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高級焊工焊接知識

一、焊縫的一次結晶組織有何特征？ 

答：焊接熔池的結晶也遵循一般液體金屬結晶的基本規律：形成晶核和晶核長大。焊接熔池中的液體金屬在凝固時，通常融合區母材上的半融化晶粒成為晶核。

然后晶核吸附周圍液體的原子進行長大，由于晶體是沿著與導熱方向相反的方向成長，同時它也向著兩側方向成長，但由于受到相鄰的正在生長的晶體所阻擋，因此晶體形成柱狀形態的晶體稱為柱狀晶。

此外，在一定條件下，熔池中的液體金屬在凝固時也會產生自發晶核，如果散熱是沿各個方向進行，則晶體就沿各個方向均勻地長成晶粒狀晶體，這種晶體稱為等軸晶。焊縫中通常見到的柱狀晶，在一定條件下，焊縫中心也會出現等軸晶。 

二、焊縫的二次結晶組織有何特征？ 

答：焊縫金屬的組織，在一次結晶之后金屬繼續冷卻到相變溫度以下，又發生金相組織的變化，如低碳鋼焊接時，一次結晶的晶粒都是奧氏體晶粒，當冷卻到低于相變溫度時，奧氏體分解為鐵素體和珠光體，所以二次結晶后的組織大部分是鐵素體加少量珠光體。

但由于焊縫的冷卻速度較快，所得珠光體含量一般比平衡組織中的含量大，冷卻速度越快，珠光體含量越高，而鐵素體量越少，硬度和強度也都有所提高，而塑性和韌性則有所降低。經二次結晶后，得到室溫下的實際組織。不同鋼材在不同焊接工藝條件下所得到的焊縫組織是不同的。 

三、以低碳鋼為例說明焊縫金屬二次結晶后得到什么組織？ 

答：以低塑鋼為例，一次結晶的組織為奧氏體，焊縫金屬固態相變過程稱為焊縫金屬的二次結晶。二次結晶的顯微組織為鐵素體和珠光體。 

在低碳鋼的平衡組織中，焊縫金屬含碳量很低，其組織為粗大的柱狀鐵素體加少量珠光體。由于焊縫冷卻速度大，鐵素體不能按鐵碳相圖全部析出，結果珠光體的含量一般都較平緩組織中的含量大。冷卻速度大還會使晶粒細化，金屬的硬度和強度也有所提高。由于鐵素體的減少和珠光體的增加也會使硬度增加，而塑性下降。 

因此，焊縫最后得到的組織是由金屬的成分和冷卻條件來決定的。由于焊接過程的特點，焊縫金屬組織較細，所以焊縫金屬比鑄造狀態組織性能要好。 

四、試述異種金屬焊接的特點有哪些？ 

答：1）異種金屬焊接的特點，主要在于熔敷金屬和焊縫的合金成分明顯的差異，隨著焊縫的形狀、母材厚度、焊條藥皮或焊劑，保護氣體種類的不同，焊接熔池的行為也不一致，

因此，母材的融化量也也不一樣，熔敷金屬與母材融化區域的化學成分的濃度相互稀釋的作用也將發生變化，由此可見，異種金屬焊接接頭各隨區域化學成分的不均勻程度不僅取決于焊件和填充材料各自的原始成分同時也焊接工藝不同而變化。 


2）組織的不均勻性，經歷了焊接熱循環后，焊接接頭各區域將出現不同的金相組織，它與母材和填充材料的化學成分、焊接方法、焊接層次、焊接工藝及熱處理有關。
 
3）性能的不均勻性，由于接頭的化學成分，金屬組織的不同，造成了接頭力學性能的不同，沿接頭各區域的強度、硬度、塑性、韌性等都有很大的差別，在焊縫兩側熱影響區，其沖擊值甚至有幾倍的差異，高溫下的蠕變極限和持久強度也會因成分和組織的不同而相差較大。

4）應力場分布的不均勻性，異種金屬接頭中的殘余應力分布是不均勻的，這主要是因為接頭各區域具有不同的塑性而決定的。另外，材料熱導率的差異，將引起焊接熱循環溫度場的變化。各區域線膨脹系數的不同等因素都是造成應力場分布不勻的原因。 

 五、試述異種鋼焊接時，焊接材料的選擇原則有哪些？ 

答：異種鋼焊接材料的選擇原則，主要有以下四點： 

1） 在焊接接頭不產生裂紋等缺陷的前提下，如果不可以兼顧焊縫金屬的強度和塑性，則應選用塑性較好的焊接材料。
 
2） 異種鋼焊接材料的焊縫金屬性能，只符合兩種母材中的一種，即認為滿足技術要求。

3） 焊接材料應具有良好的工藝性能，焊縫成型美觀。 焊接材料經濟易采購。 

六、試述珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接性怎樣？ 

答：珠光體鋼與奧氏體鋼是兩種組織和成分都不同的鋼種，因此，這兩類鋼焊接在一起，焊縫金屬是兩種不同類型的母材以及填充材料熔合而成，這就為這兩類鋼的焊接性提出了如下問題： 

1） 焊縫的稀釋。由于珠光體鋼含金元素較低，它對整個焊縫金屬的合金具有稀釋作用，由于珠光體鋼的這種稀釋作用，使焊縫的奧氏體形成元素含量減少，結果在焊縫中，可能出現馬氏體組織，從而惡化了焊接接頭質量，甚至出現裂紋。 

2） 形成過度層。在焊接熱循環作用下，熔化的母材和填充金屬相互混合的程度在熔池的邊緣是不同的，在熔池邊緣，液態金屬溫度較低，流動性較差，在液態停留時間較短，由于珠光體鋼與奧氏體鋼化學成分懸殊，在珠光體側熔池邊緣上，熔化的母材和填充金屬不能很好的熔合，結果在珠光體鋼一側焊縫中，珠光體母材所占的比例較大，而且越靠近熔合線，母材所占比例越大。這就形成了焊縫金屬內部成分不同的過渡層。
 
3） 形成熔合區擴散層。這二類鋼組成的焊縫金屬中，由于珠光體鋼含碳量較高，但合金元素較高，但合金元素較少，而奧氏體鋼相反，這樣在熔合區珠光體鋼一側兩邊形成了碳和碳化物形成元素的濃度差，當接頭在溫度高于350-400度長期工作時，熔合區便出現明顯的碳的擴散，即從珠光體鋼側通過熔合區向奧氏體焊縫擴散。結果在靠近熔合區的珠光體鋼母材上形成了一層脫碳軟化層，在奧氏體焊縫一側產生了與脫碳相對應的增碳層。 

4） 由于珠光體鋼和奧氏體鋼的物理性能相差很大，焊縫中成分差異也很大，因此這類接頭無法用熱處理的方法消除焊接應力，只能引起應力的重新分配，這一點與同種金屬的焊接有很大的不同。 

5） 延遲裂紋。這類異種鋼的焊接熔池在結晶過程中，既有奧氏體組織，又有鐵素體組織，兩者相互接近，氣體可以進行擴散，使擴散氫得以聚集，而產生延遲裂紋。 

二十五、選擇鑄鐵補焊方法時應考慮哪些因素？ 
答：選擇灰鑄鐵焊接的方法時，必須考慮下列因素： 

1） 被焊鑄件的狀況如鑄件的化學成分、組織及力學性能，鑄件的大小、厚薄和結構復雜程度。 

2） 被鑄件的缺陷情況。焊前應了解缺陷的類型（裂紋、缺肉、磨損、氣孔、砂眼、未澆足等），缺陷的大小，所在部位的剛度，缺陷產生的原因等。
 
3） 焊后的質量要求如對焊后接頭的力學性能和加工性能。焊縫顏色和密封性等要求有所了解。 

4） 現場設備條件與經濟性。在保證焊后質量要求的條件下，力學用最簡便的方法、最普通的焊接設備和工藝裝備、最、低的成本，使之發揮更大的經濟效益乃是鑄件焊補的最基本的目的。

七、鑄鐵補焊時防止裂紋的措施有哪些？ 

答：（1）焊前預熱和焊后緩冷  焊前將焊件整體或局部預熱和焊后緩冷不但能減少焊縫的白口傾向，并能減小焊接應力和防止焊件開裂。
 
   （2）采用電弧冷焊，減小焊接應力，選用塑性好的焊接材料，如用鎳、銅、鎳銅、高釩鋼等作為填充金屬，使焊縫金屬可通過塑性變形松弛應力，防止裂紋，用細直徑焊條，小電流，斷續焊（間歇焊），分散焊（跳焊）的方法可減小焊縫處和基本金屬的溫度差而減小焊接應力，通過錘擊焊縫可以消除應力，防止裂紋。 

   （3）其他措施，調整焊縫金屬的化學成分，使其脆性溫度區間縮小；加入稀土元素，增強焊縫的脫硫，脫磷冶金反應，加入實力那個的細化晶粒元素，使焊縫晶粒細化。

在某些情況下，采用加熱法以減弱焊補處所受的應力，也可較有效的防止裂紋的產生。 

八、什么是應力集中？產生應力集中的因素有哪些？ 

答：由于焊縫形狀和焊縫的特點，出現了集合形狀的不連續性，當受載時，引起了焊接接頭工作應力分布的不均勻現象，使局部的峰值應力σmax比平均應力σm高的多，這就是應力集中。在焊接接頭中，產生應力集中的原因很多，其中最主要的原因是： 

（1） 焊縫中產生的工藝缺陷，入氣孔，夾渣、裂紋和未焊透等，其中以焊接裂紋和未焊透引起的應力集中最為嚴重。 

（2） 不合理的焊縫外形，例如對接焊縫的余高過大，角焊縫的焊趾過高等 
不合理的街頭設計 如街頭界面有突變，采用加蓋板的對接街頭等。焊縫布置不合理也會產生應力集中，例如只有店面焊縫的T形接頭。 

九、什么是塑性破壞，它有什么危害？ 

答：塑性破壞包括塑性失穩（屈服或發生顯著塑性變形）和塑性斷裂（刃性斷裂或延性斷裂），其過程是焊接結構在載荷作用下首先發生彈性變形→屈服→塑性變形（塑性失穩）→產生微裂口或微空隙→形成宏觀裂紋→發生失穩擴展→斷裂。

塑性破壞與脆性斷裂相比危害是比較小的，具體有以下幾種： 

（1） 屈服后產生不可恢復的塑性變形，使尺寸要求高的焊接結構報廢。 

（2） 對于高韌性、低強度材料制成的壓力容器失效不是由材料的斷裂韌性控制，而是由于強度不足導致塑性失穩破壞。 

塑性破壞的最終結果是使焊接結構 失效或發生災難性事故，影響了企業的生產，造成不必要的人員傷亡，嚴重影響了國民經濟的發展。 

十、什么是脆性斷裂，它有什么危害？ 

答：通常脆性斷裂系指沿一定結晶面的劈裂的解離斷裂（包括準解離斷裂）及晶界（沿晶）斷裂。

解理斷裂是沿晶內一定結晶學平面分離而形成的斷裂，是一種晶內斷裂。金屬材料在一定條件下，例如低溫、高應變速及高應力集中的情況下，當應力達到一定數值時，就會發生解理斷裂。

關于解理斷裂的產生已經有許多模型，它們大多與位錯理論相聯系。普遍認為，當材料的塑性變形過程嚴重受阻，材料不能以形變方式而是以分離來順應外加應力，從而發生解理裂紋。

金屬中的夾雜物、脆性析出物和其他缺陷對解理裂紋的產生亦有重要影響。     

脆斷一般都在應力不高于結構的設計許用應力和沒有顯著的塑性變形的情況下發生，并瞬時擴展到結構整體，具有突然破壞的性質，不易事先發現和預防，因此往往造成人身傷亡和財產的巨大損失。 

十一、試述焊接裂紋在結構脆性斷裂中起什么作用？ 

答：在所有缺陷中，裂紋是最危險的，在外載作用下，裂紋前沿附近會產生少量塑性變形，同時尖/端有一定量的張開位移，使裂紋緩慢發展；

當外載增加到某一臨界值時，裂紋即以高速度擴展，此時裂紋如位于高值拉應力區，往往引起整個結構的脆性斷裂，如果擴展的裂紋進入了拉應力較低的區域，美譽足夠的能量來維持裂紋進一步擴展，或者裂紋進入到韌性較好的材料，（或同一材料但溫度較高，韌性增加）收到較大的阻力，無法繼續擴展，此時裂紋的危害性就相應減小。 

十二、焊接結構易產生脆性斷裂的原因是什么？ 

答：產生斷裂的原因基本上可以歸納為三個方面： 

（1）材料的人性不足   
特別在缺口尖/端處材料的微觀索性變形能力差。低應力脆性破壞一般在較低的溫度下產生，而隨著溫度的降低，材料的韌性急劇下降。此外，隨著低合金高強度鋼的發展，強度指標不斷上升，而塑性、韌性卻有所降低。脆性斷裂在大多數情況下從焊接區開始，所以焊縫及熱影響區的韌性不足往往是造成低應力脆性破壞的主要原因。 

（2）存在著微裂紋等缺陷    
斷裂總是從缺陷處開始的，缺陷以裂紋為最危險。而焊接則是產生裂紋的主要原因。雖然隨著焊接技術的發展，裂紋基本上可以得到控制，但要完全避免裂紋，還是比較困難的。
 
（3）一定的應力水平   
不正確的設計和不良的制造工藝是產生焊接殘余應力的主要原因。因此，對于焊接結構來說，除了工作應力外，還必須考慮焊接殘余應力和應力集中程度，以及由于裝配不良等所帶來的附加應力。 

十三、設計焊接結構時應考慮哪些主要因素？ 

答：主要考慮的因素如下： 

1） 焊接接頭應保證具有足夠的強調和剛度，保證足夠長的使用壽命； 

2） 考慮焊接接頭的工作介質和工作條件，例如溫度、腐蝕、振動、疲勞等；

3） 大型結構件應盡可能減少焊前預熱和焊后熱處理的工作量；

4） 焊接件可不再需要或僅需少量機械加工；

5） 焊接工作量能減至最少； 

6） 焊接結構的變形和應力減至最小； 

7） 易于施工，并為施工創造良好的勞動條件； 

8） 盡量采用新技術和機械化、自動化焊接，以提高勞動生產率；9） 焊縫便于檢驗，確保接頭質量。 

十四、請述敘氣割的基本條件，紫銅可以采用氧—乙炔焰氣割嗎？為什么？ 

答：氣割的基本條件是： 
（1）、金屬的燃點應低于金屬的熔點， 
（2）、金屬氧化物的熔點應低于金屬本身的熔點，
（3）、金屬在氧氣中燃燒要能放出大量的熱， 
（4）、金屬的導熱系數應小。 
   
 紫銅不可以采用氧—乙炔焰氣割，因為銅生成氧化物（CuO）生成熱很少，同時其導熱性能很好，（熱量不能集中在切口附近，）故不能氣割。 

十五、氣焊焊粉的主要作用是什么？ 
    
焊粉的主要作用是造渣，它與熔池內的金屬氧化物或非金屬雜質作用生成熔渣。同時，由于生成的熔渣覆蓋在熔池表面，而把熔池與空氣隔絕開來，這樣就防止了熔池金屬在高溫時被繼續氧化。 

十六、手工電弧焊中防止焊縫氣孔的工藝措施有哪些？ 

答：
（1）焊條和焊劑保持干燥，使用前按規定進行烘干；
（2）焊絲和焊件表面保持清潔，不得有水、油污和鐵銹等。
（3）正確選擇焊接規范，如焊接電流不宜過大，焊接速度應適當等；
（4）采用正確的焊接方法，手弧焊使用堿性焊條，短弧焊接，減小焊條擺動幅度，減慢運條速度，控制短弧起弧和收弧等；
（5）控制焊件裝配間隙不應過大；
（6）不使用藥皮開裂、剝落、變質、偏心及焊芯銹蝕的焊條。 

十七、鑄鐵焊接時，防止產生白口的主要措施是什么？

答： 
（1）使用石墨化型焊條，即采用在涂料中或焊絲中加入大量石墨化元素（如碳、硅等）的鑄鐵焊條，或采用鎳基和銅基鑄鐵焊條；
（2）焊前預熱，焊時保溫，焊后緩冷，以降低焊縫區的冷卻速度，延長熔合區處于紅熱狀態的時間，使石墨化充分，減少熱應力；
（3）采用釬焊工藝。 

十八、試述焊劑在焊接過程中的作用？ 

在焊接中焊劑是保證焊接質量的主要因素，它有以下幾點作用； 
（1） 焊劑熔化后浮在熔化金屬表面，保護熔池，防止空氣中有害氣體的侵蝕。 
（2） 焊劑具有脫氧與滲合金作用，與焊絲配合作用，使焊縫金屬獲得所需的化學成分和機械性能。 
（3） 使焊縫成型良好。 
（4） 減緩熔化金屬的冷卻速度，減少氣孔、夾渣等缺陷。 
（5） 防止飛濺，減少損失，提高熔縛系數。 

十九、試述交流弧焊機的使用與維護應注意那些事項？ 

（1） 應按照焊機的額定焊接電流和負載持續率使用，不要超載。 
（2） 焊機不允許長時間短路。 
（3） 調節電流應在空載時運行。 
（4） 經常檢查導線接觸、保險絲、接地、調節機構等并試之完好。 
（5） 保持焊機清潔，干燥通風，防止灰塵和雨水侵入。 
（6） 放置平穩，工作完畢切斷電源。 
（7） 焊機要定期檢修。 

二十、脆性斷裂的危害有哪些？ 

答：由于脆斷具有突然發生，來不及發現和預防的特點，一旦發生，后果十分嚴重，不僅造成重大的經濟損失，同時還會危及人的生命安全。因此，焊接結構的脆性斷裂是一個應該予以十分重視的問題。   

二十一、等離子噴涂的特點及應用？ 

答：等離子噴涂的特點是等離子火焰溫度高，能熔化幾乎所有難熔材料，因而使其噴涂對象十分廣泛、等離子焰流速度高，粉粒加速/效果好，所以涂層結合強度高。其用途很廣，是噴涂各種陶瓷材料的最/好方法。  

二十二、焊接工藝卡的編制程序？  

答：焊接工藝卡的編制程序應根據產品裝配圖和零部件加工圖以及其技術要求，找出相對應的焊接工藝評定，繪制接頭簡圖；給出焊接工藝卡編號、圖號、接頭名稱、接頭編號焊接工藝評定編號和焊工持證項目；

根據焊接工藝評定和實際的生產條件及技術要素和生產經驗編制焊接順序；根據焊接工藝評定編制具體的焊接工藝參數；根據產品圖樣的要求和產品標準確定產品的檢驗機關、檢驗方法、檢驗驗比例。 

二十三、為什么二氧化碳氣體保護焊的焊絲中要加入一定量的硅和錳？  

答： 二氧化碳是一種氧化性氣體，在焊接過程中會使焊接焊縫合金元素燒損，從而大大降低焊縫的機械性能，其中，氧化作用會導致氣孔和飛濺，在焊絲中加入硅和錳等起脫氧作用，可解決焊氧化和飛濺問題。   

二十四、什么是可燃性混合物的爆炸極限,其受哪些因素影響?  

答:可燃性混合物中所含可燃氣體、蒸氣或粉塵能夠發生的濃度范圍稱為爆炸極限。  

所含濃度的下限稱為爆炸下限，所含濃度的上限稱為爆炸上限。 爆炸極限受溫度、壓力含氧量和容器直徑等諸因素影響,溫度升高時爆炸極限降低;當壓力增高時,爆炸極限也會降低;混合氣體氣體中氧氣的濃度上升時,爆炸下限下降. 對于可燃性粉塵,其爆炸極限受分散度、濕度、溫度等因素的影響。   

二十五、在鍋爐汽包、凝汽器、油箱、油槽以及其他金屬容器內進行焊接工作時，應有哪些防止觸電的措施？

答：（1）電焊時焊工應避免與鐵件接觸，要站立在橡膠絕緣墊上或穿橡膠絕緣鞋，并穿干燥的工作服。

（2）容器外面應設有可看見和聽見焊工工作的監護人，并設有開關，以便根據焊工的信號切斷電源。

（3）容器內使用的行燈，電壓不準超過12伏。行燈變壓器的外殼應可靠地接地，不準使用自耦變壓器。

（4）行燈用的變壓器及電焊變壓器均不得攜入鍋爐及金屬容器內。 

二十六、如何區分熔焊和釬焊？二者各有什么特點？ 

答：熔焊的特點是焊件間產生原子的結合，而釬焊則是利用熔點比焊件低的中間介質——釬料將焊件連接起來。

熔焊的優點是焊接接頭的力學性能較高，連接厚件、大件時的生產率高，缺點是產生的應力、變形較大，熱影響區發生組織變化；

釬焊的優點是加熱溫度低，接頭平整、光滑、外形美觀，應力、變形小，缺點是接頭是接頭強度低，裝配時對裝配間隙要求高。  

二十七、二氧化碳氣體和氬氣都屬于保護氣體，試敘兩者的性質和用途？ 

答：二氧化碳是氧化性氣體，作為焊接區域保護氣體時，會使熔滴和熔池金屬激烈地氧化，引起合金元素的燒損，并且工藝性較差，會產生氣孔和較大的飛濺。

所以，目前只能用于焊接低碳鋼和低合金鋼，不適用于焊接高合金鋼和有色金屬，特別是對不銹鋼，由于會造成焊縫增碳現象，降低抗晶間隙腐蝕性能，所以用得更少。

 氬氣是惰性氣體，因它不與熔化金屬起任何化學反應，所以焊縫的化學成分基本沒什么變化，焊后的焊縫質量良好，可以用來焊接各種合金鋼、不銹鋼和有色金屬，由于氬氣的價格正在逐漸降低，所以也大量用來焊接低碳鋼。  

二十八、試述16Mn鋼的焊接性及其焊接特點？ 

答：16Mn鋼是在Q235A鋼的基礎上添加了1%左右的Mn，碳當量為0.345%~0.491%。所以，焊接性能較好。

但是，淬硬傾向比Q235A鋼稍大，在大厚度、大剛性結構上進行小參數，小焊道焊接時，有可能出現裂紋，特別是在低溫條件下焊接，此時，焊前可采用適當地預熱。 

手弧焊時，采用E50級焊條；埋弧自動焊不開坡口時，可以采用H08MnA焊絲配合焊劑431；開坡口時，應采用H10Mn2焊絲配合焊劑431；CO2氣保焊時，采用焊絲H08Mn2SiA或H10MnSi。