焊接工艺学习题解答

第一章

1、解释下列名词：焊接电弧、热电离、场致电离、光电离、热发射、场致发射、光发射、粒子碰撞发射、热阴极型电极、冷阴极型电极。

焊接电弧：由焊接电源提供能量，在具有一定电压的两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：在两电极间的电场作用下，气体中的带电粒子的运动被加速，最终与中性粒子发生非弹性碰撞而产生电离。

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：固态或者液态物质（金属）表面受热后其中的某些电子具有大于逸出功的动能而逸出表面的现象。

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。

光发射：当固态或者液态物质（金属）表面接受光射线的辐射能量时，电极表面的自由电子能量增加最后飞出电极表面的现象。

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。

冷阴极型电极：当使用钢，铜，铝等材料作为阴极时，其熔点和沸点都较低，阴极温度不可能很高，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“冷阴极型电极”。

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：电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。赖以引燃电弧和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依靠电弧中的气体介质的电离和电极的电子发射两个过程。

气体的电离形式有：热电离，场致电离和光电离。

电子发射方式有：热发射场致发射光发射粒子碰撞发射

3、焊接电弧由哪几个区域组成？试述各区域的导电机构。

（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：

A 热发射型——当采用W、C等热阴极型材料作为阴极，而且流过大电流时能发

生热发散性导电。

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 等离子型——低气压钨极氩弧焊或使用冷阴极、小电流时容易产生的一种导电

机构。

阳极区的导电机构——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——电流密度较小时

B 热电离——电流密度较大

4、何谓最小电压原理？

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

证电弧的电场强度具有最小的数值，即在固定弧长上的电压最小。这意味着电弧总是保持最小的能量消耗。

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：指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧

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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、焊接电弧能产生哪些电弧力？说明它们的产生原因以及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状，使得靠近电极处的电磁收缩力大，靠近焊件处的电磁收缩力小，因而形成沿弧柱轴线的推力。在推力作用下较小截面处的高温气体离子向焊件方向流动，同时在电极上方有不断补充的新气体进入电弧区，并加热和强烈电离，产生压力作用。

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。

③影响焊接电弧的因素：焊接电流和电弧电压，焊丝直径，电极的极性，气体介质，钨

极端部的几何形状，电流的脉动等。

9、试述影响焊接电弧稳定的因素。

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电流的种类和极性：直流最稳定，脉冲直流次之，交流电弧稳定性最差；

④焊条药皮和焊剂：含有较多电离能低的元素或化合物可以提高电弧稳定性；

⑤磁偏吹

⑥焊件上的铁锈，水分，油污

１、熔化极电弧焊中，焊丝熔化的热源有哪些？

答：焊丝熔化主要靠阴极区或阳极区所产生的电弧热（主要作用）和焊丝自身的电阻热（预热作用），弧柱区辐射热次要。

２、影响焊丝熔化速度的因素有哪些？是如何影响的？

答：⑴焊接电流的影响：焊接电流增加，焊丝熔化速度加快。⑵电弧电压的影响：电弧电压高时，熔化速度不受电压的影响；电弧电压小时（弧长短），散热少，热效率高，熔化速度相等时需要的电流小。⑶焊丝直径的影响：直径越细焊丝熔化速度越快。⑷焊丝伸出长度的影响：长度越长熔化速度越快。⑸焊丝材料的影响：焊丝材料不同，电阻率也会不同，所产生的电阻热就不同，因而对熔化速度影响也不同。同时材料不同还会引起焊丝熔化系数不同。⑹气体介质及焊丝极性的影响：焊丝为阴极（正接）时，气体介质的成分将直接影响焊丝熔化速度。焊丝为阴极（正接）时的融化速度总是大于焊丝为阳极（反接）时的熔化速度，并随混合气体比例不同而变化；焊丝为阳极时焊丝熔化速度基本不变。

3﹑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、斑点压力、电弧静压力、电弧动压力）、爆破力、电弧气体吹力等。

4、熔滴过渡有哪些常见的形式？各有什么特点？

答：⑴.自由过渡：

①.滴状过渡：

Ⅰ. 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，电弧的稳定性及焊缝质量都较差。

Ⅱ. 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；

Ⅲ.旋转射流过渡；

Ⅳ.射流过渡。

喷射过渡特点：喷射过渡时，熔滴速度高，过渡频率快，飞溅少，电弧稳定，热量集中，对焊件的穿透力强。焊缝中心部位熔深大，适合焊接厚度较大（δ＞3mm）的焊件，不适宜焊接薄板。③爆炸过渡。

⑵.接触过渡：

①.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：熔化的液态金属沿渣壁或套筒落入熔池。

5、解释：熔敷效率、熔敷系数和损失率。

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。

熔敷系数：单位电流，单位时间内，焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量，它标志着焊接过程的生产效率。

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。