第八章習題解答

2023-01-26 11:39:03 字數 4324 閱讀 3832

第一節渣相的作用與形成

填空:1. 熔渣對於焊接、合金熔煉過程的主要作用有機械保護作用 、 冶金處理作用和改善成形工藝效能作用 。

熔渣也有不利的作用,如強氧化性熔渣可以使液態金屬增氧 ,可以侵蝕爐襯;密度大或熔點過高的熔渣易殘留在金屬中形成夾渣 。

2. 熔渣是多種化合物構成的複雜混合物,按其成分可分為鹽型、 鹽—氧化物型和氧化物型熔渣三類。 氧化物型熔渣具有較強的氧化性,一般用於低碳鋼、低合金高強鋼的焊接。

3. 藥皮焊條電弧焊時的熔渣**於焊條藥皮中的造渣劑。酸性焊條藥皮中主要採用矽酸鹽或鈦酸鹽作為造渣劑,藥皮中含有的少量碳酸鹽除了造渣的作用之外與藥皮中的有機物作用相同,是用來造氣 。

4. 鹼性焊條又稱為低氫型焊條,藥皮中不含具有造氣功能的有機物而含大量的碳酸鹽和一定數量的 caf2 ,前者在加熱分解過程中形成 cao 或 mgo 熔渣並放出 co2 保護氣體,後者除了造渣作用之外,還能減少液態金屬中的氫含量。

5. 焊劑按製造方法分類可以分為熔煉焊劑與非熔煉焊劑兩大類。熔煉焊劑是將一定比例的各種配料放在爐內熔煉 ,然後經過水冷粒化 、 烘乾 、 篩選而製成的。

非熔煉焊劑的組成與焊條藥皮相似,按烘焙溫度不同又分為粘結焊劑與燒結焊劑。

6. 鋼鐵熔煉熔渣的主要成分為各種金屬的氧化物和少量 caf2 。採用鹼性爐熔煉所形成的熔渣中 cao 含量較多,而酸性爐熔煉所形成的熔渣中 sio2 含量較多,兩類熔煉爐對應的熔渣中feo與mno的含量相差不大 。

7. 有色金屬熔煉中熔渣主要**於用於除氣、脫氧或去夾雜而新增的熔劑 ,如鋁合金精煉時採用多種氯化鹽混合成的低熔點的熔劑。

第二節渣體結構及鹼度

一、填空

1. 按照熔渣的分子理論的觀點,液態熔渣是由自由狀態化合物和復合狀態化合物的分子所組成,而離子理論的觀點認為液態熔渣是由正離子和負離子組成的電中性溶液。

2. 復合化合物就是酸性氧化物和鹼性氧化物生成的鹽。氧化物的復合是乙個放熱反應,當溫度公升高時渣中自由氧化物的濃度增加 。

3. 熔渣的離子理論認為液態熔渣是由正離子和負離子組成的電中性溶液,

4. 離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決於它的綜合矩, 綜合矩的計算表示式為離子電荷/離子半徑 。當溫度公升高時,離子的半徑增大 ,綜合矩減小 ,但它們之間的大小順序不變 。

離子的綜合矩越大,說明它的靜電場越強 ,與異號離子結合的相互引力越大 。

5. 熔渣的鹼度定義為熔渣中的鹼性氧化物與酸性氧化物濃度的比值。若比值小於1 為酸性渣,比值大於1 為鹼性渣。

6. 離子理論把液態熔渣中各種氧化物所對應的自由氧離子的濃度之和定義為鹼度,酸性渣與鹼性渣的鹼度臨界值為零 。

7. 一般情況下熔渣中的鹼性氧化物容易生成自由氧離子,其對應的鹼度係數大於零 ,而酸性氧化物容易捕獲熔渣中的自由氧離子,生成複雜陰離子,其對應的鹼度係數小於零 。

二、多項選擇

1. 焊接熔渣中常見的酸性氧化物包括:(a、d)

a) tio2 ; b) feo ; c) mno ; d) sio2

2. 焊接熔渣中常見的鹼性氧化物包括:(a、b、c)

a) mgo ; b) zro ; c) cao ; d) cao·sio2

3. 綜合矩最大的正離子是:(c)

a) mn3+ ; b) ti4+ ; c) si4+ ; d) fe2+

4. 綜合矩最大的負離子是:(b)

a) s2- ; b) o2- ; c) f- ; d) sio44-

三、判斷題

1. 熔渣中的氧化物、氟化物、硫化物等化合物均為自由氧化物,復合化合物就是兩類不同性質的自由氧化物復合生成的鹽。(f)

2. 按照分子理論的觀點,只有熔渣中的自由氧化物才能與液體金屬及其中的合金元素發生作用,復合化合物中的氧化物不能參與任何反應。(f)

3. 鹼性渣中自由氧離子的濃度遠高於酸性渣,因此鹼性熔渣的氧化性比酸性渣要強。(f)

第三節渣相的物理性質

一、填空

1. 熔渣是乙個多元體系,它的液固轉變是在一定溫度區間進行的。一般構成熔渣的各組元獨立相的熔點較高 ,而以一定比例構成復合渣時可使凝固溫度大大降低 。

2. 熔渣的密度高低影響熔渣與液態金屬間的相對位置與相對運動速度 ,密度大的熔渣易滯留於金屬內部形成夾雜 。

3. 隨溫度增高粘度緩慢下降的渣稱為長渣,而隨溫度增高粘度急劇下降的渣稱為短渣。全位置焊接時短渣有利於焊縫的外觀成型, 長渣只能用於平焊位置焊接。

4. 酸性渣組元質點間的化學鍵大多為極性鍵 ,其鍵能較小 ,因此其表面張力也較小 ,對液態金屬的覆蓋保護效果較好 。

5. 鹼性渣與液態金屬間的表面張力較大 ,易造成熔滴顆粒粗化 ,飛濺增多 。

二、多項選擇

1. 焊接或鑄造過程中的熔渣多採用多組元復合渣,其原因在於為獲得合適的:(a、b、c、d)

a) 鹼度 ; b) 密度 ; c) 表面張力; d) 熔點

2. 藥皮焊條電弧焊中,各組成部分的熔點匹配關係為:( b、c)

a) 熔渣的熔點高於母材b) 熔渣的熔點低於母材 ;

c) 藥皮的熔點高於焊條芯熔點; d) 藥皮的熔點低於焊條芯熔點

3. 粘度適中的熔渣是指能夠確保:(a、b、d)

a) 熔渣對液態金屬的隔離保護作用 ; b) 熔渣與液態金屬間的化學反應 ;

c) 熔滴細顆粒均勻過渡d) 全位置焊接時的焊縫外觀成型

三、簡答

1. 簡述caf2在焊接熔渣和煉鋼熔渣中的作用。

答:(1)焊接中的冶金脫氫作用(見第七章習題解答)。

(2)稀釋作用。在鹼性渣中,caf2能促使cao熔化,降低粘度;在酸性渣中,caf2中的f-能更有效地破壞si-o鍵,減小聚合離子尺寸,降低粘度。

(3)降低熔渣的表面張力作用。

2. 說明鈦鈣型焊條的主要物理效能及對焊接工藝效能的影響。

答:鈦鈣型焊條的焊接工藝效能優良,原因在於:

(1)熔渣中含較多的酸性氧化物和少量鹼性氧化物,熔渣的熔點與密度適中,對熔池的覆蓋保護效果好;

(2)熔渣中tio2含量較多,屬於短渣,可用於全位置焊接;

(3)熔渣與液態金屬間的介面張力較小,熔滴過渡的顆粒小,飛濺小,焊縫外觀成形好。

第四節活性熔渣對金屬的氧化

一、填空

1. 氧化性較強的熔渣稱為活性熔渣 ,熔渣的氧化性通常用渣中 feo 的含量高低及該氧化物在熔渣中的活度來衡量。

2. feo在熔渣中的活度隨熔渣中鹼性氧化物含量的增多而增大 ,隨酸性氧化物的增多而減小。當熔渣中鹼性氧化物含量大約為酸性氧化物含量的 2 倍時,熔渣中feo的活度係數最大 。

3. 熔渣中的feo既溶於渣又溶於液態鋼,其在兩相中的分配律l隨溫度公升高而減小 ,即在高溫下feo更容易向金屬中分配。焊接時在熔滴階段和熔池前部的高溫區,熔渣中的feo向液態金屬中過渡 ,在熔池尾部,隨著溫度的下降,液態金屬中過飽和的feo向熔渣中擴散 ,稱之為擴散脫氧。

二、判斷下列命題的真偽並加以說明:

1. 鹼性熔渣中feo的活度較大,因此熔渣的氧化性比酸性渣強。

錯誤:鹼性熔渣中feo的活度係數較大,但熔渣的氧化性強弱還要看渣中feo的含量多少。

2. 相同成分的熔渣對於鋼的熔焊過程比熔煉過程具有更強的氧化性。(t)

3. 如果熔渣裡含有mno或者sio2時,便會與液態鐵發生置換反應,使金屬氧化。

錯誤:置換氧化反應是否會發生還要看熔渣中mno、sio2、feo的濃度和液態金屬中si、mn的原始含量。

4. 酸性渣中mno與sio2的含量高於鹼性渣,因此酸性焊條焊接時熔池中的含氧量高於鹼性焊條。

錯誤:只能說酸性渣的置換氧化性高於鹼性渣,最終熔池中的含氧量還受許多其他因素的影響。

5. 對於鋼的熔煉與熔焊過程來說,(mno)的氧化性始終高於(sio2)。

錯誤:在2200℃以上的熔滴反應區,(sio2)的氧化性可以超過(mno)。

6. 鋼鐵氧化熔煉階段,加入的氧化性氣體在脫碳、脫磷反應的同時,也會使鋼液中的合金元素含量降低。(t)

三、簡答

1. 既然氧化鐵具有強烈的氧化性,為什麼還要將氧化鐵作為焊條藥皮或熔煉中的原材料新增?

2. 採用鹼性焊條施焊前,為什麼要求嚴格清理去焊件坡口表面的鐵鏽和氧化皮,而用酸性焊條施焊時對焊前清理的要求相對較低?

答:這種現象可以用熔渣的分子理論來解釋:

(1)鹼性渣中sio2、tio2等酸性氧化物較少,feo大部分以自由狀態存在,即feo在渣中的活度係數大,因而容易向金屬中擴散,使液態金屬中增氧。所以在使用鹼性焊條施焊前需要嚴格清除焊件坡口表面上的氧化皮和鐵鏽,否則不僅使焊縫增氫,也將使焊縫增氧並可能產生氣孔等缺陷;

(2)在酸性渣中,sio2、tio2等酸性氧化物較多,它們能與feo形成複雜化合物(如feo·sio2),使自由feo 減少,在熔渣中feo含量相同的情況下,擴散到金屬中的氧較少,因此用酸性焊條施焊時對焊前清理的要求相對較低。

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