1、第八章习题解答第一节 渣相的作用与形成填空：1. 熔渣对于焊接、合金熔炼过程的主要作用有 机械保护作用 、 冶金处理作用 和 改善成形工艺性能作用 。熔渣也有不利的作用，如强氧化性熔渣可以使液态金属 增氧 ，可以侵蚀炉衬；密度大或熔点过高的熔渣易残留在金属中形成 夹渣 。2. 熔渣是多种化合物构成的复杂混合物，按其成分可分为 盐 型、 盐 氧化物 型和 氧化物 型熔渣三类。 氧化物 型熔渣具有较强的氧化性，一般用于低碳钢、低合金高强钢的焊接。3. 药皮焊条电弧焊时的熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。酸性焊条药皮中主要采用 硅酸 盐或 钛酸 盐作为造渣剂，药皮中含有的少量碳酸盐除了 造渣 的作用之外
2、与药皮中的有机物作用相同，是用来 造气 。4. 碱性焊条又称为 低氢型 焊条，药皮中不含具有造气功能的有机物而含大量的 碳酸盐 和一定数量的 CaF2 ，前者在加热分解过程中形成 CaO 或 MgO 熔渣并放出 CO2 保护气体，后者除了造渣作用之外，还能减少液态金属中的 氢 含量。5. 焊剂按 制造方法 分类可以分为熔炼焊剂与非熔炼焊剂两大类。熔炼焊剂是将一定比例的各种配料放在炉内 熔炼 ，然后经过 水冷粒化 、 烘干 、 筛选 而制成的。非熔炼焊剂的组成与 焊条药皮 相似，按 烘焙温度 不同又分为粘结焊剂与烧结焊剂。6. 钢铁熔炼熔渣的主要成分为各种金属的 氧化物 和少量 CaF2 。采用
3、碱性炉熔炼所形成的熔渣中 CaO 含量较多，而酸性炉熔炼所形成的熔渣中 SiO2 含量较多，两类熔炼炉对应的熔渣中 FeO 与 MnO 的含量相差 不大 。7. 有色金属熔炼中熔渣主要来源于用于除气、脱氧或 去夹杂 而添加的 熔剂 ，如铝合金精炼时采用多种 氯化盐 混合成的低熔点的熔剂。第二节 渣体结构及碱度一、填空1. 按照熔渣的 分子 理论的观点，液态熔渣是由 自由 状态化合物和 复合 状态化合物的分子所组成，而离子理论的观点认为液态熔渣是由 正离子 和 负离子 组成的 电中性 溶液。2. 复合化合物就是 酸性氧化物 和 碱性氧化物 生成的盐。氧化物的复合是一个 放热 反应，当温度升高时渣
4、中自由氧化物的浓度 增加 。3. 熔渣的离子理论认为液态熔渣是由 正离子 和 负离子 组成的 电中性 溶液，4. 离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩, 综合矩的计算表达式为 离子电荷 /离子半径 。当温度升高时，离子的半径 增大 ，综合矩 减小 ，但它们之间的大小顺序 不变 。离子的综合矩越大，说明它的静电场 越强 ，与异号离子结合的相互引力 越大 。5. 熔渣的碱度定义为熔渣中的 碱性 氧化物与 酸性 氧化物浓度的比值。若比值 小于 1 为酸性渣，比值 大于 1 为碱性渣。6. 离子理论把液态熔渣中各种氧化物所对应的 自由氧离子 的浓度之和定义为碱度，酸性渣与碱性渣的碱度临界
5、值为 零 。7. 一般情况下熔渣中的 碱性 氧化物容易生成自由氧离子，其对应的碱度系数 大于零 ，而 酸性 氧化物容易捕获熔渣中的自由氧离子，生成复杂阴离子，其对应的碱度系数 小于 零 。 二、多项选择1. 焊接熔渣中常见的酸性氧化物包括：（b、c）a) TiO2 ； b) FeO ； c) MnO ； d) SiO22. 焊接熔渣中常见的碱性氧化物包括：（a、b、c）a) MgO ； b) ZrO ； c) CaO ； d) CaOSiO23. 综合矩最大的正离子是：（c）a) Mn3 ; b) Ti4 ; c) Si4 ; d) Fe24. 综合矩最大的负离子是：（b）a) S2- ; b
6、) O2- ; c) F- ; d) SiO44-三、判断题1. 熔渣中的氧化物、氟化物、硫化物等化合物均为自由氧化物，复合化合物就是两类不同性质的自由氧化物复合生成的盐。 （F）2. 按照分子理论的观点，只有熔渣中的自由氧化物才能与液体金属及其中的合金元素发生作用，复合化合物中的氧化物不能参与任何反应。 （F）3. 碱性渣中自由氧离子的浓度远高于酸性渣，因此碱性熔渣的氧化性比酸性渣要强。 （F）第三节 渣相的物理性质一、填空1. 熔渣是一个多元体系，它的液固转变是在一定 温度区间 进行的。一般构成熔渣的各组元独立相的熔点 较高 ，而以一定比例构成复合渣时可使凝固温度 大大降低 。2. 熔渣的
7、密度高低影响熔渣与液态金属间的相对 位置 与相对 运动速度 ，密度大的熔渣易滞留于金属内部形成 夹杂 。3. 随温度增高粘度 缓慢 下降的渣称为长渣，而随温度增高粘度 急剧 下降的渣称为短渣。全位置焊接时 短 渣有利于焊缝的外观成型， 长 渣只能用于平焊位置焊接。4. 酸性渣组元质点间的化学键大多为 极性键 ，其键能 较小 ，因此其表面张力也 较小 ，对液态金属的覆盖保护效果 较好 。5. 碱性渣与液态金属间的表面张力 较大 ，易造成熔滴 粗化 ，飞溅 增多 。二、多项选择1. 焊接或铸造过程中的熔渣多采用多组元复合渣，其原因在于为获得合适的：（a、b、c、d）a) 碱度 ； b) 密度 ；
8、c) 表面张力； d) 熔点2. 药皮焊条电弧焊中，各组成部分的熔点匹配关系为：（ b、c）a) 熔渣的熔点高于母材 ； b) 熔渣的熔点低于母材 ；c) 药皮的熔点高于焊条芯熔点； d) 药皮的熔点低于焊条芯熔点3. 粘度适中的熔渣是指能够确保：（a、b、d）a) 熔渣对液态金属的隔离保护作用 ； b) 熔渣与液态金属间的化学反应 ；c) 熔滴细颗粒均匀过渡； d) 全位置焊接时的焊缝外观成型 三、简答1. 简述 CaF2 在焊接熔渣和炼钢熔渣中的作用。答：（1）焊接中的冶金脱氢作用（见第七章习题解答） 。（2）稀释作用。在碱性渣中，CaF 2 能促使 CaO 熔化，降低粘度；在酸性渣中，C
9、aF 2 中的 F-能更有效地破坏 Si-O 键，减小聚合离子尺寸，降低粘度。（3）降低熔渣的表面张力作用。2. 说明钛钙型焊条的主要物理性能及对焊接工艺性能的影响。答：钛钙型焊条的焊接工艺性能优良，原因在于：（1）熔渣中含较多的酸性氧化物和少量碱性氧化物，熔渣的熔点与密度适中，对熔池的覆盖保护效果好；（2）熔渣中 TiO2 含量较多，属于短渣，可用于全位置焊接；（3）熔渣与液态金属间的界面张力较小，熔滴过渡的颗粒小，飞溅小，焊缝外观成形好。第四节 活性熔渣对金属的氧化一、填空1. 氧化性较强的熔渣称为 活性熔渣 ，熔渣的氧化性通常用渣中 FeO 的含量高低及该氧化物在熔渣中的 活度 来衡量。
10、2. FeO 在熔渣中的活度随熔渣中碱性氧化物含量的增多而 增大 ，随酸性氧化物的增多而 减小。当熔渣中碱性氧化物含量大约为酸性氧化物含量的 2 倍时，熔渣中 FeO 的活度系数 最大 。3. 熔渣中的 FeO 既溶于渣又溶于液态钢，其在两相中的分配律 L 随温度升高而 减小 ，即在高温下 FeO 更 容易 向金属中分配。焊接时在熔滴阶段和熔池前部的高温区，熔渣中的 FeO 向液态金属中 过渡 ，在熔池尾部，随着温度的下降，液态金属中过饱和的 FeO 向 熔渣 中扩散 ，称之为扩散脱氧。二、判断下列命题的真伪并加以说明：1. 碱性熔渣中 FeO 的活度较大，因此熔渣的氧化性比酸性渣强。错误：碱
11、性熔渣中 FeO 的活度系数较大，但熔渣的氧化性强弱还要看渣中 FeO的含量多少。2. 相同成分的熔渣对于钢的熔焊过程比熔炼过程具有更强的氧化性。 （T）3. 如果熔渣里含有 MnO 或者 SiO2 时，便会与液态铁发生置换反应，使金属氧化。错误：置换氧化反应是否会发生还要看熔渣中 MnO、SiO2、FeO 的浓度和液态金属中 Si、Mn 的原始含量。4. 酸性渣中 MnO 与 SiO2 的含量高于碱性渣，因此酸性焊条焊接时熔池中的含氧量高于碱性焊条。错误：只能说酸性渣的置换氧化性高于碱性渣，最终熔池中的含氧量还受许多其他因素的影响。5. 对于钢的熔炼与熔焊过程来说， （MnO）的氧化性始终高
12、于（SiO 2） 。错误：在 2200以上的熔滴反 应区， （SiO2）的氧化性可以超过（MnO）。6. 钢铁氧化熔炼阶段，加入的氧化性气体在脱碳、脱磷反应的同时，也会使钢液中的合金元素含量降低。 （T）三、简答1. 既然氧化铁具有强烈的氧化性， 为什么还要将氧化铁作为焊条药皮或熔炼中的原材料添加？答：是出于对熔渣物理性能（熔点、密度、粘度等）及化学冶金性能（脱氢、脱磷）的综合考虑，具体见教材第七章及第九章中的相关内容。2. 采用碱性焊条施焊前，为什么要求严格清理去焊件坡口表面的铁锈和氧化皮，而用酸性焊条施焊时对焊前清理的要求相对较低？答：这种现象可以用熔渣的分子理论来解释：（1）碱性渣中 S
13、iO2、TiO 2 等酸性氧化物较少，FeO 大部分以自由状态存在，即 FeO 在渣中的活度系数大，因而容易向金属中扩散，使液态金属中增氧。所以在使用碱性焊条施焊前需要严格清除焊件坡口表面上的氧化皮和铁锈，否则不仅使焊缝增氢，也将使焊缝增氧并可能产生气孔等缺陷；（2）在酸性渣中，SiO 2、 TiO2 等酸性氧化物较多，它们能与 FeO 形成复杂化合物（如 FeOSiO2） ，使自由 FeO 减少，在熔渣中 FeO 含量相同的情况下，扩散到金属中的氧较少，因此用酸性焊条施焊时对焊前清理的要求相对较低。3炼钢炉中（1600）覆盖在钢液表面的熔渣成分为 ：氧化物 CaO MgO MnO FeO F
14、e2O3 SiO2 P2O5重量（% ） 46.59 3.2 5.68 13.82 4.47 24 2.24若钢液中的含氧量为 0.07%，问熔渣对钢液而言是氧化性渣还是还原性渣？解： W（SiO 2+P2O5）= 26.24%， W(Cao+Mgo+Mno) = 55.47%查图 8-4 得：Feo 的碱度系数为 0.65 。由于 Lg%Omax = - 6320/T + 2.734，当 T=1600 时，%O max = 0.23 因为在 1600时熔渣与液态金属构成的系统达到平衡时的液态金属中含氧量为：%O = %O max 0.65 = 0.23% 0.65 = 0.15%而实际钢液的含氧量 0.07%0.15%，所以熔渣对钢水而言是氧化性渣。
