第4章作业参考答案

第4章作业参考答案

1.“焊接”含义及其与“连接”的区别是什么？简述熔焊、固相焊/固态焊和钎焊的含义。

连接指将两种或两种以上分离材料或零部件通过相互之间的紧固或界面冶金结合形成一个结构整体或复杂零件；而焊接指通过热、力或二者相互作用，使用或不使用填充材料，使被连接材料间形成原子间冶金结合并形成永久性接头。连接包含焊接，二者区别在于，焊接通常借助热、力或二者共同作用，而连接并不一定；从结果上看，焊接要形成原子间冶金结合的永久性接头，而连接仅仅是形成一个结构整体，并不一定是冶金结合或永久性的。

熔焊：将母材局部加热熔化为液态再冷却结晶成接头的焊接方法。

固相焊/固态焊：通过加压、摩擦、扩散等措施，克服母材表面不平，除去母材表面氧化膜及污染物，使其焊接表面的原子相互接近到晶格距离，实现固态条件下焊接的方法。

钎焊：通过某些熔点低于被连接材料的填充材料加热熔化，在未熔焊件连接界面上润湿铺展，与母材相互扩散然后冷却结晶形成结合的焊接方法。

2.焊接热源主要有哪些及其特点？焊条、药芯焊丝、焊剂、焊接气体在焊接过程中的主要

作用分别是什么？

根据焊接生产的基本要求，满足焊接条件的焊接热源有以下几种：

1. 电弧热：利用气体介质在两电极之间产生的强烈而持久的放电过程所产生的热能作

为焊接热源，对应的焊接方法称为电弧焊，如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊（如钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护电弧焊和熔化极活性气体保护电弧焊）等多种焊接方法。

电弧热是现代焊接中应用最广泛的热源。

2. 等离子弧：利用等离子焊炬，将阴极和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度

及高能量密度的电弧作为焊接热源，对应的焊接方法称为等离子弧焊。

3. 电子束：利用真空中被电场加速的集束电子轰击被焊工件表面所产生的热能作为焊

接热源，对应的焊接方法称为电子束焊。由于电子束热能高度集中且在真空中焊接，故电子束焊的接头质量很高。

4. 激光束：通过受激辐射而使放射增强的光，经聚焦产生能量高度集中的激光束作为

焊接热源，对应的焊接方法称为激光焊。

5. 化学热：利用可燃性气体的燃烧热和铝、镁热剂的反应热来作为焊接热源，相应的

焊接方法有气焊、热剂焊等。

6. 电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接电源，如电阻焊。采用这种热

源的焊接工艺具有高度的机械化和自动化水平，但需要强大的电力供应。

7. 高频热源：利用高频感应产生的二次电流作为热源，对具有磁性的金属材料进行局

部集中加热，其实质是电阻加热的另一种形式。这种加热方式的能量高度集中，故可实现很高的焊接速度，如管材的高频焊。

8. 摩擦热：利用机械摩擦所产生的热量进行焊接，如摩擦焊、搅拌摩擦焊。

每种焊接热源都具有不同的特性，如最小加热面积、最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度等。这些特性不同，所得到的焊缝质量也不相同。理想的焊接热源应具有加热面积小、功率密度高和加热温度高等特点。

焊条：焊条作为与焊件产生电弧的一个电极，是焊接回路的组成部分；另外，在焊接热源的作用下，焊条受热熔化，以熔滴的形式进入熔池，与熔化的母材共同组成焊缝。

药芯焊丝：焊接时作为填充金属或同时作为导电的金属丝，药粉可以起到保护作用、冶金作用以及改善工艺性能等作用。

焊剂：对熔化金属起保护和冶金处理作用。

焊接气体：主要起保护作用。

3.焊接接头和焊缝以及焊接坡口主要有哪些？焊接接头的设计原则是什么？

接头类型：（1）对接接头：将同一平面上的被焊工件的边缘相对连接起来；（2）角接接头：工件之间形成合适的角度被连接的接头；（3）搭接接头：由两个搭接的工件组成的接头；（4）T型接头：相互垂直工件连接起来且形状呈“T”型；（5）卷边接头：工件与至少一个边相互平行，在公共边上实现连接的接头。

焊缝类型：（1）角焊缝；（2）坡口焊缝：（3）点焊缝和缝焊缝；（4）边缘焊缝和堆焊焊缝。

焊接坡口类型：I形坡口，V形坡口，单斜面坡口，U形坡口，单边I形坡口，双面V 形坡口，双斜面坡口，双面U形坡口，单边双面J形坡口。

焊缝设计原则有：焊缝应布置在最有效的地方；焊缝的位置应便于施工和检查，在焊缝的连接板端部应有较和缓的过渡；加强肋等端部的锐角应切去；焊缝不应过分集中；避免焊缝交叉；受弯曲作用的焊缝未焊侧避免受拉应力；动载结构尤应避免将焊缝布置在应力集中处；避免将焊缝布置应力最大处；埋弧焊时应考虑设备调整及工件翻转次数最少；结构尖角部位难以焊到；避免局部腐蚀。（12条）

4.电弧焊、电阻焊、气焊、激光焊、电子束焊、电渣焊、铝热焊的基本原理分别是什么？

电弧焊：通过电极和工件之间放电产生的热量来实现金属焊接的。

电阻焊：通过加热和加压手段实现焊接的熔焊方法，其中热量来源于电流流过焊接接头产生的电阻热。

气焊：利用可燃气体燃烧放热实现熔焊的方法。

激光焊：利用高能量密度的激光束作为热源的熔焊方法。

电子束焊：真空环境下利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生热量并使被焊金属熔化的焊接方法。

电渣焊：通过电弧产生渣池，通过灼热、导电的液态熔渣作用于母材和填充金属从而实现焊接。

铝热焊：利用铝热反应放热进行焊接的方法。

5.等离子弧焊（PA W）与其它弧焊工艺相比有何优势？为什么？激光焊和电子束焊都能产

生很高功率密度，激光焊与电子束焊相比有哪些优点和不足？

PAW引入约束性的等离子电弧进行焊接，其电弧更为集中，能量密度高，焊接温度更高，熔透深度提高，焊接热影响区减小。

激光焊优势：（1）不需要真空环境；（2）激光焊深宽比可达12:1，而空气条件下电子束焊仅能达到5:1；（3）激光可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接；（4）可用光纤进行传输，可达性好。可焊接不导电材料。

不足：设备昂贵，对反射率高的金属焊接比较困难，对透明材料焊接比较困难。

6.熔化焊过程中N、H、O与液态金属的作用特点及其对焊缝金属的影响分别是什么？又分

别可采取哪些措施减少或避免N、H、O的污染？

氮：

作用特点：氮原子能溶解于大部分液体金属中。一般以化学溶解的方式溶入液体金属。

溶解过程较为复杂，包括了如下四个阶段：首先是气相中的氮分子向金属表面移动，之后被金属表面吸附，被吸附的分子在金属表面分解为原子态的氮，最后原子穿过金属表面层向金属深处扩散即溶入液态金属。因此，这是一种纯化学溶解的过程，符合化学平衡法则。

影响：有害作用：（1）形成氮气孔；（2）引起焊缝金属脆化；（3）引起钢材的应变时效脆化；有益：形成弥散的氮化物起强化作用。