材料连接原理期末考试必背

一、填空题：

1.关于焊接方法的分类，传统意义上通常分为熔化焊、压力焊、钎焊三类。

2.焊接热源分为电弧热、电阻热、高频热源、摩擦热、等离子弧、电子束、激光束、化学

热。

3.某瞬时焊件上各点温度的分布称为温度场。

4.决定焊接热循环特征的基本参数有加热速度、最高加热温度、在相变温度以上的停留时

间、冷却速度。

5.在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例，称为熔合比。

6.焊接性的具体内容包括工艺焊接性、使用焊接性。

7.焊条药皮的作用主要有：保护作用、冶金作用、改善焊接工艺性。

8.熔渣的熔点指熔渣开始凝固的温度。

9.焊接冶金分为三个区，即药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。

10.除了焊接气氛中的氧化性气体对焊缝金属的氧化以外，活性熔渣对焊缝金属也发生氧化，

主要有扩散氧化和置换氧化两种形式。

11.影响过度系数的因素有合金元素的物理化学性质、合金元素的含量、合金剂的粒度、药

皮或焊剂的成分、药皮或焊剂的相对数量及焊接规范。

12.焊缝中的凝固结晶组织主要有柱状晶和等轴晶。由于结晶条件的不同，柱状晶可以有胞

状晶、胞状树枝晶及柱状树枝晶。

13.焊缝金属的不均匀性即为偏析。

14.不易淬火钢焊接热影响区分为熔合区、过热区、相变重结晶区、不完全重结晶区。

15.焊接热影响区的脆化类型有粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化和热应变时效脆化。

16.最典型的析出型气孔为氮气孔、氢气孔。

二、简答题：

1．试简述焊接热过程的特点？

（1）加热温度高

（2）加热的速度快

（3）高温停留的时间短

（4）自然条件下连续冷却

（5）局部加热

2.焊接热循环的特点

加热速度快、峰值温度高、冷却速度大、相变温度以上停留时间不宜控制

3.试简述用冶金方法脱硫的措施？

（1）用合金元素锰脱硫

（2）用渣中碱性氧化物脱硫

（3）增加熔渣的碱度

（4）渣中氟化钙也有利于脱硫

4.试简述不锈钢焊条药皮发红的原因？有什么解决措施？

原因：不锈钢焊芯电阻大，焊条融化系数小造成焊条融化时间长，且产生的电阻热量大，使焊条温度升高而导致药皮发红。

解决措施:调整焊条药皮配方，使焊条金属由短路过渡转化为细颗粒过渡，提高焊条的熔化系数，减少电阻热以降低焊条的表面温升。

5.试简述低氢焊条熔敷金属含氢量低的原因？

（1）药皮中不含有机物，消除了一个主要氢源

（2）药皮中加入了大量的造气剂CaCO3,降低了PH2

（3）CaF2的去氢作用

（4）焊条的烘干温度高

6.对焊接热源有哪些的共同的要求？描述焊接热源主要用什么指标？

要求：能量密度高度集中，快速实现焊接过程，并保证得到致密而强韧的焊缝和最小的焊接热影响区。

指标：①最小加热面积②最大功率密度③正常焊接工艺参数条件下的热源温度

7.直流正接为何比直流反接时焊缝金属溶氢量高？

（1）直流正接：工件接正极。直流反接：工件接负极

（2）带电质点H+在电场作用下只溶于阴极

（3）处于阴极的熔滴不仅温度高而且比表面积大，其溶氢量大于熔池处于阴极时的溶氢量

8.试简述氧对焊接质量的影响？

（1）影响焊缝机械性能：塑性、韧性下降；引起热脆、冷脆；时效硬化；

（2）影响焊缝金属的物理、化学性能，如降低导电性、导磁性、耐蚀性等；

（3）形成CO气孔；

（4）造成飞溅，影响焊接过程的稳定性；

（5）焊接过程中导致合金元素的氧化损失将恶化焊缝性能；

（6）氧在特殊情况下是有益的，如为了改善电弧特性、降低焊缝金属中的含氢量等。

9.简述氢对结构钢焊接质量的影响？

（1）氢脆（2）白点（3）气孔（4）冷裂纹（5）组织变化

10.试简述药性焊丝的特性？

（1）熔敷速度快，因而生产效率高;

（2）飞溅小;

（3）调整熔敷金属成分方便；

（4）综合成本低。

11.金属材料常见的强化方式有哪些？焊缝金属的强化通常采用哪两种方式？

各类金属材料所采用的强化方式主要由以下几种：固溶强化、细晶强化（变质处理）、冷作强化、相变强化、沉淀强化（弥散强化）。

焊缝金属的强化通常采用固溶强化、细晶强化。

12.试简述Mn、Si对焊缝金属力学性能的影响？

（1）Mn、Si使焊缝金属脱氧，提高性能；

（2）Mn、Si使焊缝金属固溶强化，提高强度；

（3）Mn、Si对焊缝金属韧性的影响与其含量有关，Mn、Si含量过低，焊缝组织出现先析铁素体而使韧性降低；Mn、Si含量过高，则因出现魏氏组织、粒状贝氏体等，亦使韧性降低；只有Mn、Si含量适中，焊缝组织为细针状铁素体，才能提高韧性。

13.试简述Mo对焊缝金属力学性能的影响？

（1）提高强度，改善韧性；

（2）Mo对焊缝金属韧性的影响与其含量有关，Mo含量过低，焊缝组织出现先析铁素体而使韧性降低；Mo含量过高，则因出现无碳贝氏体、上贝氏体板等，亦使韧性降低；只有Mo含量适中，焊缝组织为细针状铁素体，才能提高韧性；

（3）加入微量Ti，更能发挥Mo的有益作用，韧性显著提高。

14.微量Ti、B改善焊缝金属韧性的机理？

（1）Ti与O的亲和力大，形成微小颗粒状的TiO弥散分布于焊缝，使焊缝金属晶粒细化；

（2）TiO、TiN可作为针状铁素体的形核质点，在γ→α阶段促进形成针状铁素体；

（3）Ti在焊缝中保护B不被氧化，是B以原子态偏聚于γ晶界，降低了晶界能，抑制先共析铁素体的形核与生长，从而促使形成针状铁素体。

15.试分析易淬火钢热影响区中不完全淬火区的组织特点？

母材被加热到AC1~AC3温度之间的热影响区，在快速加热条件下，奥氏体化不完全，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体，在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体，原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体+铁素体的混合组织，故称不完全淬火区。

16.试简要分析易淬火钢热影响区中低于AC1以下区域的组织性能与母材焊前热处理状态的关系？

焊接时热影响区处于AC3以上的区域，与不易淬火钢的过热区和正火区相对应，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，由于这类钢的淬硬倾向较大，焊后冷却是很易得到淬火组织（马氏体），故称淬火区。在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位，由于晶粒严重粗化，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。

17.在低碳合金钢中的析出型气孔主要有哪几种？产生原因是什么？

低碳合金钢焊缝中存在的析出型气孔主要有氢气孔和氮气孔两种。

析出型气孔的产生原因：主要是高温时熔池金属中溶解了较多的气体，凝固时由于气体的溶解度突然下降，气体处于过饱和来不及逸出而引起的气孔。

18.焊接热裂纹和冷裂纹各有哪几种？

热裂纹主要有：凝固裂纹、液化裂纹、多边化裂纹、高温失塑裂纹；

冷裂纹主要有：延迟裂纹（氢致裂纹）、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹。

19.试简述液化裂纹的形成机理？

液化裂纹的形成机理是焊接时近缝区金属或焊缝层间金属，在高温下这些区域的A晶界上的低熔共晶被重新熔化，在拉应力作用下沿A晶界开裂而形成的。

20.阐述CO气孔产生的原因？

钢焊接时，钢中的氧或氧化物与碳反应后能生成大量CO：

[C]+[O]=CO (1)

[FeO]+[C]=CO+[Fe] (2)

如果这些反应发生在高温液态金属中，则由于CO完全不能溶于钢液，将以气泡的形式从熔池金属中高速上浮逸出，不易形成气孔。但当熔池冷却凝固时，由于：（1）由于铁碳合金溶质浓度在固液界面的的偏析，造成在结晶前沿和枝晶间氧化铁和碳浓度的局部增高，有利于反应（2）的进行；

（2）因为液体金属正处于凝固结晶后期，熔池金属的粘度迅速增大，导致V上浮↓；

（3）反应（2）为吸热反应，亦加快了凝固过程，使R↑。

故生成的CO气泡很难浮出，成为残留在焊缝中的CO气孔。

21.试分析预热对防止冷裂纹的作用？后热能否完全代替预热？

预热的作用：预热可以降低冷却速度，从而避免出现淬硬组织，降低残余应力，有利于扩散氢的逸出。

后热能否完全代替预热：提高后热温度，可以适当降低预热温度，对某些钢种，甚至可以完全代替预热，但对潜伏期非常短或根本无潜伏期的钢种，可能来不及进行后热就已产生了冷裂纹，故对这些钢种，后热不能完全代替预热。

22.后热的作用？后热和焊后热处理有何不同？

后热的作用：

（1）减少残余应力；

（2）改善组织，降低淬透性；

（3）消除扩散氢，但对奥氏体焊缝效果不大；

（4）适当降低预热温度或代替某些结构所需的中间热处理。

后热和焊后热处理不同：延迟裂纹有延迟期（潜伏期），在延迟期内即进行加热，可以避免出现延迟裂纹。故焊后后热有“抢时间”的问题，而焊后热处理都是为了改善接头使用性能，不存在“抢时间”的问题。

23.CO2焊接低合金钢一般配用什么类型的焊丝？试分析原因？

选用焊丝：含有较高的Mn、Si等脱氧元素的焊丝，常用如H08Mn2SiA。

原因：

（1）CO2具有较高的氧化性，一方面使焊丝中有益合金元素烧损，另一方面使熔池中[FeO]↑。

（2）如焊丝中不含脱氧元素或含量较低，导致脱氧不足，熔池结晶后期易产生CO气孔。

（3）按一定比例同时加入Mn、Si，联合脱氧效果好。

24.试分析说明钛钙型（J422）焊条与碱性低氢型（J427）焊条，在使用工艺和焊缝力学性能方面有哪些差别？

工艺性对比：

钛钙型（J422）碱性低氢型（J427）

电弧稳定性好差（含CaF2）

飞溅少（细颗粒过渡）多（短路过渡）

焊缝成型好差

脱渣性好差（渣不松脆、膨胀系数差小）

气孔敏感性小大

焊接烟尘少多

其它工艺如全位置焊接性、熔化系数等差别不大。

机械性能对比：

钛钙型（J422）：

（1）S、P、N控制较差，冷脆性、热裂纹倾向大

（2）[O]高，氧化夹杂多，韧性低

（3）[H]高，抗冷裂能力差

碱性低氢型（J427）：

（1）杂质S、P、N低

（2）[O]低，氧化夹杂少

（3）[H]低

故低氢焊条的塑性、韧性及抗裂性较酸性的钛钙型大大提高，但其焊接工艺性能较差，对于铁锈、油污、水份等很敏感。

25.为什么酸性焊条宜用锰铁脱氧？而碱性焊条宜用锰硅联合脱氧为何要控制[Mn]/[Si]比？

酸性焊条用锰铁脱氧：

[Mn]+[FeO]=[Fe]+（MnO）

酸性焊条渣中含有较多的SiO2、TiO2，它们与脱氧产物MnO生成复合物MnO.SiO2、MnO.TiO2，从而使MnO的活度减小，脱氧效果较好。

碱性焊条宜用锰硅联合脱氧：

碱性焊条渣中MnO的活度较大，不利于锰脱氧，且碱性越大，锰脱氧效果越差，故碱性焊条不宜用锰铁作脱氧剂，而同时加入锰铁时：

[Si]+2[FeO]=2[Fe]+（SiO2）

SiO2与MnO生成复合物MnO.SiO2，使MnO的活度减小，且复合物MnO.SiO2密度小、熔点低，易于上浮到渣中，故采用锰硅联合脱氧效果好。

[Mn]/[Si]比过大，出现固态MnO; [Mn]/[Si]比过小，出现固态SiO2；均会导致焊缝中夹杂物增多。只有当[Mn]/[Si]比合适时，才能形成低熔点的液态脱氧产物。

26.试分析结晶裂纹的形成机理？为什么采用CST（临界应变增长率）为判据来比较金属材料的热裂纹倾向更为合理？

从拉伸应力与脆性温度区间内被焊金属塑性变化之间的关系来说明凝固裂纹形成的条件，如图所示，是否产生凝固裂纹，取决于脆性温度区间TB 中合金所具有的最低塑性δ min 与内应变ε或应变增长率ε/T 的对比关系。当合金在脆性温度区间内的应变以直线1的斜率增长时，则其达到的内应变量ε<δmin，显然不会产生裂纹；如为直线3时，即使金属的凝固裂纹敏感性不变，但由于拘束度较大，使ε>δmin，必定要产生裂纹；如按直线2增长，则在Ts时ε=δmin，这正好是产生凝固裂纹的临界条件。此时的应变增长率称为临界应变增长率，以CST 表示，即CST=tanθ。Tanθ与材料特性有关，它综合地反映了材料凝固裂纹的敏感性。当T B一定时，δ min 越小，则tanθ越小（即CST越小），合金的凝固裂纹敏感性越大。当δ min 一定时，TB 越小，则CST 越大，材料的凝固裂越小纹敏感性越小。

不同的材料，不仅脆性温区区间TB的大小不同，最低塑形δ min 的变化也明显不同，因而产生裂纹的临界应变增长率CST 也各不相同。一般而言，TB越大，裂纹敏感性越大；但也并非必然如此，有时TB虽然较大，但塑性δ min值却不是很低，或焊缝结晶过程中所受的拘束很小，这时其CST值也不一定小。相反，若材料的凝固裂纹敏感性不变，但当拘束较大时，也会产生裂纹。

所以在考察裂纹敏感性时必须综合考虑脆性温度区间（TB）、最低塑形（δ min）及应变增长率（?ε/ ?T）的影响。根据以上分析可知，用CST 作为判据更合适，因为TB 或δ min 都不能单独用来反映材料的裂纹敏感性。这时，是否产生裂纹，可以对比实际应变增长率?ε/ ?T与临界应变增长率（CST）的大小来做出判断。为防止产生裂纹必须满足条件，即?ε/ ?T< CST

27.试分析结晶裂纹的产生条件和防治措施？

产生条件：焊缝在脆性温度区间内所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性，或者说焊缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量小于零时就会产生结晶裂纹。

防止措施：

一、冶金因素方面

1.控制焊缝中S、P、N等有害杂质的含量

2.改善焊缝凝固结晶、细化晶粒

二、工艺因素方面

1. 焊接工艺及工艺参数

熔合比：避免由母材向焊缝转移有害杂质

焊缝成型系数：过大和过小都不利于防止裂纹

冷却速度：冷却速度越大，变形速率越大，越易产生热裂纹

2.减小拘束度

合理布置焊缝：避免焊缝交叉、尽可能减小焊脚尺寸和焊道截面积

接头形式：表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝抗裂性较差

焊接次序：尽量使大

28.延迟裂纹为何易在近缝区产生？试分析防止延迟裂纹的措施？

延迟裂纹为何易在近缝区产生：

（1）一般低合金钢焊缝C低于母材，热影响区相变滞后于焊缝。

（2）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很快由焊缝越过熔合线向HAZ扩散。

（3）H在HAZ尚未分解的A中扩散速度较小，导致在熔合线附近富H。

（4）当滞后相变的HAZ中A—>M时，H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：

（1）选择抗裂性好的钢材

从冶炼技术上提高母材的性能：多元微合金化；尽可能降低钢中有害杂质（S、P、O、H、N等）

（2）焊接材料的选用

选用低氢或超低氢焊条，选用低强焊条，选用奥氏体焊条，特殊微量元素的应用

（3）选用低氢的焊接方法：CO气保护焊

焊接工艺方面：

1.合理选择焊接线能量

2.正确选择预热和后热温度

3.多层焊层间温度和时间间隔的控制

4.采用低匹配焊缝

5.合理的焊缝分布和施焊次序