焊接冶金学（基本原理）
部分习题及答案
绪论
一、什么是焊接，其物理本质是什么？
1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。
2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。
二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？
1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。
2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？
钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。
1. 温度场定义，分类及其影响因素。
1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。
2、分类：
1) 稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动；
2) 非稳定温度场——温度场各点随时间而变动；
3) 准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。
3、影响因素：
1) 热源的性质
2) 焊接线能量
3) 被焊金属的热物理性质
a. 热导率
b. 比热容
c. 容积比热容
d. 热扩散率
e. 热焓
f. 表面散热系数
4) 焊件厚板及形状
第一章
二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？
1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃)
1) 水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出
2) 某些物质分解:形成Co ，CO2，H2O ，O2等气体
3) 铁合金氧化 ：先期氧化，降低气相的氧化性
2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池
1) 温度高：1800－2400℃
2) 与气体、熔渣的接触面积大 ：1000－10000 cm2/kg
3) 时间短速度快：0.01-0.1s ；0.0001-0.001s
4) 熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.
3、熔池反应区
1) 反应速度低
熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg ；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s
2) 熔池温度不均匀的突出特点
熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应
3) 具有一定的搅拌作用
促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。
三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？
1、种类： 金属及熔渣蒸气
2、来源：
1) 焊接材料
2) 气体介质
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
3、供给途径：一部分是直接输入或侵入的原始气体；另一部分是通过物化反应所生成的气体。
1) 有机物的分解和燃烧:纤维素的氧化分解
2) 碳酸盐和高价氧化物的分解
四、为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？
电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；电弧中的氮离子N +在氧化性电弧气氛中形成NO ，遇到温度较低的液态金属它分解为N 和O ，N 迅速溶于金属。
五、氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？
61052222()71210m C H O mO mCO mH +=+23lg (/)8920/7.54
p CO CaCO T =-+32CaCO CaO CO =+32MgCO MgO CO =+23lg (/)5785/ 6.27p CO MgCO T =-+22222N O O H H CO CO 、、、、、
1、影响：
1) 促进焊缝中气孔的形成，金属凝固时氮气来不及逸出；
2) 改变焊缝的力学性能，氮能提高焊缝的强度和硬度，但会使焊缝的塑性和韧性降低；
3) 时效脆化，针状氮化物Fe4N ，造成塑性和韧性下降。加入Ti ，Al 可形成稳定的化合物，可抑制这种脆化现象。
2、主要措施：
1) 机械保护：气一渣保护、渣保护、气体保护、抽真空。对于适渣型焊条：保护效果取决于药皮的数量及成分。
2) 焊接工艺规范影响：U ↓, I↑, 直流反接
3) 焊丝成分的影响：
增加焊丝或药皮中的Ti 的含量可生成稳定的氮化物；
增加含碳量可降低氮在金属中的溶解度。
六、手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？
1、氢以原子或质子形式溶入（气保焊）
2、以 溶入（电渣焊）
氢通过熔渣向金属中溶解时，氢先溶于熔渣，然后再以 向金属中过渡
七、氢对焊接质量有那些影响?如何加以控制？
1、影响：
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
1) 氢脆：氢在室温附近， 氢溶解在金属晶格中，引起钢的塑性严重下降现象
2) 白点 ：肉眼可见，直径0.5～3mm 中心处有气孔或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼似的也称“鱼眼”.
3) 气孔
4) 组织变化和显微斑点：焊缝金属A —M 时，由于氢在A 有较大的溶解度，当含氢量高的焊缝自A 化，温度冷却时，引起局部A 过冷残余A 增加，残余A —M 时，富氢的组织内产生大的内应力，造成显微裂纹
5) 产生冷裂纹
2、控制氢的措施
1) 限制焊接材料的含氢量，药皮成分
2) 严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分
十、CO2保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？
用普通焊丝（H08A ）进行保护焊时，由于碳的氧化在焊缝中产生气体，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。
十一、分子理论和离子理论的主要观点是什么？
1、分子理论：
1) 液态熔渣由自由氧化物及其复合物的分子组成
自由氧化物: SiO2 , CaO , Al2O3
氧化物复合物：SiO2·CaO
2) .自由氧化物与其复合氧化物处于化合与分解的平衡状态
-][OH -][OH 22()2()H O O OH --+?2()2()[]2[]2[]Fe OH Fe O H -+++?Q SiO CaO SiO CaO +?+22.)
()()
(22SiO CaO SiO CaO k ??=
当T ↑k ↓自由氧化物↑浓度复合物浓度↓熔渣活性↑
T ↓k ↑自由氧化物浓度↓复合物浓度↑熔渣活性↓
3) 只有自由氧化物才能与金属作用
2、离子理论
熔渣的离子理论是在研究熔渣电化学性质的基础上提出的。与分子理论相比，更接近熔渣的实际情况。
1) 熔滴是由简单和复杂的离子组成的电中性溶液
负电性大的元素以阴离子形式存在 负电性小的元素以阳离子形式存在 碱性渣中 少，氧以自由氧离子形式存在
酸性渣中 多，形式复杂的离子.
之间形成离子团，极性键结合.
2) 离子的分布，聚集和相互作用取决于它的综合矩
综合矩=Z/r r= 其子Z —离子电荷（静电单位）
r —离子半径
离子综合矩越大，静电场愈强，与其它离子作用力愈大
3) 液态熔渣与金属之间相互作用的过程是原子与离子交换电荷的过程
离子理论 由于离子交换电荷、运动、形成电流.
3、分子－离子共存理论：
十二、什么是长渣和短渣？其适用性有何不同？
十三、论述焊接熔渣对金属的氧化途径及影响因素。
1、氧化途径
1) 置换氧化：指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化
2) 扩散氧化：是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使金属增氧
2、影响因素
1) 置换氧化：活性熔渣对金属的氧化能力与其活性系数AF 有关。对于熔炼焊剂而言，活度AF 与焊剂组成物的质量分数w 和焊剂的碱度B1有关。
2) 扩散氧化：在一定的温度下，增加熔渣中FeO 的含量，FeO 将向钢液中扩散，从而使焊缝中含氧量增加。
十四、焊缝金属脱氧的途径有哪些？脱氧效果如何？
()[][]e e F O C F CO +=+↑
2..F Cl O
---2..Ca K Fe +++
O S i -,,/T r Z r ↑↑↓
110nm -]
[)(2][2)(24Si Fe Fe Si +=+++42422SiO SiO O --=+2O S i 2O S i
1、先期脱氧：药皮反应区， 碳酸盐分解为O 2和CO 2
温度低，先期脱氧的效果不充分
2、沉淀脱氧：是指溶解在液态金属中的脱氧剂将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中的脱氧方式。主要在熔滴和熔池中进行。常用的脱氧剂为Mn 、Si 。
1) M n 的脱氧
2) S i 的脱氧.
3) S i/Mn 联合脱氧
3、扩散脱氧：是指被焊金属的氧化物通过扩散从液态金属进入熔渣，从而降低焊缝含氧量的一种方式。脱氧的程度由分配定律决定。
1) 扩散脱氧的效果主要与温度和熔渣的性质有关
L=(FeO)/[FeO] T ↓ L ↑，FeO 易向熔渣过渡
在相同温度下，酸性渣比碱性渣易使Fe 向熔渣中分配
2) 扩散脱氧是不充分在熔池的尾部进行的，导致扩散脱氧。
第二章
一、焊条药皮的作用及组成?
1、药皮的作用：
1) 机械保护作用（造渣、造气）
2) 冶金处理作用（脱氧、合金化）
3) 工艺性能改善作用（稳弧、脱渣、成形）
2、药皮的组成：
1) 焊条药皮是由具有不同物理性质和化学性质的多种材料混合而成的涂层。
2) 这些材料包括氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、金属和铁合金等。
3) 按药皮功能可分为稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘接剂和成形剂。
二、指出焊条型号所代表的含义，并以E4303和E5015为例加以说明。
焊条的型号是按国家有关标准与国际标准确定的。以结构钢为例，型号编制法为字母“E ”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。
三、焊条的工艺性能包括哪些方面?
1、 焊接电弧的稳定性
2、 焊缝成形
3、 各种位置焊接的适应性 222n m
nMe mO Me O +=2n m nMe mCO Me O mCO
+=+表示焊条药皮为钛钙型，并可采用交流或直流正、反接焊接 表示焊条适用于全位置焊接 表示熔敷金属抗拉强度的最小值 表示焊条
4、飞溅
5、脱渣性
6、焊条熔化速度
7、焊条药皮发红
8、焊接烟尘
四、试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺性能、冶金性能。
1、酸性焊条：
1) 氧化性强，对金属有较强的氧化作用，机械性能特别是冲击韧性比碱性低；
2) 酸性渣脱硫、磷困难，抗裂性差；
3) 焊接工艺性能良好，成形美观，对锈、油、水份的敏感性不大，抗气孔能力强；
4) 电源交直流两用，直流正接。
2、碱性焊条：
1) 熔敷金属含氢量低，抗裂性好，冲击韧性高；
2) 对锈、油、水份敏感，操作不当易产生气孔；
3) 电弧稳定性差，只能采用直流，深坡口脱渣性不好，焊接时烟尘较大，要注意通风
和防护。
五、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。
六、低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？
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。
第三章
二、试述熔池的结晶线速度与焊接速度的关系。
晶粒生长的平均线速度是变化的：晶粒成长方向和线速度是变化的，在熔合处最小，在焊道中心处最大（等于焊接速度）。在焊接热源功率一定时，焊接速度越大，晶粒的成长速度也越大。
三、简述熔池的结晶形态,并分析结晶速度、温度梯度和浓度对结晶形态的影响。
晶体形态主要有平面结晶、胞状结晶、胞状树枝结晶、树枝状结晶、等轴结晶。在焊缝的熔化边界，由于温度梯度G较大，结晶速度R又较小，故成分过冷接近于0，所以平面结晶得到发展，随着远离熔化边界向焊缝中心过渡时，温度梯度G变小，而结晶速度增大，所以结晶形态将由平面晶和胞状晶树枝胞状晶一直到等轴晶发展。
四、分析焊缝和熔合区的化学不均匀性，为什么会形成这种不均匀性？
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。
六、试述氢气和ＣＯ气孔的形成原因、特征及如何防止。
1、氢气孔：
产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。
特征：多出现在焊缝表面，断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内部，以小圆球状存在。
防止措施：①限制焊接材料的含氢量（药皮成分）；②严格清理工件及焊丝（去锈、油污、吸附水分）；③冶金处理；④调整焊接规范；⑤焊后脱氢处理。
2、CO气孔：
产生原因：高温冶金反应。CO不溶于液态金属，在高温时，CO以气泡的形式猛烈地逸出，但熔池结晶时，η↑，CO不易逸出，此反应为吸热反应，促使结晶速度加快，CO形成气泡不能逸出，沿结晶方向形成条虫形内气孔。
特征：焊缝内部，条虫状，表面光滑。
防止措施：①冶金方面：降低熔渣的氧化性；适当增加焊条药皮和焊剂的氧化性组成物；焊条用前进行烘干处理，并尽可能消除焊材上的铁锈和氧化皮等。②工艺方面：正确选择焊接工艺参数；选合理的电流种类和极性（一般直流反接时气孔最小）；工艺操作得当。
第四章
二、建立焊接条件下CCT图的意义何在？
可以比较方便地预测焊接热影响区的组织和性能。并能作为选择焊接线能量、预热温度和制定焊接工艺的依据。
三、相同条件下焊接45钢和40Cr钢，哪一种钢淬硬倾向大，为什么？
在相同的条件下焊接45钢和40Cr钢，45钢的淬硬倾向大。因为45钢不含碳化物形成元素，奥氏体开始长大温度低，高温区晶粒粗大，容易形成粗大的马氏体，而40Cr含强碳化物形成元素，强碳化物分解温度高，碳化物的存在会阻碍奥氏体晶粒长大，形成细小的马氏体；钢的淬硬倾向取决于钢的含碳量，45钢的含碳量比40Cr高。
四、HAZ脆化类型有哪些？
1、粗晶脆化
2、组织脆化
①M-A组元脆化②析出脆化③遗传脆化
3、HAZ的热应变时效脆化
①静应变时效脆化②动应变时效脆化
五、易淬火钢的HAZ区组织特征分布及力学性能如何？
1、焊前为正火或退火状态，焊前母材为F+P(S、B)组织，HAZ主要由完全淬火区和不
完全淬火区组成。
1) 完全淬火区最后得到淬火组织为M或M+B，力学性能硬而脆；
2) 不完全淬火区最后得到淬火组织为M+F混合组织，力学性能硬而脆。
2、焊前母材为调质态，调质后母材为回火组织，其 HAZ分为：
1) 完全淬火区(组织特点与正火状态下完全相同，为M 类型组织)，力学性能硬而脆；
2) 不完全淬火区(组织状态与正火状态下完全相同，为M+F 类型的混合组织)，力学性能硬而脆；
3) 回火区（母材被加热到的T m 处于AC 1～T 回（调质处理时的回火温度），发生回火软化现象，原因与强化相的析出有关）。
六、不易淬火钢的HAZ 区组织特征分布及力学性能如何？
1、 熔合区(半熔化区)，温度处于固液相线之间，晶粒粗大，可能出现魏氏组织，硬化后易产生裂纹，塑性不好；
2、 过热区(固相线至1100℃范围)，粗晶与细晶交替混合；
3、 相变重结晶区(正火区，温度在Ac 3以上)，晶粒细化，机械性能良好；
4、 不完全重结晶区( 温度处于Ac 1－Ac 3之间)，粗大铁素体和细小珠光体、铁素体机械性能不均匀，急冷时可出现高碳马氏体。
七、HAZ 最大硬度意义是什么，影响因素哪些？
1、意义：采用HAZ 最大硬度H max 作为一个因子来评价金属的焊接性，不仅反映了化学成分的作用，同时放映了不同组织形态的作用。
2、影响因素：是含碳量、合金元素及冷却条件等。
八、碳当量的定义，表达方式有哪些，试用范围有何区别？
1、定义：将钢铁中各种合金元素对共晶点实际碳量的影响折算成碳的增减，这样算的的碳量称为“碳当量”。
2、表达方式及适用范围：
1) ()5
156V Mo Cr Ni Cu Mn C CE IIW ++++++= 适用于中、高强度的非调质低合金高强度钢（900MPa ~500σb =）
2) ()14
4540246V Mo Cr Ni Si Mn C Ceq WES ++++++= 适用于低碳调质的低合金高强度钢（1000MPa ~500σb =） 3) B V Mo Ni Cr Cu Mn Si C P cm 510
15602030++++++++= 适用于C=0.07%～0.22%,MPa 1000~400σb =的低合金高强度钢
4) ()??
? ??+++++++++=B Nb V Mo Cr Ni Cu Mn Si C A C CEN 5520151624 十一、分析M-A 组元的形成原因及其对焊缝性能的影响
第五章
一、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。
按产生裂纹的本质来分，焊接裂纹可分为五大类：
1、热裂纹
产生：在焊接时高温下产生。
特征：宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分布（连续或继续）也可看到缝横向裂纹，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（包括亚晶界）分布，属于沿晶断裂性质。热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。
2、再热裂纹
产生：由于重新加热（热处理）过程中产生称再热裂纹—消除应力处理裂纹。
特征：多发生的低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。再热裂纹的敏感温度，视钢种的不同约550～650℃。
3、冷裂纹
产生：温度区间在+100℃～-75℃之间。
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。冷裂纹又分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）、低塑性脆化裂纹等三类。
4、层状撕裂
产生：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。
特征：它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过400℃；常发生在厚壁结构的T型接头、十字接头和角接头，是一种难以修复的失效类型。
5、应力腐蚀裂纹
产生：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。
特征：形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展，大多属于晶间断裂性质，少数也有穿晶断裂。从端口来看，为典型的脆性断口。
二、焊接结晶裂纹的形成过程及条件是什么？
1、过程：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。
2、条件：必要条件是拉伸应力。焊缝在脆性温度区间所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性，或者说焊缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量()s e?小于零时就会产生结晶裂纹。
三、结晶裂纹冶金和力学影响因素有哪些？防治措施有哪些？
1、冶金因素
1) 结晶温度区间
2) 合金元素
3) 低熔共晶形态
4) 结晶组织形态及组织对结晶裂纹的影响
2、力学因素
在焊接时脆性温度区内金属的强度要小在脆性温度区内金属所承受的拉伸应力。
产生结晶裂纹的充分条件：σσ 产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作用，二者缺一不可。 3、防止措施 1) 冶金方面 ①控制焊缝中有害杂质的含量 限制S 、P 、C 含量S 、P<0.03-0.04 焊丝C<0.12% (低碳钢) 焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝 ②改善焊缝的一次结晶 细化晶粒，加入Mo 、V 、Ti 、Nb 、Zr 、Al 双相组织 ③限制熔合比 ④利用“愈合作用” 2) 工艺方面（减少拉应力） 四、什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？ 1、脆性温度区间：熔池金属进入固液阶段，由于液态金属少，主要是那些低熔点共晶，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只有稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，该区间称为脆性温度区间。[金属在固相线上下温度范围内延伸率极低，金属呈现脆性断裂，把该温度区间定义为脆性温度区间] 2、由于该区间液态金属的流动困难，延伸率低，金属呈脆性断裂，故该区间的金属塑性很低 五、综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素。 1、在脆性温度区间内金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹，它主要决定于化学成分，凝固条件，偏析程度，晶粒大小和方向等冶金因素。 2、脆性温度区间内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，应变得增长率将增大，产生结晶裂纹，应变增长率的大小主要决定于金属的热胀系数，焊接接头的刚度，焊缝位置，焊接规范大小，温度场分布等因素。 六、试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。 1、特征： 冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。有时沿晶界扩散断裂，有时是穿断裂。冷裂纹主要发生在焊缝金属中。 2、影响因素： 1）钢种化学成分的影响，钢种的碳含量越高，淬硬倾向越大，即增大冷裂纹的敏感性； 2）拘束应力的影响； 3）氢的有害影响； 4）焊接工艺对冷裂纹的影响，包括焊接线能量、预热、焊后后热、多层焊的影响。 十、一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？为什么容易在焊接HAZ 产生？ 1、氢在低碳钢中的扩散速度很快，焊接过程中大部分氢可以逸出金属，而且低碳钢焊接时一般不形成脆硬的M ，所以不会产生延迟裂纹；而高合金钢而言(如18-8不锈钢)，氢的扩散速度低，溶解度较大，也不易在局部聚集产生延迟裂纹；高碳钢、中碳钢、中合金钢和部分含碳较多的低合金高强钢中，氢的扩散速度来不及逸出金属，又不能完全受到抑制，在金属内发生局部聚集，引起延迟裂纹现象。 2、由于焊缝中存在大量氢，周围母材含氢量少，致使氢由焊缝向HAZ 扩散；焊缝先 于母材在高温下发生相变，由A分解为F+P等组织由于氢在其中溶解度小进一步促进氢向HAZ扩散，此时HAZ仍处于奥氏体态。因氢的扩散速度很小不能扩散到离焊缝边界较远母材中，因此在焊缝与母材的交界HAZ中形成H的富集区，当该区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态留在奥氏体中，当氢的浓度足够高就会产生延迟裂纹。 第十九章思考与练习 1.主应力法的基本原理和求解要点是什么？ 答：主应力法（又成初等解析法）从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边界上的正应力和变形的力能参数，但不考虑变形体内的应变状态。其基本要点如下： ⑴把变形体的应力和应变状态简化成平面问题（包括平面应变状态和平面应 力状态）或轴对称问题，以便利用比较简单的塑性条件，即 G -二=七S。对于形状复杂的变形体，可以把它划分为若干形状简单的变形单元，并近似地认为这些单元的应力应变状态属于平面问题或轴对称问题。 ⑵根据金属流动的方向，沿变形体整个（或部分）截面（一般为纵截面）切取包含接触面在 内的基元体，且设作用于该基元体上的正应力都是均布的主应力，这样，在研究基元体的力的平衡条件时，获得简化的常微分方程以代替精确的偏微分方程。接触面上的摩擦力可用库仑摩擦条件或常摩擦条件等表示。 ⑶在对基元体列塑性条件时，假定接触面上的正应力为主应力，即忽略摩擦 力对塑性条件的影响，从而使塑性条件大大简化。即有二X- J y=叙（当二X > 二y） ⑷将经过简化的平衡微分方程和塑性条件联立求解，并利用边界条件确定积分常数，求得接 触面上的应力分布，进而求得变形力。 由于经过简化的平衡方程和屈服方程实质上都是以主应力表示的，故而得名“主应力法”。 2 .一20钢圆柱毛坯，原始尺寸为-5Qmm 50mm ,在室温下镦粗至高度h=25mm 设接触表面摩擦切应力E =0.2丫。已知Y =746 ￡2Q MPa ,试求所需的变形力P和单位流动压力P O 解：根据主应力法应用中轴对称镦粗得变形力算得的公式 . Y 而本题.=0.2Y 与例题.=mk , k =—相比较得：m=0.4,因为该圆柱被压缩至 2 h=25mm 根据体积不变定理，可得r e =25 ,2 , d=50 2 ,h=25 又因为 Y = 746 ；0.2 （1 -—2 ） 15 3 .在平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为 a 、高度为h ,长度 l a ,若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦 定律，试用主应力法推导单位流动压力 P 的表 达式。 解：本题与例1平面应变镦粗的变形力相似，但又有 其不同点，不同之处在于■= U^y 这个摩擦条件，故在 2U ；二 y ^y LdX 中是一个一阶微分方程， J 算得的结果不一样，后面的答案也不 h 一样， 4 .一圆柱体，侧面作用有均布压应力 G ,试用主应力法求镦粗力 P 和单位流动压力p （见图19-36） 解：该题与轴对称镦粗变形力例题相似，但边界条件不一样，当r =r e ,二 re -J 0 而不是二re =0 ,故在例题中，求常数C 不一样: 2 . C = X e ? 2k 飞0 h 2τ ■ -y （X -X e ） 2k — h m d P = 丫（1 图 19-36 焊接冶金学（基本原理） 部分习题及答案 绪论 一、什么是焊接，其物理本质是什么？ 1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。 2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。 二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？ 钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。 1.温度场定义，分类及其影响因素。 1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。 2、分类： 1)稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动； 2)非稳定温度场——温度场各点随时间而变动； 3)准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。 3、影响因素： 1)热源的性质 2)焊接线能量 3)被焊金属的热物理性质 a.热导率 b.比热容 c.容积比热容 d.热扩散率 e.热焓 f.表面散热系数 4)焊件厚板及形状 第一章 二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？ 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃) 1)水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高 温度下析出 2)某些物质分解:形成Co，CO2，H2O，O2等气体 3)铁合金氧化：先期氧化，降低气相的氧化性 2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1)温度高：1800－2400℃ 2)与气体、熔渣的接触面积大：1000－10000 cm2/kg 3)时间短速度快：；熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合. 3、熔池反应区 1)反应速度低 熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2)熔池温度不均匀的突出特点 熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应 3)具有一定的搅拌作用 促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。 三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？ 1、种类：金属及熔渣蒸气 2、来源： 1)焊接材料 2)气体介质 焊接冶金学（基本原理）习题 绪论 1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？ 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？ 4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？ 5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？ 6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？ 7.什么是焊接，其物理本质是什么？ 8.焊接冶金研究的内容有哪些 第一章焊接化学冶金 1.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？ 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？ 3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ 6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？ 7.氢对焊接质量有哪些影响？ 8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？ 9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。 10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？ 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？ 12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？ 13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？ 14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。 15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ 16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？ 18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。 19.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。 20.什么是焊接化学冶金过程，手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有何不同，主要进行哪些物理 化学反应？ 21.什么是熔合比，其影响因素有哪些，研究熔合比在实际生产中有什么意义？ 第一章液态金属的结构与性质习题 1 .液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并 不是原子间结合力的全部破坏？ （2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明： ①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积 变化?V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。 ②金属熔化潜热?H m约为气化潜热?H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部 原子结合键只有部分被破坏。 由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。 2 .如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间 距r1各表示什么？ 答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。 N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。 r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。 3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。 答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。 近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团 （2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证 ①偶分布函数的特征 对于气体，由于其粒子（分子或原子）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。而液体的g(r)出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=1，表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小。 ②从金属熔化过程看 物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化?V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。另一方面，金属熔化潜热?H m约为气化潜热?H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。 可以说，在熔点（或液相线）附近，液态金属（或合金）的原子集团内短程结构类似于固体。 ③Richter等人利用X衍射、中子及电子衍射手段，对碱金属、Au、Ag、 Pb和Tl等熔体进行了十多年的系统研究，认为液体中存在着拓扑球状密排结构以及层状结构，它们的尺寸范围约为10-6-10-7cm。 ④Reichert观察到液态Pb局域结构的五重对称性及二十面体的存在，并推 测二十面体存在于所有的单组元简单液体。 ⑤在Li-Pb、Cs-Au、Mg-Bi、Mg-Zn、Mg-Sn、Cu-Ti、Cu-Sn、Al-Mg、 Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均被发现有化学短程序的存在。 4．如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？ 答：理想纯金属是不存在的，即使非常纯的实际金属中总存在着大量杂质原子。实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。能量起伏是指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。 结构起伏是指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断地分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去， 第一章习题 1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？答：（1）液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明 （2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明： ①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化?V m/V为3%~5%左右， 表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。 ②金属熔化潜热?H m约为气化潜热?H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。 2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？ 答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。 N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。 r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。 3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。 答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。 近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团 （2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证 ①偶分布函数的特征 名词解释 1溶质平衡分配系数;特定温度T*下固相合金成分浓度C*S与液相合金成分C*L达到平衡时的比值。 2缩孔：纯金属火共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞； 缩松:具有宽结晶温度温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔； 3沉淀脱氧：将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中以FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。 4均质形核:形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也成“自发形核”（实际生产中均质形核是不太可能的）非均质形核:依靠外来质点或型壁界面而提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。 5.简单加载:是指在加载过程中各应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变。 6.冷热裂纹:冷裂纹是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹，热裂纹是金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的开裂现象 7.最小阻力定律:当变形体质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动. 填空 1.动力学细化四个内容:铸型振动、超声波振动、液相搅拌、流变铸造 2.铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同的形态的晶区 3.细化铸件宏观凝固组织的措施有合理地控制浇注工艺和冷却条件、孕育处理、动力学细化等三个方面 4.微观偏析的两种主要类型为晶内偏析与晶界偏析，宏观偏析按由凝固断面表面到内部的成分分布，有正常偏析与逆偏析两类 5.铸造过程中的气体主要来源是熔炼过程和浇注过程和铸型 6.我们所学的特殊条件下的凝固包括快速凝固和失重条件下凝固和定向凝固 7.液态金属（合金）凝固的驱动力由过冷度提供，而凝固时的形核方式有：均质形核和非均质形核两种 8.晶体的生长方式有连续生长和台阶方式生长两种 9.凝固过程的偏析可分为：微观偏析和宏观偏析两种 10.液体原子的分布特征为:长程无序，短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属 11.Jakson因子α可以作为固液界面微观结构的判据，凡α<=2的晶体，其生长界面为粗糙，凡α>5的晶体，其生长界面为光滑 12.液态金属需要净化的有害元素包括碳氧硫磷 13.塑形成形中的三种摩擦状态分别是干摩擦、流体摩擦、边界摩擦 14.对数应变的特点是具有真实性、可靠性、和可加性 15.就大多数金属而言，其总的趋势是随着温度的升高，塑形增加 16.钢冷挤压时，需要对胚料表面进行磷化、皂化润滑处理 选择题1.塑形变形时，工具表面粗糙度对摩擦系数的影响（A）工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A大于B等于C小于 2.塑形变形时，不产生硬化的材料叫做（A）A理想塑形材料B理想弹性材料C硬化材料 3.用近似平衡微分方程和近似塑形条件求解塑形成形问题的方法称为（B）A解析法B主应力法C滑移线法 4.韧性金属材料屈服时（A）准则较符合实际的 A密席斯B屈雷斯加C密席斯与屈雷斯加 5.塑形变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做（B）A理想弹性材料B理性刚塑形材料C塑形材料 6.硫元素的存在使碳钢易产生（A）A热脆性B冷脆性C兰脆性 7.应力状态中的（B）应力，能充分发挥材料的塑形A拉应力B压应力C拉应力与压应力 8.平面应变时，其平均正应力σs（B）中间主应力σz.A大于B等于C小于 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑形、韧性（B）.A提高B降低C没有变化 简答题1.简述顺序凝固原则和同时凝固原则的优缺点和适用范围 答：（1）铸件的顺序凝固原则是采取各种措施保证铸件各部分按照距离冒口的远近，由远及近朝着冒口方 绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。 焊接冶金学（基本原理）部分习题及答案 绪论 一、什么是焊接，其物理本质是什么？ 1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。 2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。 二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？ 钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。 1. 温度场定义，分类及其影响因素。 1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。 2、分类： 1) 稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动； 2) 非稳定温度场——温度场各点随时间而变动； 3) 准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。 3、影响因素： 1) 热源的性质 2) 焊接线能量 3) 被焊金属的热物理性质 a. 热导率 b. 比热容 c. 容积比热容 d. 热扩散率 e. 热焓 f. 表面散热系数 4) 焊件厚板及形状 第一章 二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？ 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃) 1) 水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出 2) 某些物质分解:形成Co ，CO2，H2O ，O2等气体 3) 铁合金氧化 ：先期氧化，降低气相的氧化性 2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1) 温度高：1800－2400℃ 2) 与气体、熔渣的接触面积大 ：1000－10000 cm2/kg 3) 时间短速度快：0.01-0.1s ；0.0001-0.001s 4) 熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合. 3、熔池反应区 1) 反应速度低 熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg ；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2) 熔池温度不均匀的突出特点 熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应 3) 具有一定的搅拌作用 促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。 三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？ 1、种类： 金属及熔渣蒸气 2、来源： 1) 焊接材料 2) 气体介质 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 3、供给途径：一部分是直接输入或侵入的原始气体；另一部分是通过物化反应所生成的气体。 1) 有机物的分解和燃烧:纤维素的氧化分解 2) 碳酸盐和高价氧化物的分解 四、为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；电弧中的氮离子N +在氧化性电弧气氛中形成NO ，遇到温度较低的液态金属它分解为N 和O ，N 迅速溶于金属。 五、氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ 61052222()71210m C H O mO mCO mH +=+23lg (/)8920/7.54 p CO CaCO T =-+32CaCO CaO CO =+32MgCO MgO CO =+23lg (/)5785/ 6.27p CO MgCO T =-+22222N O O H H CO CO 、、、、、 高分子材料加工成型原理题库 一、填空： 1．聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的可模塑性，可挤压性，可纺性和可延性。 正是这些加工性，正是这些加工性质为聚合物材料提供了适于多种多样加工技术的可能性。 2．熔融指数是评价聚合物材料的可挤压性这一加工性质的一种简单而又实用的方法，而螺旋流动试验是评价聚合物材料的可模塑性这一加工性质的一种简单而又实用的方法。3．在通常的加工条件下，聚合物形变主要由高弹形变和粘性形变所组成。从形变性质来看包括可逆形变和不可逆形变两种成分，只是由于加工条件不同而存在着两种成分的相对差异。 4．PS、PP、PVC、PC、HDPE、PMMA和PA分别是聚合物聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、高密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚酰胺的缩写。 5．聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生粘性形变，也有弹性效应，当Tg 第十三章思考与练习 简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。 答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。 孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。 设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发生滑移？为什么？ 答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向， 而Ⅱ接近硬取向。 试分析多晶体塑性变形的特点。 答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。 ②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。 ③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。 ④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大， 金属的强度高。金属的塑性越好。 4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？ 答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 5. 合金的塑性变形有何特点？ 答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。 单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用， 多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。 根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显着的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。 6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？ 答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带； 晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状； 晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。 对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。即产生了加工硬化。 7. 产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？ 答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。 加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。 8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？ 答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。 对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使异号位错互相抵消，其结果是位错密度下降，畸变能降低，达不到动态再结晶所需的能量水平。 9. 什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？ ASME规程学习总结 ASME概述： ASME是American Society of Mechanical Engineers（美国机械工程师协会）的英文缩写。主要领域为机械工程的发展，是一个集设计、制造、安装、检验、试验为一体的标准规程。ASME规程每年都会有更新增补，并且每三年修订一次。目前ASME已增加到12卷，其中在火力电站建设应用的有5卷，分别是ASME Ⅰ卷动力锅炉建造规则、ASME Ⅱ卷材料、ASME Ⅴ卷无损检测、ASME Ⅷ卷压力容器建造规则、ASME Ⅸ卷焊接和钎焊评定。焊接专业的各类指导性文件分别包括在了这5卷里。 各卷册的解释说明： （一）A SME Ⅸ焊接和钎焊评定 此卷主要说了焊接工艺评定（WPS）的制作和焊工、焊接操作工的证书评定 1、焊接工艺评定（WPS）：WPS是对焊接施工的一个指导性文件，所有的焊接工作都根据WPS施工，WPS包括内容有：焊接方法、材质、焊接材料、预热、热处理等详细的参数，支持焊接工艺评定的指导文件是工艺评定记录（PQR），PQR是在做焊接工艺评定时的记录。不同的焊接方法和材质都对应不同的焊接工艺评定。 2、焊接工艺评定流程：做焊接工艺评定时主要包括3个条件，重要变素、附加重要变素、和非重要变素。 重要变素是焊接工艺评定中的重要环节，如果重要变素改变那么这个工艺评定就不能再用，需重新评定，因为重要变素影响焊缝的力学性能。重要变素包括（母材材质的改变、焊接材料的改变、预热温度的大幅度改变、热处理温度的改变、保护气体的改变等） 附加重要变素是当有冲击要求时才需要的变素，当改变附加重要变素时工艺评定也需要重新评定。附加重要变素包括（层间温度、电极特性、母材厚度等） 非重要变素是不影响焊缝力学性能的变素，非重要变素改变时焊接工艺评定不需重新评定。非重要变素包括( 焊条直径、坡口形式、焊材厂家牌号等) 有了这三个条件就可以做焊接工艺评定，流程为：坡口加工-----合格焊工焊接----- 1.第一章 1、氮对焊接质量的影响? (1).有害杂质(2).促使产生气孔(3).促使焊缝金属时效脆化。 影响焊缝含氮量的因素及控制措施? 1）、机械保护2)、焊接工艺参数（采用短弧焊;增加焊接电流; 直流正接高于交流，高于直流反接（焊缝含N量）; 增加焊丝直径;N%，多层焊>单层焊;N%，小直径焊条>大直径焊条3)合金元素( 增加含碳量可降低焊缝含氮量;Ti、Al、Zr和稀土元素对氮有较大亲和力 2.、氢对焊接质量的影响? 1）.氢气孔2)、白点3)、氢脆4)、组织变化和显微斑点5)、产生冷裂纹控制氢的措施? 1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分3)、冶金处理4)、调整焊接规范5)、焊后脱氢处理 3、氧对焊接质量的影响? 1）、机械性能下降；化学性能变差2）、产生CO气孔,合金元素烧损3）、工艺性能变差应采取什么措施减小焊缝含氧量? 1)纯化焊接材料2)控制焊接工艺参数3)脱氧 4.CO2保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝，为什么？ 答：采用高锰高硅焊丝，原因:(1)Mn,Si被烧损;(2)Mn，Si联合脱氧。 5.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 答：L=(FeO)/[FeO] T↑L↓，焊接温度下L>1 同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配 在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。 然而碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低 碱性焊条药皮的氧化势小的缘故 6为什么焊接高铝钢时，即使焊条中不含SiO2，只是由于水玻璃作粘结剂焊缝还会严重增硅？ 答：Al和O的亲和力比Si和O的亲和力大，Si烧损少，水玻璃中的Si能大量的过渡到金属中。 7.为什么酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条用硅铁、锰铁和钛铁为脱氧剂？ 答：酸性焊条含SiO2多，与MnO2 （脱氧产物）形成复合氧化物，，降低O含量，使渣中MnO2含量降低，浓度降低，从而使熔敷金属中的氧化物向渣中过渡，达到脱氧的目的。在碱性渣中MnO的活度系数较大，不利于锰脱氧而碱性渣中Si的脱氧效果较好,硅的脱氧能力比锰大，但生成的SiO2熔点高，不易聚合为大的质点,SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢中分离，易造成夹杂锰和硅按适当比例加入金属中进行联合脱氧时可以得到较好的脱氧效果. 优点：脱氧产物MnO·SiO2熔点低，比重小，易聚成球，浮到渣中去，减少焊缝夹杂物[Mn]/[Si]=3～7时效果最佳 8.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：1）氧化问题：碱度大，则含SiO2等酸性氧化物就少，使FeO的活度大，容易向金属中扩散，使焊缝增氧。因此在熔渣含FeO含量相同的情况下碱性渣的焊缝含氧量比酸性渣多。 2）脱氧问题：碱性渣中MnO活度较大，不利于Mn脱氧，且碱度越大，Mn的脱氧 第十九章思考与练习 1．主应力法的基本原理和求解要点是什么？ 答：主应力法（又成初等解析法）从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化 的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边界上的正应力和变形的力能参数，但不考虑变形体内的应变状态。其基本要点如下： ⑴把变形体的应力和应变状态简化成平面问题（包括平面应变状态和平面应力状态）或轴对称问题，以便利用比较简单的塑性条件，即13s σσβσ-=。对于形状复杂的变形体，可以把它划分为若干形状简单的变形单元，并近似地认为这些单元的应力应变状态属于平面问题或轴对称问题。 ⑵根据金属流动的方向，沿变形体整个（或部分）截面（一般为纵截面）切取包含接触面在内的基元体，且设作用于该基元体上的正应力都是均布的主应力，这样，在研究基元体的力的平衡条件时，获得简化的常微分方程以代替精确的偏微分方程。接触面上的摩擦力可用库仑摩擦条件或常摩擦条件等表示。 ⑶在对基元体列塑性条件时，假定接触面上的正应力为主应力，即忽略摩擦力对塑性条件的影响，从而使塑性条件大大简化。即有 x y Y x y σσβσσ-=（当＞） ⑷将经过简化的平衡微分方程和塑性条件联立求解，并利用边界条件确定积分常数，求得接触面上的应力分布，进而求得变形力。 由于经过简化的平衡方程和屈服方程实质上都是以主应力表示的，故而得名“主应力法”。 2．一20钢圆柱毛坯，原始尺寸为mm 50mm 50?φ，在室温下镦粗至高度 h =25mm ，设接触表面摩擦切应力Y 2.0=τ 。已知MPa 74620 .0ε =Y ，试求所需的 变形力P 和单位流动压力p 。 解：根据主应力法应用中轴对称镦粗得变形力算得的公式)61(h d m Y p + = 而本题Y 2.0＝τ与例题2 ,Y k mk =＝τ相比较得：m=0.4,因为该圆柱被压缩至 h=25mm 根据体积不变定理，可得225=e r ， d=502 ,h=25 又因为Y ＝746) 15 221(2.0+ ε 3．在平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为a 、高度为h ，长度 l a ，若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦 定律，试用主应力法推导单位流动压力p 的表达式。 解：本题与例1平面应变镦粗的变形力相似，但又有 其不同点，不同之处在于y u στ＝这个摩擦条件，故在 dx h u d y y σσ 2- =中是一个一阶微分方程，y σ 算得的结果不一样，后面的答案也不 一样， 4．一圆柱体，侧面作用有均布压应力0 σ，试用主应力法求镦粗力P 和单位流动压力p (见图19-36)。 解：该题与轴对称镦粗变形力例题相似，但边界条件不一样，当e r r = ,0σσ=re 而不是0=re σ，故在例题中，求常数c 不一样： 22στ++=k x h c e 2)(2σ τσ ++-- =∴k x x h e y 图 19-36 一、名词解释 1 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。 3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。 4 液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。 5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。 7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场 稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）： 8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。 9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。 10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核” 。非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。 11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。 光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。也称为“小晶面”或“小平面”。 12 “成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。这种仅由熔体存在的负温度梯度所造成的过冷，习惯上称为“热过冷” 。 13 内生生长和外生生长－晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为“外生生长”。平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外生生长。等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”。 14 枝晶间距－指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是树枝晶组织细化程度的表征。 15 共生生长－是指在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。 15离异生长－两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而形成的组织没有共生共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称离异共晶。 16 孕育与变质－孕育主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形 第一编·第二章·审计计划 考点和典题 第三节重要性 三、审计过程中修改重要性 1.修改对象 (1)财务报表整体的重要性； (2)“特定”的重要性水平。 2.修改情形[情况有变]【多选题高频考点】 (1)审计过程中情况发生重大变化； (2)获取新信息； (3)通过实施进一步审计程序，对被审计单位及其经营的了解发生变化。 3.影响 (1)确定是否有必要修改实际执行的重要性； (2)确定进一步审计程序的性质、时间安排和范围是否仍然适当。 真题和模拟题精讲 多项选择题【2013年真题】 如果注册会计师在审计过程中调低了最初确定的财务报表整体的重要性，下列各项中，正确的有（）。 A.注册会计师应当调高可接受的检查风险 B.注册会计师应当确定是否有必要修改实际执行的重要性 C.注册会计师应当确定进一步审计程序的性质、时间安排和范围是否仍然适当 D.注册会计师在评估未更正错报对财务报表的影响时应当使用调整后的财务报表整体的重要性 [答案]BCD [点评]选项A中，重要性将被运用于评估重大错报风险，假设这一门槛被调低，评估的重大错报风险将很可能上升，在审计风险模型中重大错报风险与可接受的检查风险呈反向变动关系，所以注册会计师应当调低可接受的检查风险；这一选项非常经典，同学们应当反复推敲；选项B中，注册会计师根据评估的财务报表整体的重要性确定实际执行的重要性，二者需要“联动”；选项D中，在评价未更正错报的影响之前，注册会计师应当重新评估计划和执行审计工作的重要性是否恰当。 多项选择题【2011年真题】 下列情形中，注册会计师可能认为需要在审计过程中修改财务报表整体的重要性的有（）。 A.被审计单位情况发生重大变化 B.注册会计师获取新的信息 C.通过实施进一步审计程序，注册会计师对被审计单位及其经营情况的了解发生变化 D.审计过程中累积错报的汇总数接近财务报表整体的重要性 [答案]ABC [点评]选项D中，审计过程中累积错报的汇总数接近财务报表整体的重要性时，注册会计师应当考虑实施追加审计程序，而非修改财务报表整体重要性。 单项选择题【2010年真题】 随着审计过程的推进，注册会计师通常认为修改重要性水平的合理理由是（）。 A.审计的时间预算重新调整 B.约定的审计收费发生变化 C.被审计单位及其经营环境发生变化材料成型基本原理第十八章答案
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