金屬熔焊的原理

1、什么是焊接？常用的焊接方法分為哪幾類？

通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使

工件達(dá)到結(jié)合的一種加工工藝方法稱為焊接。

工件可以用各種同類或不同類的金屬、非金屬材料（塑料、

石墨、陶瓷、玻璃等），也可以用一種金屬與一種非金屬材

料。金屬的焊接在現(xiàn)代工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，因此狹義地

講，焊接通常就是指金屬材料的焊接。

按照焊接過程中金屬材料所處的狀態(tài)不同，目前把焊接方法

分為以下三類：

（1）熔焊

焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊

接的方法稱為熔焊。常用的熔焊方法有電弧焊、氣焊、電渣

焊等。

⑵壓焊

焊接過程中，必須對(duì)焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完

成焊接的方法稱為壓焊。常用的壓焊方法有電阻焊（對(duì)焊、

點(diǎn)焊、縫焊八摩擦焊、旋轉(zhuǎn)電弧焊、超聲波焊等。

⑶釬焊

焊接過程中，采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件

和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液

態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接

焊件的方法稱為釬焊。常用的釬焊方法有火焰釬焊、感應(yīng)釬

焊、爐中釬焊、鹽浴釬焊和真空釬焊等。

2、焊接區(qū)內(nèi)有哪些氣體？其來源如何？

焊接過程中，焊接區(qū)內(nèi)充滿大量氣體。用酸性焊條焊接時(shí)，

主要?dú)怏w成分是CO、H2、H2O；用堿性焊條焊接時(shí),主要

氣體成分是CO、C02;埋弧焊時(shí),主要?dú)怏w成分是CO、

H2O

焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要來源于以下幾方面：一是為了保護(hù)焊接

區(qū)域不受空氣的侵入，人為地在焊接區(qū)域添加一層保護(hù)氣體,

如藥皮中的造氣劑（淀粉、木粉、大理石等）受熱分解產(chǎn)生

的氣體、氣體保護(hù)焊所采用的保護(hù)氣體（C02氣體、Ar氣）

等；其次是用潮濕的焊條或焊劑焊接時(shí)，析出的氣體、保護(hù)

不嚴(yán)而侵入的空氣、焊絲和母材表面上的雜質(zhì)（油污、鐵銹、

油漆等）受熱產(chǎn)生的氣體，以及金屬和熔渣高溫蒸發(fā)所產(chǎn)生

的氣體等。

3、試述氮、氫、氧對(duì)焊縫金屬的作用和影響

（1）氮

氮主要來自焊接區(qū)域周圍的空氣。手弧焊時(shí)，堆焊金屬中約

含有0.025%的氮。氮是提高焊縫金屬強(qiáng)度、降低塑性和韌

性的元素，也是在焊縫中產(chǎn)生氣孔的主要原因之一。

⑵氫

氫主要來源于焊條藥皮、焊劑中的水分、藥皮中的有機(jī)物，

焊件和焊絲表面上的污物（鐵銹、油污）和空氣中的水分等。

各種焊接方法均使焊縫增氫，只是增氫的程度不同：手弧焊

時(shí)用纖維素藥皮焊條焊得的焊縫含氫量比母材高出70倍；

只有采用低氫型焊條施焊時(shí)，焊縫的含氫量才比較低；而用

CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，含氫量最低。

氫使焊縫金屬的塑性性嚴(yán)重下降，促使在焊接接頭中產(chǎn)生氣

孔和延時(shí)裂紋，并且還會(huì)在拉伸試樣的斷面上形成白點(diǎn)。

（3）氧

氧主要來源于空氣、藥皮和焊劑中的氧化物、水分及焊接材

料表面的氧化物。隨著焊縫中含氧量的增加，其強(qiáng)度、硬度

和塑性會(huì)明顯下降，還能引起金屬的熱脆、冷脆和時(shí)效硬化,

并且也是焊縫中形成氣孔（co氣孔）的主要原因之一。

總之，進(jìn)入焊縫金屬中的氮、氫、氧都是屬于有害的元素。

4、為什么對(duì)焊接區(qū)域要進(jìn)行保護(hù)？如何保護(hù)？

對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù)的目的是防止空氣侵入熔滴和熔池，減

少焊縫金屬中的氮、氧含量。保護(hù)的方式有下列三種：

（1）氣體保護(hù)

例如，氣體保護(hù)焊時(shí)采用保護(hù)氣體（CO2,H2、Ar）將焊

接區(qū)域與空氣隔離起來。

⑵渣保護(hù)

在熔池金屬表面覆蓋一層熔渣使其與空氣分開隔離，如電渣

焊、埋弧焊。

⑶氣一渣聯(lián)合保護(hù)

利用保護(hù)氣體和熔渣同時(shí)對(duì)熔化金屬進(jìn)行保護(hù)，如手弧焊。

5、如何減少焊縫金屬中的含氧量？

對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù)、防止空氣與熔化金屬進(jìn)行接觸是控制

焊縫金屬中含氧量的重要措施，但是不能根本解決問題，因

為氧還可以通過許多其它渠道進(jìn)入焊縫中，要徹底堵塞這些

渠道事實(shí)上是不可能的，因此目前只能采取措施，對(duì)已進(jìn)入

熔化金屬中的氧進(jìn)行脫氧處理。

6、焊縫金屬常用的脫氧方法有哪些？

利用熔渣或焊芯(絲)金屬與熔化金屬相互作用進(jìn)行脫氧,

是焊縫金屬常用的脫氧辦法。

⑴擴(kuò)散脫氧

當(dāng)溫度下降時(shí)原先熔解于熔池中的FeO會(huì)不斷地向熔渣進(jìn)

行擴(kuò)散，從而使焊縫中的含氧量下降，這種脫氧方法稱為擴(kuò)

散脫氧。

如果熔渣中有強(qiáng)酸性氧化物Si02、Ti02等，它們會(huì)與FeO

生成復(fù)合物，其反應(yīng)式為

(SiO2+FeO)=FeOSiO2

(TiO2+FeO)=FeOTiO2

反應(yīng)的結(jié)果使熔渣中的自由FeO減少，這就使熔池金屬中

的［FeO］不斷地向渣中擴(kuò)散，焊縫金屬中的含量因此得以減

少。

酸性熔渣（如焊條J422、焊劑HJK431熔化所成的熔渣）

中含有較多量的SiO2.TiO,所以其脫氧方法主要是擴(kuò)散脫

氧。但是在焊接條件下，由于熔池冷卻速度快，熔渣和液體

金屬相互作用的時(shí)間短，擴(kuò)散脫氧進(jìn)行得很不充分，因此用

酸性焊條（劑）焊成的焊縫，其含氧量還比較高，焊縫金屬

的塑性和韌性也比較低。

⑵用脫氧劑脫氧

在焊芯、藥皮或焊絲中加入某種元素，使它本身在焊接過程

中被氧化，從而保證被焊金屬及其合金元素不被氧化或已被

氧化的金屬還原出來，這種用來脫氧的元素稱為脫氧劑。常

用的脫氧劑有碳、鎰、硅、鈦和鋁。

堿性焊條的脫氧劑以鐵合金的形式加入到藥皮中去，如鎰鐵、

硅鐵等。

埋弧焊常采用合金焊絲，如H08MnA、HlOMnSi等。

用脫氧劑脫氧的效果比擴(kuò)散脫氧好得多，所以用堿性焊條施

焊的焊縫，其含氧量比用酸性焊條施焊時(shí)要低，塑性、韌性

相應(yīng)得到提高，因此堿性焊條常用來焊合金鋼及重要的焊接

結(jié)構(gòu)。

7、如何減少焊絳金屬中的含氫量？

減少焊縫金屬中含氫量的常用措施有：

1）烘干焊條的焊劑；

2）清除焊件和焊絲表面上的雜質(zhì)；

）在藥皮和焊劑中加入適量的氟石（）、硅砂（）

3CaF2SiO2z

兩者都具有較好的去氫效果；

4）焊后立即對(duì)焊件加熱,進(jìn)行后熱處理；

5）采用低氫型焊條、超低氫型焊條和堿性焊劑。

8、試述焊縫金屬中硫的危害性。如何脫硫？

硫是焊縫中常存的有害元素之一。硫能促使焊縫金屬產(chǎn)生熱

裂紋、降低沖擊韌度和需腐蝕性，并能促使產(chǎn)生偏析。厚板

焊接時(shí)，硫還會(huì)引起層狀撕裂。

硫在液態(tài)金屬中以FeS的形式存在，熔渣中的Mn、Mn。、

CaO具有一定的脫硫作用；其反應(yīng)式如下

[Mn]+[FeS]=[MnS]+[Fe]

[MnO]+[FeS]=[MnS]+[FeO]

[CaO]+[FeS]=[CaS]+[FeO]

生成的MnS、CaS都進(jìn)入熔渣中，由于MnO、CaO均屬堿

性氧化物，在堿性熔渣中含量較多，所以堿性熔渣的脫硫能

力比酸性熔渣強(qiáng)。

9、試述焊金屬中磷的危害性。如何脫磷？

磷也是焊縫中常存的有害元素之一。磷會(huì)增加鋼的冷脆性，

大幅度地降低焊縫金屬的沖擊韌度，并使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。

焊接奧氏體類鋼或焊縫中含碳量較高時(shí)，磷也會(huì)促使焊縫金

屬產(chǎn)生熱裂紋。

磷在液態(tài)金屬中以Fe2P、P2O5形式存在。脫磷反應(yīng)可分為

兩步進(jìn)行：第一步是將磷氧化成P2O5;第二步使之與渣中

的堿性氧化物CaO生成穩(wěn)定的復(fù)合物進(jìn)入熔渣。其反應(yīng)式

為

2[Fe2P]+5(FeO=P2O5+ll[Fe]

P2O5+3(CaO)二(CaO)3P2O5

P2O5+4(CaO)=(CaO)4-P2O5

由于堿性熔渣中含有較多的CaO，所以脫磷效果比酸性熔渣

要好。

但是實(shí)際上，不論是堿性熔渣還是酸性熔渣，其最終的脫硫、

脫磷效果仍不理想。所以目前控制焊縫中的硫、磷含量,只

能采取限制原材料(母材、焊條、焊絲)中硫、磷含量的方

法。

10、什么是焊縫金屬的合金化？常用的合金化方式有哪些？

合金化就是把所需要的合金元素，通過焊接材料過渡到焊縫

金屬(或堆焊金屬)中去。

合金化的目的：

1)補(bǔ)償焊接過程中由于氧化、蒸發(fā)等原因造成的合金元素

的損失；

2)改善焊縫金屬的組織和性能；

3)獲得具有特殊性能的堆焊金屬。

常用的合金化方式有：應(yīng)用合金焊絲；應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯

焊條；應(yīng)用合金藥皮或粘結(jié)焊劑；應(yīng)用合金粉末；應(yīng)用熔渣

與金屬之間的置換反應(yīng)。

11、什么是合金元素的過渡系數(shù)？

合金元素在焊接過程中總有一部分因氧化、蒸發(fā)等原因損耗

掉,不可能全部過渡到焊縫中去。合金元素的過渡系數(shù)是指

焊接材料中的合金元素過渡到堆焊金屬中的數(shù)量與其原始

含量的百分比，即

CF

n=—

CT

式中n——某合金元素的過渡系數(shù)（%）;

CF——堆焊金屬中某合金元素的含量；

CT——焊條（焊絲、焊劑）中某合金元素的原始總

含量。

手弧焊采用不同焊條型號(hào)時(shí)合金元素的過渡系數(shù)n，見表io

表1手弧焊時(shí)合金元素的過渡系數(shù)口（%）

藥皮類型焊條型CMnSiCrMo

號(hào)

鈦鈣型E4303E—40~4?8450?6050?6070?80

低氫鈉型5015550~5555-6555-6580-90

由表1可知，堿性焊條（低氫鈉型）合金元素的過渡系數(shù)比

酸性焊條（鈦鈣型）高。

12、什么是焊接熔池的一次結(jié)晶？它有什么特點(diǎn)？

熱源離開后，焊接熔池的金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱

為焊接熔池的一次結(jié)晶。焊接熔池的一次結(jié)晶具有如下特點(diǎn):

（1）熔池的體積小、冷卻速度大

電弧焊時(shí)，熔池體積最大約為30cm3，液態(tài)金屬的質(zhì)量不超

過200g（單絲自動(dòng)埋弧焊）。由于熔池的體積小，周圍又

被冷金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度很大，可達(dá)100℃/s,

比鑄錠的冷卻速度大幾百到上萬倍，這就使含碳量高、含合

金元素較多的鋼材，在焊接接頭中出現(xiàn)淬火硬組織（馬氏體）

和結(jié)晶裂紋。

⑵熔池中的液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)

對(duì)于低碳和低合金鋼，弧焊時(shí)熔池的平均溫度為（1770±

100）℃,超過了材料的熔點(diǎn)，處于過熱狀態(tài)。因此合金元

素的燒損比較嚴(yán)重。

（3）熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶

熔焊時(shí)，熔池隨熱源作同速移動(dòng)，在熔池中金屬的熔化和結(jié)

晶過程同時(shí)進(jìn)行，即熔池的前半部處在熔化過程，后半部處

在結(jié)晶過程，故熔池內(nèi)的熔化金屬處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶。

13、什么是偏析？焊縫中會(huì)產(chǎn)生哪幾種偏析現(xiàn)象？

合金中各組成元素在結(jié)晶時(shí)分布不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。焊

接熔池一次結(jié)晶過程中，由于冷卻速度快，已凝固的焊縫金

屬中化學(xué)成分來不及擴(kuò)散，造成分布不均，產(chǎn)生偏析。

焊縫中的偏析現(xiàn)象有以下三種：

⑴顯微偏析

熔池一次結(jié)晶時(shí)，最先結(jié)晶的結(jié)晶中心金屬最純，后結(jié)晶部

分含其它合金元素和雜質(zhì)略高，最后結(jié)晶部分，即結(jié)晶的外

端和前緣所含其它合金元素和雜質(zhì)最高。在一個(gè)柱狀晶粒內(nèi)

部和晶粒之間的化學(xué)成分分布不均現(xiàn)象稱為顯微偏析。

⑵區(qū)域偏析

熔池一次結(jié)晶時(shí)，由于柱狀晶體的不斷長(zhǎng)大和推移，會(huì)把雜

質(zhì)"趕”向熔池中心，使熔池中心的雜質(zhì)含量比其它部位多，

這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。

焊縫的斷面形狀對(duì)區(qū)域偏析的分布影響很大。窄而深的焊縫,

各柱狀晶的交界在其焊縫的中心，因此焊縫中心聚集有較多

的雜質(zhì)。這種焊縫在其中心部位極易產(chǎn)生熱裂紋。寬而淺的

焊縫，雜質(zhì)則聚集在焊縫的上部，這種焊縫具有較高的抗熱

裂能力。

⑶層狀偏析

熔池在一次結(jié)晶的過程中，要不斷地放出結(jié)晶潛熱，當(dāng)結(jié)

晶潛熱達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，熔池的結(jié)晶就出現(xiàn)暫時(shí)的停頓。以

后隨著熔池的散熱，結(jié)晶又重新開始，形成周期性的結(jié)晶，

伴隨著出現(xiàn)結(jié)晶前沿液體金屬中雜質(zhì)濃度的周期變動(dòng)，產(chǎn)生

周期性的偏析稱為層狀偏析。層狀偏析集中了一些有害元素,

因此缺陷往往出現(xiàn)在層狀偏析中。由層狀偏析所造成的氣孔。

14、如何改善焊縫一次結(jié)晶組織？什么是變質(zhì)處理？

通過焊接材料（焊條、焊劑）向熔池中加入某些合金元素如

V、Mo、Ti、Nb、ALB、N等，可以細(xì)化晶粒，得到細(xì)

晶組織，從而既可保證強(qiáng)度和塑性，又能提高抗裂性，這種

方法稱為變質(zhì)處理。變質(zhì)處理對(duì)改善焊縫的一次結(jié)晶組織十

分有效。例如，E5015MOV焊條,就是在原來E5015焊條

的基礎(chǔ)上，在藥皮中再加入少量的鋁鐵和鋼鐵，它具有更高

的抗裂性能。

15、什么是焊縫金屬的二次結(jié)晶？

一次結(jié)晶結(jié)束后，熔池就轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的焊縫。高溫的焊縫金

屬冷卻到室溫時(shí)，要經(jīng)過一系列的組織相變過程，這種相變

過程稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。

低碳鋼焊縫金屬二次結(jié)晶結(jié)束時(shí)，其組織為鐵素體加珠光體。

由鐵碳合金狀態(tài)圖可知，其中鐵素體約占82%,珠光體約占

18%,焊縫金屬的硬度約為83HBS。但鐵碳合金狀態(tài)圖是

在材料極緩慢的冷卻條件下獲得的，實(shí)際上焊縫金屬二次結(jié)

晶時(shí)的冷卻速度相當(dāng)快，因此組織中的珠光體含量會(huì)增加，

冷卻速度越高，珠光體含量也越多，焊縫的硬度和強(qiáng)度也隨

之增加，例如，當(dāng)焊縫金屬的冷卻速度為H0℃s時(shí)，其硬

度可達(dá)96HBs，這就是為什么當(dāng)焊縫金屬為低碳鋼，冷卻時(shí)

盡管并未出現(xiàn)淬火組織，但其硬度仍會(huì)增加的原因。

16、多層多道焊為什么可以提高焊縫金屬的塑性？

多層多道焊可以提高焊縫金屬的質(zhì)量，特別是塑性，這是因

為后層（道）焊縫對(duì)前層（道）焊縫具有熱處理的作用，相

當(dāng)于對(duì)前層（道）焊縫進(jìn)行了一次正火處理，因而改善了二

次組織。對(duì)最后一道焊縫，可在其焊縫上再施焊一條退火焊

道。有的工廠，當(dāng)焊接接頭的彎曲試樣試驗(yàn)不合格時(shí)，采取

改變?cè)瓉淼暮附庸に噮?shù)的措施，將單層焊縫改成多層焊縫,

用小電流進(jìn)行快速施焊，對(duì)提高彎曲試樣的試驗(yàn)合格率（塑

性指標(biāo)）有一定效果。

應(yīng)當(dāng)指出，多層多道焊對(duì)提高手弧焊的質(zhì)量效果較好。埋弧

焊時(shí)，由于每層焊道厚度可達(dá)6~10mm，但次一層焊縫的

熱作用只達(dá)3~4mm,所以熱處理效果較差。

17、什么是焊接熱循環(huán)？焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)有哪些？

在焊接熱源作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的過程稱

為該點(diǎn)的焊接熱循環(huán)。

當(dāng)熱源向該點(diǎn)靠近時(shí)，該點(diǎn)的溫度隨之升高，直到達(dá)到最大

值；隨著熱源的離開，溫度又逐漸降低，整個(gè)過程可以用一

條曲線來表示，這種曲線稱為焊接熱循環(huán)曲線。顯然，在焊

縫兩側(cè)距焊縫遠(yuǎn)近不同的各點(diǎn)，所經(jīng)歷的熱循環(huán)并不相同，

距焊縫越近的各點(diǎn)，加熱達(dá)到的最高溫度越高，越遠(yuǎn)的各點(diǎn)

加熱的最高溫度越低。

焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)是加熱速度、加熱所達(dá)到的最高溫度、

在組織轉(zhuǎn)變溫度以上停留的時(shí)間和冷卻速度。

單層電弧焊和電渣焊低合金鋼時(shí)的熱循環(huán)參數(shù)見表2。

表2低合金鋼的焊接熱循環(huán)參數(shù)

900℃lU冷卻速

焊接900℃上的停留度(℃/

板厚

焊接方線能時(shí)的加時(shí)間(s)s)

(m備注

法量(J/熱速度加冷90500

m)

cm)(℃/s)熱卻0

時(shí)時(shí)

1235鋁極氮8401170010.41.224

1015弧焊鋁0803200700.61.801對(duì)接開I形坡

2550極氮弧7807040022.05.520口對(duì)接開I形

1101焊埋弧1401001002.571354603坡口對(duì)接開I

1022焊埋弧932060473.4.022740012形坡口，有焊

0焊埋弧420053.09.053322952劑墊對(duì)接開I

焊埋弧010525.5169510.形坡口，有焊

焊埋弧00050168311.30.劑墊開V形坡

焊電渣04002.0239070.口，有焊劑墊

焊電渣067236.52.28開V形，坡口

焊電渣000101230.2有焊劑墊開V

焊電渣17605.00.5形，坡口有焊

焊009614483劑墊雙絲三絲

60000.板極雙絲

8

18、什么是焊接線能量？如何計(jì)算？熔焊時(shí)，由焊接能源輸

入給單位長(zhǎng)度焊縫上的能量，稱為焊接線能量，用下式表示

為

IUq=——u式中I——焊接電流（A）;U——

電弧電壓（V）;u——焊接速度（cm/s）;q——

線能量（J/cm）°例如，板厚12mm,進(jìn)行雙面開I形坡

口埋弧焊，焊絲c|）4mm,I=650A,U=38V,u=0.9cm/s。，

則焊接線能量q

為IU650x38q

=-----=-------------=27444J/cmu0.9

線能量綜合了焊接電流、電弧電壓和焊接速度三大焊接工藝

參數(shù)對(duì)焊接熱循環(huán)的影響。線能量增大時(shí)，熱影響區(qū)的寬度

增大，加熱到高溫的區(qū)域增寬，在高溫的停留時(shí)間增長(zhǎng)，同

時(shí)冷卻速度減慢，見表3。

表3線能量對(duì)焊接熱循環(huán)的影響

1100℃以上停650℃的冷卻速

線能量（J/cm）預(yù)熱溫度（℃）

留時(shí)間（s）(℃/s)

20000200003

27260272605516.517144.44.41.4

840038400

19、焊接時(shí)，如何選擇線能量？

生產(chǎn)中，根據(jù)不同的材料成分，在保證焊縫成形良好的前提

下，適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，以合適的線能量進(jìn)行焊接，可

以保證焊接接頭具有良好的性能。例如，焊件裝配定位焊時(shí),

由于焊縫長(zhǎng)度短，截面積小，冷卻速度快，焊縫容易開裂,

特別是對(duì)于一些淬硬傾向較大的鋼種更是如此，此時(shí)應(yīng)該選

擇較大的線能量進(jìn)行焊接，以防焊縫開裂。但是對(duì)于強(qiáng)度等

級(jí)較高的低合金鋼、低溫鋼，線能量必須嚴(yán)格控制，因?yàn)榫€

能量增大會(huì)導(dǎo)致焊接接頭塑性和韌性的下降。特別是當(dāng)焊接

奧氏體不銹鋼時(shí)，為了提高焊接接頭的耐蝕性，一定要采用

小電流、快速焊的工藝參數(shù)，使線能量保持在最低值。

20、什么是預(yù)熱？預(yù)熱有何作用？

焊前對(duì)焊件整體或焊接區(qū)域局部進(jìn)行加熱的工藝手段稱為

預(yù)熱。對(duì)于焊接強(qiáng)度級(jí)別較高、有淬硬傾向的鋼材、導(dǎo)熱性

能特別良好的材料、厚度較大的焊件，以及當(dāng)焊接區(qū)域周圍

環(huán)境溫度太低時(shí)，焊前往往需要對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱的主

要目的是降低焊接接頭的冷卻速度，預(yù)熱溫度見表3。從表

中可以看出，預(yù)熱能夠降低冷卻速度，但又基本上不影響在

高溫停留的時(shí)間，這是十分理想的。所以當(dāng)焊接具有淬硬傾

向的鋼材時(shí)，降低冷卻速度減小淬硬傾向的主要工藝措施,

是進(jìn)行預(yù)熱,而不是增大線能量。

21、什么是層間溫度?如何正確選擇層間溫度？

對(duì)焊件進(jìn)行多層多道焊時(shí)，當(dāng)焊接后道焊逢時(shí)，前道焊縫的

最低溫度，稱為層間溫度。對(duì)于要求預(yù)熱焊接的材料，當(dāng)需

要進(jìn)行多層焊時(shí)，其層間溫度應(yīng)等于或略高于預(yù)熱溫度，如

層間溫度低于預(yù)熱溫度，應(yīng)重新進(jìn)行預(yù)熱。

焊接奧低體不銹鋼時(shí)，為保持焊接接頭有較高的耐蝕性，需

要有較快的冷卻速度，因此此時(shí)需要控制較低的層間溫度,

即在前道焊縫冷卻到較低溫度時(shí)，再進(jìn)行后道焊縫的焊接。

22、什么是焊接影響區(qū)？它有什么特性？

焊接（或切割）過程中，緊靠焊縫的母材因受熱影響（但未

熔化）而發(fā)生金相組織力學(xué)性能變化的區(qū)域稱為焊接熱影響

區(qū)。

熔焊時(shí)，焊接接頭由兩個(gè)相互聯(lián)系、而其組織和性能又有區(qū)

別的兩個(gè)部分，即焊縫區(qū)和熱影響區(qū)所組成。實(shí)踐表明,焊

接接頭的質(zhì)量不僅決定于焊縫區(qū)，并且在相當(dāng)程度上還決定

于熱影響區(qū)，有時(shí)熱影響區(qū)存在的問題比焊絳區(qū)還要復(fù)雜,

特別是合金鋼焊接時(shí)更是如此。所以，研究、掌握熱影響區(qū)

在焊接過程中組織和性能的變化，有著十分重要的意義。

23、試述固態(tài)無組織轉(zhuǎn)變材料的焊接熱影響區(qū)特點(diǎn)。

固態(tài)無組織轉(zhuǎn)變的純金屬（如Al、Cu、Ni、MoTW等）

以及單相固溶體合金（如Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜39%的c（黃銅，

Ni-Cu合金以及超低碳銘鎮(zhèn)奧氏體不銹鋼和超低碳高銘純鐵

素體不銹鋼等）在加熱和冷卻時(shí)都不會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因此

其焊接熱影響區(qū)非常簡(jiǎn)單，只有過熱區(qū)和再結(jié)晶區(qū)（母材焊

前為冷軋狀態(tài)）兩個(gè)區(qū)段。

（1）過熱區(qū)

由于這類材料在冷卻過程中沒有任何組織轉(zhuǎn)變，因此加熱過

程中長(zhǎng)大了的晶粒在冷卻過程中不會(huì)有組織轉(zhuǎn)變引起的重

結(jié)晶細(xì)化作用，所以過熱區(qū)內(nèi)的晶粒長(zhǎng)得十分粗大，并且無

法通過熱處理（如鋼材的正火處理）來進(jìn)行細(xì)化。過熱區(qū)內(nèi)

材料的塑性和韌性很差，為此應(yīng)該采用小線能量進(jìn)行焊接,

并且要盡量防止在同一部位進(jìn)行重復(fù)焊接，以免晶粒越長(zhǎng)越

大。

⑵再結(jié)晶區(qū)

如母材焊前處于冷軋狀態(tài)，焊后過熱區(qū)和母材之間存在著一

個(gè)具有較細(xì)晶粒的再結(jié)晶區(qū)。但在再結(jié)晶區(qū)中，由于冷軋狀

態(tài)的母材組織發(fā)生了再結(jié)晶，原先冷軋過程中的冷作硬化效

應(yīng)完全消失，因此強(qiáng)度降低但塑性得到了改善。

如果母材焊前是處于熱軋狀態(tài)或冷軋后的退火狀態(tài)，則焊后

熱影響區(qū)無再結(jié)晶區(qū)。

24、試述固態(tài)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的純金屬或單相合金的焊接熱

影響區(qū)特點(diǎn)。

Fe、Mn、Ti、Co等金屬屬于固態(tài)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的純金屬

以及以這些金屬為基能形成有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的單相合金，其

焊接熱影響區(qū)可分成過熱區(qū)、重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)（單

相合金）和再結(jié)晶區(qū)幾個(gè)區(qū)段。

其特別是除了23例題中所講過的過熱區(qū)和再結(jié)晶區(qū)外，還

有一個(gè)由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變引起的重結(jié)晶區(qū)，這一區(qū)位于過熱區(qū)

和再結(jié)晶區(qū)之間，其組織特征為由重結(jié)晶組織轉(zhuǎn)變而引起的

晶粒細(xì)化，即相當(dāng)于鋼材進(jìn)行正火處理后所得到的細(xì)晶組織,

這一區(qū)段的沖擊韌性較高。

如果母材是單相合金，如a-Ti和純Ti相比較，在固態(tài)下都

只有一個(gè)的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，它們?cè)诟邷貢r(shí)均為0相，低

溫時(shí)均為a相，所不同之處是純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在某

一固定溫度下進(jìn)行的，而單相合金的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在某一

溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，因此其熱影響區(qū)的重結(jié)晶區(qū)還可進(jìn)一步

分為重結(jié)晶區(qū)H和不完全重結(jié)晶區(qū)IT兩部分。

此外，有些具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的純金屬，如Ti和Co等、單

相合金如a-Ti,在快速冷卻條件下會(huì)產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，如純

Ti和a-Ti合金，快速冷卻時(shí)在焊接熱影響區(qū)都能發(fā)現(xiàn)0一”

轉(zhuǎn)變，”稱為鈦馬氏體。

25、試述不易淬火鋼的焊接熱影響區(qū)特點(diǎn)。

不易淬火鋼，如低碳鋼和合金元素較少的低合金高強(qiáng)鋼

（16Mn、15MnTi、15MnV鋼），在固態(tài)下合金中除了有

同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變外，還有成分變化和第二相析出，即共析轉(zhuǎn)變

和Fe3C的析出，其焊接熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、重結(jié)晶區(qū)、

不完全重結(jié)晶區(qū)和再結(jié)晶區(qū)等四個(gè)區(qū)段。

（1）過熱區(qū)（又稱粗晶區(qū)）

該區(qū)緊鄰焊縫，溫度范圍是從晶粒急劇長(zhǎng)大的溫度開始，一

直到固相線的溫度區(qū)間為止，對(duì)低碳鋼為1100~1490℃。

該區(qū)母材中的鐵素體和珠光體全部變?yōu)閵W氏體，奧氏體晶粒

長(zhǎng)得非常粗大，冷卻后使金屬的沖擊韌度大大降低，一般比

基本金屬低25%~30%,是熱影響區(qū)中的薄弱環(huán)節(jié)。

⑵重結(jié)晶區(qū)（又稱正火區(qū)域或細(xì)晶區(qū)）

指過熱區(qū)以下，加熱溫度在A3以上的區(qū)域，對(duì)低碳鋼為

900-1100℃o空冷后得到均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體,

相當(dāng)于熱處理中的正火組織。重結(jié)晶區(qū)由于晶粒細(xì)小均勻，

因此既具有較高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性，這是熱影

響區(qū)中綜合力學(xué)性能最好的區(qū)域。但由于整個(gè)焊接接頭的性

能取決于接頭中的最薄弱區(qū)域，所以該區(qū)性能雖好，但卻發(fā)

揮不了作用。

⑶不完全重結(jié)晶區(qū)（又稱不完全正火區(qū)或部分相變區(qū)）

指加熱溫度在Acl~Ac3之間的區(qū)域,對(duì)低碳鋼為750~

900℃o該區(qū)母材中的全部珠光體和部分鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я?/p>

比較細(xì)小的奧氏體，但仍保留部分鐵素體。冷卻時(shí)，奧氏體

又轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的鐵素體和珠光體，而未溶入奧氏體的鐵素體

不發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶粒比較粗大，故冷卻后的組織晶粒大小極不

均勻，所以力學(xué)性能也不均勻，強(qiáng)度有所下降。

⑷再結(jié)晶區(qū)

指加熱溫度在450℃~Acl之間的區(qū)域，對(duì)低碳鋼為450~

750℃o對(duì)于經(jīng)過壓力加工，即經(jīng)過塑性變形的母材，晶粒

發(fā)生破碎現(xiàn)象，在此溫度區(qū)域內(nèi)，再次變成完整的晶粒，稱

為再結(jié)晶。在本區(qū)域沒有發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，組織沒有變化,

因此金屬的力學(xué)性能變化不大，僅塑性稍有改善。對(duì)于焊前

未經(jīng)塑性變形的母材，本區(qū)不出現(xiàn)。

26、什么是魏氏組織？它對(duì)焊接接頭的性能有何影響？

不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)中的過熱區(qū)，由于奧氏體晶粒長(zhǎng)得

非常粗大，這種粗大的奧氏體在較快的冷卻速度下會(huì)形成一

種特殊的過熱組織，其組織特征為在一個(gè)粗大的奧氏體晶粒

內(nèi)會(huì)形成許多平行的鐵素體針片，在鐵素體針片之間的剩余

奧氏體最后轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種過熱組織稱為魏氏組織。魏

氏組織不僅晶粒粗大，而且由于大量鐵素體針片形成的脆弱

面，使金屬的韌性急劇下降，這是不易淬火鋼焊接接頭變脆

的一個(gè)主要原因。

魏氏組織的形成決定于過熱區(qū)的過熱程度，即金屬在高溫下

停留的時(shí)間。手弧焊時(shí)，熱影響區(qū)在高溫下停留的時(shí)間較短,

晶粒長(zhǎng)大并不嚴(yán)重;而電渣焊時(shí)，熱影響區(qū)在高溫下停留的

時(shí)間很長(zhǎng)，晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大。因此，電渣焊就比手弧焊容易出

現(xiàn)粗大的魏氏組織。對(duì)于同一種焊接方法，施焊時(shí)采用的線

能量越大，高溫下停留的時(shí)間越長(zhǎng)，過熱越嚴(yán)重，奧氏體晶

粒長(zhǎng)得越粗大，越容易得到魏氏組織，焊接接頭的性能就越

差，這是低碳鋼焊接時(shí)引起熱影響區(qū)性能變壞的一個(gè)主要問

題。

27、試述易淬火鋼的焊接熱影響區(qū)特點(diǎn)。

易淬火鋼包括碳鋼(35、40、45、50鋼)、低碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)

鋼(3c㈠40.25%)、中碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼(3c為0.25%?

0.45%)、耐