 偶分布函数 7. 外生生长 二、简答题（每题5分，计30分） （1） 什么是孕育衰退？如何避免孕育衰退的发生？ （2） 晶粒游离的产生途径有哪些？ 学生所在学院 专业、班级 学号 姓名
江苏大学试题第2页（3）液态成型中，铸型性质对充型能力有何影响？ （4）影响浮力流强弱的主要因素是什么？ （5）非均质形核中，衬底的几何形状对形核有何影响？ （6）铸铁合金中，共晶的形式有哪些？哪些属于规则共晶，哪些属于离异共晶？ 三、分析计算题 （1）（9分）如图1所示铸铁奥氏体组织，试说明： 【1】此奥氏体组织的形态及其特征？ 【2】若需细化其组织，可采取哪些工艺方法？ 图1 铸铁奥氏体 （2）某二元合金相图如图2所示。合金液成分为w B=40%，放置于长瓷舟中 并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：（1）α相与液相之间的平衡分配系数k0；（2）凝固后 共晶体的数量占试棒长度的百分之几？
江 苏 大 学 试 题 第 3 页 图2 第二部分 焊接冶金学 一、简答题（每题4分，计12分） 1. 焊接熔池的凝固与铸锭的凝固过程有何不同？ 2. 焊接的物理本质是什么？采取哪些工艺措施可以实现焊接？ 3. 内应力是如何产生的？对结构件的质量有何影响？ 二、论述题（18分） 1. 试说明易淬火钢与不易淬火钢焊接热影响区组织分布及其对性能的影响。 2. 焊接冷裂纹形成的条件是什么？试说明氢致裂纹的形成过程及防止措施。 3. 已知母材锰含量（质量分数）为1.55，熔合比为0.35。焊丝含锰量（质量分数）为0.45%，药皮重量系数为0.4，锰的过度系数为50%。若要求焊缝锰含量（质量分数）为1.3%，药皮中应加入多少低碳锰铁（锰铁中含锰量为80%）？ 学生所在学院 专业、班级 学号 姓名
ASME规程学习总结 ASME概述： ASME是American Society of Mechanical Engineers（美国机械工程师协会）的英文缩写。主要领域为机械工程的发展，是一个集设计、制造、安装、检验、试验为一体的标准规程。ASME规程每年都会有更新增补，并且每三年修订一次。目前ASME已增加到12卷，其中在火力电站建设应用的有5卷，分别是ASME Ⅰ卷动力锅炉建造规则、ASME Ⅱ卷材料、ASME Ⅴ卷无损检测、ASME Ⅷ卷压力容器建造规则、ASME Ⅸ卷焊接和钎焊评定。焊接专业的各类指导性文件分别包括在了这5卷里。 各卷册的解释说明： （一）A SME Ⅸ焊接和钎焊评定 此卷主要说了焊接工艺评定（WPS）的制作和焊工、焊接操作工的证书评定 1、焊接工艺评定（WPS）：WPS是对焊接施工的一个指导性文件，所有的焊接工作都根据WPS施工，WPS包括内容有：焊接方法、材质、焊接材料、预热、热处理等详细的参数，支持焊接工艺评定的指导文件是工艺评定记录（PQR），PQR是在做焊接工艺评定时的记录。不同的焊接方法和材质都对应不同的焊接工艺评定。 2、焊接工艺评定流程：做焊接工艺评定时主要包括3个条件，重要变素、附加重要变素、和非重要变素。 重要变素是焊接工艺评定中的重要环节，如果重要变素改变那么这个工艺评定就不能再用，需重新评定，因为重要变素影响焊缝的力学性能。重要变素包括（母材材质的改变、焊接材料的改变、预热温度的大幅度改变、热处理温度的改变、保护气体的改变等） 附加重要变素是当有冲击要求时才需要的变素，当改变附加重要变素时工艺评定也需要重新评定。附加重要变素包括（层间温度、电极特性、母材厚度等） 非重要变素是不影响焊缝力学性能的变素，非重要变素改变时焊接工艺评定不需重新评定。非重要变素包括( 焊条直径、坡口形式、焊材厂家牌号等) 有了这三个条件就可以做焊接工艺评定，流程为：坡口加工-----合格焊工焊接-----
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：0.01-0.1s ；0.0001-0.001s 4) 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？ 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 =-+22222N O O H H CO CO 、、、、、
焊接冶金学 一、名词解释 1.焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，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。 2.焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。 3.焊接化学冶金过程：在熔焊过程中，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。 4.焊条平均熔化速度：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度称为焊条金属的平均熔化速度。 5.熔合比:在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。 6.药皮重量系数：单位长度上药皮和焊芯的质量比。 7.偏析：在熔池进行结晶的过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，出现所谓的偏析现象。 8.过冷度：每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。 9.扩散氢：可以在焊缝金属的晶格中自由扩散的氢。 10.拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需要的力。 二、基本概念 1.焊接热循环的特点？ a)加热温度高 b)加热速度快 c)高温停留时间短 d)自然条件下连续冷却 e)局部加热 2.药芯焊丝的特性？ a)焊接飞溅小 b)焊缝成形美观 c)熔敷速度高于实心焊丝 d)可进行全位置焊接，并可以采用较大的焊接电流。 3.焊条设计原则？ 在技术上，必须满足设计任务的要求，达到各项技术指标的规定，在制造工艺上必须切实可行，同时还要考虑到经济效益要好；焊条的卫生指标要先进，确保焊工的身体健康。 4.焊条的设计依据 a)被焊母材的化学成分与力学性能指标 b)焊件的工作条件，如工作温度，工作压力以及是否有耐磨性，耐腐蚀 性等特殊要求 c)施工现场的焊接设备条件以及施工的条件等 d)考虑电焊条制造的生产工艺条件
天津大学材料加工考研经验分享 刚刚结束了天津大学考研路经历了初始复试就想写写心得希望对下一届的同学有帮助很多XX届同学问我说：师兄天津大学材料加工很强所以我报考了可是具体的不太清楚强在里呢而我们又该如何复习呢资料看还有问的比较多的是：奖学金的比例、金额、学制等等好吧我慢慢说来： 天津大学材料加工只有焊接专业因为专一所以强大嘛对于天津大学材料加工（焊接）很多人有很多种说法有的说排名第二有的说第三这个都无所谓了第一的是哈工大因为国家焊接重点实验室在哈工大每年没有390就别报考了其次就是清华以及天大了370380的分数线天津大学有天津市现代材料连接技术重点实验室还是比较强的研究方向及硕士指导教师： 研究方向： 1、材料连接结构强度及断裂 2、高性能材料的连接与表面工程技术 3、材料加工过程模拟仿真与智能控制 4、现代材料加工理论与技术 具体的那个老师研究什么方向你想报考什么老师等等可以到时候联系我慢慢和你说 本专业主要开展与材料加工工程有关的科学前沿课题或跨学科课题的研究先后承担了多项国家攻关、863高技术、省市部委以及国家自然科学基金面上、高技术和重点项目取得了突出的科研成果多次获
国家级、国家教委及省市部委级科技成果奖并发表了大量高水平研究论文许多论文为SCI、EI收录两本教材获得了国家级优秀教材奖我相信你们选择天津大学都有着自己的梦想在里面所以别轻易放弃！为之不屑付出！ 二．招生情况 08年、09年招收了4550人xx年天大材料加工（焊接）招生45个其中10个保研有一个是哈工大保过来的一个吉大八个本校的xx年的录取分不是很高340+基本被录取（当然今年也是很例外的往年没到350+那就得好好祈祷复试有优异的表现吧）xx年招生据校内说是40人左右专业硕士多了些名儿报送的还是10人左右XX年计划名额为33人其中专硕4人学硕29人实际招生专硕5人学硕30人 XX年400分以上7人估计专硕有一名400分以上的由于报考时专硕学硕并无明显界限都是初试复试总分出来之后按照总分的高低前30名为学硕后5名为专硕所以400分以上出现了8人 下面说说初试及复试的一些问题： 天大材料加工初试科目为英语一政治数二（数二内容很少的很省时）专业课其中专业课的初试是考材料加工基础也就是《金属学及热处理》（崔忠圻主编）（第一版第二版都行内容变化不大）和《焊接冶金学》（天津大学张文越主编）这两本书其中《焊接冶金学》这本书就只考第四章具体范围如下： 天津大学硕士生入学考试业务课程大纲
2014年春季学期焊接冶金学试题(A) （适用于材料成型与控制工程专业焊接模块） 一、概念或解释(每题2分共10分) 1、联生结晶： 2、熔合比： 3、焊条药皮重量系数： 4、金属焊接性： 5、电弧热焊： 二、选择填空(可以多个选择,每题1分,共15分) 1、焊接区内的气体主要来源于(??????? )。 ①焊接材料? ②母材? ③焊条药皮 2、焊接时, 不与氮气发生作用的金属,即不能溶解氮又不形成氮化物的金属，可用N作为保护气体,这种金属是(?????? )。 ①铜 ?②铝 ??③镍 3、焊接熔渣的作用有( ?????) ①机械保护作用? ②冶金处理作用? ③改善工艺性能 4、焊接熔池的结晶时,熔池体积小，冷却速度大，焊缝中以(????? )为主。
①柱状晶? ②等轴晶 ?③平面晶 5、熔合区的化学不均匀性主要是体现于(???? ?)。 ①凝固过渡层的形成? ②碳迁移过渡层的形成? ③合金分层现象 6、焊缝中的气孔和夹杂主要害处是(??????? )。 ①焊缝有效截面下降 ?②应力集中，疲劳强度下降 ?③抗氧化性下降? ④深透性气孔，使致密性下降。 7、打底焊道最易产生热裂纹,也最易产生冷裂纹,其主要原因是(??? ?????)。 ①冷却速度快? ②应力集中?③过热 8、焊接结构钢用熔渣的成分是由(???????? )等组成。 ①氧化物 ?②氟化物? ③氯化物? ④硼酸盐 9、焊接冷裂纹按产生原因可分为( ????????)。 ①淬硬脆化裂纹? ②低塑性脆化裂纹? ③层状撕裂? ④应力腐蚀开裂? ⑤延迟裂纹 10、有利于改善焊缝抗热裂纹性能因素主要有( ?????)。 ①细化晶粒 ?②减少S、P? ③结晶温度大? ④加入锰脱硫 11、热扎、正火钢焊接时，过热区性能的变化取决于( ????)等因素。 ①高温停留时间 ?②焊接线能量? ③钢材类型 ?④冷裂倾向
一.名词解释 1.焊接：被焊工件的材质(同质或异质)，通过加热或加压或二者并用，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的连接的工艺过程。 2.熔合比：在焊缝金属中局部融化的母材所占的比例称为熔合比。 3.交互结晶：熔合区附近加热到半融化状态基本金属的晶粒表面，非自发形核 就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成所谓交互结晶。 4.焊缝扩散氢：由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的 晶格中自由扩散，故称扩散氢。 5.拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力。 6.熔敷系数：真正反映焊接生产率的指标。g/(A*H)在熔焊过程中，单位电流， 单位时间内，焊芯熔敷在焊件上的金属量。 7.熔敷比表面积：熔滴的表面积Ag与其质量pVg之比。 8.应力腐蚀：金属材料在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下产生的一种延迟破 坏现象，称为应力腐蚀。 9.层状撕裂：大型厚壁结构，在焊接过程中会沿钢板的厚度方向出现较大的拉 伸应力，如果钢中有较多的杂质，那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，称为层状撕裂。 10.再热裂纹：焊后再加热，为了消除应力退火或在高温工作时500-700摄氏度 产生的裂纹。 11.热影响区：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区 域。 12.热循环曲线：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达 到峰值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 13.焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。 14.热裂纹:是在焊接高温时晶沿界断裂产生的。冷裂纹：是焊后冷至较低温度 产生的。 二.简答 1.氢对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氢量的主要措施是什么？ a.氢脆，氢在室温附近使钢的塑性严重下降。 b.白点，碳钢和低合金钢焊缝， 如含氢量高常常在拉伸或弯曲断面上出现银白色局部脆断点。c.形成气孔，熔池吸收大量的氢，凝固时由于溶解度突然下降，使氢处于饱和状态，会产生氢气且不溶于液态金属，形成气泡产生气孔。d.氢促使产生冷裂纹。措施： a.限制焊接材料中的氢含量，制造低氢和超低氢型焊接材料和焊剂时，应尽 量选用不含或含氢量少的材料。b.清除焊件和焊丝表面上的铁锈，油污，吸附水等杂质。c.冶金处理：在药皮中加入氟化物，控制焊接材料的氧化还原势，在药皮或焊芯中加入微量的稀土和稀散元素，控制焊接工艺参数，焊后除氢处理。 2.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？ a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质，是促使焊缝产生气孔的主要原因。b氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度，降低塑性和韧性的元素。c氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。措施：a焊接区保护的影响，液态金属脱氮比较困难，所以控制氮的主要措施是加强保护，防止空气和金属作用。b焊接参
课程编号：02044017 课程名称：焊接冶金学（Metallurgy of Welding ） 学分：2.5 学时：40 （实验：0 上机：0 ） 适用专业：焊接技术与工程 建议修读学期：5 开课单位：材料科学与工程学院 课程负责人：李明喜 先修课程：物理化学，材料科学基础，材料热处理 考核方式与成绩评定标准：闭卷考试，平时成绩与实验成绩占课程考核成绩的30%，期终考试成绩占课程考核成绩的70%。 教材与主要参考书目： 教材：《焊接冶金学基本原理》，张文钺，机械工业出版社，2014. 参考书目：《焊接冶金原理》，黄继华编，机械工业出版社，2015. 《先进焊接、连接技术》，李亚江等编，化学工业出版社，2016. 《焊接科学与工程》，王元良，西南交通大学出版社，2008. 《焊接冶金与焊接性》，刘会杰，机械工业出版社，2007. 《焊接冶金学与金属材料焊接》，吴金杰主编，大连理工大学出版社，2014. 《焊接冶金学》，SindoKou著，高等教育出版社，2012. 内容概述： 本课程内容包括焊接化学冶金、焊接材料、焊接熔池凝固与固态相变、焊接热影响区组织与性能以及焊接裂纹与防治等。通过本课程学习，培养学生合理选择焊接方法与焊接材料，优化焊接工艺参数，调控焊接熔池凝固与固态相变以及焊接热影响区的组织和性能，避免焊接接头的缺陷及焊接裂纹，同时具有初步应对实际工况条件下的应变能力、综合分析和解决问题工程能力。 The course basically introduced chemical metallurgy, welding materials, solidification of welding pool, solid phase transformation, microstructure and properties of heat affected zone, welding crack and its prevention. Selecting of welding methods and welding materials, optimizing welding parameters, controlling microstructure and properties of the weld the heat affected zone, avoiding welding crack and other defects, etc. should be mastered through studies. At the same time, the students should be with the initial ability to the actual conditions and the skills to comprehensive analysis and engineering problem-solving.