高级焊工焊接知识

一、焊缝的一次结晶组织有何特征？ 

答：焊接熔池的结晶也遵循一般液体金属结晶的基本规律：形成晶核和晶核长大。焊接熔池中的液体金属在凝固时，通常融合区母材上的半融化晶粒成为晶核。

然后晶核吸附周围液体的原子进行长大，由于晶体是沿着与导热方向相反的方向成长，同时它也向着两侧方向成长，但由于受到相邻的正在生长的晶体所阻挡，因此晶体形成柱状形态的晶体称为柱状晶。

此外，在一定条件下，熔池中的液体金属在凝固时也会产生自发晶核，如果散热是沿各个方向进行，则晶体就沿各个方向均匀地长成晶粒状晶体，这种晶体称为等轴晶。焊缝中通常见到的柱状晶，在一定条件下，焊缝中心也会出现等轴晶。 

二、焊缝的二次结晶组织有何特征？ 

答：焊缝金属的组织，在一次结晶之后金属继续冷却到相变温度以下，又发生金相组织的变化，如低碳钢焊接时，一次结晶的晶粒都是奥氏体晶粒，当冷却到低于相变温度时，奥氏体分解为铁素体和珠光体，所以二次结晶后的组织大部分是铁素体加少量珠光体。

但由于焊缝的冷却速度较快，所得珠光体含量一般比平衡组织中的含量大，冷却速度越快，珠光体含量越高，而铁素体量越少，硬度和强度也都有所提高，而塑性和韧性则有所降低。经二次结晶后，得到室温下的实际组织。不同钢材在不同焊接工艺条件下所得到的焊缝组织是不同的。 

三、以低碳钢为例说明焊缝金属二次结晶后得到什么组织？ 

答：以低塑钢为例，一次结晶的组织为奥氏体，焊缝金属固态相变过程称为焊缝金属的二次结晶。二次结晶的显微组织为铁素体和珠光体。 

在低碳钢的平衡组织中，焊缝金属含碳量很低，其组织为粗大的柱状铁素体加少量珠光体。由于焊缝冷却速度大，铁素体不能按铁碳相图全部析出，结果珠光体的含量一般都较平缓组织中的含量大。冷却速度大还会使晶粒细化，金属的硬度和强度也有所提高。由于铁素体的减少和珠光体的增加也会使硬度增加，而塑性下降。 

因此，焊缝最后得到的组织是由金属的成分和冷却条件来决定的。由于焊接过程的特点，焊缝金属组织较细，所以焊缝金属比铸造状态组织性能要好。 

四、试述异种金属焊接的特点有哪些？ 

答：1）异种金属焊接的特点，主要在于熔敷金属和焊缝的合金成分明显的差异，随着焊缝的形状、母材厚度、焊条药皮或焊剂，保护气体种类的不同，焊接熔池的行为也不一致，

因此，母材的融化量也也不一样，熔敷金属与母材融化区域的化学成分的浓度相互稀释的作用也将发生变化，由此可见，异种金属焊接接头各随区域化学成分的不均匀程度不仅取决于焊件和填充材料各自的原始成分同时也焊接工艺不同而变化。 


2）组织的不均匀性，经历了焊接热循环后，焊接接头各区域将出现不同的金相组织，它与母材和填充材料的化学成分、焊接方法、焊接层次、焊接工艺及热处理有关。
 
3）性能的不均匀性，由于接头的化学成分，金属组织的不同，造成了接头力学性能的不同，沿接头各区域的强度、硬度、塑性、韧性等都有很大的差别，在焊缝两侧热影响区，其冲击值甚至有几倍的差异，高温下的蠕变极限和持久强度也会因成分和组织的不同而相差较大。

4）应力场分布的不均匀性，异种金属接头中的残余应力分布是不均匀的，这主要是因为接头各区域具有不同的塑性而决定的。另外，材料热导率的差异，将引起焊接热循环温度场的变化。各区域线膨胀系数的不同等因素都是造成应力场分布不匀的原因。 

 五、试述异种钢焊接时，焊接材料的选择原则有哪些？ 

答：异种钢焊接材料的选择原则，主要有以下四点： 

1） 在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，如果不可以兼顾焊缝金属的强度和塑性，则应选用塑性较好的焊接材料。
 
2） 异种钢焊接材料的焊缝金属性能，只符合两种母材中的一种，即认为满足技术要求。

3） 焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成型美观。 焊接材料经济易采购。 

六、试述珠光体钢与奥氏体钢的焊接性怎样？ 

答：珠光体钢与奥氏体钢是两种组织和成分都不同的钢种，因此，这两类钢焊接在一起，焊缝金属是两种不同类型的母材以及填充材料熔合而成，这就为这两类钢的焊接性提出了如下问题： 

1） 焊缝的稀释。由于珠光体钢含金元素较低，它对整个焊缝金属的合金具有稀释作用，由于珠光体钢的这种稀释作用，使焊缝的奥氏体形成元素含量减少，结果在焊缝中，可能出现马氏体组织，从而恶化了焊接接头质量，甚至出现裂纹。 

2） 形成过度层。在焊接热循环作用下，熔化的母材和填充金属相互混合的程度在熔池的边缘是不同的，在熔池边缘，液态金属温度较低，流动性较差，在液态停留时间较短，由于珠光体钢与奥氏体钢化学成分悬殊，在珠光体侧熔池边缘上，熔化的母材和填充金属不能很好的熔合，结果在珠光体钢一侧焊缝中，珠光体母材所占的比例较大，而且越靠近熔合线，母材所占比例越大。这就形成了焊缝金属内部成分不同的过渡层。
 
3） 形成熔合区扩散层。这二类钢组成的焊缝金属中，由于珠光体钢含碳量较高，但合金元素较高，但合金元素较少，而奥氏体钢相反，这样在熔合区珠光体钢一侧两边形成了碳和碳化物形成元素的浓度差，当接头在温度高于350-400度长期工作时，熔合区便出现明显的碳的扩散，即从珠光体钢侧通过熔合区向奥氏体焊缝扩散。结果在靠近熔合区的珠光体钢母材上形成了一层脱碳软化层，在奥氏体焊缝一侧产生了与脱碳相对应的增碳层。 

4） 由于珠光体钢和奥氏体钢的物理性能相差很大，焊缝中成分差异也很大，因此这类接头无法用热处理的方法消除焊接应力，只能引起应力的重新分配，这一点与同种金属的焊接有很大的不同。 

5） 延迟裂纹。这类异种钢的焊接熔池在结晶过程中，既有奥氏体组织，又有铁素体组织，两者相互接近，气体可以进行扩散，使扩散氢得以聚集，而产生延迟裂纹。 

二十五、选择铸铁补焊方法时应考虑哪些因素？ 
答：选择灰铸铁焊接的方法时，必须考虑下列因素： 

1） 被焊铸件的状况如铸件的化学成分、组织及力学性能，铸件的大小、厚薄和结构复杂程度。 

2） 被铸件的缺陷情况。焊前应了解缺陷的类型（裂纹、缺肉、磨损、气孔、砂眼、未浇足等），缺陷的大小，所在部位的刚度，缺陷产生的原因等。
 
3） 焊后的质量要求如对焊后接头的力学性能和加工性能。焊缝颜色和密封性等要求有所了解。 

4） 现场设备条件与经济性。在保证焊后质量要求的条件下，力学用最简便的方法、最普通的焊接设备和工艺装备、最、低的成本，使之发挥更大的经济效益乃是铸件焊补的最基本的目的。

七、铸铁补焊时防止裂纹的措施有哪些？ 

答：（1）焊前预热和焊后缓冷  焊前将焊件整体或局部预热和焊后缓冷不但能减少焊缝的白口倾向，并能减小焊接应力和防止焊件开裂。
 
   （2）采用电弧冷焊，减小焊接应力，选用塑性好的焊接材料，如用镍、铜、镍铜、高钒钢等作为填充金属，使焊缝金属可通过塑性变形松弛应力，防止裂纹，用细直径焊条，小电流，断续焊（间歇焊），分散焊（跳焊）的方法可减小焊缝处和基本金属的温度差而减小焊接应力，通过锤击焊缝可以消除应力，防止裂纹。 

   （3）其他措施，调整焊缝金属的化学成分，使其脆性温度区间缩小；加入稀土元素，增强焊缝的脱硫，脱磷冶金反应，加入实力那个的细化晶粒元素，使焊缝晶粒细化。

在某些情况下，采用加热法以减弱焊补处所受的应力，也可较有效的防止裂纹的产生。 

八、什么是应力集中？产生应力集中的因素有哪些？ 

答：由于焊缝形状和焊缝的特点，出现了集合形状的不连续性，当受载时，引起了焊接接头工作应力分布的不均匀现象，使局部的峰值应力σmax比平均应力σm高的多，这就是应力集中。在焊接接头中，产生应力集中的原因很多，其中最主要的原因是： 

（1） 焊缝中产生的工艺缺陷，入气孔，夹渣、裂纹和未焊透等，其中以焊接裂纹和未焊透引起的应力集中最为严重。 

（2） 不合理的焊缝外形，例如对接焊缝的余高过大，角焊缝的焊趾过高等 
不合理的街头设计 如街头界面有突变，采用加盖板的对接街头等。焊缝布置不合理也会产生应力集中，例如只有店面焊缝的T形接头。 

九、什么是塑性破坏，它有什么危害？ 

答：塑性破坏包括塑性失稳（屈服或发生显著塑性变形）和塑性断裂（刃性断裂或延性断裂），其过程是焊接结构在载荷作用下首先发生弹性变形→屈服→塑性变形（塑性失稳）→产生微裂口或微空隙→形成宏观裂纹→发生失稳扩展→断裂。

塑性破坏与脆性断裂相比危害是比较小的，具体有以下几种： 

（1） 屈服后产生不可恢复的塑性变形，使尺寸要求高的焊接结构报废。 

（2） 对于高韧性、低强度材料制成的压力容器失效不是由材料的断裂韧性控制，而是由于强度不足导致塑性失稳破坏。 

塑性破坏的最终结果是使焊接结构 失效或发生灾难性事故，影响了企业的生产，造成不必要的人员伤亡，严重影响了国民经济的发展。 

十、什么是脆性断裂，它有什么危害？ 

答：通常脆性断裂系指沿一定结晶面的劈裂的解离断裂（包括准解离断裂）及晶界（沿晶）断裂。

解理断裂是沿晶内一定结晶学平面分离而形成的断裂，是一种晶内断裂。金属材料在一定条件下，例如低温、高应变速及高应力集中的情况下，当应力达到一定数值时，就会发生解理断裂。

关于解理断裂的产生已经有许多模型，它们大多与位错理论相联系。普遍认为，当材料的塑性变形过程严重受阻，材料不能以形变方式而是以分离来顺应外加应力，从而发生解理裂纹。

金属中的夹杂物、脆性析出物和其他缺陷对解理裂纹的产生亦有重要影响。     

脆断一般都在应力不高于结构的设计许用应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，不易事先发现和预防，因此往往造成人身伤亡和财产的巨大损失。 

十一、试述焊接裂纹在结构脆性断裂中起什么作用？ 

答：在所有缺陷中，裂纹是最危险的，在外载作用下，裂纹前沿附近会产生少量塑性变形，同时尖/端有一定量的张开位移，使裂纹缓慢发展；

当外载增加到某一临界值时，裂纹即以高速度扩展，此时裂纹如位于高值拉应力区，往往引起整个结构的脆性断裂，如果扩展的裂纹进入了拉应力较低的区域，美誉足够的能量来维持裂纹进一步扩展，或者裂纹进入到韧性较好的材料，（或同一材料但温度较高，韧性增加）收到较大的阻力，无法继续扩展，此时裂纹的危害性就相应减小。 

十二、焊接结构易产生脆性断裂的原因是什么？ 

答：产生断裂的原因基本上可以归纳为三个方面： 

（1）材料的人性不足   
特别在缺口尖/端处材料的微观索性变形能力差。低应力脆性破坏一般在较低的温度下产生，而随着温度的降低，材料的韧性急剧下降。此外，随着低合金高强度钢的发展，强度指标不断上升，而塑性、韧性却有所降低。脆性断裂在大多数情况下从焊接区开始，所以焊缝及热影响区的韧性不足往往是造成低应力脆性破坏的主要原因。 

（2）存在着微裂纹等缺陷    
断裂总是从缺陷处开始的，缺陷以裂纹为最危险。而焊接则是产生裂纹的主要原因。虽然随着焊接技术的发展，裂纹基本上可以得到控制，但要完全避免裂纹，还是比较困难的。
 
（3）一定的应力水平   
不正确的设计和不良的制造工艺是产生焊接残余应力的主要原因。因此，对于焊接结构来说，除了工作应力外，还必须考虑焊接残余应力和应力集中程度，以及由于装配不良等所带来的附加应力。 

十三、设计焊接结构时应考虑哪些主要因素？ 

答：主要考虑的因素如下： 

1） 焊接接头应保证具有足够的强调和刚度，保证足够长的使用寿命； 

2） 考虑焊接接头的工作介质和工作条件，例如温度、腐蚀、振动、疲劳等；

3） 大型结构件应尽可能减少焊前预热和焊后热处理的工作量；

4） 焊接件可不再需要或仅需少量机械加工；

5） 焊接工作量能减至最少； 

6） 焊接结构的变形和应力减至最小； 

7） 易于施工，并为施工创造良好的劳动条件； 

8） 尽量采用新技术和机械化、自动化焊接，以提高劳动生产率；9） 焊缝便于检验，确保接头质量。 

十四、请述叙气割的基本条件，紫铜可以采用氧—乙炔焰气割吗？为什么？ 

答：气割的基本条件是： 
（1）、金属的燃点应低于金属的熔点， 
（2）、金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，
（3）、金属在氧气中燃烧要能放出大量的热， 
（4）、金属的导热系数应小。 
   
 紫铜不可以采用氧—乙炔焰气割，因为铜生成氧化物（CuO）生成热很少，同时其导热性能很好，（热量不能集中在切口附近，）故不能气割。 

十五、气焊焊粉的主要作用是什么？ 
    
焊粉的主要作用是造渣，它与熔池内的金属氧化物或非金属杂质作用生成熔渣。同时，由于生成的熔渣覆盖在熔池表面，而把熔池与空气隔绝开来，这样就防止了熔池金属在高温时被继续氧化。 

十六、手工电弧焊中防止焊缝气孔的工艺措施有哪些？ 

答：
（1）焊条和焊剂保持干燥，使用前按规定进行烘干；
（2）焊丝和焊件表面保持清洁，不得有水、油污和铁锈等。
（3）正确选择焊接规范，如焊接电流不宜过大，焊接速度应适当等；
（4）采用正确的焊接方法，手弧焊使用碱性焊条，短弧焊接，减小焊条摆动幅度，减慢运条速度，控制短弧起弧和收弧等；
（5）控制焊件装配间隙不应过大；
（6）不使用药皮开裂、剥落、变质、偏心及焊芯锈蚀的焊条。 

十七、铸铁焊接时，防止产生白口的主要措施是什么？

答： 
（1）使用石墨化型焊条，即采用在涂料中或焊丝中加入大量石墨化元素（如碳、硅等）的铸铁焊条，或采用镍基和铜基铸铁焊条；
（2）焊前预热，焊时保温，焊后缓冷，以降低焊缝区的冷却速度，延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨化充分，减少热应力；
（3）采用钎焊工艺。 

十八、试述焊剂在焊接过程中的作用？ 

在焊接中焊剂是保证焊接质量的主要因素，它有以下几点作用； 
（1） 焊剂熔化后浮在熔化金属表面，保护熔池，防止空气中有害气体的侵蚀。 
（2） 焊剂具有脱氧与渗合金作用，与焊丝配合作用，使焊缝金属获得所需的化学成分和机械性能。 
（3） 使焊缝成型良好。 
（4） 减缓熔化金属的冷却速度，减少气孔、夹渣等缺陷。 
（5） 防止飞溅，减少损失，提高熔缚系数。 

十九、试述交流弧焊机的使用与维护应注意那些事项？ 

（1） 应按照焊机的额定焊接电流和负载持续率使用，不要超载。 
（2） 焊机不允许长时间短路。 
（3） 调节电流应在空载时运行。 
（4） 经常检查导线接触、保险丝、接地、调节机构等并试之完好。 
（5） 保持焊机清洁，干燥通风，防止灰尘和雨水侵入。 
（6） 放置平稳，工作完毕切断电源。 
（7） 焊机要定期检修。 

二十、脆性断裂的危害有哪些？ 

答：由于脆断具有突然发生，来不及发现和预防的特点，一旦发生，后果十分严重，不仅造成重大的经济损失，同时还会危及人的生命安全。因此，焊接结构的脆性断裂是一个应该予以十分重视的问题。   

二十一、等离子喷涂的特点及应用？ 

答：等离子喷涂的特点是等离子火焰温度高，能熔化几乎所有难熔材料，因而使其喷涂对象十分广泛、等离子焰流速度高，粉粒加速/效果好，所以涂层结合强度高。其用途很广，是喷涂各种陶瓷材料的最/好方法。  

二十二、焊接工艺卡的编制程序？  

答：焊接工艺卡的编制程序应根据产品装配图和零部件加工图以及其技术要求，找出相对应的焊接工艺评定，绘制接头简图；给出焊接工艺卡编号、图号、接头名称、接头编号焊接工艺评定编号和焊工持证项目；

根据焊接工艺评定和实际的生产条件及技术要素和生产经验编制焊接顺序；根据焊接工艺评定编制具体的焊接工艺参数；根据产品图样的要求和产品标准确定产品的检验机关、检验方法、检验验比例。 

二十三、为什么二氧化碳气体保护焊的焊丝中要加入一定量的硅和锰？  

答： 二氧化碳是一种氧化性气体，在焊接过程中会使焊接焊缝合金元素烧损，从而大大降低焊缝的机械性能，其中，氧化作用会导致气孔和飞溅，在焊丝中加入硅和锰等起脱氧作用，可解决焊氧化和飞溅问题。   

二十四、什么是可燃性混合物的爆炸极限,其受哪些因素影响?  

答:可燃性混合物中所含可燃气体、蒸气或粉尘能够发生的浓度范围称为爆炸极限。  

所含浓度的下限称为爆炸下限，所含浓度的上限称为爆炸上限。 爆炸极限受温度、压力含氧量和容器直径等诸因素影响,温度升高时爆炸极限降低;当压力增高时,爆炸极限也会降低;混合气体气体中氧气的浓度上升时,爆炸下限下降. 对于可燃性粉尘,其爆炸极限受分散度、湿度、温度等因素的影响。   

二十五、在锅炉汽包、凝汽器、油箱、油槽以及其他金属容器内进行焊接工作时，应有哪些防止触电的措施？

答：（1）电焊时焊工应避免与铁件接触，要站立在橡胶绝缘垫上或穿橡胶绝缘鞋，并穿干燥的工作服。

（2）容器外面应设有可看见和听见焊工工作的监护人，并设有开关，以便根据焊工的信号切断电源。

（3）容器内使用的行灯，电压不准超过12伏。行灯变压器的外壳应可靠地接地，不准使用自耦变压器。

（4）行灯用的变压器及电焊变压器均不得携入锅炉及金属容器内。 

二十六、如何区分熔焊和钎焊？二者各有什么特点？ 

答：熔焊的特点是焊件间产生原子的结合，而钎焊则是利用熔点比焊件低的中间介质——钎料将焊件连接起来。

熔焊的优点是焊接接头的力学性能较高，连接厚件、大件时的生产率高，缺点是产生的应力、变形较大，热影响区发生组织变化；

钎焊的优点是加热温度低，接头平整、光滑、外形美观，应力、变形小，缺点是接头是接头强度低，装配时对装配间隙要求高。  

二十七、二氧化碳气体和氩气都属于保护气体，试叙两者的性质和用途？ 

答：二氧化碳是氧化性气体，作为焊接区域保护气体时，会使熔滴和熔池金属激烈地氧化，引起合金元素的烧损，并且工艺性较差，会产生气孔和较大的飞溅。

所以，目前只能用于焊接低碳钢和低合金钢，不适用于焊接高合金钢和有色金属，特别是对不锈钢，由于会造成焊缝增碳现象，降低抗晶间隙腐蚀性能，所以用得更少。

 氩气是惰性气体，因它不与熔化金属起任何化学反应，所以焊缝的化学成分基本没什么变化，焊后的焊缝质量良好，可以用来焊接各种合金钢、不锈钢和有色金属，由于氩气的价格正在逐渐降低，所以也大量用来焊接低碳钢。  

二十八、试述16Mn钢的焊接性及其焊接特点？ 

答：16Mn钢是在Q235A钢的基础上添加了1%左右的Mn，碳当量为0.345%~0.491%。所以，焊接性能较好。

但是，淬硬倾向比Q235A钢稍大，在大厚度、大刚性结构上进行小参数，小焊道焊接时，有可能出现裂纹，特别是在低温条件下焊接，此时，焊前可采用适当地预热。 

手弧焊时，采用E50级焊条；埋弧自动焊不开坡口时，可以采用H08MnA焊丝配合焊剂431；开坡口时，应采用H10Mn2焊丝配合焊剂431；CO2气保焊时，采用焊丝H08Mn2SiA或H10MnSi。