由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、等轴晶。
② 当合金中溶质浓度一定时，结晶速度越快，成分过冷度越大，结晶形态也可由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、等轴晶。
③ 当溶质浓度和结晶速度一定时，随液相温度梯度的提高，成分过冷度减小，结晶形态的演变则刚好相反。
6、 试叙述焊接过程HAZ的组织转变特点。
答：焊接过程热循环的特点是的HAZ组织转变具有特殊性。焊接加热速度快，使得各种金属的相变
温度比平衡时有很大提高，如使金属的Ac1和 Ac3大幅度提高；焊接冷却速度较大，相比于平衡相图，焊缝金属相变点和温度线发生偏移，如是金属的Ac1、Ac3和Acm向更低方向移动；高温停留时间短，不利于扩散过程进行，使组织均匀化受到较大抑制。 7、 以低碳钢为例，试叙述其HAZ组织与性能特点。 答：按最高温度范围及组织变化，将低碳钢HAZ分为四个区：
① 熔合区：焊缝与母材相邻的部位，最高温度处于固相线与液相线之间。由于晶界与晶内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差，是焊接接头的薄弱环节。
② 过热区：温度范围处于固相线到1100℃。由于加热温度高，奥氏体晶粒过热，晶粒严重长大。也称粗晶区。焊后冷却时，奥氏体相产物也因晶粒粗化使塑性、韧性下降。冷却速度较慢时，还会出现魏氏体。
③ 相变重结晶区（正火区）：母材已完全奥氏体化，处于1100℃～Ac3之间。由于稀奥氏体晶粒细小，空冷后得到晶粒细小而均匀的珠光体和铁素体。塑性和韧性好。
④ 不完全重结晶区：温度范围在Ac1～Ac3，部分母材组织发生相变重结晶，奥氏体晶粒细小，冷却后转变得到细小F+P；而未奥氏体化的晶粒受热长大，使该区晶粒大小、组织分布不均匀。 8、 以药皮焊条焊为例，试叙述其焊接冶金反应区及其特点。
答：以药皮焊条焊为例，其焊接冶金反应区包括药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区。
① 药皮反应区。其特点是加热温度较低，不超过药皮的熔化温度，也称造渣反应区。主要是水的蒸发与药皮中某些固态物质的分解反应，显著改变焊接区的气氛性质，为焊接冶金反应提供准备过程，为冶金反应提供气体和熔渣。
② 熔滴反应区。其特点有：温度高，最高温度可达到钢的沸点；熔滴的比表面积大，可以促进冶金进行，熔滴反应区是焊接冶金反应最激烈的部位。熔滴反应区进行的冶金反应有：气体的分解和溶解，金属的蒸发，金属及其合金的氧化、还原，以及焊缝金属的合金化。
③ 熔池反应区。熔池反应区的反应物相对浓度比熔滴反应区低，反应速度较熔滴反应区小；熔
池反应区的反应时间较长，并存在对流和搅拌现象，有助于熔池成分的均匀化和冶金反应进行。 9、 氢和氮在焊缝金属中的溶解有什么异同？
答：① 相同点。氢气和氮气都以双原子分子状态存在，分子状态的气体必须分解成原子或离子才能
溶入液态金属中，符合气体溶解的平方根定律。
② 异同点。双原子气体溶解于液态金属的动力学过程一般有两种方式，如下图所示。 氮在高温下呈多分子状态，其溶解过程以图a为主，分为四个阶段：气体分子向气体-金属界面上运动?气体分子被金属表面吸附；气体分子在金属表面上分解为原子；原子穿过气体-金属界面向金属内部扩散。
X2 X2 X2 2[X] X2 2X 2X 2[X] (a) (b)
而氢在电弧高温下的作用下完全分解为原子氢，其溶解过程以图b为主，分为四个阶段：气体分子在电弧气氛下分解为原子氢?原子氢向气体-金属界面上运动；原子氢被金属表面吸附；原子氢穿过气体-金属界面向金属内部扩散。 10、 如何控制焊缝金属中的氢含量？
答：鉴于氢的有害作用，必须尽量减少焊接金属中的氢：
① 限制氢的来源。必须严格限制焊接材料中的水含量。焊接材料如焊条、焊剂、药芯焊丝使用前必须进行烘干处理。
② 冶金处理。通过调整焊接材料的成分，使氢在高温下生产比较稳定的不溶于液态金属的氢化物，从而降低焊缝金属的氢含量，如在焊条药皮和焊剂中加入氟化物；加入微量稀土元素钇或表面活性元素如碲、硒，可以减少降低焊缝中扩散氢的含量。
③ 控制工艺参数。控制电弧电压和焊接电流，获得合适的熔池存在时间和冷却速度，可以一定程度上减少氢的含量。
④ 焊接后处理。焊接完毕后将焊件加热到一定温度，促使氢扩散外逸以达到脱氢目的。如对于钢铁焊件，可加热到350℃，保温1h，可以使绝大部分的氢通过扩散去除。 11、 熔渣在焊接过程中有哪些作用？ 答：熔渣在焊接过程中主要有以下作用：
① 机械保护作用。熔渣覆盖于熔池表面，可以防止液态金属的氧化和氮化，凝固的渣壳也可以防止处于高温状态的金属在空气中被氧化。
② 冶金处理作用。通过控制熔渣的成分和性能，可调整金属的成分和改善金属的性能。 ③ 改善焊接工艺性能。熔渣中添加适当的物质，可以使电弧容易引燃，稳定燃烧及减小飞溅，还能保证良好的操作性、脱渣性和焊缝成形性。 12、 试叙述熔渣分析的分子理论和离子理论。 答：关于液态熔渣的结构分析，目前主要有两种理论：
（1）分子理论的主要依据是室温下对凝固熔渣的相分析和成分分析的结果，主要要点如下： ① 液态熔渣主要是有自由状态的化合物和复合状态化合物分子所组成。 ② 氧化物与复合物在一定温度下处于平衡状态。
③ 只有熔渣中自由氧化物才能与液态金属和其中的元素发生作用。
分子理论可以定性分析解释熔渣与金属间的冶金反应，目前仍广泛应用，但不能解释一些诸如熔渣导电性的问题。
（2）离子理论的主要基于对熔渣的电化学性能的研究，主要要点如下： ① 液态熔渣是有正离子和负离子组成的电中性溶液。
② 离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于综合矩，即离子电荷/离子半径的比值。 ③ 液态熔渣与金属间相互作用过程，是原子与离子交换电荷的过程。 13、 活性熔渣对合金的氧化作用有哪些形式？ 答：活性熔渣对金属的氧化有以下两种形式：
① 扩散氧化。FeO既能溶于熔渣，又能溶于铁液，因此能在熔渣与铁液之间进行扩散分配，在一定温度下平衡时，两相中的FeO浓度符合分配定律： L?[O] (FeO)当增加熔渣中FeO浓度时，FeO将向铁液中扩散，使金属中含氧量增加。 ② 置换氧化。铁液与熔渣中易分解的氧化物发生置换反应生产FeO。
14、 焊接过程脱氧处理有哪几种方式？ 答：焊接过程脱氧处理主要有以下两种形式：
① 先期脱氧。药皮加热阶段，固态药皮受热后发生的脱氧反应称之为先期脱氧。
② 沉淀脱氧。沉淀脱氧是在熔滴和熔池内进行，溶解在液态金属中的脱氧剂与FeO直接反应，还原出Fe，且脱氧产物付出液态金属的过程。常见的锰脱氧处理、硅脱氧处理，以及锰、硅联
合脱氧处理。
③ 扩散脱氧。扩散脱氧在液态金属与熔渣的界面上进行，以FeO在液态金属和熔渣中分配律为基础。
15、 什么是熔合比？试分析手工电弧焊时，熔合比对焊缝成分的影响。 答：熔合比：??ApAp?Ad，Ap为焊缝截面中母材所占面积；Ad为焊缝截面中填充金属所占的面积。
不考虑冶金反应的作用时，焊缝中某合金元素的浓度可通过下式计算：
Co???Cb?(1??)Ce
Co为某元素在焊缝金属中的质量分数；Cb为某元素在母材中的质量分数；Ce为某元素在焊条中的质量分数。
考虑合金元素的损失，则焊缝金属中某合金元素的实际浓度Cw为：
Cw???Cb?(1??)Cd
Cd为熔敷金属中某元素的质量分数。
通过改变熔合比，可以改变焊缝金属的化学成分。 16、 焊接过程的内应力有哪几种？
答：焊接过程的内应力主要有热应力、相变应力机械阻碍应力。
① 热应力。焊件在受热或冷却过程中，由于各部分的温度不同，冷却速度不同而造成的焊件上在同一时刻各部分的收缩或者膨胀量不同，从而导致内部彼此相互制约而产生的应力。 ② 相变应力。金属材料在焊接热的影响下，其相变过程中各部分因发生相变的先后顺序不同，发生的相变程度不同，由此而产生的应力称之为相变应力。
③ 机械阻碍应力。焊件冷却过程中产生的收缩，收到外界的阻碍产生的应力，称之为机械阻碍应力。
17、 试叙述减小或消除残余应力的途径与措施。
答：根据焊接残余应力产生的原因，可以通过以下途径减小或消除残余应力。
① 合理的结构设计。焊接结构中，应当避免焊缝的交叉及密集；尽量采用对接而避免搭接；用刚度小的结构代替刚度大的结构。
② 选择合理的焊接工艺措施。应根据焊接结构的情况，尽量选择较小的热输入；安排合适的焊接顺序；采用预热措施，降低工件的温度梯度。
③ 选择合理的消除残余应力的措施。采用热处理法降低或去除残余应力；采用机械加载的方法
是高拉伸应力区应力达到屈服强度值，是材料发生塑性变形，卸载后残余应力得以完全或部分消除；采用共振法将焊件在共振条件下振动10-15min，以达到消除焊件残余应力的目的。 18、 请举出三种以上的焊接变形形式。可以通过哪些方法防止或减少焊接变形？
答：焊接变形主要收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形、等形式。可以通过以下措
施防止或减少焊件变形： （1）结构设计方面
结构的设计不仅要考虑到焊件的强度、刚度和稳定性，同时也需要考虑焊件的制造工艺。设计合理的焊缝位置、形状和尺寸。 （2）工艺方面 ① 反变形法； ② 刚性固定法； ③ 预留收缩量； ④ 合理工艺参数的选择；
⑤ 焊接变形矫正：机械校正法，火焰矫正法，综合矫正法。 19、 试述影响焊接热裂纹的形成因素及防止措施。
答：（1）热裂纹具有高温断裂的性质。热裂纹有凝固（结晶）裂纹、液化裂纹、高温失延裂纹等类
型。焊接热裂纹可出现在焊缝，也可出现在近缝区或多层焊焊道间的HAZ。 影响热裂纹的因素主要有： ① 冶金因素
合金元素影响凝固温度区的大小及合金在脆性温度区中的塑性。随着合金元素的增加，凝固温度区增大，同时脆性温度区增大，凝固裂纹的倾向增大。
杂质元素的偏析及偏析产物的形态对热裂纹也有一定影响。如硫、磷在钢中能形成低熔共晶，即使微量存在，也会使凝固温度区间增加。
② 合理凝固（结晶）组织形态的影响：对于奥氏体钢，凝固后晶粒的大小、形态和方向、析出的初生相等对抗裂性有较大影响。晶粒越粗大，方向性越明显，则产生热裂纹的敏感性越大。 ③ 工艺参数的影响：在焊接工艺中应尽量减少有害元素的偏析及降低应变增长率。
在焊接中、高碳钢以及异种金属焊接时，为减少母材中的有害元素进入焊疑缝，应尽量减小熔合比。不同接头形式对裂纹倾向有不同影响，表面堆焊和熔深较浅的对接缝的抗裂性较高。熔深大的对接和各种角接焊缝的抗裂性较差。 （2） 防止措施：主要是控制成分和调整工艺。