焊接理论基础习题及答案 - 图文(2)

第三章 熔池凝固和焊缝固态相变

1、与钢锭的结晶相比，焊接熔池的凝固有哪些特点？

答： （1）熔池金属的体积小，冷却速度快。

a) 在一般电弧焊条件下，熔池的体积最大也只有30cm3 ，重量不超过100g； b）焊接熔池周围被冷态金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，通常可达4～100℃/s，远高于一般铸件的冷却速度；

（2）温差大、过热温度高。

a）熔池金属中不同区域,因加热与冷却速度很快，熔池中心和边缘存在较大的温度梯度。例如，对于电弧焊接低碳钢或低合金钢，熔池中心温度高达2100～2300℃，而熔池后部表面温度只有1600℃左右，熔池平均温度为1700±100℃。

b）过热温度高，非自发形核的原始质点数大为减少，这也促使焊缝柱状晶的发展。

（3）熔池是在运动状态下结晶。熔池金属在结晶过程中受到强烈的搅拌和对流作用，熔池的流动有利于熔池金属成分分布的均匀化与纯净化。 2、什么是联生结晶，焊接条件下，为什么容易得到柱状晶？

答：焊缝金属在凝固结晶时，不是重新生产新的晶核，而是依附于母材现成的表面，形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶。

焊接条件下：（1） 熔池沿定向散热，即垂直于熔合线的方向散热最快，有利于晶粒沿该方向优先生长；（2）由于焊接冷却速度较快，所以其成分过冷度较大，易于形成粗大的树枝柱状晶（柱状晶）。 3、焊接条件下的熔池结晶形态分布特征及其形成原因？

答：如图所示：（1）在焊缝的熔化边界，由于温度梯度（G）较大，结晶速度（R）较小，故成分过冷度小，接近于零，形成平面晶；（2）随着远离熔化边界向焊缝中心过渡，温度梯度G逐渐变小，而结晶速度R逐渐增大，所以结晶形态将由平面晶向胞状晶、树枝胞状晶（柱状晶）、等轴晶过渡。

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4、分析焊缝金属的化学不均匀性，为什么会形成这种不均匀性?

答：所谓的化学不均匀性指的是结晶过程中化学成分的一种偏析现象。焊接过程中的偏析包括：（1）显微偏析（或枝晶偏析），形成原因：焊接时冷却速度大，液固界面溶质来不及扩散，纯金属先结晶，杂质后结晶，形成晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝晶的晶枝之间的成分偏析。 （2）宏观偏析（区域偏析），形成原因：当焊速极大，焊缝以柱状晶长大时，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度升高，形成焊缝边缘到焊缝中心的成分不均匀性。（3）层状偏析（由于化学成分不均匀性引起分层现象），形成原因：由于结晶过程周期性变化（结晶潜热和熔滴过渡时热量的输入周期性变化 ）导致晶体成长速度 R 发生周期性变化，R 升高，结晶前沿溶质浓度升高， R 减小，结晶前沿的溶质浓度减少，最终形成溶质浓度层状变化的偏析层。

5、低碳钢焊缝的相变组织特点及其性能改善措施？

答：铁素体（F）＋少量珠光体（P），过热时易形成魏氏体（W）。 改善措施：（1）采用多层焊代替单层焊，使焊缝获得细小的铁素体和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。（2）焊后热处理：在A3点以上20~30℃加热保温，破坏柱状晶。（3）增加冷却速度，使组织细化，提高硬度。

6、低合金钢焊缝的相变组织中包括哪几种铁素体，其形成条件及基本形态和对焊缝性能的影响分别有什么不同？

答：（1）先共析铁素体。 产生温度770一680℃， 沿原奥氏体晶界析出的铁素体, 呈长条状或块状多边形分布，降低焊缝的韧性。

（2）侧板条铁素体。产生温度700一550℃； 是从先共析铁素体的侧面向晶内生长的板条状或锯齿状铁素体，其长宽比在20：1以上，使韧性显著降低。

（3）针状铁素体。产生温度500℃附近（中等冷速）；在原奥氏体晶内以针状生长的铁素体．宽约2μm左右，长宽比多在3：1~5：1的范围内，可改善焊缝的韧性。

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（4）细晶铁素体。产生温度500℃以下（有细化晶粒的元素存在条件下形成）；在原奥氏体内形成晶粒尺寸较小的铁素体。

7、 试述焊缝中气孔的类型及其分布特征和形成原因？

答：（1）可分为两种类型：反应型气孔（CO）及溶解型气孔（H2、N2）。（2）分布特征：CO气孔一般分布在焊缝内部，呈条虫状，内壁光滑；氢气孔大部分分布于焊缝表面，断面呈螺钉状，在焊缝表面时呈喇叭口形，内壁光滑；氮气孔一般在表面成堆出现，呈蜂窝状，只在保护不良时形成。（3）反应型气孔（CO）形成原因：CO不溶解于液态金属，在高温时，以气泡的形式猛烈逸出，当焊接速度较快，气泡不能完全逸出时，就沿结晶方向形成条虫状气孔。（4）溶解型气孔（H2、N2）形成原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢和氮气，其在冷却凝固过程中，氢气和氮气的溶解度发生急剧下降，当熔池冷却速度快，析出的气泡来不及逸出时，就残存在焊缝金属中形成气孔。

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第四章 焊接热影响区的组织

1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ的组织性能？ 答：

（1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，熔合区和过热区出现了

严重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而且性能（主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等）也是不均匀的。 （2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度，加热的最高温度，

在相变温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间；研究它们是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊和短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有一定的改善作用，适用于焊接晶粒易长大，而且易淬硬的钢种。 2、 冷却时间

t8/5、t8/3 的含义及其各自应用对象？

答：t8/5表示在相变温度范围内， 800~500℃所用的冷却时间，主要用于一般碳钢和低合金钢；t8/3表示在相变温度范围内，800~300℃的冷却时间，常用于对冷裂纹倾向较大的钢种，各冷却时间的选定要根据不同金属材料所存在的问题来决定。

3、焊接加热过程中的组织转变特点？

（1）组织转变向高温推移；焊接过程的快速加热，使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高。主要是由于：（a） F 或P→ A 扩散重结晶，需要孕育期；（b）碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb)等的碳化物扩散速度很小(比碳小1000～10000倍)，同时它们本身还阻碍碳的扩散，从而减慢奥氏体化的进程。

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（2）奥氏体均质化程度降低，部分晶粒严重长大。高温停留时间短，不利于扩散，导致奥氏体均质化降低；熔合区附近的热影响区一般温度较高，处于过热状态，晶粒严重长大。

4、分析不易淬火钢及易淬火钢的HAZ组织分布分别异同？ 答：如图所示：

（1）不易淬火钢。冷轧态母材：HAZ＝过热区 + 完全重结晶区 + 不完全重结晶区 + 再结晶区；热轧态母材：HAZ＝过热区 + 完全重结晶区 + 不完全重结晶区。

（2）易淬火钢。调质态母材：HAZ＝完全淬火区 + 不完全淬火区 + 回火区；退火或正火态母材：HAZ＝完全淬火区 + 不完全淬火区。

5、影响焊接HAZ最大硬度Hmax的因素是什么？怎样利用Hmax来判断HAZ的组

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