第一章 焊接化学冶金
1、什么是焊接化学冶金?它的主要研究内容和学习的目的是什么?
答:焊接化学冶金指在熔焊过程中,焊接区内各种物质之间在高温下的相互作
用反应。它主要研究各种焊接工艺条件下,冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料,控制焊缝金属的成分和性能使之符合使用要求,设计创造新的焊接材料。 2、调控焊缝化学成分有哪两种手段?它们怎样影响焊缝化学成分? 答:调控焊缝化学成分的两种手段:
1)、对熔化金属进行冶金处理;2)、改变熔合比。 怎样影响焊缝化学成分:
1)、对熔化金属进行冶金处理,也就是说,通过调整焊接材料的成分和性
能,控制冶金反应的发展,来获得预期要求的焊接成分;
2)、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比,改变熔合比可以
改变焊缝金属的化学成分。
3、焊接区内气体的主要来源是什么?它们是怎样产生的?
答:焊接区内气体的主要来源是焊接材料,同时还有热源周围的空气,焊丝表
面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水等,在焊接时也会析出气体。 产生:
①、直接输送和侵入焊接区内的气体。 ②、有机物的分解和燃烧。 ③、碳酸盐和高价氧化物的分解。 ④、材料的蒸发。
⑤、气体(包括简单气体和复杂气体)的分解。
4、氮对焊缝质量有哪些影响?控制焊缝含氮量的主要措施是什么? 答:氮对焊接质量的影响:
a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质,是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。 b氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素。 c氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。
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控制焊缝含氮量的主要措施:
a、控制氮的主要措施是加强保护,防止空气与金属作用;
b、在药皮中加入造气剂(如碳酸盐、有机物等),形成气渣联合保护,可使
焊缝含氮量下降到0.02%以下;
c、采用短弧焊(即减小电弧电压)、增大焊接电流、采用直流反接均可降低焊缝含氮量;
d、增加焊丝或药皮中的含碳量,可降低焊缝中的含氮量。 5、综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响?
答:(1)焊接工艺参数对焊缝含氢量有一定的影响:手工电弧焊时,增大焊接
电流使熔滴吸收的氢量增加;增大电弧电压使焊缝含氢量有某些减少。电弧焊时,电流种类和极性对焊缝含氢量也有影响。
(2)制造焊条时,适当提高烘烤温度可以降低焊接材料的含水量,因而也
就相应地降低了焊缝中的含氢量。
(3)焊件坡口附近表面上的铁锈、油污、吸附水等是增加焊缝含氢量的原
因之一,焊前应仔细清除。
6、氧对焊接质量有哪些影响?应采用什么措施减少焊缝含氧量?
答:氧对焊接质量的影响:氧在焊缝中无论以何种形式存在,对焊缝的性能都有很大影响。随着含氧量的增加,焊缝强度、塑性、韧性都有明显下降,尤其是低温冲击韧度急剧下降。此外,它还一起热脆、冷脆和时效硬化。另外,氧烧损钢中的有益元素使焊缝性能变化。熔滴中含氧和碳多时,它们相互作用生成CO受热膨胀,使熔滴爆炸,造成飞溅,影响焊接过程的稳定性。 减少焊缝含氧量的措施:
1) 纯化焊接材料,在焊接某些要求比较高的合金钢、合金和活性金属时,应尽量用不含氧或氧少的焊接材料。
2) 控制焊接工艺参数,为了减少焊缝含氧量,应采用短弧焊。
3) 脱氧:用控制焊接工艺参数的方法减少焊缝含氧量是受限制的,所以必
须用冶金的方法进行脱氧,比如硅锰联合脱氧。
7、CO2保护焊焊接低合金钢时,应采用什么焊丝?为什么?
答:用普通焊丝(H08A)进行CO2保护焊时,由于碳的氧化在焊缝中产生气体,
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同时合金元素烧损,焊缝含氧量增大。所以必须采用含硅、锰高的焊丝(H08Mn2Si)或药芯焊丝,以利于脱氧,获得优质焊缝。
8、脱氧和合金过渡有何区别联系?选择脱氧剂和合金剂各应遵循什么原则? 答:区别:
脱氧的目的是尽量减少焊缝中的含氧量和排除脱氧后的产物,而合金过渡的目的则是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失,获得具有特殊性能的堆焊金属。
联系:脱氧和合金过渡都是通过在焊接材料中加入合适的元素或合金,使之在焊接过程中各自达到脱氧和合金的过渡,从而改善焊缝金属的组织和性能。
选择脱氧剂遵循的原则:
1)脱氧剂在焊接温度下对样的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大; 2)脱氧产物应不溶于液态金属;
3)必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能及焊接工艺性能的影响。 选择合金剂遵循的原则:
1)能补偿焊接过程中合金元素的损失;
2)能消除焊接缺陷,改善焊缝金属的组织和性能; 3)合金剂制造工艺不易太复杂,成本不能太高; 4)合金的损失小,利用率高。
9、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。 答:氧化:碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。
脱氧:在熔渣脱氧时,碱度高不利于脱氧,但在用硅沉淀脱氧时,碱度高
可以提高硅的脱氧效果。
脱硫:熔渣的还原性和碱度,渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都
有利于反应的进行,因此,在还原其中脱硫是有利的,熔渣碱度高也有利于脱硫。
脱磷:脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣,较大的渣
量和较低的温度。
合金过渡:若其他条件相同,则合金元素的氧化物与熔渣的酸碱性相同时,
有利于提高过渡系数。随碱度的增加合金过渡系数越大。
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第二章 焊接材料
1、焊条的组成及各部分的作用? 答: 焊条由焊芯和药皮组成。
焊芯作用:受热熔化时作为焊缝填充金属,其化学成分和性能直接影响焊缝金属的质量。 药皮作用:
(1)保护作用。 在电弧热作用下形成熔渣和气体,起到隔离空气,保护熔滴、熔池和焊接区的作用;
(2)冶金作用,包括:
a)去除有害杂质(S、P、N、H、O等);b)添加有益合金; (3)保证焊条具有良好的工艺性能,包括:
a)使电弧容易引燃,并燃烧稳定;b) 焊接飞溅小,成形美观;c)易于脱渣;d)适用于各种位置关系焊接。
2、综合分析碱性焊条药皮中CaF2的作用及对焊缝性能的影响。
答:它的主要作用是脱氢,在焊条药皮中加入CaF2,其可以通过焊接冶金反应生成HF气体, 由于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,而是与焊接烟尘一起挥发了,所以可以减低熔池金属中的H含量,从而提高焊缝金属的冲击韧性和抗裂性能。
3、试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒性的主要途径。
低氢型碳钢焊条的焊接烟尘量高于钛钙型焊条,烟尘中危害最大的是KF,NaF,而钠钾主要存在于水玻璃中,故可用树脂来降低水玻璃的粘性作用。
4、低氢焊条为什么对铁锈、油污、水分很敏感?
低氢焊条的熔渣不具有氧化性,一旦有氢侵入熔池,将很难脱出,所以低氢焊条对于铁锈、油污,水分很敏感,必须严格控制氢的来源才可以保证焊接质量。
5、酸性焊条及碱性焊条分别常采用哪种脱氧元素?
答:(1) 酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素。因为,酸性渣中含有较多的 SiO2 和 TiO2,它们容易与锰的脱氧产物 MnO 生成复合物 MnO·SiO2 和
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MnO·TiO2,使 MnO 的活度系数减小,因此脱氧效果较好。相反,在碱性渣中 MnO 的活度较大,不利于锰脱氧。碱度越大,锰的脱氧效果越差。
(2)碱性焊条需要采用硅铁和锰铁联合脱氧。硅的脱氧能力比锰大,但生成的SiO2熔点高,通常认为处于固态,不易聚合为大的质点;同时SiO2与钢液的界面张力小,润湿性好,不易从钢液中分离,易造成夹杂。 为避免夹杂,把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行联合脱氧时,其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐,它的密度小,熔点低,易于浮出,并易被熔渣吸收,从而减少钢中的夹杂物和含氧量,脱氧效果十分显著。
6、和实芯焊丝及焊条相比,药芯焊丝的优、缺点各是什么?
优点:
1)由于药芯焊丝中加入了稳弧剂,而使电弧稳定燃烧,溶滴均匀的喷射过渡,所以焊接飞溅较少,并且飞溅颗粒较小,焊缝成形美观;
2)焊丝熔敷速度快,熔敷速度高于焊条和实芯焊丝,可采用大电流进行全位置焊接,焊接效率高;
3)通过调整药粉的成分与比例,可焊接和堆焊不同成分的钢材,适应性强,焊接烟尘量低。 缺点:
1)焊丝制造工艺复杂,成本高;
2)焊丝外表易锈蚀、药粉易吸潮,不宜长期保存,使用前要对焊丝进行清理和250~300℃的烘烤,增加了生产成本。
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