焊接冶金学-材料焊接性-课后答案

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。

式中 h为板厚（mm）。
合金结构钢中，氮作为一种合金元素被广泛采用。氮 在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩大γ区。 氮能与钢中的其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化 物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高钢的屈服 点和抗脆断能力。氮的影响既决定于其含量，也决定于在 钢中存在的其他合金元素的种类和数量。Al、Ti和V等合金 元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。 因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同 时加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。
按供货状态分，强度用钢大致分为热轧与正火钢、低 碳调质钢和中碳调质钢等三类。各类的组织性能有其共同 特点，且与焊接性密切相关。介绍如下：
(1) 热轧及正火钢 屈服强度为294~490MPa，在热轧 或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。包括微合金化 控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等。这类钢广泛应用于常温 下工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机 械、桥梁、建筑结构和管线等。
此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、 Nb、B、Cu等，主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回 火稳定性。这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使
产生马氏体转变的临界冷却速率降低。低合金调质高强钢
由于含碳量低，所以淬火后得到低碳马氏体，而且发生 “自回火”现象，脆性小，具有良好的焊接性。
不同，前者是针状马氏体（孪晶马氏体），属脆硬相；后
者是低碳板条马氏体（位错马氏体），硬度虽高，但仍有 较好的韧性。
3.2 热轧及正火钢的焊接
吸收能可以反映出某一温度范围韧性急剧变化的转变 现象。当吸收能变小时，由塑性断口转变为脆性断口。脆 性断口率为零时的吸收能称为“上平台能”，上平台能一 半时的温度称为韧脆转变温度（用VTrs表示）。钢材的韧 脆转变温度越低，韧性越好。根据大量的脆性破坏事故案 例调查的结果，许多国家建议采用冲击吸收功21J或48J时 的温度作为V形缺口却贝韧性试验的特性值。

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。

（2）、工艺因素：焊接方法、焊接参数、预热、后热及焊后热处理等。
（3）结构因素：主要有焊接结构和焊接接头的设计形式。
1）其影响主要表现在热的传递和力的状态方面；
2）改善措施：减小接头刚度、减少交叉焊缝，避免焊缝过于密集以及减少造成应力集中的各种因素。
（4）焊接结构的使用条件：
焊接结构的工作温度（高温、低温）;
碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件
2）焊接冷裂纹敏感系数
(1）不仅包括了母材的化学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件的作用。
(2）根据Pc值可以通过经验公式求出斜y坡口对接裂纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预热温度To(℃):
（二）间接推算类：碳当量法、冷裂纹敏感指数Pc法、HAZ最高硬度法等
（三）使用性能试验类：力学性能试验、耐压试验等
3-2:选择或制定焊接性试验方法的原则:１)针对性与可比性原则：焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件相一致２)可靠性原则：焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性３)注意试验方法的经济性原则
To=1440 Pc-392()通常的讲就是对冷裂纹发生可能的敏感程度或指标。一般和碳当量同步的，其值越高，裂纹倾向就越大，一般碳当量公式计算结果大于等于0.45 即有冷裂纹的倾向。此外表面硬度越高，裂纹倾向也越大。
3、焊接性的试验方法分类？
焊接性试验方法分类：（一）、直接模拟试验类：１）焊接冷裂纹试验２）焊接热裂纹试验３）再热裂纹试验４）层状撕裂试验５）应力腐蚀裂纹试验６）脆性断裂试验
(二)中碳钢调质状态下焊接时的工艺特点
(1)当必须在调质状态下进行焊接时，除了裂纹外，热影响区的主要问题是：高碳马氏体引起的硬化和脆化；高温回火区软化引起的强度降低。