电弧焊基础复习思考题.doc

金属弧焊工艺思考题

1、焊条的发明年份是哪一年？
1885年俄国人发明
2、SMAW GTAW PAW SAW MIG和TIG的含义是什么？
SMAW焊条焊接法
GTAW是钨极氩弧焊
PAW是等离子弧焊
SAW是埋弧焊
MIG是惰性气体保护金属极电弧焊
TIG是钨极惰性气体保护焊
3、什么是自持放电和非自持放电？
自持放电：当放电电流达到一定程度以后，取消最初的诱发措施，气体导电过程本身亦可以再次产生维持导电所需的带电粒子，与回路电流平衡，使放电继续下去。
非自持放电：当外加电压较低时，只有由外界电离因素所造成的带电粒子在电场中运动而形成气体放电电流，一旦外界电离作用停止，气体放电现象即随之中断。
4、电弧中带电粒子的产生方式是什么？
带电粒子有两个来源：一是电源通过电极（阴极）向气隙空间发射电子，二是气隙中的中性粒子被电离产生电子和离子。
5、电离能的高低与电弧稳定性有何关系？
使中心粒子失去外层电子所需要的最低外加能量称为电离能，其又分为第一电离能、第二电离能等。一般以第一电离能来表示粒子电离的难易，若电离能越小，表示粒子越容易被电离，有利于电弧的稳定燃烧；反之则不利于电弧稳定燃烧。当电弧空间为混合气体时，电离能较低的将先电离，所需外加能量也主要取决于这种气体的电离能。
6、什么叫电离、解离、激励？
电离：中性粒子处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子称之为电离
解离：电弧中的多原子气体（是由两个以上原子构成的气体原子）在热作用下分解为原子的现象称为解离
激励：当中性粒子接受外来能量的作用还不足以使电子完全脱离气体原子或分子时，但可能使电子从较低的能级转移到较高的能级，这种现象称为激励。
7、弧光是如何产生的？
电荷通过两电极间气体空间的一种导体过程，一种气体放电现象
8、复合易在何处进行？为什么？
往往出现在电弧温度较低区域，以电弧外围区域表现更为频繁，由于该区域的温度低，粒子运动速度低，产生非弹性碰撞的几率大，更多的是正负粒子的相互吸引而结合成中性粒子。在电弧的阴极区，由于电子密度集中，也会与弧柱区过来的正离子产生复合。
9、什么是阴极斑点、阳极斑点，二者有何异同？各优先在何处产生？
阴极斑点：电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的光亮极小区域。
阳极斑点：电弧放电时，正电极表面上集中接受电子的光亮微小区域。
相同点：用低熔点材料或者高熔点材料，但电流很小，做电极才能产生阴极阳极斑点，都具有温度高，粘着性，自动选择性，都阻碍溶滴过度
相异点：阴极斑点电流密度大于阳极斑点，斑点力阴极大于阳极
10、什么是热发射，有何特点？什么情况下发生场发射？有何特点？
热发射：金属表面承受热作用而产生电子发射的现象。
阴极采用W,C等高熔点材料，且电流较大的情况下，发生热发射
特点：阴极表面不会有正离子堆积，阴极压降趋于0，阴极区覆盖整个阴极表面，对于阴极有强烈的冷却作用，阴极上不存在阴极斑点
场发射：当阴极材料为W,C且电流较小时，或阴极采用熔点较低的Al Cu Fe时，发生场发射
特点：有正离子堆积，阴极前面有正电性场，有阴极压降区 无冷却作用
11、电弧是如何产热的？弧柱区的产热对焊丝和母材的加热与熔化有多大贡献？
电弧产热：焊接电弧的产热来自电源输入电能的转换，电源输入的总能量Pa=I(Ua+Uc+Up)，该能量在电弧中转换为热能，光能，磁能，机械能，其中热能占绝大部分，并以传导，对流，辐射等形式给予周围气体，阳极和阴极材料在动态稳定中保持产热和散热平衡。
一般电弧焊接过程中，弧柱的热量只有很少一部分通过辐射传给焊条和工件，当电流较大，有等离子流产生时，等离子流把弧柱的一部分热量带到工件，增加工件的热量。
12、阴极区产热总是比阳极区产热大吗？
不是，如钨极氩弧焊采用直流正接，就是因为阳极产热大于阴极产热，为避免钨极烧损的缘故。
酸性焊条电弧焊时阳极产热大于阴极产热。
碱性焊条电弧焊时阳极产热小于阴极产热。
13、热效率的影响因素有哪些？画出等熔化曲线并解释之。
热效率影响因素：焊接方法，母材情况，弧长因素
14、电弧力有哪些？有哪些影响因素？这些力对焊缝成形、熔滴过渡及飞溅有何影响？
电弧力包括：电磁收缩力，等离子流力，斑点压力，短路爆破力
影响因素：1、气体介质：导热性强或多原子气体会导致电弧压力上升。
气体流量或者气体压力上升也会导致电弧压力上升
2、电流和电弧电压：电流大---电弧力大。电压大---电弧力大
3、焊丝直径：直径越细，电弧力越大
4、焊条极性：①TIG焊时：钨极接负时，电弧压力大。反之，电弧压力小
②熔化极气体保护焊时，直流正接时，阴极斑点压力大，阻碍溶滴过渡，所以电弧压力小，反接时，电弧压力大。
5、钨极端部几何形状：钨极端头角度越小，电弧力越大。
6、电流脉动
电磁收缩力：对溶滴过渡有双重性
等离子流力：促进溶滴过渡
斑点力：阻碍溶滴过渡
爆破力：造成飞溅
15、阴极清理作用的机理是怎样的？有何利弊？在焊接哪一类材料时应利用阴极清理作用？
正离子受阴极电场加速并以很高的速度冲击阴极表面，使阴极上氧化膜破碎并消失；通常情况下氧化膜功函数小于纯金属，所以阴极斑点会不断移动，寻找新的氧化膜，形成新的阴极斑点，从而将电弧覆盖区内的氧化膜扫除。
焊接有色金属应利用阴极清理作用

16、为什么会产生磁偏吹？如何防止和利用？
产生磁偏吹的原因：1、导线接线位置2、电弧附近的铁磁性物质3、电弧处于工作端部4、两个平行电弧间的吸引/排斥
防止措施：尽可能采用交流弧焊电源；用短弧操作；大工件采取焊缝两侧接地线；消除工件剩磁及周围铁磁体；用厚皮焊条代替薄皮焊条。
17、气体保护效果的影响因素有哪些？
影响因素：1、气体流量，流量过小，气流挺度差，排除周围空气能力弱；流量过大，气流近壁层流很薄，甚至形成紊流。2、喷嘴至工件距离：距离小，保护效果高3、焊接速度和侧向风4、焊接接头形式。
18、表征焊缝形状尺寸的参数有哪些？这些参数与焊缝质量间有何关系？
1、参数：熔深H 熔宽B 余高a
2、焊缝成形系数ψ=B/H 影响熔池中气体排出的难易，熔池结晶方向，成分偏极，裂纹倾向等； 余高：避免熔池金属凝固收缩引起的缺陷，提高焊缝接头强度，但余高过高会引起应力集中，降低抗疲劳强度。
19、熔深、熔宽的影响因素有哪些？
1、电流，电压，焊接速度的影响：电流上升，熔深增大，余高增大，熔宽降低
电压上升，熔深下降，余高下降，熔宽增大
速度上升，熔深下降，余高下降，熔宽下降
2、电流种类，极性及电极尺寸对焊缝尺寸的影响
TIG焊时，直流正接熔深最大，反接时熔深最小，交流介于两者之间
熔化极弧焊时，直流反接时，熔深熔宽大于正接，交流介于两者之间
TIG时 钨极端部越尖锐，熔深上升，熔宽下降
熔化极弧焊时，焊丝越细，熔深上升，熔宽下降
3、其他工艺因素：干伸长，坡口形式尺寸间隙大小，电极与工件间倾角，接头空间位置和焊接方式
20、焊丝的熔化热有哪些？熔化速度的表达式是怎样的？熔化速度受哪些因素的影响？
焊丝的熔化热包括：焊丝端部的产热，干伸区电阻产热，电弧弧柱区的辐射，对流传热对焊丝的加热
熔化速度表达式：Uf=αI+βLeI²
影响因素：①电流 电流增大，焊丝电阻热与电弧热上升，熔化速度上升
②电弧电压 电压较高时 V主要取决于电流
电压较低时（弧长2-8mm） 弧长降低，V增大
③气体介质 焊丝为阴极时的熔化速度大于焊丝为阳极的V（因为Pc>>Pa）
Pc受保护气种类影响
④焊丝直径 直径越细，电流密度大，V上升
⑤干伸长 干伸长增大，电阻热增大，V增大
⑥焊丝材料
21、熔滴上的作用力有哪些？这些力对熔滴过渡、飞溅及焊缝成形有何影响？
重力：平焊 促进溶滴过渡
立焊，仰焊 阻碍溶滴过渡
表面张力： 滴状过渡都阻碍
短路过渡促进
电磁收缩力： 阳极区直径＞焊丝直径 促进
阳极区直径＜焊丝直径 阻碍
等离子流力，气体吹送力，促进溶滴过渡。
金属蒸汽反作用力，斑点压力，阻碍熔滴过渡
爆破力造成飞溅
22、TIG有何特点？其生产率低的原因有哪些？为什么？
TIG焊接特点： 焊接过程中电极不熔化，弧长基本不变，电弧稳定。保护效果好，焊缝及热影响区性能易得到保证，可填丝，也可不填丝，视焊件厚度，接头形式而定
生产率低原因： 钨电极承受电流能力有限，电弧功率受到制约致使焊缝熔深浅，焊接速度低
23、为什么TIG不推荐反极性焊接？
反极性焊接钨极是电弧的阳极，产热量大而易过热熔化，电弧在工件上的产热量少，焊缝熔深浅而熔宽大，生产率低，所以不推荐用反极性焊接
24、TIG的应用特点如何？
应用特点：材料：多用于有色金属及其合金，高合金，特种合金
厚度：多用于薄件（3mm以下）
位置：多用于打底，薄件，也用于填充和盖面
25、TIG和MIG有何异同？
都采用惰性气体保护
相异点：①TIG是钨做电极，MIG是与母材相似的金属焊丝做电极
②TIG电极不熔化，MIG电极熔化，焊丝熔化金属脱落与母材熔化金属共同形成焊缝
26、MIG与CO2气体保护焊有何异同？
主要差别是MIG采用的是惰性气体保护
MIG比二氧化碳气体保护焊的电弧状态要稳定，溶滴过渡平稳，几乎不产生飞溅，但是焊接成本高
27、TIG脉冲焊有哪几种？各有何特点？
低频直流脉冲焊：电弧线能量低，便于精确控制焊缝成形，宜于难焊金属的焊接
高频直流脉冲焊：利于超薄板焊接，利于高速焊接，坡口内焊接得到可靠的熔合，焊缝组织性能好
28、等离子弧焊接与TIG有何异同？
相同点，惰性气体保护，钨作电极
相异点：TIG电弧除了受电弧自身磁场拘束和周围环境拘束外，不受其他拘束，电弧形态扩展，温度和能量密度低。而等离子弧焊接电弧受喷嘴拘束，水冷却拘束，温度能量密度高。
29、等离子弧的工作形式有哪几种？各有何特点？等离子弧的产生机理是怎样的？
转移性 电弧温度较高
非转移性 电弧温度较低
混合性 小电流下的电弧稳定性好

等离子弧产生机理：电极内缩于导电喷嘴内部，产生三种压缩
电弧通过小孔，机械压缩（前提）
水冷却，热收缩（主因）
电流密度高，电磁收缩
电弧直径变小，温度上升，能量密度上升

30、普通电弧与等离子弧在热特性上有何不同？
1、温度高，能量密度大2、电弧刚性大，弧柱截面小3、普通电弧时加热工件的是阳极斑点热，等离子弧加热工件的是等离子流的接触传导及辐射
31、什么是小孔焊接？进行小孔焊接的基本条件是什么？
小孔焊接：等离子弧将工件完全熔透并在等离子流力的作用下形成穿透工件的小孔，熔化金属被排挤在小孔的周围并沿熔池壁向熔池的后方流动，随着等离子弧向前移动，小孔也跟着移动，熔化金属流回小孔凝固而形成焊缝
基本条件：足够的能量密度
32、什么是双弧现象？有何危害？影响因素有哪些？
在转移型等离子弧中，正常情况下转移弧稳定在电极与工件之间，但有时会形成另一个燃烧在钨极-喷嘴-工件之间的串联电弧，这就是双弧。
危害：主弧电流增大，正常的焊接受到破坏，喷嘴过热甚至烧损，导致漏水，焊接过程中断
影响因素：①喷嘴结构参数 ，喷嘴孔径小，孔道长度或内缩长度大，容易形成双弧
②电流过大，易形成双弧
③离子气流量增加，双弧形成的可能性就降低
④喷嘴冷却不良，易形成双弧
⑤离子气份
33、CO2气体保护焊有何特点？其优缺点有哪些？应用情况如何？
优点：焊接生产率高。成本低。变形小适用于薄板焊接。焊接质量高，对铁锈不敏感，焊缝含氢低。适用范围广，全位置操作性好，打底/填充/盖面，厚/薄板均适宜。操作简便。绿色环保。
缺点：电弧燃烧不够平稳，飞溅比较大。不能焊接有色金属，也不适宜焊接高合金钢。焊接过程中产生较大的烟尘，恶化环境
应用：材料:黑色金属----低碳钢，合金结构钢
厚度：厚薄均可，尤其对3-10mm的厚板有优势
位置：全位置
结构：车辆，船舶，工程机械，普通钢构，容器等。
34、为什么CO2气体保护焊易产生飞溅和气孔，阐述其机理并提出改善措施。
气孔原因：气体直接侵入溶池而溶入其中；脱氧产物之一—CO；熔池受到气体冷却，凝固速度快。
限制N₂气孔措施：合理选用喷嘴和调节气流量；短弧操作，避免侧向风
限制H₂气孔措施：清理焊丝，工件上的严重水锈油污，减少二氧化碳气体中水汽进入电弧区。
限制CO气孔措施：限制焊丝中C的含量，加入脱氧元素

飞溅原因：1、电弧形态所决定的溶滴过渡阻力较大2、工艺条件所决定的溶滴短路3、颗粒过渡方式。控制方式所决定的电弧自调节特性。
减少飞溅措施：1、焊材方面，限制焊丝中C含量，采用CO₂+Ar保护
2、工艺参数方面，正确选择电流，尽量减少焊枪倾角，垂直时飞溅最小。限制干伸长，送丝速度均匀，直流反极性。
3、电源方面，控制电流上开速率和短路峰值电流有一个合适的数值
4、新型控制方法，DAC控制法，表面张力过渡控制

35、CO2气体保护焊时对脱氧元素有何要求，为什么有此要求？
与O的亲和力大，生成物不是气体，以免气孔
生成物熔点低，密度较小，且不溶于液态金属
剩余的可作为焊缝合金化元素
36、CO2气体保护焊与埋弧焊有何不同？材料经上述焊接方法焊接后，接头性能上有何不同？
埋弧焊是把电弧掩埋在焊剂里面，电弧稳定，焊缝外观美观均匀，但接头冲击韧性普遍不好，焊缝金属晶粒粗大。以CO2作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称CO2焊
37、短路过渡、细颗粒过渡及喷射过渡有何不同，各适应于何种工况？
短路过渡：在较小的电流低电压时，采用细焊丝时，溶滴未长大就与熔池短路，在表面张力及电磁收缩力的作用下向母材过渡。
使用场合：薄板和全位置焊接。

细颗粒过渡：出现在大电流，低电压，中等直径焊丝，适合在大电流平焊位置焊接厚板。
喷射过渡：Ar气保护，电流密度大，且张长也大的情况，熔深大
场合：中厚板平位置填充，盖面焊。
38、短路过渡的稳定性及影响因素是怎样的？
短路过度的稳定性与电源静特征和动特性有关
1、保证有合适的短路电流上升速度
2、短路电流的峰值Im要适当
3、空载电压恢复要快，有利于电弧重燃
4、短路过渡频率越高，过渡越平稳
39、熔焊设备中有哪些送丝调节系统？其应用情况、调节原理、对外特性的要求、调节精度和灵敏度怎样？
(1)推丝式 推丝式是焊丝被送丝轮推送经过软管而达到焊枪，是半自动熔化极气保护焊的主要送丝方式。这种送丝方式的焊枪结构简单、轻便、操作维修都比较方便，但焊丝送进的阻力较大。随着软管的加长，送丝稳定性变差，一般送丝软管长为3．5～4m左右。
(2)拉丝式 拉丝式可分为三种形式。一种是将焊丝盘和焊枪分开，两者通过送丝软管连接。另一种是将焊丝盘直接安装在焊枪上。这两种都适用于细丝半自动焊，但前一种操作比较方便。还有一种是不但焊丝盘与焊枪分开，而且送丝电动机也与焊枪分开，这种送丝方式可用于自动熔化极气体保护焊。
(3)推拉丝式 这种送丝方式的送丝软管最长可以加长到15m左右，扩大了半自动焊的操作距离。焊丝前进时既靠后面的推力，又靠前边的拉力，利用两个力的合力来克服焊丝在软管中的阻力。推拉丝两个动力在调试过程中要有一定配合，尽量做到同步，但以拉为主。焊丝送进过程中，始终要保持焊丝在软管中处于拉直状态。这种送丝方式常被用于半自动熔化极气体保护焊。
(4)行星式(线式) 行星式送丝系统是根据“轴向固定的旋转螺母能轴向送进螺杆”的原理设计而成的。三个互为120°的滚轮交叉地安装在一块底座上，组成一个驱动盘。驱动盘相当于螺母，通过三个滚轮中间的焊丝相当于螺杆，三个滚轮与焊丝之间有一个预先调定的螺旋角。当电动机的主轴带动驱动盘旋转时，三个滚轮即向焊丝施加一个轴向的推力，将焊丝往前推送。送丝过程中，三个滚轮一方面围绕焊丝公转，另一方面又绕着自己的轴自转。调节电动机的转速即可调节焊丝送进速度。这种送丝机构可一级一级串联起来而成为所谓线式送丝系统，使送丝距离更长(可达60m)。若采用一级传送，可传送7～8m。这种线式送丝方式适合于输送小直径焊丝(φ0．8～1．2mm)和钢焊丝，以及长距离送丝。
40、等速送丝调节系统中规范参数是如何调节的？
其输出的工作电压和焊接电流的相互关系曲线为电源外特性，　主要有平特性和陡降特性两种。
平特性－－恒压特性，电压恒定，等速送丝，当电弧弧长波动导致电压变化时，通过电流的急剧变化来调节弧长的稳定；
陡降特性－－恒流特性，电流基本恒定，当电弧弧长波动导致电压变化时，电流基本不变，而是通过变速送丝来调节弧长的稳定；　
因此，
１。MIG,FCAW 的普通电源都是平特性输出；带脉冲和STT,CMT等功能的除外；
２。SMAW，TIG的电源都是陡降特性输出；带交流脉冲的TIG焊机除外；
３。埋弧焊焊接电源有一些可以实现　两种特性输出。
41、为什么MIG时焊铝要选择亚射流过渡？
1、焊缝熔深均匀，表面成形良好
2、焊缝断面形状趋于合理，可以避免“指状”熔深出现
3、电弧长度短，抗环境干扰能力强
42、熔化极脉冲氩弧焊有何特点？
1、脉冲MIG焊扩大了电流的使用范围。
对于一定直径的焊丝，普通MIG使用的电流都是有限制的，脉冲MIG焊通过脉冲参数的配合可以在较大范围内选择脉冲电流，同时可以在较小的电流下实现稳定的喷射过渡，这样既可以焊接厚板也可以焊接薄板，生产率和焊接变形情况都要比TIG好
2、可控制溶滴过渡和熔池尺寸，有利于全位置焊接
在平焊位置通过脉冲参数的调整，使溶滴过渡按照所希望的方式进行。
进行空间位置焊缝焊接时，由于脉冲电流大，使溶滴过渡具有更强的方向性，有利于溶滴沿电弧轴线顺利过渡到熔池中。
立焊时，由于脉冲平均电流小，所形成的熔池体积也会小一些，再加上脉冲加热和溶滴过渡是间断性发生的，所以熔池金属不会流淌，保持了熔池状态的稳定性。
3、可有效地控制热输入量，改善接头性能。
对于热敏感性较大的材料，通过平均电流调节对母材的热输入或焊接线能量，使焊缝金属和热影响区的过热现象降低，从而使接头具有良好的品质，裂纹倾向性降低。
43、埋弧焊有何优缺点？
优点：1、生产效率高 没有保护气散热损失，也没有电弧辐射能量损失，电弧热利用率达90%以上
2、焊接金属品质良好稳定
3、焊缝外观非常美观 熔化金属凝固过程中受到熔渣的覆盖，能够得到美观的焊缝外形
4、焊接成本低 由于生产率高、缺陷少、品质稳定，其焊接成本与焊条电弧焊相比有大幅度降低
5、操作环境好 虽然是大电流焊接，但由于电弧处于焊剂中，几乎没有有害光线、烟尘、辐射热等对操纵者的影响。
存在的问题：1、设备费用高
2、对坡口的精度有要求
3、焊接姿势受到限制 因为采用的是颗粒状焊剂，因此只限于进行平焊和横焊，其他位置需要采用特殊性能的焊剂或承托焊剂的辅助设备
4、适用材料 埋弧焊的应用对象还主要限定在碳素钢、低合金钢、不锈钢等钢材料的焊接上，而焊接有色金属存在困难。
5、焊缝金属的冲击韧性普遍不好 单层大电流焊接下焊接金属晶粒粗大，缺乏任性。
6、主要用于自动焊，长缝焊、中等以上厚度板的焊接 对于半自动焊和短缝焊，设备移动不如气体保护电弧焊方便；埋弧焊小电流下电弧的稳定性差，也不适合焊接薄板。
44、现代埋弧焊一般采用什么调节系统，为什么？
主要采用的是变速送丝弧压反馈调节系统，因为不论粗细丝，调节灵敏度高