材料连接原理考研必背.docx

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材料连接原理考研必背

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。

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

钛钙型（J422）

碱性低氢型（J507）

电弧稳定性

好

差（含CaF2）

飞溅

少（细颗粒过渡）

多（短路过渡）

焊缝成型

好

差

脱渣性

好

差（渣不松脆，膨胀系数差小）

气孔敏感性

小

大

焊接烟尘

少

多

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。

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=

Cb+（1-

）Cd

C3=Θc2+（1-θ）Cd=

Cb+（1-

）Cd

……

Cn=

Cb+（1-

）Cd

即第n层金属的成分为Cn=

Cb+（1-

）Cd

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？

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

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=6.7J/（cms℃）

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。

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：

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

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；

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：

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。