焊接冶金学 各章重点、难点及作业

0 绪论

思考题

1.了解焊接温度场。

焊接温度场－焊接时焊件上（包括内部）某瞬时的温度分布称为“温度场”。

等温线及等温面。从各种焊接方法的能量集中程度可以了解不同方法的温度场差异，从而知道采用不同方法的温度场 分布情况和最高峰值温度，从而知道方法由于这个不同造成组织和性能也不同。

2. 影响温度场的主要物理因素。

主要是热导率、表面散热系数 （比热容及体积比热容）

热导率大，金属通过传导传热的能力强，那热量会更快地传导给熔池附近金属，因此温度场范围更大、但峰值温度更低。

对薄板而言，由于传导传热散失的热量少、且由于熔池附近金属的质量小而包容的热量也小，因此薄板散热不如厚板，此时通过金属表面与介质热交换的作用就更明显或起主要作用。因此对于薄板，表面散热系数大，散热快，温度场范围小且峰值温度也小。

影响温度场除这几个物理参数外，还有焊件结构（坡口焊还是表面堆焊、对接还是角接）、母材壁厚等有较大影响

3.为什么实际焊接中多采用多层多道焊？

在多层多道焊时，可能保证第一道的冷却速度一开始就不降至马氏体生成温度以下（一般均是在第一道焊缝前采用预热手段保证冷却速度不至于太大造成生成马氏体等淬硬组织），再随多道焊接的完成相对缓慢下降，这有利于产生贝氏体组织代替马氏体。且后层（道）焊缝对前层（道）焊缝具有热处理的作用，相当于对前层（道）焊缝进行了一次正火处理，因而改善了二次组织。而在焊接最后一道焊缝 时，由于预热的结果，有利于其冷却速率的降低。对第一道及最后一道焊缝（同样也适用于中间各焊道），其奥氏体化时间相对均很小，避免了不良的晶粒粗化。所焊后焊缝塑性高、且不易产生裂纹等缺陷。但这时需控制层间温度，层间温度过高，冷却速度太小而造成晶粒处于高温的时间太长而晶粒长大明显，相反冲击韧性下降。

4.工艺焊道及工艺焊道的作用。

工艺焊道是指在完成最后的焊接后在最后焊道上再加焊一道焊缝，起到对焊缝的最后一道焊缝退火的作用。

工艺焊道一般在焊接接头不进行热处理的情况下、而为避免在焊后出现裂纹而采用的一种工艺措施。因为多层多道焊情况下，后一道焊缝对前道焊缝有退火的作用，而最后一道焊缝没有进行类似的处理，其可能会产生马氏体等淬硬组织带来裂纹的倾向增大，因此工艺焊道的目的就是起对最后一段焊缝退火的目的。一般在焊后接头冷却到一定温度需将工艺焊缝去除（采用机械手段，不能采用热加工手段），焊缝表面需修磨光滑。

第一章 焊接化学冶金

思考题：

1. 碱性渣对工件表面的铁锈和氧化皮敏感的原因？ 2. 硫、磷的危害和控制措施。

3.合金元素过渡的方式？影响合金元素的因素。

4. 焊接电流、电弧电压、焊接速度对熔池形状的影响，即对焊缝熔宽、熔深的影响，从而知道焊缝成形系数的概念、熔合比的概念。

5.氮、氧、氢对金属的作用，特别是氢的作用。 6.熔渣的碱度、粘度和表面张力。（熔点不做太多的了解，因为我们 一般不做焊条）

7.焊缝金属中脱氧方式。主要知道一般采用硅锰两种元素是最常用的脱氧元素、Mn/Si的大概值、及其在这个值期间脱氧的效果。 8.硫、磷的危害和控制措施。

9. 合金元素的过渡方式和优缺点、知道合金元素过渡系数的概念、影响过渡系数的因素

作业题：

1．总结焊接材料质量管理 JB/T3223对焊接材料烘干、保存、库房温湿度要求等要点。 2．根据GB/T3965《熔敷金属中扩散氢测定方法》制定甘油法测量扩散氢的试验步骤。

这个问题同学可以相互讨论，可以是相同的回答。

3.焊条烘干的主要目的？焊条烘干温度为什么有碱性焊条350－400℃和酸性100－150℃的要求？ 4．实际焊接中减少焊缝金属中扩散氢含量的主要措施？

1. 碱性渣对工件表面的铁锈和氧化皮敏感的原因？ 这个考简答题。 2. 硫、磷的危害和控制措施。 这个考简答题。

3.合金元素过渡的方式？影响合金元素的因素。 填空题

4. 焊接电流、电弧电压、焊接速度对熔池形状的影响，即对焊缝熔宽、熔深的影响，从而知道焊缝成形系数的概念、熔合比的概念。

前面做判断题、后面出一个图叫同学给出焊缝成形系数、熔合比的计算式。 5.氮、氧、氢对金属的作用，特别是氢的作用。问答题或简单题。 6.熔渣的碱度、粘度和表面张力。（熔点不做太多的了解，因为我们 一般不做焊条） 不考，了解就行

7.焊缝金属中脱氧方式。主要知道一般采用硅锰两种元素是最常用的脱氧元素、Mn/Si的大概值、及其在这个值期间脱氧的效果。 不考，了解

8.硫、磷的危害和控制措施。 问答题或简单题

9.合金元素过渡的方式？影响合金元素的因素。 不考，了解

小结：

整个第二章的内容主要讲的是焊接化学冶金反应，主要从热力学的角度讲解反应的方式、反应的动力学，对焊接材料开发具有很大的指导意义。但做为一般焊接技术员，需要着重了解：

1、 焊接过程中气体的来源？

焊接材料（药皮、焊剂、保护气体）、空气、焊丝及母材表面的杂质、高温蒸发产生的金属蒸汽。

2、 焊接区内气体成份？

酸性焊条：主要是CO、H2、H2O，少量的CO2、O2、N2。 碱性焊条：主要是CO、CO2，含H2、H2O很少。 埋弧焊： 主要是CO、H2，含O2、N2、H2O很少。

3、 焊接电流、电弧电压、焊接速度对熔池形状的影响，即对焊缝熔宽、熔深的影响，从而

知道焊缝成形系数的概念、熔合比的概念。 I↑，H↑，B↓；U↑，H↓，B↑。

焊接速度没有影响。

焊缝成型系数是指焊缝 宽度与熔深之比。（对接焊缝和角焊缝都画了） 熔合比指母材金属在焊缝金属中所占比例。

机械工业出版社 《焊接技术问答》徐初雄2003年第1版

熔焊时，在热源的作用下，母材金属发生了局部熔化，形成具有一定几何形状的液体金属部分，叫焊接熔池。

焊接熔池的形状由熔池长度L、最大熔池宽度Bmax、和最大熔池深度Hmax表示。其尺寸数值决定于焊接热输入。（见其表1－7）由表可知，焊接熔池的几何尺寸主要决定于焊接热输入和焊接速度。焊接热输入增加时（IU），焊接熔池的各几何尺寸均相应增加；焊接速度增加时，焊接熔池的各几何尺寸相应减小。

表1－7 焊接熔池的几何尺寸

焊接热输入q/J 焊接速度v/(cm/s) 熔池体积Vm/cm3 熔池长度L/cm 最大熔池宽度Bmax/cm 最大熔池深度Hmax/cm 418 0.071 0.0035 0.238 0.236 0.118 4180 0.077 1.22 1.84 1.58 0.79 4180 1 0.127 1.409 0.59 0.29 41800 1 13.1 13.107 1.95 0.974 41800 10 1.32 12.93 0.62 0.31 4180 10 0.0131 1.311 0.195 0.097 4、 氮、氧、氢对金属的作用，特别是氢的作用。

(1) 氧 以原子氧或氧化亚铁的形式存在于液态金属中。

强度、硬度、塑性、韧性明显下降。此外，氧还引起红脆、冷脆和时效硬化，降低焊焊缝的导电性、导磁性、抗腐蚀性。与C结形成CO气孔、烧损有益合金元素。 最好的办法是在 熔滴和熔池金属中脱氧。

(2) 氮 主要来自于焊接区周围的空气。提高焊缝强度，但降低塑性和韧性，并且是焊缝

中产生气孔的主要原因之一。

主要是加强对焊接区的保护，杜绝空气的进入。

(3) 氢 主要来自于焊条药皮、焊剂中的水份、药皮中的有机物、母材金属和焊比表面上

的污物（铁锈、油污）、空气中的水份等。氢会引起焊缝金属的塑性严重下降，引起气孔和延迟裂纹的主要因素和白点。

主要措施是焊烘干焊条和焊剂、消除焊件、焊丝表面的杂质、利用熔滴和熔池中的冶金反应去氢、以及焊后对焊件进行脱氢处理。 5、 常用保护方式？各种焊接方法的主要保护方式？

A：气保护 B：渣保护 C：气－渣联合保护。 焊条电弧焊、埋弧焊：气－渣联合保护 气体保护焊（TIG、MIG、MAG）、气焊、等离子、激光焊：气保护 电渣焊：渣保护 6、 熔渣的碱度？

碱度－熔渣中碱性氧化物质量分数的总和与酸性氧化物质量分数的总和的比值，叫焊接熔渣的碱度B。但其修正值B1更常用也更准确。见式1－36 7、 什么是长渣和短渣？

焊接熔渣的粘度与温度有关。焊接熔池在凝固过程中，粘度会逐渐增加。根据冷却时熔渣粘度的增加情况，焊接熔渣可分为长渣和短渣。

随温度的降低迅速凝固，即凝固的 温度区间窄，这种熔渣叫短渣。 而凝固缓慢、凝固区间较宽的熔渣称为长渣。

短渣的凝固特点是高温时粘度小、流动性好、冶金效果较好，而在冷却条件相同，凝固时间很短，适用于全位置焊。长渣则相反，所以一般不适用于立焊和仰焊。 8、 焊缝金属中脱氧方式。

主要知道一般采用硅锰两种元素是最常用的脱氧元素、Mn/Si的大概值、及其在这个值共间脱氧的效果。

Mn/Si=3-7 ，脱氧产物可形成硅酸盐MnO.SiO2，它的密度小、熔点低，在钢中处于液态。因此容易聚合为半径大的质点，浮到渣中去，减少焊缝中的夹杂物，从而降低焊缝中的含氧量。

9、 硫、磷的危害和控制措施。

A：硫 硫是焊缝中常存在的危害元素之一。硫能促使焊缝金属产生热裂纹、降低冲击韧性和耐腐蚀性，并能产生偏析。厚板焊接时，硫还会引起层状撕裂。

措施：限制焊接材料中硫含量；冶金方式脱硫。主要是Mn及熔渣中的MnO CaO。

B：磷 磷是焊缝中常存在的危害元素之一。因此在熔池快速凝固时，磷容易发生偏析。磷化铁常分布于于晶界，减弱晶粒间的结合力，同时它本身既硬又脆，这就增加了焊缝的冷脆性，即冲击韧性降低，脆性转变温度升高。焊接奥氏体不锈钢或低合金钢焊缝含碳量高时，磷也促使形成结晶裂纹，因此有必要限制焊缝中的含磷量。

措施：限制焊接材料中磷含量；冶金方式脱硫。主要是CaO。 10、 元素的过渡方式和优缺点、知道合金元素过渡系数的概念、影响过渡系数的因素 A：应用合金焊丝或焊带 B：应用药芯焊丝或药芯焊条 C：应用合金药皮或粘结焊剂 D：应用合金粉未

合金元素过渡系数－熔敷金属中合金元素的含量与它的原始含量之比。

（1）合金元素的物化性质－合金元素的沸点及与氧的亲和力。 （2）合金元素的含量 （3）合金剂的粒度

（4）药皮（或焊剂）的成分。 （5）药皮重量系数

第二章 焊接材料

1.焊条典型标准GB/T5117-1995和GB/T5118-1995. 2.典型焊条订货技术条件JB/T4747 3.铁粉焊条。

药皮中含有一定量的铁粉，熔敷效率须105%以上的焊条，叫铁粉焊条。

其特点是焊接时，由于铁粉受热氧化而产生大量的热量，成为除电弧以外的补加热源，因此可以提高焊芯的熔化系数和焊缝金属的熔敷效率，从而提高焊接生产率。 铁粉焊条有两种：

一是：在一般焊条的药皮中加入适量的铁粉，并对药皮的成分作适当调整，使焊条的工艺性能改善，熔敷效率可提高100－200%。如E4323、E4328、E5014、E5018。

二是：专用铁粉焊条，如重力焊条。在药皮中加入多量的铁粉，焊条直径较粗，焊条较长（500－1000mm），焊条引弧端涂有引弧剂，以便自动引弧。工艺性能良好，脱渣方便，适用于平焊及平角焊。 4、焊条型号的编制方法。 A：GB5117 碳钢焊条

后面附后加“R”表示耐吸潮焊条；“M”表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；“-1”表示对冲击韧 性有特殊规定的焊条。 B：GB5118 低合金钢焊条 E 55 1 5－B2－V

表示熔敷金属含有V元素

表示熔敷金属化学成份分类代号

表示焊条药皮为低氢钠型，可采用直流反接焊接 表示焊条适用于全位置焊接

表示熔敷金属的抗拉强度最小值为55Kgf/mm2(540MPa) 表示焊条 其基本编制方法与碳钢相同。

1)后缀字母为熔敷金属化学成份分类代号，并以短划线“－”与前面数字分开，如A1表示碳钼钢焊条；B1、B2、B3、B4、B5表示铬钼钢焊条；C1、C2、C3表示镍钢焊条；D1、D2、D3表示锰钼钢焊条；G、M、W表示所有其它合金钢焊条。

2)若还具有附加化学成份时，附加化学成份直接用元素表示，并以短划线“－”与前面后缀字母分开。 3）对于E50XX－X，E55XX－X，E60XX－X型低氢型焊条的熔敷金属化学成份分类后缀字母与附加化学成份后面加字母“R”时，表示耐吸潮焊条。 C：原机械部对结构钢焊条牌号的编制方法 1)J－结构钢焊条

2)第一第二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为Kgf/mm2。共分10个等级：42、50、55、60、70、75、80、85、90、10。

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