焊接冶金学-材料焊接性 思考题(课后)

焊接冶金学及金属材料焊接习题答案模块二模块二2-1答：与铸锭凝固相比，焊缝结晶有以下特点：（1）熔池的体积小，冷却速度大。

由于熔池的体积小，而周围又被冷金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，平均约为4～100℃/s，比铸钢锭的平均冷却速度要大10000倍左右。

因此，对于含碳量高、合金元素较多的钢种容易产生淬硬组织，甚至焊道上产生裂纹。

由于冷却速度快，熔池中心和边缘还有较大的温度梯度，致使焊缝中柱状晶得到很大发展。

所以一般情况下焊缝中没有等轴晶，只有在焊缝断面的上部有少量的等轴晶（电渣焊除外）。

（2）熔池中的液态金属处于过热状态。

在电弧焊的条件下，对于低碳钢或低合金钢来讲，熔池的平均温度可达1770±100℃，而溶滴的温度更高，约为2300±200℃。

一般钢锭的温度很少超过1550℃，因此，熔池的液态金属处于过热状态。

由于液态金属的过热程度较大，合金元素的烧损比较严重，使熔池中非自发晶核的质点大为减少，这也是促使焊缝中柱状晶得到发展的原因之一。

此外，在焊缝条件下，气体的吹力，焊条的摆动以及熔池内部气体的外逸，都会产生搅拌作用。

这一点对于排除气体和夹杂是很有利的，也有利于得到致密而性能好的焊缝。

2-2答：焊缝金属在结晶过程中，由于合金元素来不及扩散而存在化学成分的不均匀性。

一般焊缝中的偏析主要有以下三种。

（1）显微偏析一般来讲，先结晶的固相含溶质较低，也就是先结晶的固相比较纯，而后结晶的固相含溶质的浓度较高，并富集了较多的杂质。

由于焊接过程中冷却较快，固相的成分来不及扩散，而在相当大的程度上保持着由于结晶有先后所产生的化学成分不均匀性。

（2）区域偏析焊接时由于熔池中存在激烈的搅拌作用，同时焊接熔池又不断的向前推移，不断加入新的液体金属，因此结晶后的焊缝，从宏观上不会像铸锭那样有大面积的区域偏析。

但是，在焊缝结晶时，由于柱状晶体继续长大和推移，此时会把溶质或杂质“赶”向熔池的中心。

这使熔池中心的杂质浓度逐渐升高，致使在最后凝固的部位产生较严重的区域偏析。

模块四4-1答：(1）氧化物夹杂 其成分主要是SiO2，其次是MnO、TiO2、Al2O3等。

(2）氮化物夹杂 氮化物主要是Fe4N。

(3）硫化物夹杂硫化物主要有两种形态： FeS 和MnS4-2答：氮气孔较多集中在焊缝表面，但多数情况下是成堆出现，与蜂窝类似。

氮的来源主要是由于焊接过程中焊缝保护不良，有较多的空气侵入熔池所致。

在实际中常采取的防止措施如下：（1）加强焊接区的保护（2）合理确定焊接工艺（3）冶金处理对于低碳钢和低合金钢焊接接头，大多数情况下氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔的断面形状如同螺钉状，在焊缝的表面上形成喇叭口形，而气孔的四周有光滑的内壁。

但这类气孔在特殊情况下也会出现在焊缝的内部，如焊条药皮中含有较多的结晶水，使焊缝中的含氢量过高，因而凝固时来不及上浮而残存在焊缝内部。

防止氢气孔的措施主要有以下几种：(1)控制氢的来源(2)冶金处理(3) 控制焊接工艺参数焊接碳钢时，由于冶金反应产生了大量的CO，在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形成气孔。

气孔沿结晶方向分布，有些象条虫状卧在焊缝内部。

防止CO气孔常采用的措施主要有以下几种：(1)限制焊丝中的含碳量(2)采取冶金措施防止CO气孔(3) 合理确定焊接工艺4-3答：焊接结构产生裂纹轻者需要返修，浪费人力、物力、时间，重者造成焊接结构报废，无法修补。

更严重者造成事故、人身伤亡。

具体地说，焊接裂纹对结构的危害有：（1）减少了焊接接头的工作截面，因而降低了焊接结构的承载能力。

（2）构成了严重的应力集中。

裂纹是片状缺陷，其边缘构成了非常尖锐的切口，具有高的应力集中，既降低结构的疲劳强度，又容易引发结构的脆性破坏。

（3）造成泄漏。

用于承受高温高压的焊接锅炉或压力容器，用于盛装或输送有毒的、可燃的气体或液体的各种焊接储罐和管道等，若有穿透性裂纹，必然发生泄漏，在工程上是不允许的。

（4）表面裂纹能藏垢纳污，容易造成或加速结构腐蚀。

（5）留下隐患，使结构变得不可靠。

焊接冶金学习题答案汇总第一章焊接化学冶金1、什么是焊接化学冶金？它的主要研究内容和学习的目的是什么答：焊接化学冶金指在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下的相互作用反应。

它主要研究各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。

研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料，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、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？答：调控焊缝化学成分的两种手段：1）、对熔化金属进行冶金处理；2）、改变熔合比。

怎样影响焊缝化学成分：1）、对熔化金属进行冶金处理，也就是说，通过调整焊接材料的成分和性能，控制冶金反应的发展，来获得预期要求的焊接成分；2）、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比，改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分。

3、焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？答：焊接区内气体的主要来源是焊接材料，同时还有热源周围的空气，焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水等，在焊接时也会析出气体。

产生：①、直接输送和侵入焊接区内的气体。

②、有机物的分解和燃烧。

③、碳酸盐和高价氧化物的分解。

④、材料的蒸发。

⑤、气体（包括简单气体和复杂气体）的分解。

4、氮对焊缝质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？答：氮对焊接质量的影响：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之一。

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氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。

控制焊缝含氮量的主要措施：a、控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与金属作用；b、在药皮中加入造气剂（如碳酸盐、有机物等），形成气渣联合保护，可使焊缝含氮量下降到0.02%以下；c、采用短弧焊（即减小电弧电压）、增大焊接电流、采用直流反接均可降低焊缝含氮量；d、增加焊丝或药皮中的含碳量，可降低焊缝中的含氮量。

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而，非自发晶核就依附在这个表而上，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。

7. 熔敷比表面积：熔滴的表而积Ag与其质量pVg之比。

8. 应力腐蚀：焊接构件，如容器，管道等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，称为应力腐蚀裂纹。

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岀现较大的拉伸应力，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. 在热裂纹：厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一泄温度下服役的过程中，任焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹为在热裂纹。

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。

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描施是什么？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而上岀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。

思考与练习1.何谓焊接热循环，焊接热循环的主要特征参数有哪些？它们对焊接接头的组织和性能有何影响？在焊接热源的作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。

焊接热循环的主要参数是加热速度v H，峰值温度T max，高温停留时间t H，冷却速度v c，冷却时间t8/5, t8/3, t100。

…….2.试分析焊接化学冶金的特点。

焊接时金属熔池表面有熔渣保护、气体保护；焊接时化学冶金反应分区进行，熔化金属、熔渣和电弧气氛三个相相互作用，焊接冶金过程是分区域（阶段）连续进行的。

不同的焊接方法有不同的反应区。

焊条电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。

（1）药皮反应区当焊条药皮被加热时，各种组成物之间会发生物理化学反应，主要是水分的蒸发，某些物质的分解和铁合金的氧化。

（2）熔滴反应区熔滴反应区包括熔滴形成、长大及熔滴过渡。

1) 温度高，平均温度达1800 - 2400℃。

2) 熔滴金属与气体、熔渣的接触面积大。

3) 各相之间的反应时间短。

4)熔滴金属和熔渣之间发生强烈的混合。

（3）熔池反应区，熔池最突出的特点之一是温度分布极不均匀，因此，同一个过程在熔池的两个部分可能向相反的方向进行。

如在熔池的前部发生金属的熔化和气体的吸收过程，而在后部发生金属的凝固和气体的析出过程。

3.试分析氮、氢、氧对焊缝金属性能的影响。

氮对焊接质量的影响：在焊接碳钢时，氮是有害的杂质，它是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。

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，特别是低温韧性急剧下降。

氢对焊接质量的影响：对于多数金属来说，氢是有害的杂质，在钢中，形成氢脆、白点，形成气孔和冷裂纹。

氧对焊接质量的影响：氧在焊缝中不论以何种形存在，对焊缝的质量都有很大的的影响。

随着焊缝含氧量的增加，其强度、塑性、韧性均明显下降，尤其是低温冲击韧性急剧下降。

此外，氧还会引起热脆、冷脆和时效硬化。

4.焊接时脱氧的方式有哪些？焊接时的脱氧反应是分阶段和区域进行的，按其进行的方式和特点分为先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧。

模块八8-1答：奥氏体不锈钢中含镍8%~25%，在焊接的时候，焊接接头容易出现应力开裂和热裂纹，为了保证焊接接头的质量，需要选择正确的工艺方法，焊接工艺要点如下：正确选择焊接材料，选择焊接材料的原则是焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并降低焊缝中碳、磷和硫等杂质的含量；选择合理的焊接方法，奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，可以采用焊条电弧焊，埋弧焊，惰性气体保护焊和等离子焊等焊接方法；焊前的准备，包括下料方法，坡口的加工方法，焊前的清理和表面的防护等；焊接工艺参数，焊接电流，电弧电压，焊接速度，焊丝或焊条的直径等。

焊后表面处理方法，不锈钢焊接以后进行表面处理，以增加其抗腐蚀的能力，处理的方法有表面抛光，酸洗和钝化处理等；焊后检验，焊后除了进行一般的焊接缺陷检验以外，还要进行耐腐蚀性试验。

8-2答：（1）焊接性分析奥氏体不锈钢焊接的主要问题是焊接接头晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、焊接接头热裂纹和焊接接头的力学性能，晶间腐蚀是奥氏体不锈钢板一种危险的破坏形式，通过调整焊缝金属组织，同样可以改善焊缝金属抗晶间腐蚀的能力。

应力腐蚀发生在有应力作用的条件下，奥氏体不锈钢的热物理性能导热性差，线胀系数大，在相同的条件下，焊接残余应力较大，为防止产生应力腐蚀开裂，合理调整焊缝成分。

奥氏体不锈钢焊接时，焊缝和近缝区均可产生热裂纹，这是因为奥氏体钢的物理性能有其独特之处。

为了防止热裂纹，通常采用同材质的焊缝金属，应尽量选择含杂质较低的焊接材料，选择母材时也是如此，为提高镍含量大于15%的奥氏体钢的抗裂性，可采用奥氏体加一次碳化物或奥氏体加硼化物的双相组织，这样不会损坏焊接接头的高温性能。

若在高温环境中，作为热强钢或在低温下工作时，就应该注意低温脆化和高温脆化问题。

（2）焊接工艺特点奥氏体不锈钢的焊接，除一般结构钢的焊接工艺特点之外，还有其独特之处。

1）由于奥氏体不锈钢热导率小，线胀系数大，自由状态焊接时易产生较大的焊接变形。

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异？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到达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。

第一章焊接化学冶金1、什么是焊接化学冶金？它的主要研究内容和学习的目的是什么?答：焊接化学冶金指在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下的相互作用反应。

它主要研究各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。

研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料，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、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？答：调控焊缝化学成分的两种手段：1）、对熔化金属进行冶金处理；2）、改变熔合比。

怎样影响焊缝化学成分：1）、对熔化金属进行冶金处理，也就是说，通过调整焊接材料的成分和性能，控制冶金反应的发展，来获得预期要求的焊接成分；2）、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比，改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分。

3、焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？答：焊接区内气体的主要来源是焊接材料，同时还有热源周围的空气，焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水等，在焊接时也会析出气体。

产生：①、直接输送和侵入焊接区内的气体。

②、有机物的分解和燃烧。

③、碳酸盐和高价氧化物的分解。

④、材料的蒸发。

⑤、气体（包括简单气体和复杂气体）的分解。

4、氮对焊缝质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？答：氮对焊接质量的影响：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之一。

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氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。

控制焊缝含氮量的主要措施：a、控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与金属作用；b、在药皮中加入造气剂（如碳酸盐、有机物等），形成气渣联合保护，可使焊缝含氮量下降到0.02%以下；c、采用短弧焊（即减小电弧电压）、增大焊接电流、采用直流反接均可降低焊缝含氮量；d、增加焊丝或药皮中的含碳量，可降低焊缝中的含氮量。

5、综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响？答：（1）焊接工艺参数对焊缝含氢量有一定的影响：手工电弧焊时，增大焊接电流使熔滴吸收的氢量增加；增大电弧电压使焊缝含氢量有某些减少。

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而，非自发晶核就依附在这个表而上，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。

7. 熔敷比表面积：熔滴的表而积Ag与其质量pVg之比。

8. 应力腐蚀：焊接构件，如容器，管道等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，称为应力腐蚀裂纹。

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岀现较大的拉伸应力，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. 在热裂纹：厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一泄温度下服役的过程中，任焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹为在热裂纹。

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。

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描施是什么？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而上岀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。