化工设备制造工艺学考试试题及答案

化工设备制造工艺学考试试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪种材料通常不适用于制造承受高温高压的化工容器？（）A.20#钢B.16MnRC.304不锈钢D.钛合金2.砂型铸造中，型砂的主要组成成分是？（）A.铁粉和粘土B.金属颗粒和树脂C.造型砂（石英砂）和粘结剂（粘土）D.陶瓷材料和金属熔液3.将金属坯料加热到一定温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为？（）A.淬火B.回火C.退火D.正火4.在焊接接头中，由于焊接热量作用，导致接头组织和性能发生变化的区域称为？（）A.焊缝B.热影响区C.焊接残余应力区D.根部5.下列哪种焊接方法属于非熔化极电弧焊？（）A.气体保护焊B.电阻焊C.氩弧焊D.氧-乙炔焊6.焊接残余应力是指？（）A.焊接时产生的热量引起的应力B.焊接冷却不均匀引起的内应力C.外力作用下产生的应力D.材料本身的应力7.用于检测焊缝内部缺陷的无损检测方法是？（）A.磁粉检测B.渗透检测C.超声波检测D.射线检测8.对于形状复杂、精度要求高的零件，通常优先选择的毛坯是？（）A.型钢B.锻件C.铸件D.板材9.在化工设备中，用于制造输送浓硫酸等强腐蚀性介质的管道，最合适的材料是？（）A.碳钢B.20#钢C.304不锈钢D.铜合金10.将熔融的金属液充填到特定形状的铸型型腔中，冷却凝固后获得铸件的方法称为？（）A.锻造B.型材轧制C.铸造D.焊接二、填空题1.焊接接头的常见形式有对接接头、______接头、______接头和角接接头。2.焊接过程中，为了防止氧化和脱氧，通常在电弧燃烧区保护气氛，常用的保护气体有______和______。3.铸造工艺按照型砂的性质不同，可分为砂型铸造和______铸造。4.热处理工艺不仅可以改善材料的______，还可以消除或减少______。5.焊接残余应力按其存在位置可分为焊缝区残余应力、______残余应力和板壳弯曲残余应力。6.表面处理方法中，______主要用于提高材料表面硬度，______主要用于提高材料表面耐磨性。7.化工设备中常用的紧固件有螺栓、______和螺柱。三、名词解释1.热影响区2.焊接变形3.锻造4.无损检测四、简答题1.简述铸造工艺与锻造工艺的主要区别。2.简述焊接残余应力可能带来的危害。3.简述选择化工设备制造材料时需要考虑的主要因素。4.简述焊接前对焊件进行预热的目的。五、计算题某化工容器壁厚δ=20mm，采用手工电弧焊进行环缝焊接，焊缝系数K=0.65。若该容器材质为16MnR，在常温下承受内压P=1.6MPa的均匀拉伸应力。试估算该焊缝所需承受的实际应力是多少？(假设焊缝强度与母材强度相同)六、论述题论述焊接热影响区对钢材性能的影响，并分析如何通过工艺措施来改善或减小不利影响。试卷答案一、选择题1.A2.C3.C4.B5.C6.B7.D8.C9.C10.C二、填空题1.角接，搭接2.氩气，二氧化碳3.特种铸造4.力学性能，焊接残余应力5.母材板厚方向6.滚压，镀层7.螺母三、名词解释1.热影响区:指在焊接过程中，由于焊接热源的影响，导致材料组织、性能发生变化的区域。它位于焊缝附近，其范围和变化程度与焊接方法、焊接参数、材料性能等因素有关。2.焊接变形:指在焊接过程中或焊接后，由于焊接热量不均匀分布、材料受热不均以及冷却收缩不协调等原因，导致焊件或结构发生几何形状和尺寸改变的现象。3.锻造:指将金属坯料放在锻造设备（如锤、压力机）上，利用外力使其产生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的一种压力加工方法。4.无损检测:指在不损坏被检对象的前提下，利用声、光、电磁、射线等物理方法，检验材料、零件或结构内部和表面是否存在缺陷（如裂纹、气孔、夹杂等），并对其性质进行评估的一种检测技术。四、简答题1.铸造工艺与锻造工艺的主要区别:*变形方式：铸造是利用金属熔液填充型腔，冷却凝固后获得零件；锻造是利用外力使金属坯料产生塑性变形。*材料流动性：铸造适用于形状复杂、难以锻造的材料或大型零件；锻造适用于塑性较好的金属材料，特别是需要良好力学性能的结构零件。*组织性能：铸造组织通常不够致密，晶粒较粗大，内部可能存在气孔、缩松等缺陷；锻造组织致密，晶粒细化，力学性能（强度、塑性）通常优于铸件。*生产效率：铸造生产效率相对较高，成本较低，尤其适合单件、小批量生产；锻造生产效率相对较低，成本较高，适合大批量生产。2.焊接残余应力可能带来的危害:*降低结构的疲劳强度：残余应力可能导致应力集中，特别是在循环载荷作用下，加速疲劳裂纹的产生和扩展。*降低结构的塑性和韧性：在高应力区，残余拉应力会降低材料的实际承载能力，使其更容易发生脆性断裂。*引起焊接变形：残余应力是导致焊接后零件发生翘曲、弯曲、收缩等变形的内因。*可能导致应力腐蚀开裂：在腐蚀性介质和残余拉应力的共同作用下，某些材料可能发生应力腐蚀开裂。3.选择化工设备制造材料时需要考虑的主要因素:*设备的使用工况：包括工作温度、压力、介质种类（化学性质、腐蚀性）、是否承受冲击载荷等。*材料的力学性能：如强度（抗拉、抗压、抗弯、抗扭）、塑性（延伸率、断面收缩率）、韧性（冲击韧性）、硬度等，需满足设备承载和安全要求。*材料的耐腐蚀性能：必须能够抵抗所含介质的腐蚀，包括化学腐蚀和应力腐蚀。*材料的耐热或耐低温性能：对于高温或低温工况，材料需有足够的蠕变强度或低温韧性。*材料的工艺性能：应易于进行铸造、锻造、焊接、热处理等加工制造，以满足零件的形状和精度要求。*经济性：包括材料成本、加工成本、维护成本等，应在满足使用性能的前提下考虑经济合理性。*可获得性：材料应易于采购和供应。4.焊接前对焊件进行预热的目的:*降低焊缝及热影响区的冷却速度：预热使焊件整体温度升高，减缓焊接区域（尤其是热影响区）的冷却速度。*减少焊接残余应力：缓慢冷却有助于减小焊接过程中的热胀冷缩，从而降低产生的焊接残余应力。*防止产生冷裂纹：对于易淬硬的钢材，预热可以降低淬硬倾向，改善焊缝及热影响区的组织，减少焊接应力，从而有效防止冷裂纹的产生。*消除或减少焊接区内的水分：预热有助于驱除焊件表面的水分，防止焊接过程中产生气孔等缺陷。五、计算题解：1.计算焊缝承受的应力：焊缝承受的实际应力与其截面积有关。由于焊缝系数K是考虑焊接接头强度折减后的有效承载面积与总截面积的比值，因此焊缝实际承受的内压应力σ实际为总内压应力P乘以焊缝系数K。2.计算公式为：σ实际=P×K3.代入数据：σ实际=1.6MPa×0.654.计算结果：σ实际=1.04MPa答：该焊缝所需承受的实际应力为1.04MPa。六、论述题焊接热影响区（HAZ）是焊接接头的关键区域，其性能与母材有显著差异，主要受焊接热循环（温度分布、加热速度、保温时间、冷却速度）的影响。热影响区性能变化：热影响区的宽度随焊接热输入的增加而增大。该区域可分为多个区：*熔合区:最靠近焊缝的区域，温度最高（接近熔点），冷却速度最快，组织为非平衡的奥氏体，晶粒极细小。淬硬倾向最大，硬而脆，是整个HAZ中最薄弱的环节，易产生冷裂纹。*热影响区:位于熔合区外，温度介于熔合区与母材之间。根据冷却速度不同，内部组织会发生显著变化。靠近熔合区的部分冷却快，组织可能为淬硬组织（如上马氏体），硬而脆；越靠近母材，冷却越慢，组织可能为回火组织（如珠光体、下贝氏体、回火马氏体等），强度和硬度逐渐降低，塑性韧性逐渐回升，直至恢复母材组织。*母材:热影响区外部的材料，未受焊接热循环直接影响。工艺措施对热影响区的影响及改善：为了减小热影响区的不利影响，可以采取以下工艺措施：1.选择合适的焊接方法:采用能量密度低、热影响区窄的焊接方法，如钨极氩弧焊（TIG）、激光焊等，可以显著减小热输入，从而减小HAZ的宽度和性能变化范围。2.优化焊接参数:适当降低焊接电流、电压，减小焊接速度，即降低热输入，可以使HAZ变窄，冷却速度相对减慢，组织性能变化趋于缓和，减少淬硬倾向。3.焊前预热:如前所述，预热可以提高焊件温度，降低焊缝及热影响区的冷却速度，减小淬硬倾向，降低焊接残余应力，有效防