焊接冶金学试题及答案

焊接冶金学试题及答案简答题。1.什么是焊接化学冶金？它的主要研究内容和学习目的是什么？定义：焊接化学冶金是指在熔焊过程中，焊接区内的金属、熔渣、气相等各种物质之间，在高温条件下发生的一系列复杂的物理化学反应。在这个过程中，焊接材料（如焊条药皮、焊丝、焊剂等）与母材金属在电弧高温作用下，经历熔化、蒸发、氧化、还原等多种反应，最终形成焊缝金属。例如，在碳钢焊接时，焊条药皮中的某些成分会在高温下分解，与熔化的铁液发生反应，影响焊缝的成分和性能。主要研究内容。焊接过程中的化学反应：研究焊接区内各种物质之间发生的氧化、还原、氮化、碳化等化学反应的机理、过程和影响因素。在焊接高温下，铁与空气中的氧气会发生氧化反应，生成氧化铁，而焊条药皮中的某些合金元素可能会起到还原氧化铁的作用。焊缝金属成分的形成与控制：分析焊接材料、母材成分以及焊接工艺参数等对焊缝金属化学成分的影响，以及如何通过调整这些因素来控制焊缝金属的成分。例如，通过在焊条中添加不同的合金元素，可以改变焊缝金属中合金元素的含量，从而提高焊缝的强度、韧性等性能。熔渣与金属的相互作用：研究熔渣的组成、性质及其与液态金属之间的物理化学作用，包括熔渣的氧化性、还原性、酸碱度等对焊缝质量的影响。例如，酸性渣和碱性渣对焊缝金属的脱氧、脱硫等效果不同，会直接影响焊缝的性能。焊接过程中的气体行为：探讨焊接区内气体的来源、种类、分布以及它们与金属的相互作用，如氢、氧、氮等气体在焊缝中的溶解、析出行为，以及对焊缝性能的影响。例如，氢在焊缝中可能会导致氢脆、气孔等缺陷。学习目的。优化焊接材料选择：根据不同的母材和焊接要求，运用焊接化学冶金知识，合理选择焊接材料，确保焊缝金属能够满足使用性能要求。例如，对于高强度钢的焊接，需要选择含合金元素能够提高强度和韧性的焊条或焊丝。控制焊缝性能：通过了解焊接化学冶金过程，掌握如何调整焊接工艺参数和焊接材料，来控制焊缝金属的化学成分和组织，从而改善焊缝的力学性能、耐腐蚀性能等。控制焊接过程中的冷却速度，可以改变焊缝的晶粒大小和组织形态，进而影响焊缝的强度和韧性。解决焊接问题：能够分析和解决焊接过程中出现的各种缺陷和问题，如气孔、裂纹、夹杂物等，找出其与焊接化学冶金的关系，并采取相应的措施加以解决。例如，当焊缝中出现气孔时，可从焊接材料的含水量、焊接区的保护气体效果等方面，运用焊接化学冶金知识进行分析和解决。推动焊接技术发展：为开发新的焊接工艺、焊接材料和焊接设备提供理论基础，促进焊接技术的不断进步和创新。例如，基于对焊接化学冶金的深入研究，开发出了新型的药芯焊丝、高效的焊接保护气体等。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？调控手段。对熔化金属进行冶金处理：这是通过在焊接材料中添加特定的合金元素或化合物，利用它们在焊接过程中的冶金反应来调整焊缝金属的化学成分。例如，在焊接不锈钢时，在焊条或焊丝中添加适量的钛、铌等元素，这些元素在焊接高温下会与焊缝中的碳发生反应，形成稳定的碳化物，从而减少焊缝中的碳含量，提高焊缝的耐腐蚀性。改变熔合比：熔合比是指在焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。通过调整焊接工艺参数，如焊接电流、电压、焊接速度等，可以改变母材和填充金属的熔化量，从而改变熔合比。影响方式。对熔化金属进行冶金处理：焊接材料中的合金元素或化合物在高温下会发生一系列的化学反应。例如，在碱性焊条中，药皮中的萤石（CaF₂）可以在焊接过程中与氢发生反应，生成氟化氢（HF）等稳定的化合物，从而降低焊缝中的氢含量。同时，一些合金元素如锰、硅等，在焊接过程中可以起到脱氧、脱硫的作用，并能固溶到焊缝金属中，提高焊缝的强度和韧性。改变熔合比：当增大焊接电流或降低焊接速度时，母材的熔化量增加，熔合比增大，焊缝金属的化学成分会更接近母材；反之，当减小焊接电流或提高焊接速度时，填充金属的熔化量相对增加，熔合比减小，焊缝金属的化学成分则更倾向于填充金属。例如，在焊接异种金属时，通过合理调整熔合比，可以使焊缝金属的化学成分达到预期的中间状态，以满足焊接接头的性能要求。3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？主要来源。焊接材料：这是焊接区内气体的最主要来源，包括焊条药皮、焊剂、保护气体、焊丝表面的涂层等。母材：母材坡口附近的油污、铁锈、水分、油漆等，在焊接过程中会分解或蒸发产生气体。空气：焊接过程中，电弧周围的空气会在一定程度上侵入焊接区，成为气体的来源之一。产生方式。直接输送和侵入：保护气体在焊接过程中直接输送到焊接区，如二氧化碳气体保护焊中的二氧化碳气体。同时，焊接时电弧周围的空气会因电弧的抽吸作用等侵入焊接区。有机物的分解和燃烧：焊接材料中的有机物，如焊条药皮中的纤维素、淀粉等，以及母材表面的油污、油漆等，在高温下会发生分解和燃烧反应，产生二氧化碳、一氧化碳、氢气等气体。例如，纤维素分解会产生一氧化碳和氢气，油污燃烧会产生二氧化碳和水蒸气。碳酸盐和高价氧化物的分解：焊接材料中的碳酸盐，如碳酸钙、碳酸镁等，以及母材表面的铁锈（主要成分是三氧化二铁等高价氧化物），在高温下会分解。碳酸钙分解会产生二氧化碳和氧化钙，三氧化二铁分解会产生氧气等气体。材料的蒸发：在焊接高温下，焊接材料和母材中的一些低沸点元素和化合物会发生蒸发，形成气体。例如，锌在高温下容易蒸发，在焊接镀锌钢板时，锌蒸发会产生锌蒸气。气体的分解：焊接区内的一些简单气体和复杂气体在高温下会发生分解。例如，水分子在高温下会分解为氢和氧，氮气在高温下也可能会有部分分解为氮原子，这些分解后的气体都会进入焊接区。选择题。1.低氢型焊条（碱性焊条）焊缝的含氢量低的原因是药皮中含有很多的碳酸盐，它们受热分解生成（）和氢反应生成稳定的OH。答案：C。解析：低氢型焊条药皮中含有较多的碳酸盐，如碳酸钙（CaCO₃）等。在焊接高温下，碳酸钙会分解产生二氧化碳（CO₂），其反应方程式为：CaCO₃→CaO+CO₂↑。二氧化碳与氢（H）会发生反应：CO₂+H→CO+OH，生成稳定的OH，从而降低了焊缝中的含氢量。所以答案是C。2.焊接区内的氢主要来源于焊接材料中的（）。答案：C。解析：焊接材料中的水分是焊接区内氢的主要来源。水分在焊接高温下会分解产生氢，其反应方程式为：H₂O→2H+O。焊接材料中的碳酸盐、氧化物等一般不是氢的直接来源，空气虽然也可能带来一些氢，但不是主要来源。所以答案是C。3.熔合区会出现明显的化学成分不均匀，成为（）地带。答案：B。解析：熔合区是焊缝与母材的过渡区域，由于在焊接过程中，该区域母材和填充金属的熔化和混合不均匀，导致化学成分存在明显的差异。这种化学成分的不均匀性会使得熔合区的力学性能、物理性能等也不均匀，容易出现应力集中等问题，是焊接接头中的薄弱环节，容易引发裂纹等缺陷。所以答案是B。填空题。1.熔焊时，（）、熔渣和气相之间进行一系列的冶金反应。答案：金属。解析：在熔焊过程中，金属（包括母材和填充金属）在电弧高温下熔化形成熔池，与覆盖在熔池表面的熔渣以及周围的气相之间会发生一系列复杂的物理化学反应，如氧化、还原、氮化等，这些反应共同影响着焊缝金属的成分和性能。所以填“金属”。2.手工电弧焊的焊接化学反应区有三个，即（）、熔滴反应区和熔池反应区。答案：药皮反应区。解析：手工电弧焊时，首先在焊条药皮部位会发生反应，称为药皮反应区。在这个区域，焊条药皮中的成分在加热过程中会发生分解、熔化等物理化学变化。随着焊接过程的进行，焊条端部形成熔滴，在熔滴形成和过渡过程中存在熔滴反应区。熔滴落入熔池，在熔池中发生各种冶金反应，形成熔池反应区。所以填“药皮反应区”。3.焊缝中常遇到的夹杂物有（）夹杂、氮氧化合物夹杂和