清华材料加工工艺试题（二）及参考答案

《材料加工》工艺部分(2005.1.5)考试答案要点任课教师：都东、梁吉共6页第一题列举制备金属粉末的主要方法并简述其基本原理（7分）【答题要点】第二题金属粉末冷压成形时，沿压坯高度方向密度如何分布？为改善压坯密度均匀性通常采取哪些措施？（7分）【答题要点】在与冲模接触的压坯上层，密度从中心向边缘逐渐增加，顶部边缘部分密度最大；而第三题何谓液相烧结？实现液相烧结的必要条件是什么？简述液相烧结的基本过程。（8分）【答题要点】1液相流动与颗粒重排阶段3固相的的烧结分析铸造应力产生的原因，铸造应力可引发那些铸造缺陷？通常采取哪些措施减少这些缺陷？（7分）【答题要点】热应力是铸件在凝固和冷却过程中，不同部第五题根据内浇道、横浇道、直浇道截面积的比例关系，浇铸系统可分为哪几类？它们各有何优缺点？（7分）【答题要点】第六题液态金属在重力作用下浇入铸型的成形方法称为重力铸造，此外的其他铸造方法则称为非重力铸造。列出你所知道的非重力铸造方法，选择其一说明其工艺过程并分析其优缺点。（7分）【答题要点】第七题影响灰口铸铁机械性能的因素有哪些？说明如何提高灰口铸铁的机械性能。（7分）【答题要点】灰铸铁的机械性能首先取决于石墨的形状、数量、尺寸与分布，其次取决于基体组织。提高灰铸铁机械性能的途径：①选择合适的碳当量，碳当量保持不变，适当提高Si/C比，适当提高Mn含量。②选择低碳当量进行孕育处理③低合金化，强化珠光体，细化石墨。主要添加元素：Cu、Cr、Ni、Mo、第八题（6分）金属的连接方法可以归纳为哪三类？何谓焊接？试简述金属构件焊接过程本质？【答题要点】（Mechanicaljoining）、粘接法（Adhesivebonding）、焊接法（Welding,brazingandsoldering）等三类。所谓焊接，是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合而连接成一体的加工方法。要把两个分离的金属构件焊接在一起，从物理本质上来看，就是要使这两个构件连接表面的原子彼此接近到金属晶格距离（即0.3-0.5nm）。把两个金属构件放在一起时，由于其表面粗糙度（即使经精密磨削加工的金属表面粗糙度仍达几到几十微米）和表面存在的氧化膜及其它污染物，实际阻碍着不同构件表面金属原子之间接近到晶格距离并形成结合力。焊接过程的本质就是通过适当的物理化学过程克服上述困难。第九题（10分）何谓金属的熔化焊接？何谓钎焊？请指出以下每一对焊接工艺方法之不同：电弧焊与激光焊、电阻焊与电渣焊、TIG焊与MIG焊、MIG焊与MAG焊。【答题要点】熔化焊接：使被连接的金属表面局部加热熔化成液体然后冷却结晶成为一体的工艺方法。钎焊连接：利用某些熔点低于被连接构件材料熔点的钎料金属在连接界面上的熔化流散浸润，然后结晶形成结合的工艺方法。电弧焊与激光焊所采用的焊接热源分别是电弧和激光束，后者能量密度更大，前者综合成本较低。电阻焊与电渣焊所采用的焊接热源不同，前者是电流通过处在一定电极压力下固体工件时所产生的电阻热，后者是电流通过液态熔渣产生的电阻热。TIG焊与MIG焊的区别在于电极种类，前者采用焊接过程基本不熔化的钨极，后者一般采用焊接过程中熔化过渡的金属丝极。MIG焊与MAG焊的区别在于保护气体种类，前者采用惰性气体如氩气，后者有活性气体如CO2气等。第十题（10分）请具体指出哪种连接方法最适用于下述场合并说明理由：1.国家西气东输工程用钢管的厂内制造；2.国家西气东输工程用管线的野外铺设；3.轿车钢制白车身部件的组装；4.轿车铝制白车身部件的组装；5.高档不锈钢餐厨具的制造；6.铝合金薄板的拼接；7.大型飞机用铝合金厚板的焊接；8.大型民用船舶船体的制造；9.钼、钽等材料厚壁结构件的焊接；10.圆截面钻杆的对接。【答题要点】1.埋弧自动焊，生产效率高。2.气体保护焊，可以全位置。3.电阻点焊，生产效率高，成本低。4.自冲铆接，生产效率高，质量好。5.直流正接脉冲TIG焊，生产效率高，质量好。6.交流方波TIG焊，生产效率高，成本低。7.搅拌摩擦焊，生产效率高，质量好。8.手工焊条电弧焊，操作灵活方便。9.电子束焊接，能量集中，保证质量和效率。10.摩擦焊，生产效率高，质量好。第十一题（8分）在粗丝埋弧自动焊过程中，弧长是如何保持稳定的？请指出实现焊接电流和电弧电压参数给定和调整的手段。而细钢丝熔化极电弧焊采用何种弧长控制系统？试简述其原理。【答题要点】对于粗丝埋弧自动焊，可以通过电弧电压负反馈，实时调节焊丝送进速度，以适应焊丝熔化速度而保持弧长。一般采用陡降特性弧焊电源匹配变速送丝装置，焊接过程中，给定焊接电流是通过调整弧焊电源外特性实现的，给定电弧电压是通过调整丝速给定值实现的。对于细钢丝熔化极电弧焊，可以通过实时调节焊接电源的输出电流（幅值及其持续时间来改变焊丝熔化速度，达到控制弧长抑制扰动之目的。焊接过程中利用了焊接电弧的自身调节作用，如下图所示。一般采用平硬或缓降特性弧焊电源匹配等速送丝装置。第十二题（10分）【答题要点】熔滴过渡（MetalTransfer）的形式大体上可分为三种类型：（一）自由过渡，熔滴经电弧空间飞行至熔池，焊丝端头和熔池之间不发生直接接触。其中，滴状过渡发生在小电流MIG焊接过程中，射流过渡发生在钢的大电流MIG焊接过程中，亚射流过渡发生在铝合金的MIG焊接过程中。（二）接触过渡，焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡。在较小电流低电压CO2弧焊过程中，熔滴尚未长成大滴就与熔池短路并向母材过渡，这种短路过渡就属于这种类型。短路过渡过程的电弧燃烧是不连续的，焊丝受到电弧加热后形成熔滴并长大，而后与熔池短路熄弧，在表面张力及电磁收缩力的作用下形成缩颈小桥并破断，再引燃电弧，完成短路过渡过程。（三）渣壁过渡，熔滴沿熔渣的空腔壁流下。主要产生于涂料焊条电弧焊接和埋弧焊接过程中。第十三题（6分）试分析二氧化碳气体保护电弧焊过程中飞溅产生的原因。【答题要点】短路过渡过程的电弧燃烧是不连续的，焊丝受到电弧的加热作用后形成熔滴并长大，而后与熔池短路熄弧形成液态金属小桥，在表面张力及电磁收缩力的作用下小桥缩颈并破断，再引燃电弧，完成短路过渡过程。短路电流上升速