熔化焊接与热切割理论考试题库及答案

熔化焊接与热切割理论考试题库及答案一、熔化焊接与热切割基础理论1.【单选】下列哪一参数最能直接反映电弧静特性曲线“下降段”向“上升段”过渡的临界点？A.电弧电压最小值对应的电流值B.电弧电压最大值对应的电流值C.电弧功率因数等于1时的电流值D.电弧电阻等于弧柱电阻时的电流值答案：A解析：电弧静特性曲线呈U形，下降段负阻特性明显，当电流增大到某一值后，电压开始回升，该点即为最小电压点，对应临界电流，是划分下降段与上升段的分界。2.【单选】在CO₂气体保护焊中，若电弧电压由28V降至24V，熔滴过渡形式最可能发生的变化是：A.由短路过渡变为颗粒过渡B.由颗粒过渡变为射流过渡C.由射流过渡变为颗粒过渡D.由颗粒过渡变为短路过渡答案：D解析：电压降低，电弧长度缩短，电磁收缩力相对增强，熔滴未长大即与熔池接触，形成短路过渡。3.【单选】等离子弧切割时，提高离子气流量却导致切口宽度增大，其根本原因是：A.弧柱直径被机械压缩增强B.弧柱温度下降，热收缩减弱C.喷嘴孔道内出现层流，能量集中D.双弧现象被抑制答案：B解析：流量过大带走更多热量，弧柱温度下降，热收缩效应减弱，弧柱扩散，切口变宽。4.【判断】铝及铝合金TIG焊时，采用交流电源主要是为了利用阴极清理作用去除氧化膜。答案：正确解析：交流负半波时工件为阴极，氩离子轰击氧化膜产生清理；正半波时钨极冷却，实现钨极寿命与清理兼顾。5.【填空】手工电弧焊时，若焊条药皮中含大理石40%、萤石15%，则熔渣碱度B₂值约为______（保留两位小数，CaO当量按1mol大理石提供1molCaO计算）。答案：1.86解析：B₂=（CaO+MgO+BaO+SrO+Na₂O+K₂O+CaF₂+0.5MnO）/（SiO₂+0.5Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂），代入质量分数换算后得1.86，属碱性渣。6.【简答】说明“电弧挺度”与“电弧刚度”在工程应用中的区别，并各举一例测量方法。答案：电弧挺度指电弧抵抗外界侧向气流或磁场干扰而保持原方向的能力；刚度则指电弧自身因电磁收缩产生的自稳直性。挺度测量：在5m/s横向气流下，记录电弧偏移角≤5°时的临界电流；刚度测量：采用高速摄影测弧柱弯曲挠度，挠度/弧长≤2%视为高刚度。7.【计算】已知Φ1.2mm实心焊丝，干伸长15mm，电阻率0.18μΩ·m，焊接电流250A，求干伸长电阻热功率（W）。答案：P=I²R=250²×(0.18×10⁻⁶×15×10⁻³)/(π/4×(1.2×10⁻³)²)=250²×0.00239=149W解析：先算电阻R=ρl/S，再代入功率公式，干伸长电阻热可使焊丝预热约150℃，显著影响熔敷率。8.【多选】下列哪些措施可降低MAG焊飞溅率（实测飞溅重量比）？A.选用φ1.0mm焊丝替代φ1.2mmB.在80%Ar+20%CO₂基础上添加1%O₂C.采用脉冲电源代替直流恒压D.降低回路电感至0mH答案：A、C解析：细焊丝电流密度高，熔滴细化；脉冲电源实现一脉一滴，过渡可控；加O₂反而增加飞溅；零电感导致短路电流陡增，飞溅加大。9.【单选】激光MAG复合焊中，激光功率2kW，MAG弧功率4kW，若激光能量利用率85%，MAG弧热效率75%，则总线能量中激光占比约为：A.29%B.36%C.42%D.50%答案：B解析：有效热输入=2×0.85+4×0.75=1.7+3=4.7kW，激光占比=1.7/4.7≈36%。10.【案例分析】某船厂采用FCAW焊接50mm厚EH36钢，出现宏观裂纹，断口呈典型“人字纹”，指向焊缝中心，母材CEV=0.41%，预热温度80℃，环境温度5℃，焊后未热处理。请指出最可能的裂纹类型并给出两条预防措施。答案：裂纹类型：氢致冷裂（延迟裂纹）。措施：1.按EN10112计算最低预热温度，厚50mm、CEV0.41%、扩散氢HD8ml/100g时，预热需≥120℃；2.焊后立即进行250℃×2h后热，加速氢逸出。二、焊接冶金与缺陷控制11.【单选】低合金高强钢焊缝中，形成上贝氏体的冷却速度区间通常为：A.15~30℃/sB.3~8℃/sC.0.5~2℃/sD.50~100℃/s答案：B解析：3~8℃/s对应焊接热影响区800→500℃时间约30~60s，正好落入上贝氏体区。12.【填空】在奥氏体不锈钢多层焊中，为控制铁素体含量3~8FN，当Cr_eq/Ni_eq=1.5时，需控制焊接热输入不超过______kJ/mm（板厚8mm，单面单层）。答案：1.2解析：根据Schaeffler图及Delong图经验，热输入>1.2kJ/mm时，冷却过慢，铁素体易低于3FN，热裂倾向增大。13.【判断】对于X80管线钢，采用纵向超声斜探头检测焊缝根部未焊透，若选用60°折射角，则一次波声程恰好覆盖整个壁厚18mm。答案：错误解析：一次波声程=壁厚/cos折射角=18/cos60°=36mm，实际声程大于壁厚，需计算跨距，题干表述“恰好覆盖”不成立。14.【多选】下列哪些夹杂物会显著降低低温韧性？A.Al₂O₃簇状夹杂B.MnS延展夹杂C.TiN立方夹杂D.(Mn,Ca)S球化夹杂答案：A、B解析：Al₂O₃簇状形成应力集中；MnS延展在轧制后呈条带状，成为裂纹通道；TiN细小可诱导针状铁素体，改善韧性；(Mn,Ca)S球化后危害减小。15.【简答】解释“临界再热裂纹”并给出评定公式。答案：临界再热裂纹（SR裂纹）指焊后消除应力热处理（580~620℃）过程中，在粗晶区因晶界弱化而产生的沿晶裂纹。评定公式：P_SR=Cr+Cu+3.3Mo+8V+5Ti+20As+15Sn+10Sb（wt%），当P_SR>0.02时裂纹敏感性显著增加。16.【计算】已知焊缝金属化学成分（wt%）：C0.08，Mn1.5，Si0.4，Cr0.3，Mo0.2，V0.02，求碳当量CE（IIW）及冷裂敏感指数P_cm。答案：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15=0.08+1.5/6+(0.3+0.2+0.02)/5=0.08+0.25+0.104=0.434%；P_cm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B=0.08+0.013+0.115+0+0.013+0.002+0=0.223%。17.【单选】在铝合金MIG焊中，为减少气孔，下列哪组保护气最合适？A.纯ArB.50%Ar+50%HeC.70%Ar+30%N₂D.90%Ar+10%CO₂答案：B解析：He可提高热输入、延长熔池存在时间，利于气泡浮出；N₂、CO₂均会与铝反应形成氮化物或氧化物夹杂，增加气孔。18.【案例分析】某压力容器筒节纵缝经RT检测发现大量横向裂纹，位于焊缝余高与母材交界处，金相显示沿奥氏体晶界开裂，断口氧化严重，无分枝。请判断裂纹性质并给出产生原因。答案：裂纹性质：再热裂纹（SR裂纹）。原因：母材为2.25Cr1Mo钢，含V0.25%，P_SR=3.3×1+8×0.25=5.3，远>0.02；焊后620℃保温4h，晶界碳化物析出导致晶界脆化；应力集中位于余高过渡区。19.【填空】在超声TOFD检测中，若两探头中心距2s=120mm，板厚t=40mm，纵波声速5.9km/s，则直通波与底面反射波时间差为______μs。答案：13.6解析：Δt=2s/(c·sinθ)，θ=arctan(s/t)=56.3°，Δt=120/(5.9×sin56.3°)=120/4.9=24.5μs，直通波与底波时间差=24.510.9=13.6μs。20.【简答】列举两种利用焊接热循环改善热影响区韧性的工艺方法并说明机理。答案：1.焊后二次热循环（t8/5→t8/3）：通过二次快速加热使粗晶区形成细小针状铁素体，细化晶粒；2.激光冲击强化：利用激光诱导等离子体冲击波（>1GPa）在HAZ产生高密度位错，抑制裂纹扩展，提高低温韧性。三、切割工艺与设备21.【单选】氧丙烷切割与氧乙炔切割相比，下列说法正确的是：A.丙烷火焰温度更高，预热时间更短B.丙烷燃烧速度更低，割速可提高10~15%C.丙烷爆炸极限更宽，回火风险更大D.丙烷切口挂渣更易清除答案：D解析：丙烷火焰温度3100℃低于乙炔的3200℃，但燃烧速度低，热量分布更均匀，挂渣脆，易清除；爆炸极限窄，回火风险小。22.【填空】若等离子弧切割电流250A，喷嘴孔径2.8mm，则电流密度为______A/mm²。答案：40.5解析：J=I/S=250/(π/4×2.8²)=250/6.16=40.5A/mm²，高于30A/mm²即可形成高速窄等离子射流。23.【判断】水下等离子切割时，水位超过割炬200mm可完全消除臭氧和氮氧化物。答案：错误解析：水位>150mm仅能降低80%臭氧，NOx因溶解度低仍部分逸出，需额外水下抽风。24.【多选】激光切割不锈钢时，出现底部毛刺“熔瘤”的原因包括：A.焦点位置过低B.辅助氧气压力过高C.进给速度过快D.喷嘴直径过大答案：A、C解析：焦点过低能量在底部过剩，熔渣无法及时排出；速度过快导致底部未完全穿透；氧压过高反而提高切割质量；喷嘴过大仅影响气体密度，不直接产生熔瘤。25.【计算】某数控火焰切割机使用氧丙烷，钢板厚50mm，经验割速200mm/min，切口宽度2mm，求每分钟金属去除体积（cm³/min）。答案：20解析：V=v·b·h=200mm/min×2mm×50mm=20000mm³/min=20cm³/min。26.【简答】说明水射流切割中“空化侵蚀”现象及其抑制方法。答案：当水压>200MPa且喷嘴直径<0.3mm时，局部压力低于饱和蒸汽压，产生空化泡，泡破裂冲击喷嘴壁造成侵蚀。抑制：1.采用多段圆锥喷嘴，降低局部压降梯度；2.在水中加入0.5%聚乙烯醇，提高空化阈值。27.【单选】在激光氧气切割低碳钢时，若激光功率3kW，板厚20mm，最大割速0.8m/min，则单位长度热输入为：A.225kJ/mB.375kJ/mC.150kJ/mD.300kJ/m答案：A解析：热输入=P/v=3/0.8=3.75kJ/m=225kJ/m，注意单位换算。28.【案例分析】某厂采用空气等离子切割12mm不锈钢，出现切口发黑、熔渣粘附，更换氮气后改善但仍不理想，请提出两项进一步改进措施并说明理由。答案：1.改用H35N₂（35%H₂+65%N₂）混合气，H₂还原性强，可抑制氧化物生成，提高切口亮度；2.采用二次气流（水再压缩）技术，利用水幕冷却熔渣，使其脆化易脱落，并降低热影响区氧化。29.【填空】若氧乙炔预热火焰功率为P(kW)，钢板体积热容ρc=3.8J/(mm³·K)，升温ΔT=1000K，切割效率0