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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（CaF?）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、