知识点整理

一、名词解释

1、焊接

两种或两种以上材质(同种或异种)，通过加热或加压或两者并用，来达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

2、熔化焊

把焊接局部连接处加热至熔化状态形成熔池，待其冷却结晶后形成焊缝，将两部分材料焊接成一个整体的一类焊接方法。

3、焊接化学冶金

主要发生在与焊缝相对应的焊接区中，是金属、熔渣和气相在较高温度下发生的冶金反应过程。

4、焊接物理冶金

对材料受焊后的组织、性能、化学成分的变化和产生缺陷的原因进行深入地分析，找出内在规律，探明材料受焊过程和受焊之后物理、化学及微观的变化行为，为进一步提高焊接质量、防止各种焊接缺陷（特别是裂纹）提供理论依据。

5、焊接热效率

焊接过程中，由电极（焊条、焊丝、钨极）与工件间产生强烈气体放电，形成电弧，温度可达6000℃，是比较理想的焊接热源。由热源所产生的热量并没有全部被利用，而有一部分热量损失于周围介质和飞溅中。被利用的热占发出热的百分比就是热效率。它是一个常数，主要取决于焊接方法、焊接工艺、极性、焊接速度以及焊接位置等。

6、焊接线能量

焊接过程中，电弧在单位焊缝长度上放出的能量。

7、比热流

单位时间内通过单位面积传入焊件的热能。

8、焊接材料

焊接时所消耗的材料统称为焊接材料。指能填充焊缝、对焊缝起保护作用和冶金处理作用的所有消耗材料。

9、飞溅

焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒。

10、焊条金属的熔化速度（焊条金属的平均熔化速度？）

在单位时间内熔化的焊芯质量或长度。

11、焊接化学冶金反应区

焊接化学冶金过程是分区域(或阶段)进行的，且各区的反应条件差别很大。以手工电弧焊为例，分：药皮反应区，熔滴反应区、熔池反应区。

12、熔池

母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定形状的液体金属。

13、熔合比      

熔焊时，焊缝金属由填充金属和局部熔化的母材组成，在焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。

  （：熔合比；：熔化母材的面积；：填充金属的面积）

14、熔渣

电焊条药皮，焊剂熔化形成的金属及非金属氧化物及复合物，凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上。

15、合金过渡

就是把所需要的台金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属(或堆焊金属)中去的过程。

16、联生结晶

依附在母材晶粒现成表面形成共同晶粒的凝固方式。

17、枝晶偏析

指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状晶的晶枝之间的偏析。

18、焊接缺欠

焊件典型构造上出现的一种不连续性，诸如材料或焊件在力学特性、冶金特性

或物理特性上的不均匀性。

19、焊接热循环

焊接热过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度在焊接热流作用下,由低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。

20、脆性温度区间

以低碳钢焊接为例熔池结晶的第二个阶段“固液阶段”也称“脆性温度区”，其温度范围即为脆性温度区间。在此区间易产生结晶裂纹，杂质较少的金属区间温度范围小，产生裂纹的可能性也小；杂质多的金属区间温度范围大，产生裂纹的倾向也大。

21、热裂纹

热裂纹是高温下在焊缝金属和焊接热影响区中产生的一种沿晶裂纹，包括结晶裂纹、高温液化裂纹和多边化裂纹。

22、多边化裂纹

产生温度低于固相线温度,存在晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界,使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。

23、冷裂纹

温度区间在+100—-75℃下脆化而形成的裂纹，主要是延迟裂纹，包括焊趾裂纹、焊道下裂纹和根部裂纹。

24、再热裂纹

焊后再加热, 消除应力退火, 高温工作时500—600℃过程中产生裂纹称再热裂纹。

25、拘束度

相当于为使焊接接头根部间隙弹性位移单位长度时，单位长度焊缝所受的力的大

小。

26、应力腐蚀裂纹

金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所产生的延迟破裂现象称应力腐蚀裂纹。

二、简答题

1、几种形成焊接接头的机理。

（一）熔化、再结晶→键合

外部的热源把材料和填充熔剂熔化，在熔池产生物理化学反应，去除它的一切杂质和氧化膜附加层，然后再结晶，相变，最后形成一个键结合。

（二）塑性变形→键合

其连接机理是两边加大压力，使这个材料产生塑性变形，挤出里边的结合面的杂质实现紧密连接，经过扩散和化学作用形成一个塑性变形为主的连接接头接头接头。

（三）扩散→键合

首先材料接触，加压，然后加热到高温，加热到多少温度，视不同的材料而定，经过长时间的扩散，原子间相互渗透最后形成键连接，这是扩散连接的机理。

（四）润湿、溶解→键合

是钎焊连接的机理，它是采用一种比母材熔点要低的第三种金属，把这个金属加热，利用表面张力把它润湿到要被焊的表面的外面，这个润湿的金属和要被结合的面产生化学反应，实现去除氧化皮等等，同时利用毛细管的填缝作用，也就是利用毛细管的吸附作用，这个熔化的第三种金属会填缝，钻到这两个结合面的中间去，形成一个接头这个就是钎焊的接头。

2、简述主要焊接方法及其分类。

①熔化焊：气焊、电弧焊、铝热焊、电渣焊、高能束焊等

②固相焊：电阻焊、扩散焊、摩擦焊、超声焊、爆炸焊等

③钎焊：火焰钎焊、感应钎焊、电弧钎焊、高能束钎焊等

3、焊接的主要成就。

①水利、电力方面：三峡水电站、核电站等

②桥梁和建筑方面：芜湖长江大桥、国家大剧院、上海卢浦大桥等

③造船业：造船总吨位等

④压力容器方面：千吨级热壁加氢反应器、600MW电站锅炉汽包等

⑤航天事业：嫦娥工程、天宫空间站等

⑥航空事业：大飞机项目等

⑦建筑业：美国采用了焊接技术建造了帝国大厦和金门大桥等

4、焊接接头的组成及其形成过程。

组成：

①焊缝（是焊接接头最重要的组成部分。对于熔焊而言，焊缝一般由熔化的被焊材料和添加材料经凝固后所形成的。）

②热影响区（由受到焊接热影响而未发生熔化的母材所形成。只有超过了使母材组织和性能发生变化的温度，并且为发生熔化的部分才是热影响区。）

③熔合区（介于焊缝与热影响区之间的相当狭小的过渡区。）

④母材

形成过程：

（1）焊接热过程

（2）固-液态演变过程

（3）焊接化学冶金过程

（4）固态相变过程

5、简述焊条的组成及其作用。

（1）焊芯—焊丝

作用：①导电,传导电流，维持电弧燃烧；②自身熔化，形成焊缝的填充金属

（2）药皮

作用：①机械保护作用；②冶金处理作用；③工艺性能良好

6、药皮的组成按功能分有哪些？

①稳弧剂；②造渣剂；③造气剂；④脱氧剂；⑤合金剂；⑥粘结剂；⑦增塑剂

7、焊条的性能包括哪些？

（1）工艺性能：焊条在使用操作过程中表现出来的性能，是衡量焊条质量的重要指标。涉及电弧是否稳定燃烧、焊接位置适应性、焊缝成形是否良好、焊接飞溅与熔敷效率、脱渣性、焊接烟尘及药皮的发红等。

①焊接电弧的弧定性(稳弧性)；②表面成形；③在各种位置焊接适应性；④脱渣性；⑤飞溅；⑥焊条的熔化速度；⑦药皮发红问题；⑧焊条发尘量

（2）冶金性能：主要是指它对焊缝金属的净化和合金化作用，该作用最终反映在焊缝金属的化学成分、力学性能及防止缺陷形成的能力等方面。

8、药芯焊丝有何特点？

（1）焊接飞溅小；

（2）焊缝成形美观；

（3）熔敷速度高于实心焊丝；

（4）可进行全位置焊接，并可以采用较大的焊接电流。

9、焊接加热的能量主要有哪几种？

（1) 电阻热:焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。危害：大电流、不锈钢焊接

（2) 电弧热:焊接电弧传给焊条端部的热量。

（3) 化学反应热:药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。

10、焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？

（1）原材料方面

普冶（炼钢）材料：矿石、焦炭、废钢铁等。

焊金材料：焊条、焊丝、焊剂等。

（2）反应条件方面

炼钢：金属熔炼加工过程，在放置特定的炉中进行。

焊接化学冶金：金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当高炉。

11、焊接区内气体的主要来源是什么？它们的主要成分是什么？

来源：

（1）焊接材料：药皮、焊剂、保护气体

（2）气体介质：空气

（3）焊丝和母材表面上的油锈等杂质。

（4）金属和熔渣的蒸发产生的气体

成分：

金属及熔渣蒸气

12、氮、氢、氧、硫、磷对焊接质量有哪些影响？

（1）氮：

优点：可以起到沉淀强化和细化晶粒的作用。

损害：①促使焊缝产生气孔；②氮可以降低焊缝的塑性﹑韧性而使强度提高；③导致焊缝的时效脆化。

（2）氢：

暂态现象：脆化、白点，经时效、热处理可消除

永久现象：气孔、改变组织、显微斑点、冷裂纹，不可消除

（3）氧：

①随着焊缝含氧量的增加，焊缝的强度﹑硬度﹑塑性和韧性明显下降；

②物理化学性能恶化；

③形成CO气孔；

④飞溅，破坏焊接过程的稳定性；

⑤合金元素的氧化损失。

（4）硫：

当硫以FeS形式存在时危害最大。FeS可无限溶解于液态铁中，但室温下在固态铁中溶解度很小，当熔池凝固时它即析出，形成Fe＋FeS或FeO+FeS等低熔点共晶。这些低熔点共晶不仅增加了焊缝金属产生结晶裂纹的倾向，同时也降低了焊缝的冲击韧性和耐腐蚀性。

（5）磷：

磷在钢中主要以磷化物的形式。磷与铁、镍可形成低熔点共晶，这些低熔点共晶在熔池快速凝固的情况下在晶界偏析，削弱了晶粒间的结合力，也可促进热裂纹的产生。此外，磷化铁硬而脆，它的存在还会使焊缝金属的冷脆性增大，即冲击韧性降低、脆性转变温度升高。

13、在焊接过程中熔渣起那些作用？

（1) 机械保护作用

（2) 改善焊接工艺性能的作用

（3) 冶金处理作用

14、焊接过程中对熔融金属的保护。

（1）渣保护：埋弧焊 电渣焊 不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接

（2）气保护：气焊,MIG,TIG、C02、MAG

（3）气渣联合保护：具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接

（4）真空保护：真空电子束焊接

（5）自保护：含有脱氧 脱氮剂的自保护焊丝焊接

15、合金过渡的目的及方式。

（1）目的:

①补偿合金元素的损失;

②消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能;

③获得具有特殊性能的堆焊金属。

（2）方式：

①应用合金焊丝或带极

②应用药芯焊丝或药芯焊条

③应用合金药皮或粘结焊剂

④应用合金粉未

16、熔池凝固的特点。

（1）熔池体积小，冷却速度大

（2）熔池中的液态金属处于过热状态

（3）熔池在运动状态下结晶

（4）原始成份不均匀，因熔池存在时间短而来不及均匀。

17、焊接接头与母材的不同特点。

（1）由于两种以上的金属在高温下混合并发生各种化学冶金反应，随后冷却使焊缝金属和母材相比，其成分、组织和性能都发生了巨大变化。

（2）热影响区没有化学成分变化的区域，由于焊接热循环的作用，经历了一次短时高温处理，发生了组织改变，带来了性能上的变化。

（3）由于化学冶金反应的不均匀，造成接头部分成分不均匀,有时区域偏析很大，因此造成组织和性能的差异。

（4）由于焊接热效应的不均匀，使材料随加热温度的不同而形成组织梯度。

18、固溶体合金的结晶形态有那几种？

（1）平面结晶；（2）胞状结晶；（3）胞状树枝结晶；（4）树枝状结晶；（5）等轴晶。

19、低合金钢焊缝的固态相变组织？

（1）铁素体转变：①粒界铁素体( 先共析铁素体)；②侧板条铁素体；③针状铁素体；④细晶铁素体(贝氏体铁素体)

（2）珠光体转变

（3）贝氏体转变

（4）马氏体转变：①板条M（含碳量很低）；②片状M

20、焊接接头常见的失效模式有哪些？

①疲劳失效；②脆性断裂；③应力腐蚀开裂；④泄漏；⑤失稳(屈服)；⑥蠕变；⑦ 过载屈服；⑧腐蚀；⑨溶蚀；⑩疲劳腐蚀等。

21、影响生成气孔的因素及防治措施。

影响因素：

（1）冶金因素的影响：熔渣氧化性；焊条药皮和焊剂；铁锈及水分。

（2）工艺因素的影响：焊接规范；电流种类和极性；工艺操作。

防治措施：

（1）消除气体来源：母材表面清理；焊接材料防潮与烘干；加强保护

（2）正确选用焊接材料

（3）优化焊接工艺（控制焊接参数）

（4）适当增大装配

22、焊接夹杂的主要种类及预防措施。

种类：

（1）氧化物；（2）氮化物；（3）硫化物

防止措施

（1）选用合理规范，以利于熔渣的浮出；

（2）多层焊时，清渣；

（3）焊条摆动；

（4）保护溶池，防止空气侵入。

23、分析微量元素（Mo、Nb、Ti、B、V、稀土等）对焊缝性能的影响，并考虑它们之间的相互作用及分析原因。

答：

Mn、Si：适中形成针状铁素体，过高或过低降低韧性；

Nb、V：同时加入，通过固溶强化提高韧性；

Ti、B：同时存在提高韧性（Ti保护B不被氧化，利于形成AF）；

Mo：强度提高，韧性提高，适当加入Ti更能发挥其作用；

稀土元素：脱H、O、N；改变夹杂物形态；提高韧性；减少裂纹

24、如何通过调整焊接工艺改善焊缝的性能？

（1）焊接线能量；（2）焊接材料；（3）接头形式；（4）多层焊接；（5）焊后热处理；（6）锤击焊道表面；（7）振动结晶；（8）跟踪回火处理。

25、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

26、焊接热循环的主要参数。

（1）加热速度() ；（2）加热的最高温度() ；（3）在相变温度以上的停留时间() ；（4）冷却速度() 或冷却时间

27、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？

答：

与热处理相比，焊接条件下的特点有：加热温度高、加热速度快、高温停留时间短、自然冷却、局部加热。加热速度快引起组织转变向高温推移；由于加热速度快和高温停留时间短不利于扩散过程进行，导致均质化程度差；由于近缝区强烈过热，晶粒发生严重长大。

28、分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹的影响。

在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。“液态薄膜”是产生结晶裂纹的根本原因。

三、论述题

1、焊接方法有哪几大类？简述你了解或掌握的各种焊接方法及其基本原理、特点。

①熔化焊           ②压力焊              ③钎焊

熔化焊：把焊接局部连接处加热至熔化状态形成熔池，待其冷却结晶后形成焊缝，将两部分材料焊接成一个整体的一类焊接方法。

主要有气焊、电弧焊、铝热焊等。

机理：外部的热源把材料和填充熔剂熔化，在熔池产生物理化学反应，去除它的一切杂质和氧化膜附加层，然后再结晶，相变，最后形成一个键结合。

特点：1.焊接时，母材局部在不承受任何外加压力的情况下被加热熔化。

2.焊接时须采取更为有效的隔离空气的措施

3.两种被焊材料之间须具有必要的冶金相容性

4.焊接时，焊接接头经历了更为复杂的冶金过程

压力焊：焊接过程时对焊接区施加一定压力而完成焊接的方法。

主要有电阻焊、扩散焊、摩擦焊等。

其机理有两种：

（1）塑性变形→键合

其连接机理是两边加大压力，使这个材料产生塑性变形，挤出里边的结合面的杂质实现紧密连接，经过扩散和化学作用形成一个塑性变形为主的连接接头接头接头。

（2）扩散→键合

首先材料接触，加压，然后加热到高温，加热到多少温度，视不同的材料而定，经过长时间的扩散，原子间相互渗透最后形成键连接，这是扩散连接的机理。

钎焊：用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热，使钎料熔化(焊件不熔化)后润湿并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的方法。

机理：润湿、溶解→键合

特点：接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸稳定，焊件的组织和性能变化不大，可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。

2、谈谈你对焊接学科的认识和了解。

答：焊接是两种或两种以上材质(同种或异种)，通过加热或加压或两者并用，来达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

内容：研究金属材料在熔焊条件下的有关化学冶金和物理冶金方面的普遍性规律，在这个基础上来分析各种条件下金属材料的焊接性，为制定合理的焊接工艺、探索提供焊接质量的新途径提供理论依据。

成就：①水利、电力方面：三峡水电站、核电站等

②桥梁和建筑方面：芜湖长江大桥、国家大剧院、上海卢浦大桥等

③造船业：造船总吨位等

④压力容器方面：千吨级热壁加氢反应器、600MW电站锅炉汽包等

⑤航天事业：嫦娥工程、天宫空间站等

⑥航空事业：大飞机项目等

⑦建筑业：美国采用了焊接技术建造了帝国大厦和金门大桥等

焊接技术新发展：①提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力

②提高准备车间的机械化，自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向

③焊接过程自动化，智能化是提高焊接质量稳定性，解决恶劣劳动条件的重要方向

④节能技术是普遍关注的问题

焊接方法：①熔化焊           ②压力焊              ③钎焊

3、焊接冶金主要讲述什么内容？其主要目的是什么？

内容：研究金属材料在熔焊条件下的有关化学冶金和物理冶金方面的普遍性规律，在这个基础上来分析各种条件下金属材料的焊接性，为制定合理的焊接工艺、探索提供焊接质量的新途径提供理论依据。

具体地说，分以下几个方面：焊接材料、焊接化学冶金、熔池凝固与焊缝固态相变、焊缝热影响区组织和性能、焊接裂纹等

目的：

    焊接冶金是焊接专业或焊接方向的一门主干课程，本课程以“物理化学”和“金属学与热处理”等课程为基础，结合焊接本身的特点来探讨材料焊接中的基本问题，专业性极强，涉及内容很广。

    使学生掌握材料在熔焊条件下冶金过程的基本理论和基本知识，培养分析各种具体条件下材料焊接性的基本能力，为正确选择焊接材料、制定合理的焊接工艺和探索提高焊接质量的途径奠定基础。

4、常见焊接裂纹及其分类。（裂纹名称、特征、形成机制、种类、影响因素）

答：

分类：

（1）按裂纹分布的走向分

①横向裂纹；②纵向裂纹；③星形（弧形裂纹）

（2）按裂纹发生部位分

①焊缝金属中裂纹；②热影响区中裂纹；③焊缝热影响区贯穿裂纹

（3）按产生本质分类

①热裂纹 （高温裂纹）高温下产生；存在部位：焊缝为主,热影响区

特征：宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分布也可看到横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽，微观看，沿晶粒边界分布，属于沿晶断裂性质

a. 结晶裂纹（结晶过程中产生）

影响因素：凝固时表面张力；合金元素；结晶温度区间；一次结晶组织形态

b. 高温液化裂纹（在高温下产生,钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化，在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂）

影响因素：化学成分；工艺因素

c. 多边化裂纹 （产生温度低于固相线温度,存在晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界,使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝）

影响因素：合金成分，应力状态，温度

②再热裂纹（消除应力处理裂纹）

③冷裂纹

存在部位: 多在热影响区,但也有发生在焊缝

特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。

微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。

a. 延迟裂纹

淬硬组织、含氢量、拘束应力状态

b. 淬硬脆化裂纹 （淬火裂纹）；c. 低塑性脆化裂纹

④层状撕裂

由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“ 台阶” 状的层状断裂并有穿晶发展。

⑤应力腐蚀裂纹

金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所产生的延迟破裂现象称应力腐蚀裂纹。