焊接基本原理

焊接：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。

比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热能。

焊接温度场：焊件上包括内部某瞬时的温度分布称为温度场。

稳定温度场：焊接温度场各点的温度不随时间而变动时，称为稳定温度场；随时间而变动时，称为非稳定温度场。

准稳定温度场：经过一段时间后达到饱和状态，形成暂时稳定的温度场。

焊接线能量：电弧在单位焊缝长度上所释放的能量。

熔滴比表面积：熔滴的表面积与其质量之比.

短渣：随温度升高粘度急剧下降，随温度下降粘度急剧上升。（适用所有焊）

长渣：随温度升高粘度下降缓慢的熔渣。

联生结晶：焊接过程中，焊缝区在冷却过程中以熔合线上局部半融化的晶粒为核心内生长，生长方向为散热最快方向，最终长成柱状晶粒。晶粒前沿伸展到焊缝中心，呈柱状铸态组织，此种结晶方式为联生结晶。

竞争生长：晶粒长大具有一定结晶位向，当晶粒最大结晶位向与散热最快方向一致，最有利于晶粒长大，晶粒优先得到生长，当这两个方向不一致时，晶粒长大停止。

短段多层焊：多层焊时每道焊缝长度在50至mm，在这种情况下，前层焊缝冷却到较低温度才开始焊接下一道焊缝。

长段多层焊：多层焊时每道焊缝长度在1m以上，在这种情况下，前层焊缝冷却到较低温度才开始焊接下一道焊缝。

焊接热循环：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。

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。

焊接热影响区：在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生明显的组织和性能变化的区域，称为焊接热影响区。

焊接拘束度：R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。

焊接拘束应力：热应力、组织应力、结构自身拘束条件所造成的应力，三种应力的综合作用统称为拘束应力。

焊接的优点：成形方便、生产成本低、适应性强

1、节省材料，减轻结构重量，经济效益好；

2、生产周期短、效率高；

3、结构强度高，接头密封性好；

4、易实现机械化和自动化。

1、CO2气体保护焊接低合金钢应采用何种焊丝？为什么？

答：CO2保护可防N，但不能去O。根据硅锰联合脱氧原则应采用Si,Mn高的焊丝或药芯焊丝，以利于脱氧。

2、焊接化学冶金过程的特点是什么？

答：1、焊条熔化及熔池形成；（焊条的加热及熔化、熔池的形成）

2、焊接过程中对金属的保护；（保护的必要性、保护的方式和效果）

3、焊接化学冶金反应区及其反应条件；（药皮、熔滴和熔池反应区）

4、焊接工艺条件与化学冶金反应的关系；（熔合比与熔滴过渡特性的影响）

5、焊接化学冶金系统及其不平衡性；

3、低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？

答：低氢焊条的特点是焊缝金属含氢量极低，焊缝的塑性、韧性较高，适用于各种重要焊接结构和大多数低合金钢。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。

4、焊接时为什么要进行保护，常用措施有哪些？

答：无保护的危害：

1、焊接工艺性能变差、

2、焊缝成分显著变化（有益合金元素减少、有害杂质增加）

3、焊缝力学性能降低、

措施：1)、气体保护（惰性气体、CO2、混合气体）

2)、熔渣保护（埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接）

3)、渣气联合保护

4)、真空保护

5)、自保护

5、熔池的形状和尺寸和焊接工艺参数的关系？

答：

6、熔渣的作用

1)、机械保护作用；

2)、改善焊接工艺性能作用；

3)、冶金处理作用

7、选择脱氧剂的原则

1)、脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大；

2)、脱氧的产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属密度；

3)、必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性能的影响

8、焊接时金属氧化的途径有哪些？焊条电弧焊时熔滴过渡特性焊接区气体的来源？

答：金属氧化途径：

1、自由氧对金属的氧化、

2、CO2对金属的氧化、

3、水蒸气对金属的氧化、

4、混合气体对金属的氧化

焊接区气体的来源：

1、焊接材料、

2、热源周围空气、

3、焊条和焊件表面存在铁锈、油漆和吸附水等

4、母材和填充金属自身因冶炼而残留的气体

9、为什么不锈钢焊条的长度较短？

答：不锈钢电阻较大，焊接过程中产生的电阻热较高，导致焊条药皮发红乃至脱落，焊接区得不到保护，导致焊接工艺性能、冶金性能和机械性能变差。

10、为什么酸性焊条用Mn脱氧而碱性焊条用Si、Mn、Ti联合脱氧？

答：酸性焊条含SiO2多，与MnO2形成复合氧化物降低氧含量，使渣中MnO2含量降低，浓度降低，从而使熔敷金属中的氧化物向渣中过度，达到脱氧目的。

在碱性渣中MnO的活度系数较大，不利于Mn脱氧，而碱性渣中Si的脱氧效果较好，Si的脱氧能力比Mn大，但生成的SiO2熔点高，不易聚合为大的质点，不易从钢中分离易造成夹杂，Mn和Si按适当比例加入金属中进行联合脱氧时可以得到较好的脱氧效果。

11、S、P对焊接质量的危害？控制措施？为什么碱性渣有利于脱S、P。

答：

S的危害：降低冲击韧性和抗腐蚀性、产生结晶裂纹倾向更大。

措施：1)、限制焊接材料含S量：母材、焊丝、药皮或焊剂

2)、用冶金方法脱S

P的危害：减弱晶粒间结合力、冲击韧度降低、脆性转变温度升高。

措施：限制母材、填充金属、药皮和焊剂中的含P量。（药皮和焊剂中的锰矿是导致焊缝增磷的主要来源）

脱S：碱度大，则MnO、CaO等碱性氧化物就多，从而与系统中的S形成CaS等不溶于钢液的物质，有利于脱S。

脱P:增加熔渣的碱性可减少焊缝中的含P量。

12、N、H、O对焊接质量有哪些影响？控制焊缝中N、H、O量的主要措施是什么？

答：N促使焊缝产生气孔、促使焊缝金属时效脆化、提高焊缝金属强度、降低塑性韧性。

措施：1、焊接区的保护（主要来源于周围的空气）

2、焊接工艺参数（尽量采用短弧焊、增加焊接电流和焊丝直径）

3、合金元素（增加焊丝和药皮中的含C量可降低焊缝中的含N量）

H对焊缝的影响：氢脆（室温或低于室温发生）、白点（鱼眼）、气孔、冷裂纹。

措施：

1、减少氢的来源（限制焊接材料中的H、清除气体中的水份、清除焊件表面的油污和杂质）

2、焊接过程中利用冶金加以去除（药皮焊剂中加入氟化物、加入稀土）3、工艺处理

4、焊后脱氢处理

O对焊缝的影响：随着含氧量的增加，其强度、塑性、韧性都明显下降、引起热脆、冷脆和时效硬化、形成气孔、影响焊接过程的稳定性。（为了减少焊缝含氢量，改进电弧特性有时故意加入一定量的氧化剂）

措施：1、纯化焊接材料

2、控制焊接工艺参数

3、脱氧

13、手工电弧焊冶金过程分几个阶段，个反应阶段条件有何不同，主要进行哪些物理化学反应？

答：1、药皮反应区，主要物化反应：水分的蒸发、某些物质的分解、铁合金的氧化。

2、熔滴反应区，特点：熔滴温度高、接触面积大、时间短、熔滴与熔渣发生强烈混合。

主要反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化还原。

3、熔池反应区：温度高，接触面积小、时间长、熔池温度分布不均匀。

14、焊条型号牌号，如EJ

答：第三位数表示焊条焊接位置，

0、

1用于全位置焊；

2适用于平焊及横角焊；

4用于向下立焊。

E:焊条型号，熔敷金属的最低抗拉强度为MPa，适用于全位置焊的焊条。

J:焊条牌号，熔敷金属抗拉强度不低于MPa的结构钢焊条。

15、药皮的作用：

1、机械保护作用

2、冶金处理作用

3、改善工艺性能。

16、焊芯的作用：导电、填充金属。

17、焊芯的要求：

1、碳含量尽量低

2、锰的含量合适

3、硅含量尽可能少

4、硫、磷严格控制

5、电阻率低，夹杂物少。

18、焊条的工艺性能包括哪些方面，对焊接质量有何影响？

答：1、焊接电弧的稳定：影响焊接过程的连续性和焊接质量。

2、焊缝形成：影响焊接接头的力学性能。

3、各种位置焊接的适应性：工艺性能良好的焊条能适应空间全位置焊接。

4、飞溅：过多的飞溅会破坏正常焊接过程，降低焊条的熔敷效率，增加清理工作量。

5、脱渣性：脱渣性差不仅清渣困难，降低焊接生产率，还会产生夹渣的缺陷。

6、焊条熔化速度：加入铁粉，可以提高焊条的熔化系数。

7、焊条药皮发红：药皮发红引起焊接工艺性能恶化，严重影响焊接质量。

8、焊接烟尘：烟尘含有各种致毒物质，污染环境，危害焊工健康。

19、焊缝中的气孔的种类及分布特征？

答：析出型气孔：氢气孔、氮气孔

氢气孔：焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈圆喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。

氮气孔：焊缝表面，蜂窝状，表面光滑。

反应型气孔：CO气孔

CO气孔：焊缝内部，条虫状，表面光滑。

20、熔池的凝固特点？

答：1、熔池体积小，冷却速度大；

2、熔池中的液态金属处于过热状态；

3、熔池是在运动状态下结晶。

21、焊缝金属中的偏析主要有哪几种？

答：焊缝中的化学成分不均匀性：

1、显微偏析；

2、区域偏析；3、层状偏析。

22、稀土元素在焊接冶金过程中的作用？

答：1、脱氧、脱氢、脱氮；

2、改变夹渣物形态，提高焊缝性能

3、减少裂纹

4、细化晶粒，提高接头强度和塑性。

23、简述熔池结晶形态，并分析结晶速度、温度梯度和浓度对结晶形态的影响？

答：结晶形态分为柱状晶（平面晶、胞晶、树枝状晶）、等轴晶（树枝状晶）。

平面晶胞状晶胞状树枝晶树枝状晶等轴晶

R为结晶速速；为溶质浓度；

G为温度梯度：G0时形成平面晶；G0时形成树枝状晶。

当R和G不变时，随着的提高，成分过冷增加，结晶形态从平面晶到等轴晶。

当G和一定时，结晶速度R越快，成分过冷的程度越大，结晶形态从平面晶到等轴晶。

当和R一定时，随着G的提高，成分过冷程度减小，结晶形态从等轴晶到平面晶。

24、焊缝金属中夹杂主要有哪几种，如何控制？

答:夹杂主要为：氧化物、氮化物和硫化物。

措施：1、最重要是正确选择焊条、焊剂，使之更好的脱硫、脱氧；

2、控制其来源，严格控制母材和焊材中杂质含量；

3、选用合适的焊接工艺参数，以利于熔渣浮出；

4、多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣；

5、焊条要适当的摆动，以便熔渣浮出；

6、操作时注意保护熔池，防止空气进入。

25、焊缝中的气孔的危害及控制措施？

答:气孔的危害：

1、减小有效截面积；

2、应力集中；

3、塑形韧性下降；

4、疲劳强度下降；

5、致密性。

措施：1、降低母材和电极金属中气体含量；

2、消除和减少被金属吸收的气体和焊接材料中的水分，表面油污、水分和铁锈等。

3、选择合适的焊接工艺参数、电流种类及操作技巧。焊接时规范要保持稳定，并适当配合摆动，利于气体逸出。

26、由焊缝边缘到焊缝中心，结晶形态变化趋势？

答：R和增大，G减小，结晶形态由平面晶到等轴晶。

27、焊接热过程的主要特点是什么？

答:1、加热温度高；

2、加热速度快；

3、高温停留时间短；

4、自然条件下连续冷却；

5、局部加热。

28、焊接热循环的主要参数有哪些？

答：1、加热速度；

2、加热的最高温度；

3、在相变温度以上的停留时间；

4、冷却速度和冷却时间。

29、热影响区过热区脆化的原因？

答：1、粗晶脆化：焊接过程中由于受热的影响程度不同，在过热区发生严重的晶粒粗化。

2、组织脆化：由于热影响区出现M-A组元、上贝氏体、粗大魏氏体等脆性组织造成。

3、热影响区的热应变时效脆化：由加工的局部应变、塑性变形等引起。

30、对于易淬火钢，为了降低HAZ淬硬倾向，应适当增加焊接线能量还是减少焊接线能量？

答：适当增加焊接线能量。易淬火钢易产生淬硬的M组织，而M组织的形成和冷却速度有关，冷却速度越慢形成M组织可能性越小。适当增加能量，有利于减缓冷却速度，阻止M淬硬组织的形成，降低HAZ淬硬倾向。（对于不易淬火钢：应适当减少焊接线能量。不易淬火钢产生淬硬倾向的原因是近缝区晶粒过热粗大造成，适当减少能量有利于减少近缝区晶粒在高温的停留时间，减小晶粒粗化程度，降低HAZ淬硬倾向。）

31、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？

答：

32、不易淬火钢和易淬火钢HAZ脆化的主要原因分别是什么？

答：

33、比较在相同条件下焊接和热处理45钢，哪种的近缝区淬硬倾向大，

为什么？

答：焊接的大。对于不含碳化物合金元素的不易淬火钢45钢，不存在碳化物溶解过程，不易形成淬硬组织M，因此热处理淬硬倾向小；在焊接条件下，峰值温度高导致近缝区晶粒严重粗化，提高了淬硬倾向，故淬硬倾向焊接比热处理条件下要大。

34、比较在相同条件下焊接和热处理40Cr钢，哪种的近缝区淬硬倾向大，

为什么？

答：热处理的大。根据金属学原理可知，碳化物合金元素只有充分溶解在奥氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性，易形成淬硬组织M,即增加淬硬倾向。在热处理条件下，有充分的时间使碳化物合金元素向奥氏体内部溶解，形成淬硬组织M。而在焊接条件下，由于加热速度快，高温停留时间短，合金元素不能充分溶解在奥氏体中，不易形成淬硬组织M,因此降低了淬硬倾向。

34、为什么高强钢焊接时易在近缝区产生冷裂纹？

答：高碳钢的碳当量高，淬硬倾向大，因而冷裂纹倾向大。

由于焊缝金属的含碳量低，相变温度高，在较高的温度下会发生A向F及P的转变，而此时含碳量较高的近缝区金属仍为A组织，H在F、P中的溶解度小扩散速度大，在A中溶解度大扩散速度小，故当焊缝相变时会析出大量H往A的近缝区扩散聚集，使其成为富H区，在随后的相变中，以过饱和状态残留于形成的M中，促进该区脆化，在焊接应力作用下开裂成为裂纹。(P)

35、结晶裂纹的主要特征？他是如何产生的？影响因素及控制施？

答：特征：低熔共晶液态膜消弱晶间联结，在拉伸应力作用下开裂；沿A晶界开裂；

产生：由于凝固金属收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂。

措施：1、控制焊缝中有害杂质的含量；细化晶粒；

2、减少拉应力；

3、妥善安排焊接次序；

36、冷裂纹的主要特征？他是如何产生的？影响因素及控制措施？

答：特征：1、晶间断裂、穿晶断裂、晶间和穿晶混合断裂；

2、断口具有金属光泽的脆性断裂特征；

产生：焊后冷至较低温度产生；M转变温度附近由于拘束应力、淬硬组织和H的共同作用下产生。

影响因素：1、化学成分：C越大，缝越大；

2、拘束应力：板厚越大，拘束度越大；

3、焊接工艺；

措施：提高强度同时，要有足够韧性；低氢；

37、为什么延迟裂纹形成于HAZ?

答：延迟裂纹主要与钢种的淬硬倾向、焊接接头的应力状态和熔敷金属中的扩散氢的含量有关。

热影响区中的过热区晶粒严重长大，使金属的塑性、韧性急剧降低，是焊接接头中最薄弱的地带。