焊接冶金學(xué)試題及答案簡答題。1.什么是焊接化學(xué)冶金？它的主要研究內(nèi)容和學(xué)習(xí)目的是什么？定義：焊接化學(xué)冶金是指在熔焊過程中，焊接區(qū)內(nèi)的金屬、熔渣、氣相等各種物質(zhì)之間，在高溫條件下發(fā)生的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。在這個過程中，焊接材料（如焊條藥皮、焊絲、焊劑等）與母材金屬在電弧高溫作用下，經(jīng)歷熔化、蒸發(fā)、氧化、還原等多種反應(yīng)，最終形成焊縫金屬。例如，在碳鋼焊接時，焊條藥皮中的某些成分會在高溫下分解，與熔化的鐵液發(fā)生反應(yīng)，影響焊縫的成分和性能。主要研究內(nèi)容。焊接過程中的化學(xué)反應(yīng)：研究焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間發(fā)生的氧化、還原、氮化、碳化等化學(xué)反應(yīng)的機理、過程和影響因素。在焊接高溫下，鐵與空氣中的氧氣會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氧化鐵，而焊條藥皮中的某些合金元素可能會起到還原氧化鐵的作用。焊縫金屬成分的形成與控制：分析焊接材料、母材成分以及焊接工藝參數(shù)等對焊縫金屬化學(xué)成分的影響，以及如何通過調(diào)整這些因素來控制焊縫金屬的成分。例如，通過在焊條中添加不同的合金元素，可以改變焊縫金屬中合金元素的含量，從而提高焊縫的強度、韌性等性能。熔渣與金屬的相互作用：研究熔渣的組成、性質(zhì)及其與液態(tài)金屬之間的物理化學(xué)作用，包括熔渣的氧化性、還原性、酸堿度等對焊縫質(zhì)量的影響。例如，酸性渣和堿性渣對焊縫金屬的脫氧、脫硫等效果不同，會直接影響焊縫的性能。焊接過程中的氣體行為：探討焊接區(qū)內(nèi)氣體的來源、種類、分布以及它們與金屬的相互作用，如氫、氧、氮等氣體在焊縫中的溶解、析出行為，以及對焊縫性能的影響。例如，氫在焊縫中可能會導(dǎo)致氫脆、氣孔等缺陷。學(xué)習(xí)目的。優(yōu)化焊接材料選擇：根據(jù)不同的母材和焊接要求，運用焊接化學(xué)冶金知識，合理選擇焊接材料，確保焊縫金屬能夠滿足使用性能要求。例如，對于高強度鋼的焊接，需要選擇含合金元素能夠提高強度和韌性的焊條或焊絲。控制焊縫性能：通過了解焊接化學(xué)冶金過程，掌握如何調(diào)整焊接工藝參數(shù)和焊接材料，來控制焊縫金屬的化學(xué)成分和組織，從而改善焊縫的力學(xué)性能、耐腐蝕性能等?？刂坪附舆^程中的冷卻速度，可以改變焊縫的晶粒大小和組織形態(tài)，進而影響焊縫的強度和韌性。解決焊接問題：能夠分析和解決焊接過程中出現(xiàn)的各種缺陷和問題，如氣孔、裂紋、夾雜物等，找出其與焊接化學(xué)冶金的關(guān)系，并采取相應(yīng)的措施加以解決。例如，當(dāng)焊縫中出現(xiàn)氣孔時，可從焊接材料的含水量、焊接區(qū)的保護氣體效果等方面，運用焊接化學(xué)冶金知識進行分析和解決。推動焊接技術(shù)發(fā)展：為開發(fā)新的焊接工藝、焊接材料和焊接設(shè)備提供理論基礎(chǔ)，促進焊接技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新。例如，基于對焊接化學(xué)冶金的深入研究，開發(fā)出了新型的藥芯焊絲、高效的焊接保護氣體等。2.調(diào)控焊縫化學(xué)成分有哪兩種手段？它們怎樣影響焊縫化學(xué)成分？調(diào)控手段。對熔化金屬進行冶金處理：這是通過在焊接材料中添加特定的合金元素或化合物，利用它們在焊接過程中的冶金反應(yīng)來調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分。例如，在焊接不銹鋼時，在焊條或焊絲中添加適量的鈦、鈮等元素，這些元素在焊接高溫下會與焊縫中的碳發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的碳化物，從而減少焊縫中的碳含量，提高焊縫的耐腐蝕性。改變?nèi)酆媳龋喝酆媳仁侵冈诤缚p金屬中，局部熔化的母材所占的比例。通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，如焊接電流、電壓、焊接速度等，可以改變母材和填充金屬的熔化量，從而改變?nèi)酆媳?。影響方式。對熔化金屬進行冶金處理：焊接材料中的合金元素或化合物在高溫下會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)。例如，在堿性焊條中，藥皮中的螢石（CaF?）可以在焊接過程中與氫發(fā)生反應(yīng)，生成氟化氫（HF）等穩(wěn)定的化合物，從而降低焊縫中的氫含量。同時，一些合金元素如錳、硅等，在焊接過程中可以起到脫氧、脫硫的作用，并能固溶到焊縫金屬中，提高焊縫的強度和韌性。改變?nèi)酆媳龋寒?dāng)增大焊接電流或降低焊接速度時，母材的熔化量增加，熔合比增大，焊縫金屬的化學(xué)成分會更接近母材；反之，當(dāng)減小焊接電流或提高焊接速度時，填充金屬的熔化量相對增加，熔合比減小，焊縫金屬的化學(xué)成分則更傾向于填充金屬。例如，在焊接異種金屬時，通過合理調(diào)整熔合比，可以使焊縫金屬的化學(xué)成分達到預(yù)期的中間狀態(tài)，以滿足焊接接頭的性能要求。3.焊接區(qū)內(nèi)氣體的主要來源是什么？它們是怎樣產(chǎn)生的？主要來源。焊接材料：這是焊接區(qū)內(nèi)氣體的最主要來源，包括焊條藥皮、焊劑、保護氣體、焊絲表面的涂層等。母材：母材坡口附近的油污、鐵銹、水分、油漆等，在焊接過程中會分解或蒸發(fā)產(chǎn)生氣體?？諝猓汉附舆^程中，電弧周圍的空氣會在一定程度上侵入焊接區(qū)，成為氣體的來源之一。產(chǎn)生方式。直接輸送和侵入：保護氣體在焊接過程中直接輸送到焊接區(qū)，如二氧化碳氣體保護焊中的二氧化碳氣體。同時，焊接時電弧周圍的空氣會因電弧的抽吸作用等侵入焊接區(qū)。有機物的分解和燃燒：焊接材料中的有機物，如焊條藥皮中的纖維素、淀粉等，以及母材表面的油污、油漆等，在高溫下會發(fā)生分解和燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳、氫氣等氣體。例如，纖維素分解會產(chǎn)生一氧化碳和氫氣，油污燃燒會產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣。碳酸鹽和高價氧化物的分解：焊接材料中的碳酸鹽，如碳酸鈣、碳酸鎂等，以及母材表面的鐵銹（主要成分是三氧化二鐵等高價氧化物），在高溫下會分解。碳酸鈣分解會產(chǎn)生二氧化碳和氧化鈣，三氧化二鐵分解會產(chǎn)生氧氣等氣體。材料的蒸發(fā)：在焊接高溫下，焊接材料和母材中的一些低沸點元素和化合物會發(fā)生蒸發(fā)，形成氣體。例如，鋅在高溫下容易蒸發(fā)，在焊接鍍鋅鋼板時，鋅蒸發(fā)會產(chǎn)生鋅蒸氣。氣體的分解：焊接區(qū)內(nèi)的一些簡單氣體和復(fù)雜氣體在高溫下會發(fā)生分解。例如，水分子在高溫下會分解為氫和氧，氮氣在高溫下也可能會有部分分解為氮原子，這些分解后的氣體都會進入焊接區(qū)。選擇題。1.低氫型焊條（堿性焊條）焊縫的含氫量低的原因是藥皮中含有很多的碳酸鹽，它們受熱分解生成（）和氫反應(yīng)生成穩(wěn)定的OH。答案：C。解析：低氫型焊條藥皮中含有較多的碳酸鹽，如碳酸鈣（CaCO?）等。在焊接高溫下，碳酸鈣會分解產(chǎn)生二氧化碳（CO?），其反應(yīng)方程式為：CaCO?→CaO+CO?↑。二氧化碳與氫（H）會發(fā)生反應(yīng)：CO?+H→CO+OH，生成穩(wěn)定的OH，從而降低了焊縫中的含氫量。所以答案是C。2.焊接區(qū)內(nèi)的氫主要來源于焊接材料中的（）。答案：C。解析：焊接材料中的水分是焊接區(qū)內(nèi)氫的主要來源。水分在焊接高溫下會分解產(chǎn)生氫，其反應(yīng)方程式為：H?O→2H+O。焊接材料中的碳酸鹽、氧化物等一般不是氫的直接來源，空氣雖然也可能帶來一些氫，但不是主要來源。所以答案是C。3.熔合區(qū)會出現(xiàn)明顯的化學(xué)成分不均勻，成為（）地帶。答案：B。解析：熔合區(qū)是焊縫與母材的過渡區(qū)域，由于在焊接過程中，該區(qū)域母材和填充金屬的熔化和混合不均勻，導(dǎo)致化學(xué)成分存在明顯的差異。這種化學(xué)成分的不均勻性會使得熔合區(qū)的力學(xué)性能、物理性能等也不均勻，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中等問題，是焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié)，容易引發(fā)裂紋等缺陷。所以答案是B。填空題。1.熔焊時，（）、熔渣和氣相之間進行一系列的冶金反應(yīng)。答案：金屬。解析：在熔焊過程中，金屬（包括母材和填充金屬）在電弧高溫下熔化形成熔池，與覆蓋在熔池表面的熔渣以及周圍的氣相之間會發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，如氧化、還原、氮化等，這些反應(yīng)共同影響著焊縫金屬的成分和性能。所以填“金屬”。2.手工電弧焊的焊接化學(xué)反應(yīng)區(qū)有三個，即（）、熔滴反應(yīng)區(qū)和熔池反應(yīng)區(qū)。答案：藥皮反應(yīng)區(qū)。解析：手工電弧焊時，首先在焊條藥皮部位會發(fā)生反應(yīng)，稱為藥皮反應(yīng)區(qū)。在這個區(qū)域，焊條藥皮中的成分在加熱過程中會發(fā)生分解、熔化等物理化學(xué)變化。隨著焊接過程的進行，焊條端部形成熔滴，在熔滴形成和過渡過程中存在熔滴反應(yīng)區(qū)。熔滴落入熔池，在熔池中發(fā)生各種冶金反應(yīng)，形成熔池反應(yīng)區(qū)。所以填“藥皮反應(yīng)區(qū)”。3.焊縫中常遇到的夾雜物有（）夾雜、氮氧化合物夾雜和