佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题.docx

佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 1、简述熔池运动原因及对焊接质量的影响？ 原因： 1）液态金属密度差引起自由对流运动 使液相产生对流运动。温度高的地方金属密度小，温度低的地方金属密度大。由于这种密度差将使液相从低温区向高温区流动. 2）表面张力差强迫对流运动 3） 熔池中各种机械力搅拌 电磁力、气体吹力、熔滴下落的冲击力、离于的冲击力等 对焊接质量的影响： 成分均匀；气体和渣外逸，减少气孔和夹杂；利于得到致密而性能良好的焊缝 2、为什么酸性焊条采用锰铁作脱氧剂，而碱性焊条采用锰铁、硅铁和钛铁作脱氧剂？ 3)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 4)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。 4、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。 对金属的氧化，在熔渣含Fe相同的情况下，碱度渣时焊缝含氧量比酸性时多，因为碱性渣中含SiO2，TiO2等酸性氧化物较少，Fe=的活度大，易向金属中扩散，使焊缝增氧。 (2)对金属的脱氧，对脱氧的目的是尽量减少焊缝中的含氧量，根据熔渣碱度的不同，选用不同的脱氧剂，对酸性可选用的锰铁脱氧，对酸性可选用对硅锰脱氧。 (3)对金属对脱硫。增强熔渣对碱度，可提高脱硫对能力。 (4)对金属对脱磷。增强熔渣对碱度，可减少焊缝中对含磷量，但当碱度B大于等于2.5时则影响很小，由于碱性渣中不能含有较多的FeO，否则焊缝增氧，不利于脱磷，甚至产生气孔，所以碱性渣的脱氧磷是很不理想的，酸性渣中虽然含有较多的FeO,有利于磷的氧化，但因碱度低，所以比碱性渣的脱磷能力更差。 3、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？ 1)氢脆，氢在室温附近使钢的塑性严重下降 2)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 佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 (5)对合金过度，合金元素的氧化物与熔渣的酸碱度相同时，有利于提高过度系数，性质相反则降低过度系数。 5、用H08A焊丝和HJ431埋弧焊自动焊接沸腾钢，虽然仔细除锈，但焊缝还常产生气孔，试分析原因，如何防止气孔？ E5015是碱性焊条，在碱性药皮中，除含有CaF2外还有一定量的碳酸盐，加热分解出CO2，它具有氧化性的气氛，在高温时可与氢形成OH,H2O，同时具有防止氢气孔的作用，但CO2的氧化性较强，如还原不足时，会产生CO气孔。再引弧和收弧处电流的变化程度较大，此时焊芯的电阻热较大会使药皮提前分解而增加气孔，另外在这时失去了对熔池的搅拌作用，气体不能快速从熔池中逸出。可以使用到引弧板，选择比较好的焊接参数，采用短弧焊，填满弧坑。 7、简述焊接材料中萤石的有利用作用和有害作用。 造渣。药皮中的CaF2高温可分解出氟，或者与水玻璃等化合物形成NaF、KF，再与含氢物质形成不溶于金属的HF。这样就使焊缝中的含氢量极低。所获得焊缝金属的塑性、韧性好，具有良好的抗裂性，使用于焊接重要的焊接结构和大多数的合金钢。 可发生反应：CaF2+2H= Ca+2HF，CaF2 +H2O= CaO+2HF，反映获得的产物HF是比较稳定的气体，高温时不易发生分解，也不溶于液体金属中，由于HF生成后与焊接烟尘一起挥发了,所以降低了熔池金属中的含氢量。对焊缝性能的影响：提高韧性和塑性，消除氢气孔，并抑制冷裂纹的产生，提高焊缝金属的机械性能。 8、分析焊缝和熔合区的化学不均匀性? 在熔池结晶的过程中，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，出现偏析现象。与此同时，再熔合区还出现更为明显的成分不均匀。1，显微偏析：先结晶的固相含溶质的浓度较低，后结晶的溶质浓度较高，并有较多的杂质，固相内成分来不及扩散，保持着结晶有先后所产生的化学成分不稳定性。2.区域偏析：由于柱状晶体继续长大和推移，此时会把溶质或杂沸腾钢是不完全脱氧钢，内部含氧量较高 H08A焊丝基本不含拖氧元素 HJ431焊剂是熔炼型高锰高硅低氢焊剂 采用H08A焊丝焊接时虽有HJ431焊剂保护，但母材本身含氧量过高除氧不完全,与C结合生成CO溢出形成气孔。 焊剂吸潮火不干净，焊接时覆盖不充分，熔渣粘度过大，电弧磁偏吹 措施： 焊接母材：选用含氧量低的钢材 应采取Si，Mn等脱氧元素含量较高的焊丝。 烘干焊条与焊剂受潮；改善焊剂化学成分改善粘度。 优化焊接工艺：焊接工艺参数主要有焊接电流、电压和焊接速度等。一般交流焊时比直流焊气孔倾向大，而直流反接比正接时气孔倾向小 6、某厂用E5015焊条焊接时，在引弧和弧坑处产生气孔，分析其有原因，并提出解决方法。 佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 质推向熔池中心，熔池中心的杂质浓度逐渐升高，致使最后凝固的部位产生比较严重的区域偏析。3.层状偏析：由于结晶过程放出潜热和熔滴热能输入周期性变化，致使凝固界面的液体金属成分也发生周期性的变化。 9、某厂焊接带锈低碳钢板,采用J423焊条焊接时,不出现气孔,但用E4315焊条焊接时，总出现气孔，分析其有原因。 这里出现的是CO气孔，因为J423为酸性焊条，它里面含有较多的SiO2 ，SiO2和FeO反应生成稳定的SiO2·FeO，从而降低FeO活度，所以CO气孔的倾向很小；而E4315焊条熔渣的氧化性比J423的大，随熔渣的氧化性升高，产生CO气孔的倾向也增高，H2气孔的倾向下降，但是钢板生锈，含有较多的Fe2O3和结晶水，而E4315属于碱性焊条。众所周知，碱性焊条对铁锈敏感，焊接时会出现大量的气孔。而酸性焊条对铁锈不敏感，出现气孔的几率比较小。要想用E4315焊接，必须要将焊缝周围20MM打磨干净才行。 10、试分析低合金钢焊接热影响区脆化种类及产生主要原因？ 粗晶脆化：晶粒长大受多种因素影响其中钢的化学成分，组织状态和加热温度及时间影响最大，若钢中含有碳氮化物的合金元素就会阻碍晶界迁移而有效的阻止晶粒长大，热影响区的粗晶脆化是在化学成分、组织状态不均匀的非平衡条件下形成的，而防止条件也就更加复杂，需要综合部同钢种等多方面考虑 组织脆化：它是由于HAZ出现脆硬组织造成的，根据被焊钢种的不同和韩姐冷却条件不同在HAZ可能出现不同的脆性组织。如M-A组元脆化，析出脆化和遗传脆化。对于一般低碳钢来说，由于焊接HAZ出现低碳马氏体和下贝氏体反而能够提高抗脆性能力，而高碳钢则易出现栾晶马氏体，因此焊接含碳较高的钢时，应采用较高的预热温度、焊后热处理等；实践证明低温回火可以有助于M-A组元分解改善韧性，中温回火的改善效果更显著；在焊接时保证化学、物理性质的均匀性能有效的防止脆化。当时效时间进一步增长时，新的析出物减少，原有的析出物进一步聚集，使析出物之间的距离增大使位错运动恢复从而脆化减弱 HAZ的热应变时效脆化：可分为静应变时效脆化和动应变时效脆化，热应变时效脆化多发生在低碳钢和碳锰低合金钢的Ar1以下的热影响区，当钢中含有Cr、V、Mo、AL等碳氮化合物的元素可以降低脆化倾向焊接时适当提高溶合区的转变温度也可以有效的减轻脆化倾向。 氢脆：是在室温下使钢的塑性严重下降的现象焊缝经去氢处理可使 塑性恢复。 1O、简述中碳调质钢的软化原因。 c1以下不完全淬火.加热时,表现为未完成奥氏体化的过程,碳化物不能充分溶解,的成分显著低于平衡浓度; 冷却时,未饱和的在高温分解具有较低的强度,组织产物为+粗大Fe3C和低碳分解产物 这种组织对塑性形变的抗力很小,硬度,强度都很低。 失强率： 与回火温度有关，T回越低，软化越大与焊接方法有关与焊接能量有关E软化软化软化区宽度:b 11、试述产生层状撕裂纹的原因。 佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 答：产生层状撕裂的原因：造成层状撕裂的根本原因在于钢材中存在较多的夹杂物，而在轧制过程中，扎成平行于扎向的带状夹杂物，这就造成了钢材力学性能的各向异性。 12、结晶裂纹产生主要原因有哪些？ 在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓液态薄膜，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。 产生结晶裂纹原因： 液态薄膜根本原因 拉伸应力必要条件 14、简述再热裂纹产生机理。 1）一般条件 e > ec产生裂纹 e产生裂纹的晶界微观局部的实际塑性变形量 ec：产生裂纹的晶界微观局部的最大塑性形变能力 e实际塑性应变：接头的残余应力经再加热产生应力松驰而引起，与接头的拘束度残余应力，应力集中有关。 晶界的塑性形变能力，首先取决于晶界的性质(决定着晶界的聚合强度)，同时也和晶内蠕变抗力及晶粒大小等因素有关。 晶界上杂质的偏析对晶界的聚合强度应有相当大的影响，而晶内存在沉淀相析出硬化时，必增大晶内的蠕变抗力，从而也促使塑性形变更易于集中于晶界上发展。 再热裂纹的产生与晶界和晶内的扩散过程有联系，在晶内相对强硬于晶界时，晶界扩散将占优先地位。 2）再热裂纹产生机理 a)晶内沉淀强化 具有沉淀强化的元素 Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe 焊接高温时过热区合金元素全部溶入A中，A长大. 焊后冷却速度快，合金元素以过饱和形式溶入在F中，渗碳体，一般出现在位错、空位、缺陷等处。 焊后再加热时碳化物在晶内析出，造成晶内强化，应力变形集中在晶界 b)晶界杂质析集弱化说 晶界析集P、S、 13、试述产生应力腐蚀的原因。 佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 硼化物沿晶析集 c)高温蠕变理论 蠕变定义：金属在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。 特征： 材料的应力小于材料的屈服应力 与温度有关的蠕变速度 温度升高持久强度下降 高温下，晶界强度低于晶内强度 15、对比分析热裂纹和冷裂纹特征。 主要特征： 1）再热裂纹都是发生在焊接热影响区的粗晶部位并呈晶间开裂； 2）进行消除应力处理之前焊接区存在较大的残余应力并有不同程度的应力集中，残余应力与应力集中必须通知存在，否则不会产生再热裂纹。应力集中系数K越大，产生再热裂纹所需的临界应力cr越小； 3）产生再热裂纹存在一个最敏感的温度区间，这个区间与再热温度及再热时间有关，随材料的不同而变化； 4）一定沉淀强化元素的金属材料才具有产生再热裂纹的敏感性。 产生机理： 焊后在热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。理论上产生再热裂纹的 条件可用下式表达：e>ec，e粗晶区局部晶界的实际塑性变形量；ec粗晶区局部晶界的塑性变形能力，即再热裂纹的临界塑性变形量。 16、简述层状撕裂产生原因及防止措施 产生层状撕裂的原因：造成层状撕裂的根本原因在于钢材中存在较多的夹杂物，而在轧制过程中，扎成平行于扎向的带状夹杂物，这就造成了钢材力学性能的各向异性。 防止措施： (一)选择母材 1 精炼钢 在精炼钢中减少S含量，如在冶炼中吹入钙、镁脱氧脱S，提高Z向断面收缩率，改善钢材性能 2 控制夹杂物，冶炼降低杂质，脱S加Ti、Zr或稀土元素，促夹杂物破碎、球化 (二)设计和工艺措施 接头形式在受力最小时即可防止层状撕裂，通过开坡口来减轻钢板Z向受承受的应力和应变。 1 改变接头形式、降低焊接应力 2 应应尽量避免单侧焊缝等; 3 应尽量避免承载焊缝 4 预热及后热 5 加软焊道和低强焊缝 1、试述酸性焊条和碱性焊条的工艺性能和冶金性能。 1.酸性焊条 它是药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。这类焊条的工艺性能好，其焊缝外表成形美观、波纹细密。由于药皮中含有较多的Feo、Ti02、SiO2：等成分，所以熔渣的氧化性强。酸性焊条一般均可采用交、直流电源施焊。典型的酸性焊条为E4303(J422)。 2碱性焊条 焊接时稳弧性不好只好采用直流反接进行焊接，它的脱渣性较差。它是药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。由于焊条药皮中佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 含有较多的大理石、萤石等成分，它们在焊接冶金反应中生成C02和HF，因此降低了焊缝中的含氢量。所以碱性焊条又称为低氢焊条。碱性焊条的焊缝具有较高的塑性和冲击韧度值，一般承受动裁的焊件或刚性较大的重要结构均采用碱性焊条施工。典型的碱性焊条为E5015(J507)。 2、详细论述为什么熔合区是焊接接头最薄弱的地带？ 在焊接金属凝固结晶的后期，低熔点共晶排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓“液态薄膜”，此时由于收缩而受到的拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就形成了薄弱地带。在拉伸应力作用下就有可能在这里开裂而形成结晶裂纹。产生结晶裂纹的原因就是在薄膜何在凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果，因此液态薄膜就是产生结晶裂纹的内因。 在脆性温度区间内，焊缝金属抵抗结晶裂纹的能力较弱，所以在此阶段焊缝金属稍有变形就易产生裂纹，所以金属的塑性很低。 5、分析结晶裂纹产生机理？如何防止结晶裂纹的产生？ 3、试分析低合金钢焊接热影响区脆化种类及产生主要原因？ 雷同简答10. 4、分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹的影响？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素？ 答:产生机理 (1)产生机理就在于焊缝中存在液态薄膜和焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。因此，液志落膜是产生结晶裂纹的内因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。 (2)产生结晶裂纹的条件 1)如果拉伸应力所产生的应变随温度变化时在固相线附近只产生了 e的应变量，此时焊缝仍具有相当于es的塑性储备量，即Pmin-e=es.因es>O,故此时不会产生结晶裂纹。 佳木斯大学 焊接冶金学 期末复习题 2)当拉伸应力所产生的应变，恰好等子焊缝的最低塑性值Pmin, 故es=0，即处于临界状态。 (3)当拉伸应力所产生的应变已超过捍缝金属在脆性温度区内 所具有的最低塑性Pmin,即es<0，此时将产生裂纹。 综上所述，产生结晶裂纹的条件:焊缝在脆性温度区内所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性 防止措施 1）、冶金方面 控制焊缝中有害杂质的含量 限制S、P、C含量S、P<0.03-0.04 焊丝C<0.12% (低碳钢) 焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝 改善焊缝的一次结晶 细化晶粒，加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al 2)、工艺方面） 6、一般低合金钢接，冷裂纹为什么具有延迟现象，为什么容易在焊接热影响区产生？ 熔合线 附近富 H，当滞后相变的 HAZ 中 AgtM 时，H 使以过饱和状态残留在 M 中，促使该处进 一步脆化，从而导致冷裂纹的产生。 防治措施： 冶金方面： 选择抗裂性好的钢材 从冶炼技术上提高母材的性能：多元微合金画；尽可能降低钢中有害杂质 焊接材料的选用 选用低氢或超低氢焊条：应强调焊条的烘干和防潮问题 选用低强焊条：对低碳合金钢，适当降低焊缝强度可以降低拘束应力而减轻熔合区的 负担，对防止冷裂纹有用。 选用奥氏体焊条：既可避免预热又能防止冷裂纹的产生。 特殊微量元素的应用：Te、Se、Re，Te 的降氢效果最好。 选用低氢的焊接方法：CO2 气体保护焊。 焊接工艺方面： 合理选择焊接线能量 正确选择预热和后热温度 多层焊层间温度和时间间隔的控制 采用低匹配焊缝 合理的焊缝分布和施焊次序 热影响区中的过热区晶粒严重长大，使金属的塑形、韧性急剧下降，是焊接接头中最薄弱的地带 8、论述延迟裂纹产生三大要素及相互作用关系？ 影响因素 7、一般低合金钢焊接容易产生延迟裂纹，多发生在什么部位？为什么？ 形成冷裂纹的三大要素：被焊钢材的淬硬组织、接头中的含氢量以及接头所处的拘束应 力状态。而氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间。 一般低合金钢焊缝 C 低于母材，热影响区相变滞后于焊缝。当焊缝由 A 转达变 F、P 时，H 的溶解度突然下降，且 H 在 F、P 中的扩散速度较快，导致 H 很快由焊缝越过1）钢种淬硬倾向 2）氢的作用 3）拘束度影响