焊接方法及设备

电弧焊及电渣焊 A一名词解释1 电场发射型阴极区导电机构2 射流过渡3 电弧功率密度，电弧加热斑点4 双弧5 电弧固有自调节二简答题1 试说明各种主要焊接工艺参数对焊丝熔化速度的影响?2 与TIG焊相比，等离子弧焊的热源特性有哪些变化？是否可用TIG焊电源进行等离子弧焊？为什么？3 利用熔化极气体保护焊进行全位置焊接时，可选择哪些熔滴过渡方式，为什么？4 TIG焊为什么一般不用接触引弧？如果需要采用接触引弧的话，应对设备做哪些改进？5 等离子弧是依靠什么原理提高电弧功率密度的？试根据电弧理论解释。

三利用MIG焊焊不锈钢时，为什么一般不用纯氩作保护气体？一般选择什么混合气体？为什么?四为什么说等速送丝系统仅适用于细丝？与采用低碳钢焊丝相比，采用18-8不锈钢焊丝焊接时等熔化曲线会有什么变化？试作图说明（假定焊丝直径、伸出长度均相同）。

五利用CO2焊焊接低碳钢时，如错用埋弧焊焊丝（H08A），会出现什么后果？为什么焊接方法及设备1一名词解释1答：利用Al、Fe等作阴极时，阴极的温度低，电子热发射能力很弱，不能通过热发射提供弧柱导电所需要的电子流，从而使阴极前面出现一空间正电荷区；该区域具有较大的电场强度及电压，在较大的电场强度及电压作用下，该区以电场发射及电场作用的电离产生电子，弥补热发射能力的不足，满足弧柱导电需要，这种导电机构称为电场发射型导电机构。

2答：对于钢焊丝MIG焊，当焊接电流大于临界电流时，熔滴以细小的颗粒，很大的加速度，呈束流状过渡，这种过渡形式被称为射流过渡。

3答：对于一定的加热热源，单位有效加热面积上的热功率被称为电弧功率密度。

电弧加热工件的有效区域被称为加热斑点。

4答：正常的转移型等离子电弧应稳定地燃烧在钨极与工件之间，由于某种原因，有时会形成一个燃烧于钨极-喷嘴-工件之间的串联电弧，从外部观察到两个电弧同时存在，这就是双弧。

5 固有自调节：对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，熔化系数随电弧电压的增大而减小，所以当弧长发生变化时，电弧本身具有恢复原来弧长的能力。

这种能力被称为弧长固有自调节作用。

（或对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，ν=k i I - k u U中的K U很大，利用等速送丝匹配恒流特性的电源就可依靠弧长波动时产生的∆ν=- k u∆U来保证电弧弧长的稳定，这种弧长调节作用被称为固有自调节作用）二简答题1 答：熔化速度为单位时间内熔化的焊丝重量或长度。

影响熔化速度的主要焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、极性接法、保护气体的成分及焊丝直径、电阻率、伸出长度。

1）焊接电流越大，熔化速度越大；2）电弧电压较大时电压对熔化速度无影响，电弧电压较小时，随着电弧电压的减小，熔化速度（系数）增大；3）焊丝接正极时熔化速度较小，焊丝接负极时熔化速度较大；4）焊丝接正极时保护气体对熔化速度无影响，焊丝接负极时，在Ar弧中加入CO2或O2可增大熔化速度；5）焊丝直径越小或电阻率越大或伸出长度越长，熔化速度越大2 答：与TIG焊相比，等离子弧焊的热源特性有如下变化：1）温度高，能量密度大；2）等离子弧的稳定性、刚直性增大；3）小电流电弧更加稳定（利用联合电弧时）4）电弧的扩散角更小；5）热源成分不同，TIG焊时加热工件的主要热量为极区产热，而等离子弧焊时加热工件的热量有很大一部分来自弧柱。

等离子弧焊接与TIG焊均采用陡降特性的电源，如利用纯Ar作等离子气，空载电压只需要60~80V，与TIG焊空载电压大致相同，因此可用TIG焊电源。

如利用Ar+H2作等离子气，需要的空载电压明显高于TIG焊电源的空载电压，不可利用TIG焊电源（但可将两台TIG焊电源串联起来使用）。

3 答：可选用短路过渡MIG焊、短路过渡CO2焊、脉冲控制MIG焊。

利用熔化极气体焊进行全位置焊接时，熔池的位置以及熔池与熔滴的相对位置一直处于变化之中，因此，熔池的保持及熔滴过渡均较困难。

短路过渡工艺及脉冲MIG焊可解决上述问题，这是因为短路过渡时电流较小，熔池体积及熔池重量较小，熔池易于保持，而且，短路过渡依靠焊丝与熔滴间的缩颈发生爆破时的爆破力进行过渡，无论熔池与熔滴的相对位置如何，总能促使熔滴向熔池过渡。

脉冲MIG焊能够在很小的线能量下实现射流过渡，熔池的体积较小，易于保持，同时射流过渡是在等离子流力作用下过渡的，无论熔池与熔滴的相对位置如何，总能促使熔滴向熔池过渡。

4 答：对于一般TIG 焊设备，钨极与工件接触时，焊接回路短路，回路中电流很大，钨极过热，一方面使钨极受到损伤，降低使用寿命；另一方面，钨熔化后进入熔池造成焊缝夹钨，降低焊缝机械性能；因此，TIG 焊一般不使用接触引弧。

如果使用接触引弧，应在焊接设备上附加一电流切换装置，该控制装置应实现下列功能：1）钨极与工件接触时，将短路电流控制在较低的水平上，仅使钨极预热而不致使钨极熔化；2）钨极提起时迅速将焊接回路的电流切换为正常焊接用大电流，使电弧引燃，进行正常焊接。

5 答：等离子弧依靠下列三种压缩作用提高功率密度：1）水冷铜喷嘴的机械压缩作用，水冷铜喷嘴的孔径限制了弧柱横截面面积的自由扩大；2）喷嘴冷却水产生的冷压缩作用，冷却水使电弧受到冷却，且在喷嘴内壁附近形成冷气膜，进一步压缩了电弧；及3）电磁压缩，在前两种压缩作用下，电弧电流密度提高，电磁收缩力增大，进一步使电弧受到压缩。

当电弧受到压缩后，电弧的电流密度及电场强度提高，从而使电弧的功率密度提高。

三（15分） 答：不选用纯Ar 作保护气体而选用Ar+CO 2或Ar+O 2或Ar+O 2+CO 2的原因如下：1）利用纯Ar 焊接时易产生指状熔深，加入适量的O 2及/或CO 2可有效地防止指状熔深；2）利用纯Ar 焊接时，熔池金属的表面张力大，易产生气孔，焊缝金属润湿性差，易产生咬边缺陷，加入适量的O 2及/或CO 2可有效地较低熔池金属表面张力，改善焊缝成形；3）利用纯Ar 焊接时，电弧阴极斑点不稳定，易产生飘弧现象，加入O 2及/或CO 2后，可在熔池表面形成一层氧化膜，稳定阴极斑点，进而使电弧稳定，而形成的氧化膜又不断破碎掉。

四（15分） 答：熔化极电弧焊时必须保持弧长的稳定。

等速送丝系统依靠自调节作用保持弧长的稳定，自调节作用的灵敏度取决于∆νm =k i ∆I ，而k i 又决定于焊丝直径，焊丝直径越大，k i 越小，自调节作用的灵敏度越低，因此等速送丝系统仅适用于细丝。

等熔化曲线的方程为U k k k I iu i f+=ν，ki 随电阻率的增大而增大，由于18-8不锈钢的电阻率比低碳钢大，因此，与采用低碳钢时焊丝相比，采用18-8不锈钢焊丝焊接时等熔化曲线向左移动。

五（15分）答：利用CO2焊焊接低碳钢时，如错用用埋弧焊焊丝（H08A），会造成以下后果：1）焊缝中合金元素Si、Mn含量低；焊缝机械性能差；2）严重飞溅；3）CO气孔。

原因如下：1）由于CO2焊具有较强的氧化性，使焊丝及熔池中的Si、Mn、C、Fe严重烧损，而H08A焊丝中的Si、Mn含量很低，无法弥补这种烧损损失，因此熔池及熔滴中的Si、Mn、C含量低，熔池结晶后的焊缝中合金元素Si、Mn含量低，使焊缝机械性能变差。

此外，由于大量的Fe被氧化成FeO，且少量FeO进入熔池及熔滴，与C发生下列反应：FeO + C = Fe +CO。

2）熔滴中的FeO与C反应生成的CO在电弧的高温作用下聚集，压力增大，使熔滴爆炸，引起严重的飞溅。

3）熔池中的上述反应产生的CO气体，不易析出，从而导致CO气孔。

电弧焊及电渣焊 B一名词解释1 电磁收缩效应2 固有自调节3 小孔效应4 电场发射型阴极区导电机构二简答题1 熔化极气体保护焊通常选用哪些保护气体？它们各有何特点？2 正弦波交流TIG焊为什么易产生直流分量？直流分量有何危害？如何防止？3 用MIG焊焊接中等厚度铝合金时最好选用何种过渡方式？为什么？4 与TIG焊相比，等离子弧的电弧静特性有何变化？请解释之。

5 为什么CO2焊常选用H08Mn2SiA等含Mn、Si量较高的焊丝？如选用H08A将导致何种危害？三普通短路过渡CO2焊适用的焊丝直径为0.8~1.2mm，电流为80~130A，电压为18~22V，否则会造成很大的飞溅，请解释原因。

四1）粗丝埋弧焊为什么必须选用弧压反馈送丝系统？如何匹配电源？2）将焊丝由5mm改为3.5mm后，电弧电压及电流调节范围如何变化？为什么?（作图说明）五自动TIG焊电弧有无弧长自调节作用？为什么？弧长波动影响哪些焊缝形状尺寸？弧长波动过大时会引起何种后果？如果要保持弧长稳定，你认为应采取何种措施焊接方法及设备2一名词解释（10分）1 答：电流流过导体（如电弧或熔滴）时，整个电流可看作由许多通以同向电流的电流线组成，这些电流线间存在相互吸引力，使导体的断面具有收缩的趋势，这种效应被称为电磁收缩效应。

2 答：对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，熔化系数随电弧电压的增大而减小，所以当弧长发生变化时，电弧本身具有恢复原来弧长的能力。

这种能力被称为弧长固有自调节作用。

（或对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，ν=k i I - k u U中的Ku很大，利用等速送丝匹配恒流特性的电源就可依靠弧长波动时产生的∆ν=- ∆k u U来保证电弧稳定，这种弧长调节作用被称为固有自调节作用）3 答：在进行穿孔型等离子焊接时，等离子弧将工件完全穿透并在等离子流力的作用下形成一个穿透工件的小孔，熔化金属被排挤到小孔周围，随着等离子弧在焊接方向的移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方移动，于是小孔跟着等离子弧向前移动。

稳定的小孔是不加衬垫实现单面焊双面成形的最佳方法。

4 答：利用AL、Fe、Cu等作阴极时，阴极的温度低，电子热发射能力很弱，不能通过热发射提供弧柱导电所需要的电子流，从而使阴极前面出现一空间正电荷区，该区域具有较大的电场强度及电压，在较大的电场强度及电压作用下，该区以电场发射及电场作用的电离产生电子，弥补热发射能力的不足，满足弧柱导电需要，这种导电机构称为电场发射型导电机构。

5 答：对于一定的加热热源，单位有效加热面积上的热功率被称为电弧功率密度。

电弧加热工件的有效区域被称为加热斑点。

三简答题（共45分）1 答：1）焊接Al及Al合金、Mg及Mg合金通常选用Al+He作保护气体，这是因为该混合气体具有良好的工艺特点：a）熔滴沿轴向过渡，飞溅小；b）熔深呈碗形；c）电弧温度高、熔透能力强。

2）焊接不锈钢时选用Ar+CO2或Ar+O2或Ar+O2+CO2，这是因为是：a）利用纯Ar焊接时易产生指状熔深，加入适量的O2及/或CO2可有效地防止指状熔深；b）利用纯Ar焊接时，熔池金属的表面张力大，易产生气孔，焊缝金属润湿性差，易产生咬边缺陷，加入适量的O2及/或CO2可有效地较低熔池金属表面张力，改善焊缝成形；c）利用纯Ar焊接时，电弧阴极斑点不稳定，易产生飘弧现象，加入O2及/或CO2后，可在熔池表面形成一层氧化膜，阴极斑点，使电弧稳定，而形成的氧化膜又不断破碎掉。