2022年第4章作业参考答案 .pdf
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1、第 4 章作业参考答案1.“焊接” 含义及其与 “连接” 的区别是什么?简述熔焊、固相焊 /固态焊和钎焊的含义。连接指将两种或两种以上分离材料或零部件通过相互之间的紧固或界面冶金结合形成一个结构整体或复杂零件;而焊接指通过热、力或二者相互作用,使用或不使用填充材料,使被连接材料间形成原子间冶金结合并形成永久性接头。连接包含焊接, 二者区别在于,焊接通常借助热、力或二者共同作用,而连接并不一定;从结果上看,焊接要形成原子间冶金结合的永久性接头,而连接仅仅是形成一个结构整体,并不一定是冶金结合或永久性的。熔焊:将母材局部加热熔化为液态再冷却结晶成接头的焊接方法。固相焊 /固态焊:通过加压、摩擦、扩
2、散等措施,克服母材表面不平,除去母材表面氧化膜及污染物, 使其焊接表面的原子相互接近到晶格距离,实现固态条件下焊接的方法。钎焊:通过某些熔点低于被连接材料的填充材料加热熔化,在未熔焊件连接界面上润湿铺展,与母材相互扩散然后冷却结晶形成结合的焊接方法。2.焊接热源主要有哪些及其特点?焊条、药芯焊丝、焊剂、焊接气体在焊接过程中的主要作用分别是什么?根据焊接生产的基本要求,满足焊接条件的焊接热源有以下几种:1. 电弧热:利用气体介质在两电极之间产生的强烈而持久的放电过程所产生的热能作为焊接热源,对应的焊接方法称为电弧焊,如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊(如钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护电弧焊和熔化极
3、活性气体保护电弧焊)等多种焊接方法。电弧热是现代焊接中应用最广泛的热源。2. 等离子弧:利用等离子焊炬,将阴极和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度及高能量密度的电弧作为焊接热源,对应的焊接方法称为等离子弧焊。3. 电子束:利用真空中被电场加速的集束电子轰击被焊工件表面所产生的热能作为焊接热源, 对应的焊接方法称为电子束焊。由于电子束热能高度集中且在真空中焊接,故电子束焊的接头质量很高。4. 激光束:通过受激辐射而使放射增强的光,经聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源,对应的焊接方法称为激光焊。5. 化学热:利用可燃性气体的燃烧热和铝、镁热剂的反应热来作为焊接热源,相应的焊接方法有气焊、
4、热剂焊等。6. 电阻热:利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接电源,如电阻焊。采用这种热源的焊接工艺具有高度的机械化和自动化水平,但需要强大的电力供应。7. 高频热源:利用高频感应产生的二次电流作为热源,对具有磁性的金属材料进行局部集中加热, 其实质是电阻加热的另一种形式。这种加热方式的能量高度集中,故可实现很高的焊接速度,如管材的高频焊。8. 摩擦热:利用机械摩擦所产生的热量进行焊接,如摩擦焊、搅拌摩擦焊。每种焊接热源都具有不同的特性,如最小加热面积、 最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度等。 这些特性不同, 所得到的焊缝质量也不相同。理想的焊接热源应具有加热面积小、功率密度高和加热温度高
5、等特点。焊条:焊条作为与焊件产生电弧的一个电极,是焊接回路的组成部分;另外,在焊接热源的作用下,焊条受热熔化,以熔滴的形式进入熔池,与熔化的母材共同组成焊缝。药芯焊丝: 焊接时作为填充金属或同时作为导电的金属丝,药粉可以起到保护作用、冶金作用以及改善工艺性能等作用。焊剂:对熔化金属起保护和冶金处理作用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页焊接气体:主要起保护作用。3.焊接接头和焊缝以及焊接坡口主要有哪些?焊接接头的设计原则是什么?接头类型:(1)对接接头:将同一平面上的被焊工件的边缘相对连接起来;( 2)角接接头:工件
6、之间形成合适的角度被连接的接头;(3)搭接接头: 由两个搭接的工件组成的接头; ( 4)T 型接头:相互垂直工件连接起来且形状呈“T”型; (5)卷边接头:工件与至少一个边相互平行,在公共边上实现连接的接头。焊缝类型:(1)角焊缝;( 2)坡口焊缝:(3)点焊缝和缝焊缝; (4)边缘焊缝和堆焊焊缝。焊接坡口类型:I 形坡口, V 形坡口,单斜面坡口,U 形坡口,单边I 形坡口,双面V形坡口,双斜面坡口,双面U 形坡口,单边双面J 形坡口。焊缝设计原则有:焊缝应布置在最有效的地方;焊缝的位置应便于施工和检查,在焊缝的连接板端部应有较和缓的过渡;加强肋等端部的锐角应切去;焊缝不应过分集中;避免焊缝
7、交叉; 受弯曲作用的焊缝未焊侧避免受拉应力;动载结构尤应避免将焊缝布置在应力集中处; 避免将焊缝布置应力最大处;埋弧焊时应考虑设备调整及工件翻转次数最少;结构尖角部位难以焊到;避免局部腐蚀。(12 条)4.电弧焊、电阻焊、气焊、激光焊、电子束焊、电渣焊、铝热焊的基本原理分别是什么?电弧焊:通过电极和工件之间放电产生的热量来实现金属焊接的。电阻焊: 通过加热和加压手段实现焊接的熔焊方法,其中热量来源于电流流过焊接接头产生的电阻热。气焊:利用可燃气体燃烧放热实现熔焊的方法。激光焊:利用高能量密度的激光束作为热源的熔焊方法。电子束焊:真空环境下利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生热量并使被焊金属
8、熔化的焊接方法。电渣焊: 通过电弧产生渣池,通过灼热、 导电的液态熔渣作用于母材和填充金属从而实现焊接。铝热焊:利用铝热反应放热进行焊接的方法。5.等离子弧焊 (PAW)与其它弧焊工艺相比有何优势?为什么?激光焊和电子束焊都能产生很高功率密度,激光焊与电子束焊相比有哪些优点和不足?PAW 引入约束性的等离子电弧进行焊接,其电弧更为集中,能量密度高,焊接温度更高,熔透深度提高,焊接热影响区减小。激光焊优势: (1)不需要真空环境; (2)激光焊深宽比可达12:1,而空气条件下电子束焊仅能达到5:1; (3)激光可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接;(4)可用光纤进行传输,可达性好。可焊接不导
9、电材料。不足:设备昂贵,对反射率高的金属焊接比较困难,对透明材料焊接比较困难。6.熔化焊过程中N 、H、O与液态金属的作用特点及其对焊缝金属的影响分别是什么?又分别可采取哪些措施减少或避免N、 H、O的污染?氮:作用特点:氮原子能溶解于大部分液体金属中。一般以化学溶解的方式溶入液体金属。溶解过程较为复杂,包括了如下四个阶段:首先是气相中的氮分子向金属表面移动,之后被金属表面吸附,被吸附的分子在金属表面分解为原子态的氮,最后原子穿过金属表面层向金属深处扩散即溶入液态金属。因此, 这是一种纯化学溶解的过程,符合化学平衡法则。影响:有害作用: (1)形成氮气孔; (2)引起焊缝金属脆化; (3)引起
10、钢材的应变时效脆化;有益:形成弥散的氮化物起强化作用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页控制措施:(1)加强对焊接区的机械保护;(2)利用合金元素降低氮在焊缝中的含量;(3)控制焊接工艺,减少氮的溶入。氢:作用特点: 氢能溶于所有金属,根据与氢的相互作用和吸氢规律的不同,金属可分为两大类:与氢不形成稳定化合物的第类金属以及与氢能形成稳定化合物的第类金属。对第类金属,对于电渣焊,焊接是在电熔渣保护条件下进行,氢则首先溶入熔渣中,以 OH-形式存在, 然后在熔渣与金属的相界面上通过交换电子生成氢原子,以原子氢的形式溶入金
11、属中;对于气体保护焊,氢通过气相向金属中溶解,其溶解度取决于氢的状态。若氢以分子状态存在(如氧乙炔气焊时,其气氛温度大约在3500K,此时气氛中约有 60%的分子氢),这时这类金属的吸氢规律一部分服从一般双原子气体在金属中溶解的平方根定律, 在电弧焊条件下,因为弧柱温度高,弧柱气氛中存在大量的氢原子和离子,因此焊接熔池中液态金属的吸氢量不受平方根定律的控制,大大超过了一般熔炼时的吸氢量。a)较低温度如熔炼时的溶解过程b)较高温度如电弧焊时的溶解过程氢在金属中的溶解过程示意图对第类金属,包括Ti、 Zr、V、Nb 和稀土等,它们的吸氢能力很强,其吸氢过程为放热反应。 在温度不太高的固态下就能吸氢
12、,首先与氢形成固溶体,当吸氢量超过了它的固溶度后就以氢化物析出。影响: ( 1)引起氢脆: 第一类脆化是由氢化物引起的;第二类脆化是由于过饱和的氢原子在金属慢速变形时的扩散聚集以及与位错的交互作用引起的。(2)引起白点。(3)引起氢气孔。(4)引起冷裂纹。 (5)产生组织变化。控制措施:(1)限制氢的来源(水及有机物);(2)减小氢分压:形成不溶于液体金属的氢化物如OH 或 HF 等; (3)控制焊接工艺参数、减少高温吸氢;以及焊后缓冷促进氢的扩散逸出( 4)焊后脱氢处理。氧:作用特点: 根据金属与氧的作用特点,可把金属分为两类:第类是液态和固态都不溶解氧的金属如Al 、Mg 等,但在焊接时可
13、与氧发生激烈氧化而破坏焊接的工艺性能,它们氧化生成的氧化物如Al2O3、 MgO 以单独的相成为氧化膜或氧化物质点悬浮于液体金属中。第类是能有限溶解氧的金属如Fe、Cu、Ni、 Ti 等,第类金属生成的氧化物如 FeO、Cu2O、NiO 和 TiO 都能溶于相应的金属中,直到金属中的氧浓度达到饱和为止。此外,氧是一种非常活泼的元素,在金属加工过程中氧与高温下的金属,特别是液态焊缝金属接触时, 除了上面讲的少量氧能溶于金属外,还会与焊缝金属及其合金元素发生强烈的氧化反应, 严重地改变焊缝金属的成分和性能。这些氧化反应对焊缝金属的作用显然大于它的溶解反应,是液态焊缝金属化学冶金中的主要部分。影响:
14、有害作用: (1)机械性能下降、强度、塑性、韧性均降低;( 2)引起金属红脆、时效脆化和产生裂纹; ( 3)形成气孔;有益作用:可利用氧进行除氢,减少焊缝中的氢含量;为改变焊接电弧特性和获得必要的熔渣物理化学性能,有时在焊接材料中还需要加入少量的氧化剂。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页控制措施:(1)纯化焊接材料; (2)控制焊接工艺参数; (3)冶金方法脱氧。7.在焊接过程中熔渣起哪些作用?J422焊条药皮中含TiO2 28、 SiO2 26.5、 CaO10.6、12锰铁,焊芯含 Si 0.02、 含 O 0.
15、01 (质量分数) , 而焊接熔敷金属中却含Si 0.15、O 0.05(质量分数) ,试分析其原因。熔渣作用:机械保护;冶金处理;改善焊接工艺等。熔渣为酸性渣,熔渣中含有较高的SiO2,在酸性渣中活度大,且液体金属中Si 含量降低, 这些因素均利于渗Si 反应的进行, 使金属液 Si 含量上升的同时也使O 含量增加。,可能发生了如下反应:由于焊条高硅,反应的结果是焊缝增加了硅,同时使铁氧化,生成的FeO 大部分进入熔渣,少部分溶于液态焊缝金属中,使焊缝增氧。8.简述熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷的影响。低氢型焊条为什么对铁锈、油污、水分很敏感?试分析脱硫和脱磷有何矛盾?为什么在熔化
16、焊时不能充分脱磷?(注:写出反应式并通过反应式进行分析)碱度越高,有利于扩散氧化,可能有利于置换氧化:碱性渣中酸性氧化物(如SiO2)少, FeO 活性大,有利于反应正向进行,从而有利于扩散氧化。同样,根据反应:碱性渣也有利于反应正向进行,从而有利于Si 的置换氧化(但由于还有其他元素,如Mn,所以总体的置换氧化效果不确定)。脱氧与氧化效果正好相反,碱度越高, 不利于扩散氧化,但碱性渣中CaO 能与 SiO2 反应生成复合物,从而有利于Si 脱氧反应正向进行,从而提高了Si 的沉淀脱氧效果。碱性渣有利于脱硫脱磷,脱硫反应:,FeS(FeS)脱磷反应:2Fe2P+5(FeO)+ 3(CaO)=
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