第八章習(xí)題解答

1、第八章習(xí)題解答第一節(jié) 渣相的作用與形成填空：1. 熔渣對(duì)于焊接、合金熔煉過程的主要作用有 機(jī)械保護(hù)作用 、 冶金處理作用 和 改善成形工藝性能作用 。熔渣也有不利的作用，如強(qiáng)氧化性熔渣可以使液態(tài)金屬 增氧 ，可以侵蝕爐襯；密度大或熔點(diǎn)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(gòu)成的復(fù)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(qiáng)的氧化性，一般用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼的焊接。3. 藥皮焊條電弧焊時(shí)的熔渣來源于焊條藥皮中的造渣劑。酸性焊條藥皮中主要采用 硅酸 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

2、藥皮中的有機(jī)物作用相同，是用來 造氣 。4. 堿性焊條又稱為 低氫型 焊條，藥皮中不含具有造氣功能的有機(jī)物而含大量的 碳酸鹽 和一定數(shù)量的 CaF2 ，前者在加熱分解過程中形成 CaO 或 MgO 熔渣并放出 CO2 保護(hù)氣體，后者除了造渣作用之外，還能減少液態(tài)金屬中的 氫 含量。5. 焊劑按 制造方法 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(nèi) 熔煉 ，然后經(jīng)過 水冷?；?、 烘干 、 篩選 而制成的。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(jié)焊劑與燒結(jié)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 。采用堿

3、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(duì)應(yīng)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來源于用于除氣、脫氧或 去夾雜 而添加的 熔劑 ，如鋁合金精煉時(shí)采用多種 氯化鹽 混合成的低熔點(diǎn)的熔劑。第二節(jié) 渣體結(jié)構(gòu)及堿度一、填空1. 按照熔渣的 分子 理論的觀點(diǎn)，液態(tài)熔渣是由 自由 狀態(tài)化合物和 復(fù)合 狀態(tài)化合物的分子所組成，而離子理論的觀點(diǎn)認(rèn)為液態(tài)熔渣是由 正離子 和 負(fù)離子 組成的 電中性 溶液。 2. 復(fù)合化合物就是 酸性氧化物 和 堿性氧化物 生成的鹽。氧化物的復(fù)合是一個(gè) 放熱 反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時(shí)渣中自由氧

4、化物的濃度 增加 。 3. 熔渣的離子理論認(rèn)為液態(tài)熔渣是由 正離子 和 負(fù)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于它的綜合矩, 綜合矩的計(jì)算表達(dá)式為 離子電荷/離子半徑 。當(dāng)溫度升高時(shí)，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(chǎng) 越強(qiáng) ，與異號(hào)離子結(jié)合的相互引力 越大 。 5. 熔渣的堿度定義為熔渣中的 堿性 氧化物與 酸性 氧化物濃度的比值。若比值 小于1 為酸性渣，比值 大于1 為堿性渣。 6. 離子理論把液態(tài)熔渣中各種氧化物所對(duì)應(yīng)的 自由氧離子 的濃度之和定義為堿度，酸性渣與堿性渣的堿度臨界值為 零

5、 。7. 一般情況下熔渣中的 堿性 氧化物容易生成自由氧離子，其對(duì)應(yīng)的堿度系數(shù) 大于零 ，而 酸性 氧化物容易捕獲熔渣中的自由氧離子，生成復(fù)雜陰離子，其對(duì)應(yīng)的堿度系數(shù) 小于 零 。 二、多項(xiàng)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) SiO22. 焊接熔渣中常見的堿性氧化物包括：（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) Fe24. 綜合矩最大的負(fù)離子是：（b） a)

6、 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(fù)合化合物就是兩類不同性質(zhì)的自由氧化物復(fù)合生成的鹽。（F） 2. 按照分子理論的觀點(diǎn)，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(fā)生作用，復(fù)合化合物中的氧化物不能參與任何反應(yīng)。（F） 3. 堿性渣中自由氧離子的濃度遠(yuǎn)高于酸性渣，因此堿性熔渣的氧化性比酸性渣要強(qiáng)。（F）第三節(jié) 渣相的物理性質(zhì)一、填空1. 熔渣是一個(gè)多元體系，它的液固轉(zhuǎn)變是在一定 溫度區(qū)間 進(jìn)行的。一般構(gòu)成熔渣的各組元獨(dú)立相的熔點(diǎn) 較高 ，而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時(shí)可使凝固溫度 大大降低

7、 。 2. 熔渣的密度高低影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對(duì) 位置 與相對(duì) 運(yùn)動(dòng)速度 ，密度大的熔渣易滯留于金屬內(nèi)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(shí) 短 渣有利于焊縫的外觀成型， 長 渣只能用于平焊位置焊接。4. 酸性渣組元質(zhì)點(diǎn)間的化學(xué)鍵大多為 極性鍵 ，其鍵能 較小 ，因此其表面張力也 較小 ，對(duì)液態(tài)金屬的覆蓋保護(hù)效果 較好 。5. 堿性渣與液態(tài)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(xiàng)選擇1. 焊接或鑄造過程中的熔渣多采用多組元復(fù)合渣，其原因在于為獲得合適的：（a、b、c、d） a)

8、堿度 ； b) 密度 ； c) 表面張力； d) 熔點(diǎn) 2. 藥皮焊條電弧焊中，各組成部分的熔點(diǎn)匹配關(guān)系為：（ b、c） a) 熔渣的熔點(diǎn)高于母材 ； b) 熔渣的熔點(diǎn)低于母材 ； c) 藥皮的熔點(diǎn)高于焊條芯熔點(diǎn)； d) 藥皮的熔點(diǎn)低于焊條芯熔點(diǎn) 3. 粘度適中的熔渣是指能夠確保：（a、b、d）a) 熔渣對(duì)液態(tài)金屬的隔離保護(hù)作用 ； b) 熔渣與液態(tài)金屬間的化學(xué)反應(yīng) ；c) 熔滴細(xì)顆粒均勻過渡； d) 全位置焊接時(shí)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(xí)題解答）。 （2）稀釋作用。在堿性渣中，CaF2能促使CaO熔化，

9、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性能及對(duì)焊接工藝性能的影響。答：鈦鈣型焊條的焊接工藝性能優(yōu)良，原因在于：（1）熔渣中含較多的酸性氧化物和少量堿性氧化物，熔渣的熔點(diǎn)與密度適中，對(duì)熔池的覆蓋保護(hù)效果好；（2）熔渣中TiO2含量較多，屬于短渣，可用于全位置焊接； （3）熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小，熔滴過渡的顆粒小，飛濺小，焊縫外觀成形好。第四節(jié) 活性熔渣對(duì)金屬的氧化一、填空1. 氧化性較強(qiáng)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

10、度 來衡量。 2. FeO在熔渣中的活度隨熔渣中堿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(dāng)熔渣中堿性氧化物含量大約為酸性氧化物含量的 2 倍時(shí)，熔渣中FeO的活度系數(shù) 最大 。3. 熔渣中的FeO既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，其在兩相中的分配律L隨溫度升高而 減小 ，即在高溫下FeO更 容易 向金屬中分配。焊接時(shí)在熔滴階段和熔池前部的高溫區(qū)，熔渣中的FeO向液態(tài)金屬中 過渡 ，在熔池尾部，隨著溫度的下降，液態(tài)金屬中過飽和的FeO向 熔渣 中擴(kuò)散 ，稱之為擴(kuò)散脫氧。二、判斷下列命題的真?zhèn)尾⒓右哉f明：1. 堿性熔渣中FeO的活度較大，因此熔渣的氧化性比酸性渣強(qiáng)。錯(cuò)誤：堿性熔渣中FeO的

11、活度系數(shù)較大，但熔渣的氧化性強(qiáng)弱還要看渣中FeO的含量多少。2. 相同成分的熔渣對(duì)于鋼的熔焊過程比熔煉過程具有更強(qiáng)的氧化性。（T）3. 如果熔渣里含有MnO或者SiO2時(shí)，便會(huì)與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使金屬氧化。錯(cuò)誤：置換氧化反應(yīng)是否會(huì)發(fā)生還要看熔渣中MnO、SiO2、FeO的濃度和液態(tài)金屬中Si、Mn的原始含量。4. 酸性渣中MnO與SiO2的含量高于堿性渣，因此酸性焊條焊接時(shí)熔池中的含氧量高于堿性焊條。錯(cuò)誤：只能說酸性渣的置換氧化性高于堿性渣，最終熔池中的含氧量還受許多其他因素的影響。5. 對(duì)于鋼的熔煉與熔焊過程來說，（MnO）的氧化性始終高于（SiO2）。錯(cuò)誤：在2200以上的熔滴反應(yīng)區(qū)，

12、（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(yīng)的同時(shí)，也會(huì)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(qiáng)烈的氧化性，為什么還要將氧化鐵作為焊條藥皮或熔煉中的原材料添加？答：是出于對(duì)熔渣物理性能（熔點(diǎn)、密度、粘度等）及化學(xué)冶金性能（脫氫、脫磷）的綜合考慮，具體見教材第七章及第九章中的相關(guān)內(nèi)容。2. 采用堿性焊條施焊前，為什么要求嚴(yán)格清理去焊件坡口表面的鐵銹和氧化皮，而用酸性焊條施焊時(shí)對(duì)焊前清理的要求相對(duì)較低？答：這種現(xiàn)象可以用熔渣的分子理論來解釋：（1）堿性渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物較少，F(xiàn)eO大部分以自由狀態(tài)存在，即

13、FeO在渣中的活度系數(shù)大，因而容易向金屬中擴(kuò)散，使液態(tài)金屬中增氧。所以在使用堿性焊條施焊前需要嚴(yán)格清除焊件坡口表面上的氧化皮和鐵銹，否則不僅使焊縫增氫，也將使焊縫增氧并可能產(chǎn)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形成復(fù)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(kuò)散到金屬中的氧較少，因此用酸性焊條施焊時(shí)對(duì)焊前清理的要求相對(duì)較低。3煉鋼爐中（1600）覆蓋在鋼液表面的熔渣成分為：氧化物CaOMgOMnOFeOFe2O3SiO2P2O5重量（%）46.593.25.6813.824.47242.24若鋼液中的含氧量為0.07%，問熔渣對(duì)鋼液而言是氧化性渣還是還原性渣？解： W（SiO2+P2O5）= 26.24%， W(Cao+Mgo+Mno)