焊接原理与工艺复习试题及答案

焊接原理与工艺一、名词解释1、焊接：两种或两种以上材质(同种或异种)，通过加热或加压或两者并用，来达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。

是一种可达到与母材等强度、等塑性、等韧性的材料连接方法。

2、焊接电弧：电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电过程，即是一种气体放电现象。

有自持和非自持两种放电方式。

其特点是电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。

3、电子发射：阳极或阴极表面接受一定外加能量作用时，电极中的电子可能冲破金属电极表面的约束而飞到电弧空间，称为电子发射。

但只有阴极发射的电子在电场的作用下参加导电过程。

4、焊接电弧的热效率：相对于电弧功率（电弧电压×电弧电流），向母材传送的热量所占的比例称作焊接电弧热效率5、直流电弧：是指电弧极性不发生变化的电弧，稳定性好，根据电流形式的不同，可以有恒定电流下的直流电弧和变动电流下的直流电弧。

6、交流电弧：指电弧（电极）极性随时间交替变化的电弧，也就是焊接电流方向按照一定的时间间隔变化，一般用在TIG焊接、等离子弧焊接和焊条电弧焊中。

7、焊接电弧的静特性：稳定状态下焊接电弧的电流电压特性称为电弧的静特性。

静特性曲线是在①某一电弧长度数值下，在②稳定的保护气流量和③电极条件下（还应包括其他稳定条件），改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线。

一般呈现三个区段的变化：下降特性区（负阻特性区）、平特性区、上升特性区。

其特点由电弧本身的性质决定，主要和电弧自身形态、所处环境、电弧产热与散热平衡有关。

8、阴极斑点：根据阴极材料性质及所处状态的不同，在某些场合下，电弧导电通道将主要集中在一个较小的区域，该区域电流密度、温度、发光强度远高于其他区域，称为阴极斑点。

9、最小电压原理：在给定电流和周围条件的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径（或温度）应使电弧电场强度具有最小的数值。

就是说电弧具有保持最小能量消耗的特性。

如果电弧断面大于或小于自动确定的断面，都会引起E增大，即散失能量要增大。

10、电弧的挺直性：电弧挺直性指电弧作为柔性导体具有抵抗外界干扰、力求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。

当电极产生倾斜后，电弧的指向亦随之倾斜，电弧中心线沿着电极的倾斜方向伸展。

11、焊缝成形系数：熔宽与熔深的比值。

12、焊丝的比熔化量：单位时间、单位电流下的脱落金属量，称作焊丝的比熔化量，单位mg/(A·s)13、电弧固有的自身控制特性：焊丝送进速度发生变动时，焊丝比熔化量随可见弧长的减小而增大的特性使电弧具有保持弧长稳定的能力，把这种熔化特性称为电弧固有的自身控制特性。

14、钨极氩弧焊：钨极氩弧焊是以钨材料做电极，在惰性气体保护下进行的焊接，又称为TIG (Tungsten Insertgas)焊或GTA (GasTungsten Arc Welding)。

优点：能够实现高品质焊接，得到优良焊缝。

缺点：焊接效率低于气体方法，氩气等惰性气体的价格稍高。

目前许多产品对焊接品质的要求高于对焊接效率的要求，如精密焊接和非铁金属的焊接。

15、焊接热输入：焊接时电弧对单位长度焊缝输入的热量即焊接热输入在电弧电压Ua一定时由焊接电流I与焊接速度Vw的比值（I/Vw）确定。

16、活性化TIG焊：活性化焊接是把某种物质成分的活性剂涂覆在被焊件母材焊接区，正常规范下焊接熔深大幅度提高，不锈钢焊接，单层熔深可增加一倍以上，6mm厚板材不开坡口可一次焊透。

17、等离子弧：等离子弧是通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩形成的电弧。

通常情况下的GTA和GMA电弧，为自由电弧，除受到电弧自身磁场拘束和周围环境的冷却拘束外，不受其他条件束缚，电弧相同相对比较扩展，电弧能量密度和温度较低。

若把自由电弧缩进到喷嘴里，喷嘴的孔径小，电弧通过时，弧柱截面积受到限制，不能自由扩展，产生了外部拘束作用，电弧在径向上被强烈压缩，形成等离子弧。

18、飞溅率：在焊接过程中，大部分焊丝熔化金属可以过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞到熔池以外的地方，这种现象称作“焊接飞溅”。

用飞溅率(Ψ)表示焊接飞溅量的大小，定义为飞溅损失的金属与熔化焊丝重量的比值，它与焊接规范参数、工艺参数及熔滴过渡形式密切相关。

实际测量飞溅率有两种办法：一是焊接后收集飞溅颗粒；二是通过测量焊丝损失系数Ψs来一定程度表示焊接飞溅率。

19、埋弧焊：预先把颗粒状焊剂散布在焊接线上，焊丝通过焊丝装置，自动连续地向焊剂中送进，在焊丝迁都与母材间引燃电弧进行自动电弧焊。

由于电弧掩埋在焊剂里面，从外部看不见，故称为埋弧焊。

具有以下优点：a) 生产效率高；b) 焊接金属的品质良好、稳定；c) 焊缝外观非常美观；d) 焊接成本低；e) 操作环境好。

二、简答题1、焊接金属是金属连接的主要方法，其特点和应用有哪些（举一些实例）特点突出：高性能（可达到与母材等强度、等塑性、等韧性，尤其是动载性能）高可靠（永久连接）高适应性（在各种环境下能焊接各种复杂构件）高效率（适应大工业批生产）应用面广：机械制造、石油化工、造船、车辆、航天航空、冶金、家用电器、仪器仪表、军工武器设备，以及IT工业、医学等。

2、近年来焊接技术的若干新技术有哪些？（1）焊接机器人（2）搅拌摩擦焊（3）高能束焊（激光焊、电子束焊）（4）极限环境下的焊接（水下/太空等）（5）微连接发展方向：高效、高能、精密、低温（固相连接、）复合、自动化、智能化、特种环境3、电弧焊按保护方式可分为哪两类？主要的电弧焊接方法有哪些？电弧焊按保护方式可分为渣保护电弧焊和气体保护电弧焊；主要焊接方法有：钨极氩弧焊、等离子弧焊、熔化极氩弧焊、CO2电弧焊、混合气体保护熔化极电弧焊、熔化极等离子弧焊接、埋弧焊、焊条电弧焊。

4、电弧中带电粒子的产生方式有哪些？电弧中带电粒子的产生主要是气体的电离和阴极的电子发射；气体的电离包括热电离、电场作用下的电离、光电离；外界能量的传递方式有碰撞和光辐射；阴极电子发射根据外加能量形式的不同可分为：热发射、电场发射、光发射、粒子碰撞发射。

5、电弧的构造与电弧电压1）维持电弧放电的条件：①放电气隙内带电粒子的生成；②保持阴极、阳极与电弧间电的连续性2）电弧的构造和电弧电压构造包括：阳极压降、弧柱压降、阴极压降。

6、电弧压力与等离子气流力电弧不仅仅是一个加热源，同时也是一个力源。

电弧力与焊接中表现出的熔池形态、熔池尺寸、熔滴过渡、焊缝成形等有密切关系，同时也是形成不规则焊缝、产生成形缺陷、造成焊接飞溅的直接原因。

等离子流力：电弧中的压力差使较小截面处的高温粒子向工件方向流动，并有更小截面处的粒子补充到该截面上来，以及保护气氛不断进入电弧空间，从而形成连续不断的气流，称作等离子流力。

电弧压力包括：电弧静压力（电磁收缩力）、电弧动压力（等离子流力）、斑点力、爆破力、熔滴冲击力。

电弧压力主要受气体介质、电流和电压（弧长）、电极（焊丝）直径、电极（焊丝）极性、钨极端部几何形状、脉动电流的影响。

7、电弧的阴极清理作用与应用阴极斑点有自动跳向温度高、热发射强物质上的性能，如果金属表面有低逸出功的氧化膜存在，阴极斑点会自动寻找氧化膜的倾向。

惰性气体中的电弧在以金属板（丝）作为阴极的情况下，阴极斑点在金属板（丝）上扫动，除去金属表面上的氧化膜，使其露出清洁金属面，称作电弧的阴极清理作用或氧化膜破碎作用。

应用：有色金属的ＭＩＧ焊接中，通常是以母材作为阴极，在有色金属的TIG焊中要利用交流电弧进行焊接，其主要原因都是利用阴极清理作用，其中铝材料焊接最具代表性。

8、母材融化断面形状在电弧热作用下，母材的熔化形态基本上由母材的热物理参数（比热、热传导率等）、母材的形状、焊接速度等决定，并受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响。

母材融化断面形状主要有三种形态：单纯熔化型、中心熔化型、周边熔化型9、熔池金属的对流驱动力熔池中金属的对流对材料焊接区的热输送现象及所形成的焊缝形状尺寸有很大的影响。

a) 电弧等离子气流作用下产生的熔池金属的对流b) 由于熔池表面上的表面张力产生的对流，称作表面张力流。

c) 熔池内部流动着的电流产生的电磁力引起的对流，称作电磁对流d) 是由于熔池内部熔化金属密度差引起的对流，称作浮力流。

10、何为表面张力正温度学说？其对熔池金属流动的影响如何？表面张力正温度学说：纯金属的表面张力随温度的升高而降低，但当有表面活性元素存在时，表面张力的温度系数却会转变为正值。

这是由于温度升高，存在于表面的活性元素量在逐渐减少。

11、常见的焊缝缺陷有哪些？焊缝缺陷有多种，比如内部缺陷和外部缺陷、微观组织缺陷和宏观缺陷等，气孔、夹渣、裂纹等除与焊接规范和工艺有关外，更主要的是受到焊缝冶金因素和焊接热循环的影响。

1）未焊透和未熔合：单面焊接时，接头根部未完全焊透的现象叫未焊透。

单层焊、多层焊或双面焊时，焊道与母材之间、焊道与焊道之家未能完全结合的部分称作未融合。

2）焊穿：焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊道形成穿孔的现象。

焊接电流过大、焊速过小。

3）咬边和凹坑：对应高速焊接的电弧和熔池，由于焊速很快，焊缝两侧的金属没有被很好熔化，同时熔化金属受表面张力的作用容易聚集在一起而对焊趾部位的润湿性不好，容易形成固液态剥离，凝固后出现咬边；由于电弧压力过大，融化金属经由熔池底部流向后部，就形成了凹坑焊道。

4）焊瘤：焊瘤有两种表现形态：一是熔化金属流淌到焊缝区以外未熔化母材上聚集成金属瘤，这是由于填充金属过多引起的，或熔池重力作用的结果；另一是直接在焊缝上聚集成大的金属瘤，多数情况是由于不稳定的熔滴过渡造成的。

12、钨极氩弧焊接的钨电极应具有哪些性质？列举其种类。

电弧放电中的钨电极需要具有如下几个方面的性质：a) 电弧引燃容易、可靠，电弧产生在电极前端，不出现阴极斑点的上爬；b) 工件中产生的熔化变形及耗损对电弧特性不构成大的影响；c) 电弧的稳定性好。

钨电极有：纯钨电极、钍钨电极、铈钨电极、锆钨电极；还有在研制的镧钨电极（W+1%La02）、钇钨电极（W+2%Y2O3）。

13、CO2保护电弧焊中熔池脱氧及焊缝金属的合金化。

1）熔池脱氧焊丝中含有足够量的Mn及Si元素，由于Mn和Si与O的亲和力大于C与O的亲和力，液态金属中的FeO首先与Mn、Si结合进行脱氧反应，可阻止CO的产生，进而防止焊接去气孔的产生;2FeO + Si Û 2Fe + SiO2 FeO+ MnÛ Fe + MnOMnO和SiO2做为非金属夹杂如果残存在焊缝金属中，会降低焊缝金属的机械性能，因此需要采取措施使脱氧生成物在液态金属尚未凝固之前能够浮出水面单独采用Si做脱氧剂，SiO熔点高，颗粒小，不易浮出熔池；单独采用Mn时，Mn的脱氧能力较小，生成物密度大，也不易浮出熔池还可选择其他元素做脱氧剂，选用原则：一是与O的亲和力要大于Fe与O的亲和力，能把O从FeO中置换出来；二是不对焊接过程和焊缝构成不良影响，比如形成气孔、飞溅、夹渣等这类脱氧剂还有Al：能力最强的脱氧剂，在2273K以下温度，Al对O的亲和力比C还大，能有效抑制CO气孔的生成，但Al会降低焊缝金属的抗热裂纹能力；Ti：强脱氧剂，还可对金属起到细化晶粒的作用，与N结合，防止钢的时效2）焊缝金属合金化:为了防止气孔、减少飞溅以及降低焊缝产生裂纹的倾向性，CO2电弧焊焊丝中的含C量一般都限制在0.15％以下。