焊接方法及设备 (杨峰)

2011年焊接方法及设备总复习1.焊接电弧的基本特点是什么？P7答：电压低，只有10~50V。电流调节范围大，可从几安～几千安。温度高。发光强。2．解释电极表面导电现象――阴极斑点与阳极斑点？答：电弧燃烧时通常在阴极表面上可以看到一个很小但很亮的斑点，称为印记斑点，它是点子集中发射的地方，电流密度大。通常在阳极表面也可以看到一个很小但很亮的斑点，成为阳极斑点，是集中接收点子的地方，电流密度也很大。3.最小电压原理的内容是什么？可以用来解释什么电弧现象？答：内容：在电流和周围条件一定的情况下，稳定燃烧的电弧将自动选择一适当的断面，以保证电弧的电场强度具有最小的数值，即在固定的弧长上的电压最小，这意味着电弧总是保持着最小的能耗。利用最小电压原理可以解释电弧过程中的许多现象，如，当外部向电弧吹风时使之强制冷却时，会发现电弧会自动的缩小其断面面积，这正是电弧这一特性决定的。4.什么是焊接电弧的负载特性？P21、24答：焊接电弧的静特性：指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏—安特性。焊接电弧是非线性负载，即电弧两端的电压与电流之间不成比例的关系。当焊接电流在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性曲线是一条呈U型的曲线，故也称U形特性。它包含下降特性、平特性和上升特性。其中，下降特性区电流小，电弧电压随着电流的增加而下降，呈负阻性；平特性区电流中等，电弧电压在变化时可近似地看成不变；上升特性区电流大，电弧电压随着电流的增大而增大，呈正阻性。焊接电弧的动特性：定义：对于一定弧长的电弧，当电弧电流发生连续快速变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系，称为焊接电弧的动特性。它反映了电弧的导电性对电流变化的响应能力。当焊接电弧燃烧时，恒定不变的直流电弧不存在动特性问题，只有交流电弧和电流变动的直流电弧（如脉冲电流、脉动电流、高频电流等）才存在动特性问题。5．焊接电弧的产热机构？答：（1）弧柱的产热机构：电能→热能1）本质：A+、e在电场作用下被加速、使其动能增大的过程,其宏观表现即为温度上升从而产热;由于运动速度，自由程度不同，A+、e得到的能量不同，TA+、Te、TA有可能不同。电子动能：定向运动动能—Ie；散乱运动动能即热运动，表现为热能。2）产热量：Pc=Ia´Ua主要用于散热损失即对流、幅射、传导。3）影响因素：不仅取决于电流，凡是影响Ua的因素均影响弧柱的产热。（2）阴极区的产热1）本质：产生电子、接受正离子的过程中有能量变化，这些能量的平衡结果就是产热，由三部分组成：电子逸出阴极时消耗能量-I´Uw；电子进入弧柱前被电场（Ek）加速得到一部分能量+Ia´Uk；电子进入弧柱时带走的能量：-I´UT（温度等效电压）。2）产热公式：Pk=I´（Uk-Uw-UT）3）作用：用于加热阴极（3）阳极区的产热机构1）本质：接受电子、产生A+过程中伴随的能量转换，由三部分组成：e被UA加速所得到的能量+eUA；电子带来的逸出功+I´Uw；电子带来的相当于弧柱温度那部分能量+I´Uw。2）产热公式：PA=I´（UA+Uw+UT）3）作用：用于加热阳极6．焊接电弧中的作用力包括哪些？影响其的因素包括？答：焊接电弧中的作用力：电磁收缩力，等离子流力，斑点压力。影响因素：1）焊接电流和电弧电压焊接电流增大，电弧力增大，焊接电压升高，电弧力降低。2）焊丝直径焊接电流相同时，焊丝直径越小，电流密度越大，电弧电磁力越大，同时，造成电弧锥形越明显，等离子流力越大，使总的电弧力越大。3）电极的极性电极的极性对不同的焊接方法的电弧力影响不同，对于熔化极气体保护焊，当采用直流正接时，焊丝接负，产生的电弧力较小。对于钨极氩弧焊，采用正接时产生的电弧压力大。4）气体介质不同种类的气体介质热物理性能不同，对电弧力的影响也不同。导热性强的气体或分子是由多原子组成的气体，消耗的热量多，引起电弧的收缩，导致电弧力增加。当电弧空间气体压力增加或气体流量增加时，也会引起电弧收缩，导致电弧增加。5）钨极端部的几何形状当钨极端部的角度变化时，电弧力也发生变化，当角度为45°时具有最大的电弧压力。6）电流的脉动当电流以某一规律变化时，电弧力相应地发生变化。低频脉冲焊时，电弧力随电流的变化而变化。对于工频交流钨极氩弧焊，其电弧力低于直流正接时的压力，而高于直流反接时的压力。当脉冲频率增加时，电弧力的变化逐渐滞后于电流的变化。当频率高于几千赫兹时，由于高频效应增加，在平均电流值相同的情况下，随着电流脉冲频率的增加电弧力增大。7.如何解释焊丝的熔化速度？其影响因素包括？（P37）答：熔化速度：单位时间内焊丝的熔化长度或熔化质量。1）焊接电流的影响：电流增大，焊丝的电阻和电阻热增加，熔化速度加快。2）电弧电压的影响:弧长处于2-8mm时，电压升高，融化速度变慢。3）焊丝直径的影响：电流一定，焊丝直径越细，电阻热越大，熔化速度越快。4）焊丝伸出长度的影响：伸出长度越长，电阻热越大，熔化速度越快。5）焊丝材料的影响：材料不同，电阻率不同，所产生的电阻热不同。6）气体介质及焊丝极性的影响。8.熔滴过渡时的飞溅及影响因素？（p52）答：飞溅：焊接过程中，熔化的金属颗粒或熔渣向周围飞散的现象。原因：1）气体爆炸引起的飞溅。用涂料焊条焊接及活性气体保护焊时，由于冶金反应在液体内部将产生大量CO气体，气体的析出十分猛烈，犹如爆炸，使液体金属发生粉碎行的熔滴，溅落在焊缝两侧的母材上，成为飞溅。2）斑点压力引起的飞溅。斑点压力是阻碍熔滴过渡的力，焊条端部的熔滴在斑点压力的作用下，十分不稳定，不断的跳动，有时被顶在焊丝的侧面，甚至使熔滴上挠，最终在重力和斑点压力的共同作用下，脱离焊丝成为飞溅。3）短路过渡引起的飞溅。CO2气体保护焊采用短路过渡时，在短路的最后阶段，如果还继续增大焊接电流，这时的电磁收缩力使熔滴往上飞起，引起强烈飞溅。9.试述熔滴过渡时产生飞溅的原因？答：熔滴过度产生飞溅的原因：（1）由冶金反应引起的飞溅（2）有斑点压力产生的飞溅（3）熔滴短路时引起的飞溅（4）非轴向熔滴过低造成的飞溅（5）焊接参数选择不当引起的飞溅10.为什么用Ar或富Ar气体作为保护气体时，能够产生喷射过渡，而用CO2气体保护焊时，常常出现排斥过渡？答：不同气体介质对电弧电场强度的影响不同。在氩气保护下弧柱电场强度较低，电弧弧根容易扩展，易形成射流过渡，临界电流值较低。当氩气中加入二氧化碳时，随加入二氧化碳的比例增加临界电流值增大。若二氧化碳的比例超过30%（体积），则不能形成射流过渡，这是由于二氧化碳气体解离吸热对电弧的冷却作用较强，使电弧收缩，电场强度提高，电弧不易扩散所致。当氩中加入氧气时，如果氧气的比例小于5%（体积），因为氧气使熔滴表面张力降低，减小过渡阻力，故可降低临界电流值。但若氧气加入量增大，因为氧气的解离吸热使弧柱电场强度提高，电弧收缩不易扩展，使临界电流Ic反而提高。11.什么是短路过渡，它有什么特点？答：由于电压低，电弧较短，熔滴尚未长成大滴时即与熔池接触而形成短路液体过桥，在向熔池方向的表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴金属过渡到熔池中。短路过渡的特点：1）短路过渡是燃弧、短路交替进行。燃弧时电弧对焊件加热，短路时电弧熄灭，熔池温度降低。因此，调节燃弧时间或熄弧时间即可调节对焊件的热输入，控制母材熔深。2）短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍，既可避免薄件的焊穿又能保证熔滴顺利过渡，有利于薄板焊接或全位置焊接。3）短路过渡一般采用细丝（或细焊条），焊接电流密度大，焊接速度快，故对焊件热输入低，而且电弧短，加热集中，可减小焊接热影响区宽度和焊件变形。12.焊接工艺参数对焊缝成形的影响。答：1）焊接电流：在其他条件一定的情况下，随着电弧焊焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。2）电弧电压：在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，电弧功率相应增加，焊件输入的热量有所增加；熔深略有减小而熔宽增大，焊缝余高减小。3）焊接速度：在其他条件一定的情况下，提高焊接速度会导致焊接热输入减少，从而焊缝熔宽、余高和熔深都减小。13.焊缝引弧处存在的主要问题及产生原因是什么？答：14.埋弧焊的主要优缺点？答：埋弧焊的优点有：1、生产效率高。埋弧焊使用的焊接电流可大到1000A以上，因而电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都比较大。2、焊接质量好。一方面由于埋弧焊的焊接参数通过电弧自动调节系统的调节能保持稳定，对焊工操作技术要求不高，因而焊缝成型好，成分稳定；另一方面也与采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好有关。3、劳动条件好。埋弧焊自动焊时，没有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。4、节约金属及电能。对于20~50mm厚以下的焊件可以不开坡口进行焊接，这既可以节约由于加工坡口而损失的金属，也可使焊缝中焊丝的填充量大大减少。同时，由于焊剂的保护，金属的烧损和飞溅也大大减少。由于埋弧焊的电弧热量能得到充分的利用，单位长度焊缝上所消耗的电能也大大降低。埋弧焊的缺点：1、焊接适用的位置受到限制。由于采用颗粒状的焊剂进行焊接，因此一般只适用平焊位置（俯位）的焊接，对于其他位置，则需要采用特殊的装置以保证焊剂对焊缝区的覆盖。2、焊接厚度受到限制。由于埋弧焊时，当焊接电流小于100A时电弧的稳定性通常变差，因此不适于焊接厚度小于1mm以下的薄板。3、对焊件坡口加工与装配要求较严。因为埋弧焊不能直接观察电弧与坡口的相对位置，故必须保证坡口的加工和装配精度，或者采用焊缝自动跟踪装置，才能保证不偏焊。15.试述埋弧焊机的主要功能及分类？答：埋弧焊机是核心部分、有机械系统、焊接电源和控制系统三部分组成。机械系统的作用是使焊丝不断地向电弧区给送，使焊接电弧沿焊缝移动，以及在电弧前方不断地铺撒焊剂等；焊接电源的作用是为焊接电弧提供电能，以及提供埋弧焊工艺所需要的电气特性，如外特性、动特性等，同时参与焊接参数的调节；控制系统的作用是实现包括引弧、送丝、移动电弧、停止移动电弧和熄弧等在内的程序自动控制，并进行焊接参数调节和保持在焊接过程中稳定，是电弧稳定燃烧。埋弧焊设备分类：1）按用途分通用焊接设备和专用焊接设备，2)按电源分交流和直流，3）按行走机构分焊车式、悬挂式、车床式、悬臂式及门架式，4）按送丝方式分等速送丝式和变速送丝式，5）按焊丝数量和截面形状分单丝、双丝、多丝和带状电极等设备。16.试述CO2焊的特点及应用？答：（1）优点：CO2焊是一种高效节能的焊接方法；用粗丝（焊丝直径≥1.6mm）焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡方式；用细丝（焊丝直径1.6mm）焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡方式；CO2焊是一种低氢型焊接方法，焊缝含氢量极低抗锈能力强，所以焊接低合金钢时不易产生裂纹，同时也不易产生氢气孔；焊接所使用的气体和焊丝价格便宜，焊接设备在国内已定型生产，为该方法的应用提供了有利的条件；CO2焊是一种明弧焊接方法焊接时便于监视和控制电弧和熔池，有利于实现焊接过程的机械化和自动化，用半自动焊焊接曲线焊缝和空间位置焊缝十分方便。不足：焊接过程中金属飞溅较多，焊缝外形较为粗糙特别是当焊接参数匹配不当时就更严重；不能焊接易氧化金属材料，也不适于在有风的环境施焊；焊接过程弧光较强，尤其是采用大电流焊接时电弧的弧光辐射较强，故要特别重视对操作人员的劳动保护；设备比较复杂，需要专业队伍进行维修。（2）应用：CO2焊在机车车辆制造、汽车制造、船舶制造、金属结构及机械制造等方面应用十分普遍，既可采用小电流短路过渡方式焊接薄板，也可以用大电流自由过渡方式焊接厚板。从焊接接头的形式来看，CO2焊可以进行对焊、角焊等方式的焊接，可以平焊、立焊、仰焊。CO2焊处不适于焊接容易氧化的有色金属及其合金外，可以焊接碳钢和合金结构钢构件，甚至用于焊接不锈钢。17.试述CO2焊的熔滴过渡？答：CO2焊的熔滴过渡和自由过渡（包括滴状过渡、喷射过渡等）两种方式。①小电流低电压焊接时，短路过渡是熔滴在未脱离焊丝之前就与熔池接触形成金属液态过桥，在其表白张力及其它力共同作