焊接工艺学习题解答

焊接工艺学习题解答第一章解释以下术语：焊接电弧、热电离、场电离、光电离、热发射、场发射、光发射、粒子碰撞发射、热阴极电极和冷阴极电极。焊接电弧：由焊接电源提供的能量在具有一定电压的两个电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。热电离：气体粒子受热的作用而产生电离的过程。场致电离：在两个电极之间的电场作用下，气体中带电粒子的运动被加速，最终由于与中性粒子的非弹性碰撞而电离。光电离：中性粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程。热发射：当固体或液体物质（金属）的表面被加热时，其中的一些电子以大于逸出功的动能从表面逸出。场致发射：当固态或者液态物质（金属）表面空间存在强电场时，会使阴极较多的电子在电场的作用下获得足够的能量而克服电荷之间的静电吸引而发射出表面。发光：当固体或液体物质（金属）表面接收到光线的辐射能量时，电极表面上的自由电子能量增加，最终飞出电极表面。粒子碰撞发射：当高速运动的粒子（电子或正离子）会碰撞金属电极表面，将能量传给电极表面的电子，使电子能量增加并飞出电极表面的现象。冷阴极电极：当使用钢、铜、铝等材料作为阴极时，其熔点和沸点较低，阴极温度不能很高，热发射不能提供足够的电子。这种电弧称为“冷阴极电弧”，电极称为“冷阴极电极”。热阴极型电极：当使用钨，碳等材料作阴极时，其熔点和沸点都较高，阴极可以被加热到很高的温度，电弧阴极区的电子可以主要依靠阴极热发射来提供，这种电弧称为“热阴极电弧”，电极称为“热阴极型电极”。2、试述电弧中带电粒子的产生方式。答：电弧中的带电粒子是指电子、正离子和负离子。点燃电弧并维持电弧燃烧的带电粒子是电子和正离子。这两种带电粒子的产生主要取决于电弧中气体介质的电离和电极的电子发射。气体的电离形式有：热电离，场致电离和光电离。电子发射方法包括：热发射、场发射、光发射、粒子碰撞发射。3.焊接电弧由哪些区域组成？试着描述每个区域的传导机制。（1）焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。（2）阴极区的导电机构有以下三类：热发射类型一一当使用W、C和其他热阴极材料作为阴极，且电流较大时，可能会出现热发散导电性。b场致发射型当采用cu、fe、al等冷阴极型材料作为阴极，或采用w、c等热阴极型材料作为阴极但电流比较小时，主要发生场致发射型导电。c等离子体型一一低压钨极氩弧焊或使用冷阴极和低电流时容易产生的导电机制。阳极区的导电机构一一阳极区主要接受来自弧柱的电子流，同时，还要向弧柱区发射正离子流。根据电弧电流密度的大小，阳极区可以通过两种方式提供正离子。a场致电离一一电流密度较小时b热电离一一电流密度较大最小电压原理是什么？答：在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面，以保证明了电弧的电场强度最小，即固定弧长上的电压最小。这意味着电弧始终保持最低能耗。5、什么是焊接电弧静特性？各种电弧方法的电弧静特性有什么特点？答：当电极材料、气体介质和电弧长度一定且电弧燃烧稳定时，焊接电流和电弧电压变化的关系，也称伏-特性。电弧静态特性截面TIG（等离子弧焊）MIG/MAG埋弧焊CO2气体保护焊下降截面丿上升段丿（电流高时6•焊接电流的动态特性是什么？为什么电流变化的交流电弧和直流电弧的动态特性显示为回路特性？答：焊接电弧动特性是对于一定弧长的电弧，当电弧电流发生连续快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系。由于热惯性对电离度的影响，焊接电弧的动特性曲线不同于静特性曲线特性。当电流快速减小时，电弧温度高（电弧电离度较高），只需要较小的电弧电压就能满足需要，导致电弧电压低于静态值，伏安特性曲线低于静特性曲线。而当电流快速增加时，电弧温度低，需要电压的额外增加保证电流的增加，电弧电压高于静态值，伏安特性曲线高于静特性曲线。因此会呈现出回线特性。8.焊接电弧能产生什么电弧力？解释其原因和影响焊接电弧力的因素。答：①电磁收缩力等离子流力斑点压力②产生原因：电磁收缩力：焊接电弧可以看成是由许多平行的电流线组成的导体。这些电流线之间也将产生相互吸引，使导体断面产生收缩趋势。等离子流力：由于焊接电弧呈圆锥形，电极附近的电磁收缩力较大，而焊件附近的电磁收缩力较小，因此形成沿弧柱轴线的推力。在推力作用下，小截面处的高温气体离子向焊件流动。同时，在电极上方不断补充的新气体进入电弧区域，并被加热和强烈电离以产生压力。斑点压力：⑴正离子和电子对电极的撞击力:电弧焊时，阴极受到正离子的撞击，阳极受到电子的撞击。⑵电磁收缩力：当电极上形成熔滴并出现斑点时，电弧空间和熔滴中的电流线都在斑点处集中，由于电磁收缩力的方向都是由小断面指向大断面，故在斑点处产生向上的电磁力。⑶电极材料蒸发产生的反作用力：斑点上的电流密度很高，使得这个部位的温度很高，因此产生强烈的蒸发，使得金属蒸汽以一定的速度从斑点处发射出去，同时给斑点施加一个反作用力。影响焊接电弧的因素：焊接电流和电弧电压、焊丝直径、电极极性、气体介质、钨极末端的几何形状、电流脉动等。阐述了影响焊接电弧稳定性的因素。答：①焊接电源：焊接电源的空载电压越高，电弧越稳定；②焊接电流和电弧电压：大电流，小电压电弧更稳定；③电流类型和极性：直流最稳定，脉冲直流次之，交流电弧最差；④电极涂层和焊剂：含有较多的低电离能元素或化合物，可提高电弧稳定性；⑤偏磁吹风⑥焊件上的铁锈，水分，油污第二章1、熔化极电弧焊中，焊丝熔化的热源有哪些？答：焊丝熔化主要取决于阴极区或阳极区产生的电弧热（主要功能）和焊丝本身的电阻热（预热功能），电弧柱区的辐射热是次要的。2、影响焊丝熔化速度的因素有哪些？是如何影响的？答复:⑴焊接电流的影响：随着焊接电流的增加，焊丝的熔化速度加快。（2）电弧电压的影响：当电弧电压较高时，熔化速度不受电压的影响；电弧电压小（弧长）时，散热少，热效率高，熔化速度相等时所需电流小。（3）焊丝直径的影响：直径越细，焊丝熔化速度越快。（4）焊丝伸出长度的影响：长度越长，熔化速度越快。（5）焊丝材料的影响：不同的焊丝材料会导致不同的电阻率，产生不同的电阻热，因此对熔化速度有不同的影响。同时，不同的材料会导致焊丝的熔化系数不同。（6）气体介质和焊丝极性的影响：当焊丝为阴极（正极连接）时，气体介质的成分将直接影响焊丝的熔化速度。焊丝为阴极（正接）时的熔化速度始终高于焊丝为阳极（反接）时的熔化速度，并随混合气体比例的变化而变化；当焊丝为阳极时，焊丝的熔化速度基本不变。3p熔滴在形成与过渡过程中受到哪些力的作用？答：重力、表面张力、电磁收缩力（等离子流力、点压力、电弧静压、电弧动压）、爆破力、电弧气体吹扫力等。4、熔滴过渡有哪些常见的形式？各有什么特点？答复:⑴自由过渡：①逐滴过渡：粗滴过渡：电流较小而电弧电压较高，熔滴存在时间长，尺寸大，飞溅大，电弧稳定性和焊接质量较差。细滴过渡：电流较大，电压高，飞溅少，电弧稳定，焊缝成形较好。iii•排斥过渡:电压高，电流小，飞溅大，电弧的稳定性及焊缝质量都较差②•喷射过渡：i.射滴过渡；ii.亚射流过渡；i•旋转射流过渡；iv•射流过渡。喷雾过渡特性：喷雾过渡时，熔滴速度高，过渡频率快，飞溅少，电弧稳定，热量集中，对焊件的渗透性强。焊缝中部熔深大，适用于大厚度（5>3mm）的焊接，焊件不适用于薄板的焊接。③爆炸过渡。⑵.联系人转换：•短路过渡：细丝、短弧、小电流，燃弧和短路交替进行，平均电流小，峰值电流大，电流密度大，焊接速度快，焊件质量高，过程稳定，飞溅大②•搭桥过渡⑶.渣壁过渡：熔化的液态金属沿着渣壁或渣套落入熔池。5.说明：沉积效率、沉积系数和损耗率。答：熔敷效率：过渡到焊缝中的金属质量与使用的焊丝（条）金属质量之比叫做熔敷效率。沉积系数：单位电流和单位时间内，焊芯（或焊丝）在焊件上沉积的金属量，表示焊接工艺的生产效率。损失率：焊丝（条）在焊接时没能过渡到焊缝金属中的质量占焊丝（条）金属质量之比。第三章1、解释焊缝成形系数、焊缝熔合比的概念。答：焊缝成形系数是指焊缝熔透宽度b与焊缝熔透深度H的比值。焊缝熔合比是指焊缝截面上熔化母材的面积与焊缝的总面积之比。分析了焊缝成形系数对焊接质量的影响规律，说明了常用电弧法焊缝成形系数的取值范围。00答：焊缝系数是否合理对焊缝质量能产生很大影响。例如，焊缝熔深h是对接接头焊缝很重要的尺寸，它直接影响接头的承载能力。焊缝成形系数©的大小能影响熔池中气体逸出的难易程度、熔池金属的结晶方向、焊缝金属中心偏析程度等，因而对焊缝产生裂纹和气孔的敏感性、熔池的冶金条件等均能产生影响。在能保证焊缝充分熔透的情况下，较小的焊缝成形系数©，可以缩小焊缝宽度方向的无效加热范围，进而可以提高热效率及减小热影响区。但过小的焊缝成形系数©，使焊缝截面过窄，熔池中的气体不易逸出，在焊缝中容易产生气孔，结晶条件也恶化，加大焊缝中产生夹渣及裂纹的倾向。不同的焊接方法对焊缝成形系数的要求不同。实际焊接时，在保证焊透的前提下要求匹配合适的©值。对于常用的电弧焊方法，一般取1.3~2；堆焊时，为了保证堆焊层的成分和高的堆焊生产率，要求熔深浅，焊缝宽度大，成形系数可达10。分析了电弧集中系数K和工件表面电弧轴线上的比热流量值QM对焊缝成形的影响,解释了电弧长度、焊接电流等参数对热流分布的影响。答：电弧集中系数k越大，贝0分布半径ra越小。在热输入功率p—定时，电弧集中系数k越大，则qm越大。电弧长度对热流分布的影响：随着电弧长度的增加，电弧电压增加，电弧功率和阳极功率也增加，电弧对焊接件的热量输入也增加。然而，由于电弧长度的增加导致散热量的增加，电弧的热效率降低，因此热输入功率的增加很小；同时，焊件表面的加热点面积扩大，RA增大，即电弧集中系数K减小，比热流量QM减小。焊接电流对比热流的影响：电弧电流增加时，电弧功率及阳极功率增加，热输入功率增加，qm有所增大；同时弧柱也扩张，分布半径ra增大，但电弧集中系数k有所减小。4、分析熔池所受的力及其对焊缝成形的影响规律。答复:①重力水平位置焊接时，熔池金属的重力有利于熔池的稳定；在太空焊接时，熔池的重力可能破坏熔池的稳定性，使焊缝成形变坏。表面张力。表面张力会阻止熔池金属在电弧力或熔池金属重力的作用下流动，③焊接电弧力。促进熔池中的金属流动，并在熔池中心形成漩涡。当金属流动时，熔池中心的高温金属会将热量带到熔池底部，从而增加熔深。电弧静压作用在熔池的液面上，使熔池形成凹形。当电弧动压力明显时，它对焊缝的形成也有很大的影响。④液滴的冲击力。在富氩气体保护金属极电弧焊的喷射过渡过程中，焊丝前端的熔融金属以小液滴高速沿焊丝轴向冲向熔池，对熔池形成较大的冲击力，也容易形成手指穿透。5、分析焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响。答复:⑴焊接参数对焊缝成形的影响：①焊接电流对焊缝成形的影响。在其他条件一定的情况下，随着电弧焊接电流的增大,焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。由于随着电弧焊接电流的增加，作用在焊件上的电弧力增加，电弧对焊件的热输入也增加，热源位置下移，有利于热量向熔深风向传导，使熔深增大;电弧焊的焊芯或焊丝的融化速度与焊接电流成正比，由于电弧焊的焊接电流增加导致焊丝融化速度增加，焊丝融化量近似成比例的增多，而熔宽增加减少，焊缝补强增加；当焊接电流增大时，弧柱直径增大，但随着电弧进入工件深度的增加，弧点的移动范围受到限制，因此熔化宽度的增加很小。电弧电压对焊缝成形的影响。在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，电弧功率相应增加，焊件输入的热量有所增加。但是电弧电压增加时通过增加电弧长实现的，电弧长度增加使得电弧热源半径增加，电弧散热增加，输入焊件的能量密度减小，因而熔深略有减小而熔宽增大。同时，由于焊接电流不变，焊丝的熔化量基本不变，使得焊缝余高减小。焊接速度对焊缝成形的影响。当其他条件一定时，提高焊接速度将减少焊接热输入，从而减小焊缝宽度和熔深。由于单位长度焊缝上沉积的焊丝和金属量与焊接速度成反比，因此焊缝补强也会减少。（2）工艺因素对焊缝成形的影响：坡口及间隙。在其他条件一定时，坡口或间隙的尺寸越大，所焊出的焊缝的余高越小。焊条（焊丝）的倾斜度。当焊丝向前倾斜时，电弧力对熔池金属向后放电的作用力减小，熔池底部的液态金属层变厚，熔深减小，电弧进入焊件的深度减小，弧斑移动范围扩大，熔化宽度增大，钢筋减少。焊丝向后倾斜，反之亦然。③焊接件的倾斜。在上坡焊接过程中，重力帮助熔池中的金属排到熔池尾部，因此熔深大，熔宽窄，其余部分高下坡焊接时，熔深减小，焊缝宽度增加，钢筋减少。焊件材质和厚度。在焊接电流等其他条件一定的情况下，熔深和熔宽都减小。材料的密度或液体的粘度增大，则电弧对液体金属的排开越困难，熔深也越浅。焊件的厚度影响焊件内部热量的传导，在其他条件一定时，焊件厚度增加，散热增加，熔宽和熔深都减小。焊剂、焊接涂层和保护气体。当焊剂密度小、颗粒尺寸大或堆积高度小、电弧周围压力低、弧柱扩大、弧斑移动范围大时，熔深小、熔宽大、钢筋小。大功率电弧焊接厚件时，使用浮石焊剂可以降低电弧电压，减少熔透，增加熔透宽度。焊渣应具有适当的粘度和熔化温度。过高的粘度和熔化温度使熔渣透气性差，容易在焊缝表面形成许多压力坑焊缝表面形状变差。6、焊缝成形缺陷有哪些？说明焊缝成形缺陷的防止措施。答：焊缝成形缺陷主要包括未熔合、未焊透、烧穿、塌陷、咬边、焊道、气孔、夹渣未