焊接部分思考题解答.docx

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焊接部分思考题解答

焊接部分思考题解答

1．熔焊、压焊和钎焊的实质有何不同？

解：

熔焊的实质是金属的熔化和结晶，类似于小型铸造过程。

压焊的实质是通过金属欲焊部位的塑性变形，挤碎或挤掉结合面的氧化物及其他杂质，使其纯净的金属紧密接触，界面间原子间距达到正常引力范围而牢固结合。

钎焊的实质使利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件。

2．焊条药皮由什么组成？

各有什么作用？

解：

1）稳弧剂主要使用易于电离的钾、钠、钙的化合物，如碳酸钾、碳酸钠、大理石、长石和钾（或钠）水玻璃等，以改善引弧性能，提高电弧燃烧的稳定性。

2）造渣剂其组成是金红石、大理石、钛百粉、长石、菱苦土、钛铁矿、锰矿等，其主要作用是在焊接过程中形成具有一定物化性能的熔渣覆盖于熔池的表面，不让大气侵入熔池，且有冶金作用。

3）造气剂用糊精、淀粉、纤维素等有机物，或碳酸钙等无机物做造气剂。

这些物质在电弧热的作用下分解出CO和H2等气体包围在电弧与熔池周围，起到隔绝大气、保护熔滴和熔池的作用，并影响熔滴过渡。

4）脱氧剂主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，脱去熔池中的氧。

锰铁还兼起脱硫作用。

5）合金剂主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等铁合金，向熔池中渗入合金元素，使焊缝得到必要的化学成分。

6）粘结剂常使用钾、钠水玻璃。

将上述各种药皮成分按配比制成粉末，有粘结剂调和后牢固地涂在焊芯上，从而制成焊条。

3．酸性焊条和碱性焊条在特点和应用上有何差别？

解：

酸性焊条

碱性焊条

熔渣呈酸性

熔渣呈碱性

保护气体是H2与CO，H2占50%左右

保护气体是CO与CO2，H2＜5%，因此称低氢焊条

电弧稳定，可用交流或直流焊接

药皮中氟化物恶化电弧稳定性，需用直流焊接，药皮中增加稳弧剂后，方可交直两用

焊接电流大，焊缝成形好，但熔深较浅

焊接电流较小（10%）、焊缝成形稍差、易堆高，熔深较深

可长弧操作，要求不严

须短弧操作，电流适当，否则产生气孔

对水锈产生的敏感性不大，焊条在焊前经150～200℃烘干1小时即可，若不吸潮，可不烘干

对水锈产生气孔的敏感性较大，焊条在使用前应经300～350℃烘干1～2小时，而后放保温筒中保存使用

熔渣呈玻璃状，易脱渣

熔渣呈结晶状，坡口第一层脱渣较困难

焊接时烟尘较少

焊接时烟尘稍多，产生HF有读性气体，应加强通风

药皮成分氧化性强、易腐蚀有用合金，合金元素过渡性差

药皮成分有还原性、合金烧蚀少，合金元素过渡效果好

脱硫、脱磷能力差，抗裂性差

有较多CaO，脱硫、脱磷能力强，抗裂性好

焊缝中含氢量高，易生“白点”，影响塑性

焊缝中含氢量低

焊缝常温冲击韧度一般

焊缝常温、低温冲击韧度较高

用于一般钢结构，生产率高

用于锅炉压力容器的受压元件与正要结构

4．与手弧焊相比，埋弧自动焊有什么特点？

解：

埋弧自动焊与手弧焊相比，有以下特点：

（1）生产率高埋弧自动焊使用的光焊丝可通过较大的电流（100A以上），能得到计较高的熔敷速度和较大的熔深；焊丝很长，卷成盘状，焊接过程中连续施焊，节省了更换焊条的时间。

所以，它比手弧焊的生产率提高5～10倍。

（2）焊接质量高而且稳定埋弧自动焊焊剂供给充足，电弧区保护严密，熔池保持液态时间较长，冶金过程进行得较为完善，气体和杂质易于浮出，同时，焊接规范自动控制调节，所以，焊接质量高而稳定，焊缝成形美观。

（3）节省焊接材料对于较厚的焊件（30～25mm），可不开坡口，一次焊透，焊丝填充量减少，节约了由于加工坡口而消耗的金属材料；而且没有焊条头的浪费，飞溅很少。

（4）改善了劳动条件埋弧自动焊看不见弧光，焊接烟雾很少。

焊接时，只要焊工调整管理埋焊机就自动进行焊接。

由于以上特点，埋弧自动焊在工业生产中已得到广泛应用，它最适于焊接批量较大的长直焊缝和较大直径的环形焊缝。

但埋弧焊也有不足之处，如焊短焊缝和曲折焊缝时，不如手弧焊灵活；在焊接位置上仅用于平焊；对于狭窄位置及薄板焊接，埋弧自动焊也受到一定限制。

5．CO2焊和氩弧焊各有什么特点？

解：

CO2焊有以下特点：

（1）成本低可采用廉价易得的CO2气体代替焊剂或药皮，焊接成本仅是埋弧焊或手弧焊的40%左右。

（2）生产率高自动送进焊丝，电流密度大，电弧热量集中，熔深比手弧焊大，可减少施焊层数和角焊缝焊角尺寸，焊后没有熔渣，节省了清渣的时间，可比手弧焊提高生产率1～3倍。

（3）操作性好CO2焊是明弧焊，清楚地看到焊接过程，容易发现问题而及时调整，并且象手弧焊一样灵活，适于各种焊接位置。

（4）质量较好选用合适的焊丝并注意操作时，焊接质量还是比较好的。

由于电弧在压缩下燃烧，热量集中，因而变形和产生裂纹的倾向较小。

焊接薄板时，由于气焊。

但是，CO2的氧化作用时熔滴飞溅较为严重，因此，焊缝成形不够光滑。

另外，焊接烟尘较大，弧光强烈；如果控制不当，很容易产生气孔。

氩弧焊特点：

（1）由于用惰性气体保护，所以适用于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属，以及锆、钼等稀有金属。

（2）氩弧焊电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有熔渣，而且成形美观，焊接变形小。

（3）明弧可见，便于操作，容易实现全位置自动焊接。

（4）钨极脉冲氩弧焊可焊接0.8mm以下的薄板及某些异重金属。

6．电渣焊的特点是什么？

解：

（1）可一次焊成很厚的焊件这样能改变重型机器制造的工艺过程，用铸—焊、锻—焊的复和结构，来代替巨大的铸造或锻造整体结构，节约大量的金属材料和铸、锻设备的投资。

（2）生产率高、成本低焊接厚度在40mm以上的焊件时，不需开坡口，只要使焊接端面之间保持25～35mm的间隙就可一次焊成。

（3）焊缝金属比较纯净电渣焊的熔池保护严密，而且液态保持的时间较长，因此冶金过程进行的比较完善，熔池中的气体和杂质有较充分的时间浮出。

由于冷却条件，焊缝金属的结晶方向也利于排出低熔点杂质，故焊缝金属不易产生气孔、夹渣等缺陷。

（4）适于焊接中碳钢与金属构钢焊缝区焊后冷却速度较慢，焊接应力小，对于焊接碳当量较高的钢材不易出现淬硬组织，因而适于焊接塑性较差的中碳钢与合金结构钢。

但因焊缝区在高温停留时间较长，晶粒粗大，因此，一般都要进行焊后热处理，如火处理，以改善其性能。

7．等离子弧是怎样得到的？

解：

等离子弧是通过三种压缩效应得到的。

（1）热收缩效应当钨极与焊件之间的电弧通过水冷喷嘴时，受到喷嘴孔壁及不断流过的等离子气流的冷却作用，弧柱外围温度较低，导电截面缩小，电流集中于弧柱中心通过，其密度大大增加。

（2）机械压缩效应电弧通过喷嘴的细孔时受到的压缩作用。

（3）电磁收缩效应电弧可看成是一束平行的“导线”，其中通过同一方向的电流，其自身磁场所产生的电磁力，使这些导线互相吸引靠近，弧柱又进一步被压缩。

8．请说明激光焊的特点及其适用场合。

解：

激光焊的特点

（1）加热过程极短（以毫秒记），精度高，热影响小，变形小，可在大气中焊接，而不需气体保护或真空环境。

（2）激光束可用反光镜改变方向，焊接过程中不用电极去接触焊件，因而可以焊接一般点焊工艺难以焊到的部位。

（3）激光可对绝缘材料直接焊接。

焊接异种金属材料比较容易，甚至能把金属与非金属焊接在一起。

（4）功率小，焊接厚度受到一定限制，主要用于焊接0.5mm以下的金属板材和直径为0.6mm以下的金属线材。

激光焊的应用

激光焊特别适用于焊接微型、密集排列、精密、受热敏感的工件。

大功率二氧化碳气体介质激光器的连续激光焊，能成功地焊接不锈钢、硅钢、铝、镍、钛等金属及其合金。

9．点焊两件薄厚不同或导热性不同的焊件时，应怎样进行焊接？

解：

点焊两件厚度不同的焊件时，由于厚件内部电阻较大，产生较多的热量；而薄件内部电阻较小，产生较少的热量。

另一方面，两焊件间的接触面离电极的距离也不同：

厚件一边离电极的表面较远，散热较少；而薄件一边则相反，散热较多，结果使熔核偏向厚件。

当两焊件的厚度差别愈大，则偏向也愈大，甚至使熔核全部在厚件内，从而使焊接完全失效。

至于两焊件的导热性不同时，导热性好的材料可作为薄件看待。

焊接时，应在厚件一边采用工作表面直径或球面半径较大的电极，在薄件的一边则相反；或在薄件一边采用电阻较大的电极，而厚件一边采用电阻较小的电极。

10．等离子弧切割与气割相比有什么特点？

试述其应用。

解：

利用等离子弧可迅速将金属欲切部位熔化并立即吹掉而形成切口，与气割相比，等离子弧切割的特点是：

切口窄、切割边质量好、切割速度快、热影响区小及变形小。

等离子弧切割主要用于气割所不能切割的材料，如不锈钢、高合金钢、铸铁、铜、铝及其合金以及非金属。

11．焊接接头有几个区域？

各区域的组织性能如何？

解：

焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。

（1）焊缝焊缝金属的结晶形成柱状的铸态组织，由铁素体和少量珠光体组成。

焊接时，熔池金属受电弧吹力和保护气体的吹动，使熔池底壁的柱状警惕成长受到干扰，因此，柱状晶体呈倾斜层状，晶粒有所细化。

又因焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰和硅等合金元素的含量可能比母材金属高，所以焊缝金属的性能不低于母材。

（2）熔合区该区被加热到固相线和液相线之间，熔化的金属凝固成铸态组织，而未熔化的金属因加热温度过高而成为过热的粗晶粒，致使该区强度、塑性和韧性都下降，并引起应力集中，是产生裂纹、局部脆性破坏的发源地。

在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄，但在很大程度上决定着焊接接头的性能。

（3）热影响区由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区又分为过热区、正火区和部分相变区。

1）过热区焊接热影响区中，具有过热组织火晶粒明显粗大的区域，称为过热区。

过热区被加热到AC3以上100～200℃至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因而该区的塑性及韧性降低。

对于易淬火硬化的钢材，此区脆性更大。

2）正火区该区被加热到AC3至AC3以上100～200℃之间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织（正火组织），其力学性能优于母材。

3）部分相变区该区被加热到AC1～AC3之间的温度范围内，材料产生部分相变，即珠光体和部分铁素体发生重结晶，使晶粒细化；部分铁素体来不及转变，具有较粗大的晶粒，冷却后致使材料晶粒大小不均，因此，力学性能稍差。

12．阐述产生焊接应力和变形的原因。

如何防止和减小焊接变形？

解：

金属材料具有热胀冷缩的基本属性。

由于焊件在焊接过程中是局部受热且各部分材料冷却速度不同，因而导致焊件各部分材料产生不同程度的变形，引起了应力。

焊接时局部加热是焊件产生应力与变形的根本原因。

防止与减小焊接变形的工艺措施

（1）反变形法用试验或计算方法，预先确定焊后可能发生变形的大小和方向，在焊前将工件安置在与变形相反的位置上，以抵消焊后所发生的变形。

（2）加余量法根据经验，在焊件下料时加一定余量，通常为工件尺寸的0.1%～0.2%，以补充焊后的收缩，特别是横向收缩。

（3）刚性夹持法焊前将焊件固定夹紧，焊后变形即可大大缩小。

但刚性夹持法只适用于塑性较好的低碳钢结构，对淬硬性较大的钢材及铸铁不能使用，以免焊后产生裂纹。

（4）选择合理的焊接顺序如果在构件的对称两侧都有焊缝，应设法使两侧焊缝的收缩互相抵消或减弱。

13．减小焊接应力的工艺措施有那些？

解：

（1）选择合理的焊接顺序焊接平面形工件上的焊缝，应保证焊缝的纵向余横向能比较自由地收缩，如收缩受阻，焊接应力就要加大。

（2）预热法即在焊前将工件预热到350～400℃，然后再进行焊接。

预热可使焊接金属和周围金属的温差减小，焊后又比较均匀地同时缓慢冷却收缩，因此，可显著减小焊接应力，也可同时减小焊接变形。

（3）焊后退火处理这也是最常用的、最有效的消除焊接应力的一种方法。

整体退火处理一般可消除80%～90%的焊接应力。

14．下图a）所示的拼接大块钢板的焊缝布置是否合理？

为什么？

若不合理，请加以改正。

为减少焊接应力和变形，其合理的焊接顺序是怎样的？

解：

图a）所示的焊缝位置是不合理的在，因为其焊缝是交叉布置的，会造成金属局部热量过分集中，待冷却收缩时，可能由于双向拉应力的出现以及应力值过大而使其产生裂纹。

应采用图b）的方式布置焊缝，即错开焊缝，这样，可减少拘束应力和应力集中，从而避免裂纹。

为减少焊接应力和变形，其合理的焊接顺序见图b）的数字。

15．试比较下列钢材的焊接性。

钢号

主要化学成分WE×100

工件板厚（mm）

C

Mn

Cu

V

Mo

09Mn2Cu

0.1

1.4

0.3

10

09MnV

0.12

1.2

0.1

50

14MnMoV

0,12

1.5

0.15

0.5

50

解：

低合金结构钢常用的碳当量公式为

故09Mn2Cu的碳当量为

09MnV的碳当量为

14MnMoV的碳当量为

因为Ceq值越大，焊接性就越差，且工件板厚越厚，焊接性也越差，所以，根据已给的板厚和计算的Ceq值，便可判断：

09Mn2Cu的焊接性最好，09MnV的焊接性较好，14MnMoV的焊接性较差。

16．用灰铸铁材料制作的机床床身其导轨面有缺陷，其缺陷情况如下：

（1）加工前发现铸件有大砂眼；

（2）使用中导轨面研伤。

若对上述情况进行铸铁补焊，各应采用何种焊接方法？

解：

（1）若加工前发现铸件有大砂眼，应采用热焊法。

因为铸件补焊后要进行机加工，这就要求补焊处硬度不能太高，否则，切削加工困难。

采用热焊法可使焊接接头无白口组织及裂纹，补焊质量较好，补焊区有较好的切削加工性。

（2）若使用中导轨面研伤，而导轨不宜拆卸，不能机加工，故应采用冷焊法。

焊后焊接接头有一定的白口，硬度高，耐磨，然后用砂轮打磨修平即可。

17．用下列板材制作圆筒形低压容器，各应采用哪种焊接方法？

（1）Q215-A钢板，厚20mm，批量生产；

（2）20钢板，厚2mm，批量生产；

（3）45钢板，厚6mm，单件生产；

（4）紫铜板，厚4mm，单件生产；

（5）铝合金板，厚20mm，单件生产；

（6）16Mn，厚20mm，单件生产；

（7）不锈钢板，厚10mm，小批生产；

解：

（1）采用埋弧自动焊；

（2）采用缝焊；

（3）采用手弧焊或熔化极氩弧焊；

（4）采用钨极氩弧焊；

（5）采用熔化极氩弧焊；

（6）采用埋弧焊或手弧焊；

（7）采用熔化极氩弧焊。

18．中压容器的外形和尺寸如下图所示，材料全部用15MnVR（R为容器用钢），筒身壁厚10mm，输入输出管的壁厚9mm，封头厚12．7mm。

（1）试确定焊缝位置（钢板长2500mm，宽1000mm）；

（2）确定焊接方法和接头型式；

（3）确定焊接顺序。

解

（1）焊缝位置为了避免应力集中，对容器的圆弧部分或焊件壁厚相差大于3mm处需采用相应的过渡措施，同时避免焊缝密集。

见下图，容器由五段拼接而成：

Ⅰ与Ⅴ为封头，呈椭圆形，在圆弧处由30至50mm的直边过渡段。

Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ为筒身。

纵焊缝1和3与纵焊缝2相背（即相差1800）。

（2）用埋弧自动焊进行焊接。

接头用对接，不开坡口。

（3）先焊Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ段的纵焊缝1、2及3，然后焊环缝4与7，最后焊环缝5与6及用手弧焊焊接输入管及输出管。

19．试比较下图中各种焊接结构工艺性的优劣。

解a）图的结构中焊缝在机加工表面上，会破坏加工表面的精度和表面质量，而b）图的结构中焊缝的位置避开了加工表面，所以b）的结构比a）的结构合理。

c）图的结构中几条焊缝密集在一起，会造成金属局部热量过分集中，引起应力集中和裂纹，而d）图的结构中焊缝分散布置，不易产生应力集中和裂纹，所以d）的结构比c）的结构合理。

e）图的结构中几条焊缝密集在一起，会造成金属局部热量过分集中，引起应力集中和裂纹，而f）图的结构中焊缝分散布置，不易产生应力集中和裂纹，所以f）的结构比e）的结构合理。

g）图的结构中焊缝交叉布置，会由于双向拉应力的出现而使其产生裂纹，而h）图的结构中焊缝的布置是错开的，不会产生裂纹，所以h）的结构比g）的结构合理。