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焊接方法及设备试题焊接方法及设备试题（一）一 名词解释（共5小题，每题2分，共10分）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（共45分）1 试说明各种主要焊接工艺参数对焊丝熔化速度的影响?（5分）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？（7分）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？（7分）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？（7分）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。（7分）6 等离子流力是如何产生的？对熔滴过渡及焊缝成形有何影响？（6分）7 用TIG焊焊接铝及铝合金时一般选用何种电源及极性，为什么？（6分）（以下任选三题）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?（15分）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）。（15分）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（15分）六 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？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（15分）焊接方法及设备试题（一）答案一 名词解释（10分）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，n=kiI - kuU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Dn=- kuDU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（共45分）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6080V，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。6 答：等离子流力产生于锥形电弧中，锥形电弧中的电磁收缩力会导致一从小截面指向大截面的轴向分力，在该轴向分力的作用下，电弧中会形成一从小截面指向大截面的高速高温气流，该气流形成的力即等离子流力。由于等离子流力总是从小截面指向大截面（即从焊丝指向工件），因此总是促进熔滴过渡。由于等离子流力在电弧的径向分布不均匀，中心处特别大，而周边很小，因此易导致指状熔深。7 答：用TIG焊焊接Al、Mg及其合金时，一般采用交流，工件很薄时，也可采用直流反接，这是因为：这些金属及其合金表面有一层致密的氧化膜，焊接过程中必须利用阴极雾化作用去除这层氧化膜，否则会导致熔透不良，焊缝成型差等缺陷，而当采用直流反极性接法及交流电弧时，阴极斑点产生在（交流时周期性地产生在）工件上，利用阴极斑点自动寻找氧化膜的性能可破除氧化膜。 三（15分） 答：不选用纯Ar作保护气体而选用Ar+CO2或Ar+O2或Ar+O2+CO2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O2及/或CO2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O2及/或CO2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O2及/或CO2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Dnm=ki DI，而ki又决定于焊丝直径，焊丝直径越大，ki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，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。六（15分） 答：所谓弧长自动调节作用是熔化极电弧通过弧长变化时所引起的焊丝熔化速度的变化来调节弧长，使弧长恢复到原来弧长的一种的能力。由于TIG焊是一种非熔化极电弧焊（虽然有时也添加焊丝，但焊丝并不作为电弧的一个极），弧长主要决定于钨极端部离工件的距离，因此TIG焊电弧无弧长自调节作用。TIG焊焊接时通常采用恒流电源，弧长变化时，电弧电流变化很小，对熔深的影响较小，但对熔宽的影响较大。波动过大将使焊缝表面的熔宽非常不均匀，电弧不稳，甚至熄灭。因为只要保持导电嘴或钨极端部离工件的距离不变就可稳定弧长，因此，如果一定要保持弧长稳定，可通过将弧压反馈到焊炬驱动电机控制回路中，形成焊炬高度位置自调节系统，保持焊炬离工件表面的位置不变，从而稳定弧长。焊接方法及设备试题（二）答案一 名词解释（共5小题，每题2分，共10分）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5 电弧功率密度，电弧加热斑点二 简答题（共45分）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？（9分）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？（7分）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？（7分）4 与TIG焊相比，等离子弧的电弧静特性有何变化？请解释之。（7分）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？（9分）6 用TIG焊焊接时为什么一般选用直流正极性接法？（6分）（以下任选三题）三 普通短路过渡CO2焊适用的焊丝直径为0.81.2mm，电流为80130A，电压为1822V，否则会造成很大的飞溅，请解释原因。（15分）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）（15分）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（15分）六 试作出短路过渡CO2焊的电弧电压及电流波形；说明短路过渡CO2焊对电源动特性有何特殊要求，并解释其原因。（15分）焊接方法及设备试题（二）答案一 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，n=kiI - kuU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Dn=- DkuU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。二 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。3）焊接低碳刚及低合金钢时可选用CO2气体，这是因为该气体具有如下同一特点：a）熔透能力大，熔敷速度快；b）对H气孔不敏感；3）成本低。2 答：正弦波交流TIG焊时电弧的极性周期性变化，在正极性半波，钨极为阴极，电子发射能力强，电弧电导率高，电弧电压及再引燃电压小。在反极性半波，工件为阴极，电子发射能力低，电弧的电导率低，电弧电压及再引燃电压大。因此正极性半波与反极性半波的电压不对称，这种电压的不对称导致的电流的不对称，正极性半波电流大，而反极性半波小，从而形成了一从工件指向钨极的直流电流分量。直流分量的危害为：1）降低了电弧的加热效率；2）恶化了弧焊变压器的工作条件，消除直流分量的方法是在焊接回路中加上适当的电容，利用电容的通交隔直作用，消除直流分量。3 答：Al合金MIG焊焊接中等厚度铝合金时可选用的熔滴过渡形式有射滴过渡及亚射流过渡两种，最好选用亚射流过渡，其原因是：1）电弧为蹀形，阴极雾化作用大，可有效地避免射滴过渡时易产生的焊缝起皱皮及表面形成黑粉的现象。2）由于采用了恒流电源，焊接过程中弧长在一定范围内变化时，焊接电流始终保持不变，因此焊缝外形和熔深非常均匀。 3）亚射流电弧焊接的焊缝为“碗形”，避免了指状熔深引起的熔透不良等缺陷。4 答：1）由于水冷铜喷嘴的冷却作用，弧柱截面积受到限制，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，因此整个静特性曲线上移，且U特性的平直段较TIG焊小；2）拘束孔道的尺寸及形状对静特性有明显的影响，喷嘴孔径越小，U特性的平直段越小，上升段斜率增大；3）等离子气体的种类及流量不同时，弧柱的电场强度将有明显的变化。4）采用混合型电弧时，下降段的斜率明显减小，小电流电弧稳定。5 答：原因如下：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，为了弥补这种烧损损失，保证焊缝中有足够的Si、Mn含量很低，并抑制熔滴及熔池中的下列反应：FeO + C = Fe +CO，因此，必须采用含Si、Mn量高的焊丝。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）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。6 答：用TIG焊焊接除Al、Mg及其合金以外的金属时通常使用直流正极性接法，其主要原因为：1）这些金属的表面不存在难熔的氧化物，无须阴极雾化作用；2）工件为阳极，工件接受电子轰击时所释放的大量动能和位能，转变为热能，因此焊缝窄而深，生产率高，工件变形小；3）钨极上接受正离子的轰击时放出的热量小，且钨极发射电子时消耗热量，因此钨极上产热少、不易过热；4）与直流反极性相比。同样板厚可采用直径较小的钨极，电弧稳定。三（15分） 答：短路过渡二氧化碳焊时电弧周期性地燃烧、熄灭，其短路过渡的频率是影响焊接过程的稳定性及飞溅的主要因素。1)普通短路过渡二氧化碳焊只能采用直径为0.81.2的细丝，其原因是：焊丝直径较细时，焊丝熔化速度快，因此熔滴过渡周期短、频率快，飞溅小；而焊丝直径过大时，焊丝熔化速度慢，熔滴过渡的频率小，飞溅大。2）短路过渡二氧化碳焊时，电弧电压与熔滴过渡频率间的关系曲线呈开口向下的抛物线形，当电压等于1822V时，过渡频率最大，电压小于该范围或大于该范围时，过渡频率明显减小，电弧稳定性显著下降，飞溅增大。当电弧电压数值比正常短路电压高时熔滴体积长的比较 大，变为以大滴排斥过渡为主，以短路过渡为辅的过渡，在斑点力的作用下，飞溅很大。当电弧电压低于最佳范围时，弧长很短，熔滴于熔池很快接触，燃弧时间很短，但短路时间较长，短路过渡的频率并不能增大，当电压过低时，焊丝未熔化的部分可能会插入熔池，造成固 体短路，由于短路电流很大，使固体焊丝熔断，熔断后的电弧弧长更大，短路频率下降，飞溅增大，甚至导致固体焊丝的飞溅，电弧非常不稳定。3）焊接电流（送丝速度）与熔滴过渡频率间的关系曲线也为开口向下的抛物线形，当电流在80130A范围内时，过渡频率较大，电弧稳定，当电流小于该或大于该范围时过渡频率均下降，使飞溅增大。电流过小时易导致固体焊丝飞溅，而过大时，爆破能量大，细颗粒飞溅大。四（15分） 答：1）熔化极电弧焊时必须保持弧长的稳定。而送丝系统分为等速送速及弧压反馈送丝系统两种（2分）。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Dnm=ki DI，而ki又决定于焊丝直径，焊丝直径越大，ki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。弧压反馈送丝系统通过送丝速度来调节弧长，而送丝速度有弧压控制，其灵敏度与焊丝直径关系不大，粗丝时可保证弧长的稳定（4分）。应匹配陡降特性的电源，以保证调节精度（2分）。2）弧压反馈送丝系统的静特性方程为：焊丝直径影响ki，焊丝直径减小时，ki增大，静特性的斜率增大（3分），因此焊丝由5mm改为3.5mm后，电弧电压及电流调节范围变为一个电流较小、电压较大的区域，如图所示（5分）。五（15分） 答：所谓弧长自动调节作用是熔化极电弧通过弧长变化时所引起的焊丝熔化速度的变化来调节弧长，使弧长恢复到原来弧长的一种的能力。由于TIG焊是一种非熔化极电弧焊（虽然有时也添加焊丝，但焊丝并不作为电弧的一个极），弧长主要决定于钨极端部离工件的距离，因此TIG焊电弧无弧长自调节作用。TIG焊焊接时通常采用恒流电源，弧长变化时，电弧电流变化很小，对熔深的影响较小，但对熔宽的影响较大。波动过大将使焊缝表面的熔宽非常不均匀，电弧不稳，甚至熄灭。因为只要保持导电嘴或钨极端部离工件的距离不变就可稳定弧长，因此，如果一定要保持弧长稳定，可通过将弧压反馈到焊炬驱动电机控制回路中，形成焊炬高度位置自调节系统，保持焊炬离工件表面的位置不变，从而稳定弧长。六（15分） 答：短路过渡对电源动特性的要求为：1）电路中要加上合适的电感，且电感值可调；因为要保证电弧稳定、飞溅小，就必须要求短路电流上升速度合适，这样才能保证缩颈产生于焊丝与熔滴间的交接处，爆破力将大部分熔滴推向熔池，并减小飞溅；此外，还必须要求短路电流峰值合适，以保证适当的爆破能量，不至于产生较大的飞溅。而这两方面均要求电路中串接适当的电感。由于不同直径的焊丝和规范，要求不同的短路电流上升速度和短路电流峰值，因此要求电感可调。2短路完了之后，空载电压恢复速度要快，以保证及时引燃电弧，防止电弧熄灭。焊接方法及设备试题（三）一 名词解释（共5小题，每题2分，共10分）1 热发射型阴极区导电机构2 熔敷效率，熔敷速度 3 比热流，电弧集中系数4 小孔效应5 阴极雾化二 简答题（共45分）1 什么叫射流过渡临界电流? 其大小决定于哪些因素?（7分）2 利用MIG焊焊铝时，一般选择什么混合气体，为什么?（4分）3 试比较正弦波交流TIG焊与方波交流TIG焊的异同点。（6分）4 电弧固有自调节作用与一般自调节作用有何异同? （6分）5 等离子弧是依靠何种原理提高电弧温度的？试根据电弧理论解释。（6分）6 为什么说CO2焊比埋弧焊容易产生气孔？前者最易产生哪种气孔，为什么?（6分）7 斑点力是如何产生的？对熔滴过渡有何影响？（6分）8 用TIG焊焊接时为什么一般选用直流正极性接法？（4分）（以下任选三题）三 脉冲频率对脉冲TIG焊的工艺特点有何影响？并说明不同频率范围的TIG焊的典型使用范围。（15分）四 利用直径为1.6mm的H08MnA焊丝焊接低碳钢时，如何选用电源及送丝系统? 为什么（作图说明）？（15分）五 试比较埋弧焊与CO2焊的冶金特点（以焊接低碳钢为例），两者向焊缝中施加合金元素的方法有何不同？（15分）六 试作出短路过渡CO2焊的电弧电压及电流波形；并说明短路过渡CO2焊对电源动特性有何特殊要求，并解释其原因（15分）焊接方法及设备试题（三）答案一 名词解释（10分）1 答: 利用W、C等作阴极且电弧电流较大时，阴极的温度高，电子热发射能力很强，通过热发射足以提供弧柱导电所需要的电子流，从而使阴极前面不出现空间正电荷区，这种阴极导电机构被称为热发射型导电机构。2 熔敷效率，熔敷速度：熔化极电弧焊时，熔敷到焊缝金属中的焊丝金属重量与熔化的焊丝金属重量之比被称为熔敷效率。单位时间熔敷到焊缝金属中的焊丝重量被称为熔敷速度。 3 比热流，电弧集中系数：通过加热斑点上的任意一点处的单位面积输入到工件中的热量，用数学公式可表示为。中的k为电弧集中系数，为一表示电弧集中程度的物理量。4 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。5 答：所谓阴极雾化是指，利用阴极斑点自动寻找氧化膜的特点，去除Al及Al合金、Mg及Mg合金表面的氧化膜的作用。二 简答题（共45分）1 答：钢焊丝MIG焊时产生射流过渡的最小电流（或产生跳弧的最小电流）被称为射流过渡临界电流。影响因素有：1）焊丝直径越大，临界电流越大；2）电阻率越大，临界电流越小；3）干伸长度越大，临界电流越小；4）保护气体种类，Ar气中加入CO2后，临界电流增大，加入O2的量低于5%时，临界电流减小，大于5%时临界电流增大。2 答：一般选用Ar+He。1）铝为活泼金属必须选用惰性气体；2）选用Ar+He时熔滴沿轴向过渡，飞溅小，而选用纯He时飞溅大；3）选用Ar+He时熔深呈碗形，而选用纯Ar时，产生指状熔深；4）选用Ar+He时电弧温度高、熔透能力强。3 答：相同点是：1）电弧极性周期性地变化，兼具直流正接与直流反接的特点，2）均适于焊接Al及Al合金。不同点：1）正弦波交流易产生直流分量，必须采取稳弧措施，而方波交流不易产生交流分量，无需特殊稳弧措施，只需t+I+=t-I-就可保证不产生直流分量。2）正弦波交流TIG焊电弧不稳定，特别是从正极性半波向反极性半波转变的瞬间，由于反极性半波的再引燃电压较高，电弧难以引燃，因此需采取稳弧措施；而方波交流TIG焊电弧非常稳定，无需采取稳弧措施。3）方波交流TIG焊正负半波的电流及持续时间可调节，因此工艺性能易于调整，而正弦波交流TIG焊则不可。4 答：相同点：1）均通过弧长变化时引起的熔化速度的变化来调节弧长，也就是说均以熔化速度作为调节量；2）均采用等速送丝；3）均适用于细丝。不同点：1）固有自调节作用主用产生在短弧长的Al及Al合金MIG焊中，而自调节作用存在于任何金属的任何熔化极电弧焊中。2）利用固有自调节作用保持弧长稳定时，可采用等速送丝配恒流特性电源；而利用自调节作用保持弧长稳定时，可采用等速送丝配缓降特性的电源；3）固有自调节作用依靠熔化系数（或利用ku）获得足够的熔化速度变化量（Dn=- ku DU）；而自调节作用是依靠弧长变化时电流的变化来保证获得足够的熔化速度变化量（Dn=- ki DI）。5 答 离子弧依靠依靠下列三种压缩作用提高电弧温度：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的横截面面积的自由扩大；2）冷却水的冷压缩作用，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，电弧的电流密度极及电场强度提高，从而使电弧的温度提高。6答： CO2焊时，由于熔池表面没有熔渣覆盖，且CO2气流有冷却作用，熔池的凝固速度较快，因此CO2焊焊缝比埋弧焊容易产生气孔，可能产生的气孔有：CO气孔、H气孔、 N气孔等。最易产生的是N气孔，这是因为：1）CO2焊的焊接区具有较大的氧化性，H易被结合成羟基，因此不易产生H气孔；2）CO气孔产生的根源为下列反应：FeO+C=CO+Fe，二氧化碳焊丝中含有足够的Si、Mn，可阻止该反应，因此CO气孔也不易发生。3）如果保护不好，空气侵入焊接区，N气孔极易发生。7 答：斑点力来源于以下三个方面：1）蒸发反力，由于斑点处的电流密度很大，温度很高，此处强烈蒸发，金属蒸汽导致蒸发反力；2）带电粒子的撞击力，由于电流从斑点进入电极，斑点的电流密度很大，受到大量带电粒子的撞击；3）电流通过斑点时，在熔滴或熔池中形成锥形导电区，电磁收缩力形成一轴向分力，该分力亦构成斑点力。对熔滴过渡的作用决定于电弧的形态，当斑点位于熔滴的底部时，阻碍熔滴过渡，当覆盖整个熔滴时，不阻碍过渡，甚至促进过渡。8 答：用TIG焊焊接除Al、Mg及其合金以外的金属时通常使用直流正极性接法，其主要原因为：1）这些金属的表面不存在难熔的氧化物，无需阴极雾化作用；2）工件为阳极，工件接受电子轰击时所放出的大量动能和位能，转变为大量的热量，因此焊缝窄而深，生产率高，工件变形小；3）钨极上接受正离子的轰击时放出的热量小，且钨极发射电子时消耗热量，因此钨极上产热少、不易过热；4）与直流反极性相比。同样板厚可采用直径较小的钨极，电弧稳定。三（15分） 答：根据脉冲频率范围，脉冲TIG焊分为高频脉冲TIG焊、中频脉冲TIG焊及低频脉冲TIG焊三种：1.采用低频脉冲（0.115Hz）时，TIG焊的工艺特点是： (1) 电弧稳定、挺度好； (2) 电弧线能量低 这有利于缩小热影响区及焊接变形；(3) 易于控制焊缝成形 焊接熔池凝固速度快，高温停留时间短，所以既能保证一定熔深，又不易产生过热、流淌或烧穿现象，有利于实现不加衬垫的单面焊双面成形及全位置焊接；(4) 焊缝质量好 脉冲TIG焊焊缝由焊点相互重叠而成，后续焊点的热循环，对前一焊点具有热处理作用；同时，由于脉冲电流对点状熔池具有强烈的搅拌作用，且熔池的冷却速度快，高温停留时间短，因此焊缝金属组织细密，树枝状晶不明显。这些都使得焊缝性能得以改善。因此这种工艺特别适于薄板、热敏感材料及全位置焊接。2.采用中频脉冲（10500 Hz）时，TIG焊的工艺特点是：小电流下电弧非常稳定，且电弧力不象高频TIG焊那样高，因此该工艺适于手工焊接0.5 mm以下的薄板。3.采用高频脉冲（1020 kHz）时，TIG焊的工艺特点是： (1) 电磁收缩效应增加，电弧刚性增大，高速焊时可避免因阳极斑点的粘着作用而造成的焊道弯曲或不连续现象；(2) 电弧压力大，电弧熔透能力增大；(3) 熔池受到超声波振动，其流动性增加，焊缝的物理冶金性能得以改善，有利于焊缝质量的提高；（3）在较大的焊接速度下，能够保证焊道连续、不产生咬边和背面成形不良等缺陷。因此，这种工艺特别适用于薄板的高速自动焊。四（15分） 答：利用直径为1.6mm的H08MnA焊丝焊接低碳钢时，应采用等速送匹配缓降特性电源，这是因为等速送丝系统通过电弧的自调节作用保持弧长的稳定性，电源的外特性决定了弧长调节的灵敏度及精度，当电弧静特性为缓降特性时，采用平特性电源时具有最高的精度及灵敏度。精度：当焊炬离工件的高度波动时，弧长自动调节完成后，焊丝伸出长度变化，等熔化曲线位置发生变化，因此将产生静态误差，该误差的大小与电源的外特性有关，当外特性为缓降特性时，弧长误差较小，如图1所示。灵敏度：这种调节方式是以熔化速度为调节量来调节的，即通过弧长发生变化时熔化速度的变化量Dum来调节弧长，灵敏度正比于Dum=kiDI，弧长波动量一定时，电流变化量DI越大，灵敏度越高，而采用缓降特性时DI较大，如图2所示。通过调节送丝速度调节电流，通过调节电源的外特性调节电压。五（15分） 答：埋弧焊时熔池存在时间较长冶金反应较充分。其主要的冶金反应如下：1）硅、锰还原反应及脱氧反应：2Fe +（SiO2）=2（FeO）+Si Fe +（MnO）=（FeO）+Mn2）碳的烧损：C+O=CO3）杂质S、P的限制4）氢气孔的去除CaF2=CaF+F H+F=HF H+MnO=OH+Mn H+SiO2=SiOCO2焊时熔池存在时间较短，冶金反应的时间较短，主要冶金反应如下：1）合金元素及Fe的氧化反应 Si+2O=SiO2 Mn+O=MnO C+O=CO Fe+O=FeO2）脱氧反应2FeO+Si=SiO2+2Fe FeO+ Mn=MnO+Fe埋弧焊利用硅、锰还原反应向焊缝中施加合金元素，而CO2焊通过焊丝向焊缝过渡合金元素。六（ 15分） 答：短路过渡对电源动特性的要求为：1）电路中要加上合适的电感，且电感值可调；因为要保证电弧稳定，飞溅小，就必须要求短路电流上升速度合适，这样才能保证缩颈产生于焊丝与熔滴之间的交接处，爆破力将大部分熔滴推向熔池，飞溅较小；此外，还必须要求短路电流峰值合适，以保证适当的爆破能量，进一步确保不产生大的飞溅。而这两方面均要求电路中串接适当的电感，由于不同直径的焊丝和规范，要求不同的短路电流上升速度和短路电流峰值，因此要求电感可调。2）短路完了之后，空载电压恢复速度要快，以保证及时引燃电弧，防止电弧熄灭。焊接方法及设备试题（四）一 名词解释（10分）1 电场发射型导电机构2 射流过渡 3 功率密度、加热斑点4 电弧静特性5 电子发射、电子逸出功二 简答题（共45分）1 什么是熔化速度，影响因素有哪些？（7分）2 利用熔化极气体保护焊进行全位置焊接可选择哪些焊接方法及熔滴过渡方式？（9分）3 TIG焊为什么一般不使用接触引弧，如果使用接触引弧，应在焊接设备上作哪些改进？（7分） 4 等离子流力是如何产生的？对熔滴过渡及焊缝成形有何影响？（7分）5 用TIG焊焊接铝及铝合金时一般选用何种电源及极性，为什么？（9分）6 钨极氩弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊各要选择什么形状的电源外特性?（6分）三 利用MIG焊低合金钢时，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?（15分） 四 为什么说等速送丝系统仅适用于细丝？应匹配什么外特性的电源？为什么？(15分)五 利用CO2焊焊接低碳钢时，一般应该选择什么焊丝？如错用埋弧焊焊丝（H08A），会出现什么后果？为什么（15分） 焊接方法及设备试题（四）答案一 名词解释（10分）1 电场发射型导电机构答：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 射流过渡 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 功率密度、加热斑点答：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 电弧静特性答：在稳定状态下，一定长度的电弧的电压与电流之间的关系，被称为电弧的静特性。有三个特性段：下降段、平特性段及上升段。5 电子发射、电子逸出功一定条件下，阴极表面的原子或分子接受能量，使电子从表面逸出的现象。电子发射所需要的最小能量被称为逸出功。二 简答题（共45分）1 什么是熔化速度，影响因素有哪些？（7分）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。（2分）1）焊接电流越大，熔化速度越大（1分）；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（1分）；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（1分）；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（1分）；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（1分）.2 利用熔化极气体保护焊进行全位置焊接可选择哪些焊接方法及熔滴过渡方式？（9分）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（3分）。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（3分）。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。（3分）3 TIG焊为什么一般不使用接触引弧，如果使用接触引弧，应在焊接设备上作哪些改进？（7分） 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（3分）。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分）；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（2分）。4 等离子流力是如何产生的？对熔滴过渡及焊缝成形有何影响