材料连接原理考研必背
更新时间:2023-07-24 08:01:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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1.试简述焊条的工艺性能?
焊接电弧的稳定性;焊缝成型;各种位置焊接的适应性;飞溅;脱渣性;焊条熔化速度;焊条药皮发红;焊接烟尘。
2.试简述药芯焊丝的特性?
(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面;
(4) 综合成本低。
3.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,清除了一个主要氢源;
(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。
4.试简述不锈钢焊条药皮发红的原因?有什么解决措施?
药皮发红的原因:不锈钢寒心电阻大,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,提高焊条的融化系数,减少电阻热以降低焊条的表面升温。
5.CO2焊接低合金钢一般选用何种焊丝?试分析其原因?
答:应选用Si、Mn等脱氧元素含量较高的焊丝,常用的如:H08Mn2SiA。
(1)CO2具有较强的氧化性,一方面使焊丝中有益的合金元素烧损,另一方面使熔池中[FeO]含量升高。
(2)如焊丝中不含脱氧元素或含量较低,导致脱氧不足,熔池结晶后极易产生CO气孔。
(3)按一定比例同时加入Mn、Si联合脱氧,效果较好。
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6.试分析说明钛钙型(J422)焊条与碱性低氢型(J507)焊条,在使用工艺性和焊缝力学性能方面有哪些差别?
工艺性对比
其他工艺性能如全位置焊接性,融化系数等差别不大
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(J507)
(1) 杂质S、P、N低
(2) [O]低,氧化夹杂少
(3) [H]低
故低氢型焊条的塑性,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。
7熔合比的表达式和影响因素?多层焊时,如果各层间的熔合比是固定的 ,试推导第n层金属的成分。(考研试题)
在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比θ。
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θ=(Cw-Cd)/(Cb-Cd)
Cw——焊缝金属中合金元素的实际浓度
Cb——该元素在母材中的质量百分浓度
Cd——熔敷金属中该元素的质量百分浓度。
影响因素:
焊接方法、焊接工艺参数、接头尺寸形状、坡口形状、焊道数目及母材的热物理性质、焊接材料种类、焊条(焊丝)的倾角等。
因为 C1=θCb +(1-θ) Cd
C2=θC1+(1-θ) Cd= C3=Θc2+(1-θ) Cd= Cn=Cb+(1-)Cd
Cb+(1-)Cd Cb+(1-Cb+(1-)Cd )Cd 即第n层金属的成分为Cn=
8、直流正接为何比直流反接时焊缝金属熔氢量高?
(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比表面积大,其溶氢量大于熔池处于阴极时的溶氢量。
9、简述氮对低碳合金钢焊缝金属性能的影响?
1、N引起焊缝金属时效脆化,使焊缝金属强度提高,塑性、韧性降低,尤其是低温韧性;
2、使焊缝金属产生时效脆化。
3、促使焊缝产生氮气孔;
4、N有时是有益的,但必须有弥散强化元素存在并在正火条件下使用。
10、试简述氢对结构钢焊接质量的影响?
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氢脆;白点;气孔;冷裂纹;组织变化。
11.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;引起热能、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接性能;
(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。
12.为什么碱性焊条对铁锈和氧化皮的敏感性大?而碱性焊条焊缝含氢量比酸性焊条低?
碱性焊条熔渣中含SiO2、TiO2等酸性氧化物较少,FeO的活度大,易向焊缝金属扩散,是焊缝增氧。因此在碱性焊条药皮中一般不加入含FeO的物质,并要求清除焊件表面的铁锈和氧化皮,否则不仅会增加焊缝中的氧,还可能产生气孔等缺陷,所以碱性焊条对铁锈和氧化皮的敏感性大。
碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条低,是因为碱性焊条的药皮氧化势小的缘故。
13.用某两种焊条焊接,焊条中含硫量相同。为什么焊后渣为碱性的焊缝含硫量小于渣为酸性的焊缝含硫量?
碱性渣中碱性氧化物的活度大,而碱性氧化物有利于脱硫:
[FeS]+(CaO)= [CaS]+(FeO)
[FeS]+(MnO)= [MnS]+(FeO)
故渣为碱性的焊缝含硫量小于渣为酸性的焊缝含硫量。
14.试以硅的沉淀脱氧为例,叙述提高脱氧效果的途径?
答:(1)硅的百分含量升高,氧化亚铁的百分含量降低
(2)B增加和减少渣中的二氧化硅,二氧化硅的百分含量降低,氧化亚铁的百分含量降低
(3)温度降低,反应向右进行,氧化亚铁的百分含量降低
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15.为何酸性焊条宜用锰铁脱氧?而碱性焊条宜用硅锰联合脱氧?为什么要控制W[Mn]/W[Si]的比值?
增加锰在金属中的含量,或减少MnO的活度,都可以提高脱氧效果。
酸性焊条宜用锰铁脱氧: [Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO),在酸性渣中含SiO2和TiO2较多,脱氧产物转化为MnO·SiO2和MnO·TiO2复合物,减少了MnO的活度系数,提高了脱氧效果。
碱性焊条宜用硅锰联合脱氧:在碱性渣中MnO活度系数较大,不利于Mn的脱氧,而且碱度越大,脱氧效果越差。故碱性焊条不宜用锰铁脱氧。
[Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2),SiO2与MnO生成复合物MnO·SiO2,使MnO活度系数降低。而MnO·SiO2密度小、熔点低,易易于上浮到渣中,故碱性焊条宜用硅锰联合脱氧。
W[Mn]/W[Si]过大,出现固态MnO;W[Mn]/W[Si]过小,出现固态SiO2;均会导致焊缝中夹杂物过多,只有W[Mn]/W[Si]合理时,才会生成低熔点的不饱和液态硅酸盐,使焊缝中的含氧量降低。
16.试简述用冶金方法脱硫的措施
答:(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
17.酸型焊条熔敷金属为何氧含量较高?
答:(1)酸型焊条采用锰脱氧不如碱性焊条锰硅联合脱氧效果好
(2)酸型焊条碱度B小,有利于渗硅反应的进行,使焊缝含氧较高
(3)酸型焊条为了控氢的目的,导致焊缝含氧
18.手工电弧焊接厚12mm的MnMoNbB钢,焊接线能量E=2kj/cm,预热温度为50度,求t8/5?附λ=0.29J/(cms℃) CP=6.7 J/(cms℃)
cr 0.73cm 1.2cm 0.75 cr 0.55cm,
t +)=0.98s2500-T0800-T0
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19.从传热学角度说明临界板厚δcr的概念?某16Mn钢焊件,采用手工电弧焊,能量E=15KJ/cm求δcr?
由传热学理论知道:在线能量一定的情况下,板厚增加冷却速度Wc增大,冷却时间t8/5变短,当板厚增加到一定程度时,则Wc和t8/5不再变化,此时板厚即为临界板厚δcr。
cr 1.95cm
20.试简述接头偏析的种类和产生原因?
答:显微偏析:由于结晶有先后所产生的微观区域化学成分的不均匀性。
区域偏析:由于结晶有先后所产生的宏观区域化学成分的不均匀性,一般在
焊接熔池的最后凝固部位由于杂质浓度升高产生区域偏析。
层状偏析:由于结晶过程周期性变化而引起的化学成分分布不均匀所造成。 熔合线偏析:焊接过程中由于焊接热作用使熔合线附近产生碳和合金元素浓
度明显变化的现象,形成熔合线偏析。
21.简述焊接熔池的凝固特点?
答:1,熔池体积小,加热温度高,冷却速度快;
2,热源移动结晶过程连续进行并随熔池前进;
,3,液态金属中不同部位其温度不均匀性巨大,中心过热;
,4,原始成分不均匀,因熔池存在时间短而来不及均匀化。
22焊接热循环与热处理相比有何特点?试用这些特点分别比较45钢和40Cr在热处理条件下近缝区的淬透性大小?
焊接热循环特点:①加热温度高 ②加热速度快 ③高温停留时间短④自然冷却 ⑤局部加热
淬透性比较:45钢------焊接条件下近缝区的淬透性大于热处理的淬透性,40Cr------相反
45钢由于不含碳化物形成元素,焊接条件下近缝区峰值温度高,使奥氏体晶粒
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粗化,增大奥氏体稳定性,故淬透性和热处理相比反而大。40Cr在焊接快速加热条件下,高温停留时间短,碳化物形成元素不能充分溶解到奥氏体中,奥氏体的稳定化程度不如热处理条件,故淬透性小。
23 简要说明不易淬火钢和易淬火钢粗晶区的组织特点和对性能的影响? 答: 不易淬火钢 :
组织特点:晶粒粗大,易出现魏氏组织
性 能:塑性,韧性低,易产生脆化和裂纹
易淬火钢:
组织特点:粗大的马氏体
性 能:该区脆硬,易产生延迟裂纹
24.试分析钢种淬硬倾向的影响因素?用什么指标来衡量高强钢的淬硬倾向比较合理?
(1)化学成分:碳当量升高,淬硬倾向升高
(2)冷却条件:t8/5降低,淬硬倾向升高
用HAZ的最高硬度Hmax来评定钢的淬硬倾向比较合理,因为它综合反映了化学成分和冷却条件的影响。
25试简述焊接HAZ区韧化的途径有哪些?
(1) 控制组织:在组织上能获得低碳马氏体、下贝氏体和针状铁素体等韧性较好的组织。
(2) 合理制定焊接工艺,正确地选择焊接线能量和预热,后热温度,既不致过热脆化,又不致淬硬脆化。
(3) 采用焊接后热处理来接头的韧性。
(4) 研制发展新的钢种,进一步细化品粒,降低钢中的杂质S、P、O、N等的含量,使钢材的韧性大为提高,也提高了焊接HAZ的韧性。
26、试分析不易淬火钢热影响区中正火区的组织特点?
该区的母材金属被加热到Tg—AC3温度范围,铁素体和珠光体将发生重结晶,全部转变为奥氏体,形成的奥氏体晶粒尺寸小于原铁素体和珠光体,然后在空气中冷却就会得到均匀而细小的珠光体和铁素体,相当于热处理时的正火组
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织,故亦称正火区。
27、试分析不易淬火钢热影响区中不完全重结晶区的组织特点?
焊接时处于AC1—AC3之间范围内的热影响区属于不完全重结晶区。因为处于AC1—AC3范围内只有一部分组织发生了相变重结晶过程,成为晶粒细小的铁素体和珠光体,而另一部分是始终未能溶入奥氏体的剩余铁素体,由于未经重结晶仍保留粗大晶粒。所以,此区特点是晶粒大小不一,组织不均匀。
28.试分析易淬火钢热影响区中完全淬火区的组织特点?
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,焊后冷却时很易得到淬火组织(马氏体),故称淬火区。在紧靠焊缝相当于低碳钢的过热区的部位,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。
29.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。
30.低合金高强钢HAZ最常见缺陷之一为脆化,试问:脆化种类?M-A脆化特点?热应变时效脆化一般易在焊接接头的哪些部位产生?
1. 脆化种类:粗晶脆化,组织脆化(M-A脆化、析出脆化、遗传脆化),热应变时效脆化,石墨脆化等。
2. M-A脆化特点:
1)M-A脆化与钢种合金化程度有关
2)M-A脆化只有在中等冷速下产生。冷速越快,残余A全部转变为片状M;冷却过慢,残余A分解为F+Fe3C.
3)M-A组元中的孪晶M脆性大,显微裂纹易在M-A组元边界扩展。
3. 热应变时效脆化产生的部位:
单道焊时易在Ar1以下的亚热影响区出现;
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多道焊时易在熔合区出现。
31.试分析如何控制低合金高强度刚焊接HAZ的韧性?
(1)控制组织:在组织上能获得低碳马氏体、下贝氏体和针状铁素体等韧性较好的组织。
(2)合理制定焊接工艺,正确地选择焊接线能量和预热、后热温度,既不致过热脆化,又不致淬硬脆化。
(3)采用焊后热处理来改善接头的韧性。
(4)研制反战新的钢种,进一步细化晶粒,降低钢中的杂质S、P、O、N等的含量,使钢材的韧性大为提高,也提高了焊接HAZ的韧性。
32.在低碳低合金钢中的析出型气孔有哪几种?产生的原因是什么?
低碳低合金钢焊缝中存在的析出型气孔主要有氧气空和氮气孔两种。
析出型气孔的原因: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下降,气体处于饱和来不及逸出,而引起的气孔。
33.简述CO气体的产生原因?
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。
34.有一种碱性焊条(J507),在出厂检验时,焊缝中没有气孔,但在产品施工
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焊接时,发现焊缝中有大量气孔,分析可能那些原因导致气孔?
(1)焊件清理不充分,存在铁锈,氧化铁皮,油污和水分等杂质。
(2)焊条受潮或烘干不足,烘干后放置时间过长等。
(3)焊接规范不当,如电压过高,焊速过快,电弧不稳等。
(4)电流极性不合理,直流正接较反接是气孔倾向大。
考研选做题
某厂制造压力容器,钢材为14MnMoVN钢,壁厚15mm采用手工焊
(1) 焊接线能量E=10KJ/cm,根据理论公式计算t8/5。
(2) 计算碳当量及HAZ的最大硬度Hmax。
(3) 如何把Hmax降至300HV以下?
35、试简述在什么条件下,氢致裂纹也会在焊缝中产生?
焊缝合金成分复杂的超高强度钢和异种钢焊接时,热影响区的转变先于焊缝,因而氢就相反地从HAZ向焊缝扩散,如果焊缝出现淬硬组织,此时,氢致裂纹就会在焊缝中产生。
36、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。
37、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?
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很快由焊缝越过熔合线附近富H,当滞后相变的HAZ中A—>M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:
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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:多元微合金画;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: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。
(3)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
38、焊接接头中出现冷裂纹(延迟裂纹)主要与哪些因素有关?通常将工件预热到一定温度可以防止产生冷裂纹,试分析预热的作用?
延迟裂纹的影响因素:钢种的淬硬倾向、焊接接头的含氧量及其分布、接头所受的拘束应力状态。
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。
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