激光焊接技术原理与操作规范测试试题及答案

激光焊接技术原理与操作规范测试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在激光深熔焊接过程中，形成“小孔”效应的关键物理机制是A.表面张力梯度驱动的Marangoni对流B.激光诱导等离子体对熔池的机械冲击C.金属蒸气反冲压力克服熔池表面张力与静压力D.熔池内气泡上浮造成的空腔塌陷答案：C解析：小孔效应（keyholing）的本质是金属蒸气反冲压力>表面张力+静压力，使液态金属被排开形成贯穿板厚的蒸汽腔，而非单纯的对流或气泡作用。2.采用4kW光纤激光焊接2mm304不锈钢时，若离焦量由0mm变为+4mm，熔深变化趋势为A.持续增加B.先增后减C.持续减小D.先减后增答案：C解析：正离焦时光斑直径扩大，功率密度按1/d²衰减，熔深单调下降；负离焦才会出现先增后减的“焦点漂移”极值。3.激光MAG复合焊中，优先送丝角度一般选择A.激光在前，焊丝后倾25°B.激光在后，焊丝前倾15°C.激光与焊丝同轴垂直D.激光在前，焊丝前倾20°答案：D解析：激光在前可预清洁氧化膜，焊丝前倾20°保证熔滴过渡进入激光匙孔，减少飞溅并提高桥接能力。4.下列哪项不是激光焊接铝合金5083产生气孔的主因A.氢在液态铝中溶解度陡降B.镁元素蒸发烧损形成低压空腔C.表面氧化膜吸附水分D.匙孔塌陷导致底部“缩孔”答案：B解析：镁蒸发烧损主要改变成分与力学性能，本身不直接产生气孔；氢孔、匙孔塌陷缩孔才是气孔主因。5.激光功率3kW、焊接速度1m/min、光斑直径0.2mm，则功率密度约为A.4.8×10⁵W/cm²B.9.5×10⁵W/cm²C.1.5×10⁶W/cm²D.2.4×10⁶W/cm²答案：B解析：功率密度P/(πr²)=3000/(π×0.01²)=9.5×10⁵W/cm²，处于深熔阈值以上。6.对1mm铜箔不锈钢的搭接接头实施激光点焊，抑制界面脆性相的最佳策略是A.提高峰值功率缩短脉宽B.采用Ni箔中间层C.背面吹Ar加速冷却D.使用脉冲波形后延缓冷答案：B解析：Ni箔可阻止CuFe互扩散，抑制(Cu)与(γFe)之间形成脆性σ相；单纯功率或冷却调整无法避免金属间化合物。7.激光焊接保护气喷嘴直径d、出气压强p、流量Q，满足临界层流条件的关系式为A.Re=ρvd/μ<2300B.Re>4000C.Re=20003000D.与Re无关，仅看p值答案：A解析：层流可减小等离子体扰动，Re<2300为工程临界值；湍流易卷吸空气。8.激光钎焊汽车镀锌板时，钎丝熔点应满足A.>母材熔点150℃B.介于母材固相线与液相线之间C.<母材固相线50100℃D.等于母材液相线答案：C解析：钎焊要求母材不熔化，仅钎料熔化润湿；温度窗口需低于固相线防止烧穿镀层。9.在激光焊缝在线检测中，采用CMOS高速摄像配合窄带滤光片(808nm)主要观测A.熔池表面波纹频率B.匙孔开口面积变化C.等离子体电子密度D.热影响区宽度答案：B解析：808nm滤光片避开等离子体特征谱线，主要接收熔池及匙孔自身辐射，可量化匙孔开口面积波动，用于闭环控制。10.激光焊接6mm钛合金TC4，需控制氧含量<A.50ppmB.150ppmC.500ppmD.1000ppm答案：A解析：钛在500℃以上迅速吸氧，焊缝氧>150ppm即明显脆化；航空件要求<50ppm。二、多项选择题（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11.以下哪些措施可有效降低高强钢激光焊缝冷裂倾向A.降低碳当量CEVB.预热150℃C.提高焊接速度D.焊后250℃×2h后热E.选用低匹配焊丝答案：A、B、D、E解析：提高速度增大冷却速率，反而加剧冷裂；其余均可降低氢致裂纹风险。12.激光摆动焊(Wobble)相比传统静态焊，优点包括A.增加熔宽降低咬边B.降低气孔率C.减小热输入D.提高间隙桥接能力E.降低等离子体屏蔽答案：A、B、D解析：摆动增大熔池停留时间，热输入略增；对等离子体屏蔽无显著削弱。13.关于激光焊接异种金属，叙述正确的有A.热导率差异大可采用双焦点光束B.熔点差异大可把低熔点侧设为上层C.线膨胀系数差异大需降低冷却速度D.易形成金属间化合物时可插入过渡层E.电导率差异对焊接性无影响答案：A、B、C、D解析：电导率差异影响激光吸收率与熔池流动，亦需考虑。14.激光焊接过程中，可实时反映匙孔稳定性的传感信号有A.声发射AERMS值B.等离子体光谱FeI376nm强度C.背面红外测温峰值D.焊接电压波动E.激光器回反光强度答案：A、B、C、E解析：激光焊无电弧，故电压波动不适用；其余均可映射匙孔塌陷或穿透状态。15.激光焊接洁净室用304L管道，需执行的工艺文件包括A.ISO1561411激光焊工艺评定B.ASMEIX激光电弧复合焊条款C.洁净室颗粒度测试记录D.钨极氩弧焊背面保护规范E.管道内表面钝化处理指导书答案：A、C、E解析：ASMEIX复合焊条款不适用纯激光；背面保护规范属TIG范畴，激光焊需正面侧吹即可。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.激光焊接的深宽比随板厚线性增加。答案：×解析：深宽比受功率密度、速度、材料热扩散率综合影响，与板厚无线性关系。17.在相同平均功率下，脉冲激光焊峰值功率越高，热影响区越窄。答案：√解析：高峰值功率缩短热循环时间，降低累积热输入，HAZ变窄。18.激光焊接镀锌板时，搭接间隙0.2mm即可完全释放锌蒸气。答案：×解析：0.2mm不足以形成连续排气通道，需>0.1mm且加排锌槽或摆动。19.激光焊接硅钢片，采用CO₂激光比光纤激光吸收率更高。答案：×解析：硅钢表面粗糙且含绝缘涂层，对1μm光纤激光吸收率>35%，远高于10.6μmCO₂激光的15%，因等离子体屏蔽更严重。20.激光功率>10kW时，必须采用氦气作为保护气才能抑制等离子体。答案：×解析：高功率可用Ar+He混合气或侧吹高速气流，纯He成本高并非“必须”。21.激光焊接过程产生的紫外线强度与等离子体温度正相关。答案：√解析：黑体辐射与T⁴成正比，等离子体温度越高，UV辐射越强。22.激光焊接奥氏体不锈钢可完全避免晶间腐蚀。答案：×解析：若碳含量>0.03%且停留时间足够，仍可在HAZ析出Cr₂₃C₆导致晶腐。23.激光焊接头硬度一定高于母材。答案：×解析：如铝合金热影响区出现过时效，硬度反而下降。24.激光焊接时，采用线偏振光可改变熔池流动方向。答案：√解析：偏振方向影响Fresnel吸收分布，进而改变表面张力梯度驱动流。25.激光焊接焊缝余高主要受送丝速度影响，与保护气无关。答案：×解析：保护气流量过大可造成熔池下凹，改变余高；并非无关。四、填空题（每空1分，共15分）26.激光焊接中，功率密度达到________W/cm²时，钢材表面开始产生明显的金属蒸气。答案：10⁵解析：约10⁵W/cm²为钢材蒸发阈值。27.采用________模型可估算激光焊接熔深，其表达式为h∝(P/√(vδ))^(2/3)。答案：RosenthalSteen解析：Rosenthal解析解结合蒸发反冲修正，俗称RosenthalSteen模型。28.激光焊接铝合金时，氢溶解度从液态到固态突变约为________cm³/100gAl。答案：0.69→0.036解析：液态0.69，固态0.036，差约20倍，导致氢孔。29.激光焊接镀锌钢板，锌层厚度每面7μm，完全蒸发需能量约________J/cm²。答案：4.2解析：Zn蒸发焓ΔH≈1.75kJ/g，密度7.14g/cm³，7μm厚对应0.5g/m²，计算得≈4.2J/cm²。30.激光焊接保护气喷嘴与工件夹角通常取________°。答案：3045解析：角度过小易卷吸空气，过大则覆盖面积不足。31.激光焊接TC4钛合金，β相变温度为________℃。答案：995±15解析：TC4(Ti6Al4V)相变点约995℃。32.激光焊接过程中，匙孔后壁倾角一般小于________°，否则易塌陷。答案：10解析：实验观测>10°时反冲压力无法维持稳定。33.激光焊接1mm铜箔，采用绿光(515nm)比红外(1030nm)吸收率提高约________倍。答案：56解析：铜对1030nm吸收率~5%，对515nm约30%，提升6倍。34.激光焊接焊缝成形系数φ定义为________。答案：熔宽/熔深解析：φ=w/h，反映焊缝横截面形状。35.激光焊接高强钢，国际常用冷裂敏感指数Pcm公式为________。答案：Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B解析：Pcm用于评估低合金钢焊接冷裂倾向。五、简答题（每题8分，共24分）36.简述激光焊接镀锌钢板搭接接头“排锌槽”设计原则。答案：(1)槽宽0.30.5mm，深度穿透锌层即可，约0.050.08mm；(2)位于熔合区两侧，间距等于光斑直径+0.2mm；(3)方向与焊接方向平行，端部倒圆防应力集中；(4)槽内镀层需激光消融清理，避免残留锌液回流；(5)槽体积按锌蒸发量计算：V槽≥(2×锌层厚×搭接面积×锌密度)/ρZn液，确保蒸气可瞬间排出；(6)槽边缘距板边≥3mm，防止烧穿塌陷。解析：排锌槽通过局部减薄提供逃逸通道，降低锌蒸气压力峰值，减少飞溅与气孔。37.激光焊接铝合金6082T6出现“凝固裂纹”，列出三条冶金与工艺改进措施并说明机理。答案：(1)选用ER5356焊丝，提高Mg含量至5%，增加液相表面张力，降低脆性温度区间(BTR)；(2)降低焊接速度30%，提高热输入，使焊缝冷却速率<80℃/s，降低收缩应变率；(3)添加0.8mmZr+Ti复合细化剂，晶粒尺寸由120μm降至40μm，晶界液膜分布均匀，提升抗裂性。解析：凝固裂纹由液膜+拉伸应变共同作用，通过成分调整、热循环控制、晶粒细化三管齐下，可将裂纹率由1.8%降至0.1%。38.激光焊接10mm厚EH36船板，要求一次单面焊双面成形，列出关键工艺参数窗口并给出理由。答案：功率P=18kW，速度v=0.9m/min，离焦量Δf=2mm，光斑直径0.6mm，保护气Ar30L/min+背保护20L/min，坡口Y型60°，钝边2mm，间隙0.3mm。理由：(1)功率密度≈6.4×10⁶W/cm²，高于深熔阈值；(2)线能量=1.2kJ/mm，保证背面熔透且HAZ韧性>34J(40℃)；(3)负离焦2mm使匙孔开口扩大，利于气体逸出；(4)0.3mm间隙提供排锌与根透通道；(5)背保护防止根部氧化，保证弯曲角≥120°无裂纹。六、计算题（每题10分，共20分）39.用光纤激光焊接2mm2205双相钢，已知P=3kW，v=1.5m/min，光斑直径0.3mm，求：(1)功率密度；(2)线能量；(3)若熔深实测1.9mm，计算热效率η（取熔化比能E=6.8J/mm³）。答案：(1)I=4P/(πd²)=4×3000/(π×0.3²)=4.24×10⁷W/cm²(2)Eₗ=P/v=3000/(1500/60)=120J/mm(3)单位长度熔化体积V=h×w×1=1.9×2×1=3.8mm³/mm理论能量Eₜ=V×E=3.8×6.8=25.84J/mmη=Eₜ/Eₗ=25.84/120=0.215→21.5%解析：热效率低因部分能量散失于HAZ、飞溅与蒸发。40.激光焊接铜铝异种接头，需保证熔合比θ<30%，已知铜侧熔化单位体积需8.8J/mm³，铝侧需2.7J/mm³，若总热输入限定45J/mm，求最大允许铜熔化截面积A_Cu（设焊缝总截面积A=1mm²）。答案：θ=A_Cu/A<0.3→A_Cu<0.3mm²能量约束：8.8A_Cu+2.7(AA_Cu)≤458.8A_Cu+2.72.7A_Cu≤456.1A_Cu≤42.3→A_Cu≤6.93mm²综合θ限制，A_Cu≤0.3mm²解析：熔合比控制是抑制CuAl脆性相关键，能量约束并非首要限制，故最大允许铜熔化面积0.3mm²。七、综合案例分析（16分）41.某航天企业采用4kW碟片激光焊接5mm7075T6铝合金筒体纵缝，出现周期性气孔（沿焊缝中心线间距约1.2mm，孔径50100μm），Xray检测不合格。现场记录：速度1m/min，离焦0mm，Ar保护30L/