焊接冶金学 课后习题答案

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。

模块十10-1答：铜及其合金的焊接性较差主要表现为焊缝成形能力差，熔焊铜及大多数铜合金时容易出现难熔合、坡口焊不透和表面成形差的外观缺陷。

原因是铜的导热性好，焊接时热量迅速从加热区传导出去，使得焊接热影响区加宽，在焊件刚度小时，容易产生较大变形；在刚度较大时，又会在焊件中造成很大的焊接应力，如果焊件厚度越大，散热就越严重，在焊接铜及其合金的时候，又由于同在熔化时的表面张力比铁小1/3，流动性比钢大，容易导致熔化金属流失；焊缝及热影响区热裂纹倾向大，焊缝的热裂纹倾向与焊缝杂质的影响有关，还与焊接时产生的应力有关。

焊缝中的氧对焊缝热裂纹倾向影响很大，在焊接时要预防热裂纹的产生，在焊缝中也容易形成气孔，所以要采取适当的措施来预防气孔的产生；铜及铜合金在熔化过程中，由于晶粒严重长大以及合金元素的蒸发、烧损与杂质的渗入，使焊接接头塑性和韧性显著下降。

10-2答：根据铜及铜合金的焊接性，正确制定合理焊接工艺方法，焊接时要注意以下几点：(1)焊前准备和焊后清理铜及铜合金的焊前准备和焊后清理与铝及其合金焊接时相似，如对工件和焊丝在焊前的清理，焊接过程中需要加强对熔池的保护及预热；(2)正确选择焊接工艺方法铜及铜合金焊接时可选用很多种焊接方法，一般根据铜的种类、焊件形态、对质量的要求、生产条件及焊接生产率等综合考虑加以选择，通常气焊、碳弧焊、焊条电弧焊和钨极氩弧焊多用于厚度小于6mm的工件，而熔化极氩弧焊则用于更大厚度工件的焊接；(3)背面加垫板由于纯铜的密度较大，熔化后铜液流动很大，极易烧穿及形成焊瘤。

为了防止铜液从焊缝背面流失，保证反面成形良好，在焊接时需要加垫板；(4)预热由于铜的导热性很强，焊接时通常预热温度也较高，一般在300℃以上，焊接铜时尽量少用搭接、角接及T形等增加散热速度的接头，一般应采用对接接头。

10-3答（1）焊接性分析焊接铝青铜的主要困难时铝的氧化，生成致密而难熔的Al2O3薄膜覆盖在熔滴和熔池表面。

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。

模块六
6-1答：
焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。

影响焊接性的因素:
(1)材料因素； (2)工艺因素 （3）结构因素； (4) 使用条件
6-2 答：
（1）焊接性试验的条件尽量与实际焊接时的条件相一致。

（2）焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好地再现性。

（3）应选用最经济和方便的试验方法。

6-3答：
热焊接性是指焊接热循环对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度。

冶金焊接性是指在一定冶金过程条件下，物理化学变化对焊缝性能和产生缺陷的影响程度
6-4解：
1556Ni Cu V Mo Cr Mn C CE ++++++=（﹪）
CE=0.35+1/6×1.1+1/5(1.1+0+0)+1/15(0.3+0)=0.77（﹪）。

基本原理绪论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。

绪论1.扩散焊属于答案:压焊2.高频感应焊属于答案:熔焊3.在连接处不能形成共同晶粒的方法是答案:钎焊4.熔焊焊接接头包括以下区域答案:焊缝;热影响区;熔合区5.真空电子束焊无填充材料焊接过程哪些过程答案:凝固结晶和相变过程;热过程6.熔焊焊接过程中可能发生冶金反应的区域包括答案:焊缝;熔合区7.焊接是一种永久性连接方法。

答案:对8.焊接过程中接头处发生熔化的焊接方法都是熔焊。

答案:错9.熔焊方法都要经历加热-熔化-冶金反应-凝固结晶-固态相变过程。

答案:错10.对多数金属来说，只要是使被连接件界面的金属原子接近到0.3-0.5nm，就可以实现焊接。

答案:对第一章1.等离子弧本质上是被压缩的电弧。

答案:对2.低碳钢焊接时熔池平均温度约1770±100K答案:错3.电弧焊时对工件的加热区域是指电弧电流流过的区域。

答案:错4.减小熔滴尺寸对于加强冶金反应是有利的答案:对5.焊条电弧焊时的有效热量包括：答案:用于熔滴过渡的热量;母材吸收的热量6.计算焊条金属的损失系数时，损失部分包括答案:蒸发损失;飞溅损失;氧化损失7.可以提高焊缝熔深的措施包括答案:减小电弧电压;增大电流8.热效率最高的焊接方法是答案:激光焊9.焊接温度场的研究以哪种传热形式为主答案:热传导10.薄板焊接时热源可看作：答案:线热源第二章1.熔合比是指焊缝中熔化的母材与填充材料之比答案:错2.电弧空间内分子状态的H2、N2、O2的含量很低。

答案:错3.氢在钢焊缝中既可以呈原子、离子状态，也有分子状态的H2。

答案:对4.埋弧焊的保护方式一般是答案:熔渣保护5.碱性焊条常用的脱氧剂是答案:Si-Mn6.熔渣碱度增加时，哪种说法错误：答案:提高硅的过渡系数7.CaO不具有的作用是：答案:脱氢8.实心焊丝MIG焊接时，焊接化学冶金反应区包括：答案:熔池反应区;熔滴反应区9.增加电弧电压，会增大焊缝中哪些元素的含量。

答案:O;N10.温度升高时，以下哪些说法正确：答案:增加氢的溶解度;降低熔渣黏度第三章1.随着焊接自动化水平的提高体现在埋弧焊焊丝焊剂的用量的提高。

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。

焊接冶金学课后答案第三章：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℃某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。

1.试述熔化焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？熔化焊接：使两个被焊材料之间(母材与焊缝)形成共同的晶粒针焊：只是钎料熔化，而母材不熔化，故在连理处一般不易形成共同的晶粒，只是在钎料与母材之间形成有相互原于渗透的机械结合。

粘接：是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，一般来讲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？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。

3.焊条的工艺性能包括哪些方面? （详见：焊接冶金学（基本原理）p84）焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、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4.低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？（详见：焊接冶金学（基本原理）p94）由于这类焊条的熔渣不具有氧化性，一旦有氢侵入熔池将很难脱出。

所以，低氢型焊条对于铁锈、油污、水分很敏感。

5.焊剂的作用有哪些？隔离空气、保护焊接区金属使其不受空气的侵害，以及进行冶金处理作用。

6.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？见课本p3 ：热源种类7.焊接电弧加热区的特点及其热分布？（详见：焊接冶金学（基本原理）p4）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。

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。