焊接成形原理

焊接冶金学(基本原理)课后习题

1.试述熔化焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？

熔化焊接：使两个被焊材料之间(母材与焊缝)形成共同的晶粒

针焊：只是钎料熔化，而母材不熔化，故在连理处一般不易形成共同的晶粒，只是在钎料与母材之间形成有相互原于渗透的机械结合。

粘接：是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，一般来讲没有原子的相互渗透或扩散。

2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？

从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。

为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施：1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。

2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。

3.焊条的工艺性能包括哪些方面? （详见：焊接冶金学（基本原理）p84）

焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度及焊条发尘量等

4.低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？（详见：焊接冶金学（基本原理）p94）

由于这类焊条的熔渣不具有氧化性，一旦有氢侵入熔池将很难脱出。所以，低氢型焊条对于铁锈、油污、水分很敏感。

5.焊剂的作用有哪些？

隔离空气、保护焊接区金属使其不受空气的侵害，以及进行冶金处理作用。

6.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？

见课本p3 ：热源种类

7.焊接电弧加热区的特点及其热分布？（详见：焊接冶金学（基本原理）p4）热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，如果再进一步分析时，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区；

1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能；

2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。

8.什么是焊接，其物理本质是什么？

焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。

物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）

2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。

9，焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？P8

（1）原材料不同：普通冶金材料的原材料主要是矿石、废钢铁和焦炭等；而焊接化学冶金的原材料主要是焊条、焊丝和焊剂等。（2）反应条件不同：普通化学冶金是对金属熔炼加工过程，是在放牧特定的炉中进行的；而焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于高炉。

10.为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？（详见：焊接冶金学（基本原理）p34）

电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度的主要原因在于：1）电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；2）电弧中的氮离子可在阴极溶解；3）在氧化性电弧气氛中形成NO，遇到温度较低的液态金属它分解为N和O，N迅速溶于金属。

11焊接区内气体的主要来源是什么？他们是怎样产生的？P3７

焊接区内的气体主要来源于焊接材料。气电焊时，焊接区内的气体主要来自所采用的保护气体及其杂质（氧、氮、水气等）。气体主要通过以下物化反应产生的1)有机物的分解和燃烧：制造焊条时常用淀粉、纤维素等有机物作为造气剂和涂料增塑剂，焊丝和母材表面上也可能存在油污等有机物，这些物质受热以后将发生复杂的分解和燃烧反映，统称为热氧化分解反应。2)碳酸盐和高价氧化物的分解：焊接冶金中常用的碳酸盐有白云石、碳酸钙等。这些碳酸盐在加热超过一定温度时开始分解，生成气体CO2。3)材料的蒸发：在焊接过程中，除焊接材料中的水分发生蒸发外，金属元素熔渣的各种成分也在电弧的高温作用下发生蒸发，形成相当多的蒸气。除上述物化反应产生气体外，还有一些冶金反应也会产生气态产物。

12.试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺性能、冶金性能和焊缝金属的力学性能.

答：1)酸性焊条它是药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。这类焊条的工艺性能好，其焊缝外表成形美观、波纹细密。由于药皮中含有较多的Feo、Ti02、Si02：等成分，所以熔渣的氧化性强。酸性焊条一般均可采用交、直流电源施焊。典型的酸性焊条为E4303(J422)。 2)碱性焊条焊接时稳弧性不好只好采用直流反接进行焊接，它的脱渣性较差。它是药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。由于焊条药皮中含有较多的大理石、萤石等成分，它们在焊接冶金反应中生成C02和HF，因此降低了焊缝中的含氢量。所以碱性焊条又称为低氢焊条。碱性焊条的焊缝具有较高的塑性和冲击韧度值，一般承受动裁的焊件或刚性较大的重要结构均采用碱性焊条施工。典型的碱性焊条为E5015(J507)。

13. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。

答：造渣。药皮中的CaF2高温可分解出氟，或者与水玻璃等化合物形成NaF、KF，再与含氢物质形成不溶于金属的HF。这样就使焊缝中的含氢量极低。所获得焊缝金属的塑性、韧性好，具有良好的抗裂性，使用于焊接搁置那个重要的焊接结构和大多数的合金钢。

14.综合分析碱性焊条药皮中CaF2所起的作用及对焊缝性能的影响？

可发生反应：CaF2+2H= Ca+2HF，CaF2 +H2O= CaO+2HF，反映获得的产物HF是比