焊接方法及设备思考题

第一章  焊接电弧

1、焊接电弧的物理本质是什么?它具有什么特点?

电弧的本质是气体放电，是气体放电的一种表现形态。

特点：电压最低、电流最大、温度

2、电弧中带电粒子的产生的方式主要有哪些?

1）中性粒子电离 2）阴极电子发射 

3、气体的电离电压、材料的电子逸出电压与电弧稳定性之间有什么关系?

电离电压越低，越容易引弧，稳弧性好

逸出功越小，引弧越容易，稳弧性能越好

4、热阴极（如TIG焊）电子产生的主要方式是什么？冷阴极（如MIG焊）电子产生的主要方式是什么？

热：热发射     冷：场致发射 光发射 粒子碰撞发射

5、常用的引弧方式有哪些？常用的电弧焊方法各采用什么方式引弧？ 

1、接触引弧 焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊

2、非接触引弧 钨极氩弧焊，等离子弧焊

6、焊接电弧由哪几部分构成？其电弧电压的表达式是什么？

 由阴极区、阳极区和弧柱区三部组成。电弧电压：Ua=Uc+Uk+UA

弧柱电压Uc 阳极电压UA阴极电压Uk

7、简述阴极区和阳极区的导电机构

阴极区：电子流  阳极区：A+

8 阴极斑点和阳极斑点各有何特点阴极斑点电流密度大，温度高跳跃性和粘着性 存在斑点力 自动寻找氧化膜—阴极清理作用（或阴极雾化作用），对铝、镁合金的焊接非常重要。阳极斑点阳极斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。产生阳极斑点力，但该斑点力小于阴极斑点力。

9、最小电压原理的含义是什么？

在电流和周围条件一定时，处于稳定燃烧状态的电弧，其电弧导电半径（r）或温度（T）应使弧柱的电场强度（E）具有最小值。也就是说，电弧具有保持最小能量消耗的特性。

10、电弧所受的力有哪些？

电磁收缩力、等离子流力、斑点压力、短路爆破力

11、什么是焊接电弧的静特性和动特性？

焊接电弧静特性 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的关系。焊接电弧的动特性 弧长一定时，当焊接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。反映电弧导电性能对电流变化的响应能力。

12、电弧稳定的因素有哪些？ 

磁场对电弧的作用 影响电弧的挺度 形成电弧的磁偏吹

13、什么是磁偏吹？如何防止磁偏吹？ 

由于某种原因使电弧周围磁场分布均匀性受到破坏，使电弧中的电荷受力不均匀，就会使电弧偏向一侧。采用较短弧长进行焊接，电弧越短磁偏吹越小； 对工件采取分布式接地的办法，比如两侧接地或多点接地； 操作中调整焊或焊条角度； 避免铁磁性物质的影响； 考虑使用脉冲焊或高频电弧焊； 考虑使用交流焊接等。

第二章  焊丝的熔化及熔滴过渡

1、熔化焊丝的主要热源有哪些？

电弧热          电阻热 

2、熔滴过渡主要有哪几种形式？各种过渡形式的形成条件？各有何特点？

自由过渡 （滴状过渡 喷射过渡 爆炸过渡）接触过渡 （短路过渡

搭桥过渡）渣壁过渡 短路过渡 ：低电压、小电流焊接工艺的焊条电弧焊。短路过渡的特点燃弧、短路交替进行；平均焊接电流小，短路峰值电流大。适合薄板及全位置焊；电弧稳定，飞溅较小但如果焊接参数不当或电源动特性不好时，会产生大量的飞溅 ； 粗滴过渡：小电流，较高电弧电压，特点：成形较差，飞溅较大，少用排斥过渡：如，高电压、小电流CO2焊。非轴向过渡，有飞溅细滴过渡：电流较大CO2焊或MAG中特点：非轴向过渡，电弧稳定，飞溅较少，应用较广 射流过渡射流过渡的特点 过程稳定，飞溅极少，焊缝成形好；保护效果好；电弧功率大，熔透能力强，轴向过渡，在生产中多用于平焊位置且δ>3mm焊接。

3、熔滴上的作用力有哪些？它们对熔滴过渡有何影响？

重力2、表面张力3、电弧力1）电磁收缩力2）等离子流力（摩擦力3）斑点压力3、爆破力4、电弧气体吹力 短路过渡时，焊丝与工件之间的表面张力，阻碍熔滴过渡。熔滴与工件之间的表面张力，促进熔滴过渡 电磁收缩力 当斑点直径小于熔滴直径，电磁力方向向上，阻碍熔滴过渡。当斑点直径大于熔滴直径，促进熔滴过渡 等离子流力促进熔滴过渡 斑点力阻碍熔滴过渡

第三章  母材的熔化和焊缝成形

1、焊缝成形系数和熔合比的概念

焊缝成形系数 焊缝宽度（B）与焊缝计算厚度（H）的比值 熔合比 被熔化的母材在焊道金属中所占的百分比

2、描述焊缝几何形状的参数主要有哪些？

熔深 熔宽B 成形系数Ф=B/H 余高a 熔合比

3、焊接参数对焊缝成形有何影响？（主要是I，U，V，电流极性）

焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增加， 而熔宽略有增加U增大后熔深略有减小而熔宽增大余高减小 焊速提高时焊接线能量 ( q/v )减少，熔宽和熔深都减小，余高也减小。TIG焊熔深：直流正极性>AC>直流反极性，所以焊钢、钛等材料，采用直流正极性好。焊铝、镁及合金，采用交流好（具有阳极清理作用）GMAW 熔深和熔宽：直接反接>交流>直流正接 直流反接电弧和熔滴过渡都比直流正接和交流时稳定，且具有阴极清理作用 埋弧焊直流焊接时也是采用反接，以获得更大的熔深。 

4、常见的焊缝成形缺陷有哪些？如何防止？

焊接缺陷：裂纹、孔穴、夹杂、未熔合、未焊透、形状缺陷及其它缺陷；未熔合和未焊透 提高焊接电流降低焊接速度 选择合理坡口尺寸防止电弧中心线偏离焊缝、电弧产生偏吹等 烧穿和塌陷适当减小焊接电流、提高焊速厚板焊接时，熔池过大，固态金属对熔化金属的 表面张力不足以承受熔池重力和电弧力的作用，从而形成熔池脱落 在薄板焊接时，如果电弧力过于集中，或者对缝间隙过大也会出现焊穿。

咬边 大电流、高速焊时易出现 焊瘤由于填充金属过多引起的，或熔池重力作用的结果； 

第四章  电弧焊自动控制系统

1、电弧焊中常用的弧长自动调节系统有哪些？

电弧自身调节系统（等速送丝系统）电弧电压反馈调节系统（变速送丝系统

2、“电源——电弧”系统稳定的条件是什么？

系统在无外界因素干扰时，能在给定的电弧电压和电流下，维持长时间的连续放电，保持静态平衡。“电源-电弧”系统稳定工作点：在相交点，电弧静特性曲线的斜率大于电源外特性曲线的斜率。

3、电弧自身调节系统的静特性方程是什么？分析该系统弧长自动调节的过程 

4、影响电弧自身调节系统的调节精度的因素有哪些？

弧长波动引起的误差①焊丝干伸长变化量的大小，变化越大，静态误差越大②焊丝直径越小，或材料电阻率越大，焊丝干伸长变化的影响加剧。③采用平特性或缓降特性电源，静态误差较小。网压波动引起的误差

5、影响电弧自身调节系统灵敏度的因素有哪些？

焊丝直径和电流密度 电源外特性 弧柱电场强度 电弧长度

6、电弧自身调节系统应采用什么电源外特性？为什么？

当电弧静特性为“平”时，采用缓降外特性静态误差小。当电弧静特性为“上升”时，外特性为平特性或上升特性时，静态误差较小。单位弧长变化时引起的△Ia，采用平特性或缓降特性电源，相同弧长波动引起的△Ia较大，调节灵敏度较大。所以，长弧焊时，等速送丝系统通常匹配平特性或缓降特性电源ku很大，即使采用恒流特性电源（ △Ia=0），弧长波动仍能引起足够大的，具有足够大的灵敏度，而且恒流特性电源具有很好的焊接工艺性能，所以，短弧焊时，等速送丝系统通过配恒流特性电源。 

7、电弧自身调节系统的焊接电流和电弧电压是如何调节的？

长弧焊时，等熔化曲线垂直，配缓降、平或缓升特性电源。改变送丝速度→改变等熔化曲线位置→改变电流。改变电源外特性曲线位置→调节电压。短弧焊时，等熔化曲线左弯曲，配陡降或恒流特性电源。

改变外特性→调节焊接电流。改变送丝速度→调节电弧电压。

8、推导弧压反馈调节系统的静特性方程。并分析当弧长发生变化时的调节过程。应采用什么样的外特性曲线？

当外界干扰使弧长突然变短 电流增大电压减小

弧压反馈调节系统一般配陡降外特性。

9、弧压反馈调节系统的调节精度与哪些因素有关？

调节前后焊丝干伸长不变时，静态误差为0 调节前后焊丝干伸长变化时，调节系统静特性曲线斜率变化，有静态误差  网压波动时有静态误差

10、弧压反馈调节系统的灵敏度与哪些因素有关？

K越大，灵敏度越大。电弧气氛介质，弧柱电场强度E，E越大，单位弧长变化引起的电弧电压变化量△ Ua越大，灵敏度越高。电源外特性，陡降外特性灵敏度高。

11、弧压反馈调节系统焊接电流和电弧电压的调节方法。

调节外特性——调节焊接电流 调节送丝给定电压——调节电弧电压

12、比较电弧自身调节系统和弧压反馈系统有何区别？

程序自动控制的对象 电弧焊程序自动控制的基本要求

第五章  埋弧焊

1、埋弧焊有何特点？主要应用范围有哪些？

优点 生产效率高 焊接质量好 劳动条件好 成本低 缺点不能用在空间位置焊缝的焊接，一般只适合平焊和横焊 不能焊接Al、Ti等活性金属 适合于长直焊缝，短焊缝效率不明显 小电流稳定性差，不适合焊接薄板 对焊件坡口加工与装配要求较严 低碳钢 低合金钢 不锈钢 耐热钢 也可用于合金材料的堆焊

2、埋弧焊的焊接材料有哪些？ 

焊剂 焊丝

3、焊剂的作用是什么？根据制造分式为，埋弧焊焊剂可分为哪两种？

根据化学成分来分，HJ431是一种什么焊剂？

保护作用；冶金作用（去除杂质，合金化）按制造方法分熔炼焊剂和非熔炼焊剂两大类 熔炼焊剂HJ

4、埋弧焊采用什么方式引弧？

回抽引弧

5、埋弧焊通常采用什么电源类型？采用什么电流极性？为什么？

通常采用直流正极性，熔深大

6、什么是单面焊双面成形？什么是船形焊法？ 

单面焊双面成形是焊缝为对接焊缝，焊接时只在焊缝的一面焊，另一面不焊的工艺方法 船形焊法是T形、十字形和角接接头处于平焊位置进行的焊接叫船形焊

第六章钨极惰性气体保护焊

1、TIG焊的特点及应用

优点 焊接质量好 焊接过程稳定：氩弧稳定；钨电极不熔化，弧长稳定。适合于薄板焊接。当有填充材料时，由于焊丝不通过焊接电流，所以也不会有因熔滴过渡引起电弧电压和焊接电流变化而产生的飞溅现象。适焊材料广：可焊有色金属和一些难熔金属 适焊位置灵活 焊接过程易于实现自动化 缺点 允许电流低，生产效率低：钨棒的电流负载能力有限，焊接电流和电流密度比熔化极弧焊低，焊缝熔深浅，焊接速度低；氩气无脱氧或去氢的作用，所以焊前清理要求高。焊接时钨极有少量的熔化蒸发，进入熔池形成夹钨。生产成本相对比较高。有色金属和难焊金属有优势。常用于薄件或精密件的焊接，也可用于厚板多层焊的打底。

2、TIG焊电源类型和电流极性对焊接质量有何影响？

直流反接 阴极清理”作用 钨极易过热许用电流小得到浅而宽的焊缝

直流正接 对电极有冷却作用 可得到窄而深的焊缝无阴极清理作用交流电源兼顾直流正接（钨极冷却）和直流反接（阴极清理）的优点；

产生直流分量 电弧不稳定 方波（矩形波）交流电源提高交流TIG的电弧稳定性 调节KR可获得满意的阴极清理要求又能减小钨极过热和获得足够的熔深。通过调节正、负半波的幅值，可以消除直流分量。

3、TIG主要可采用什么类型的电源？各用于什么场合？

直流反接主要用于铝及其合金薄板 直流正接适用于除铝、镁及其合金以外的其它金属材料 交流电源焊接铝、镁及其合金方波（矩形波）交流电源特别适合焊铝、镁及其合金

4、TIG焊电源的外特性是什么类型？

5、交流TIG焊存在的主要问题有哪些？如何克服？

交流电源正负半波电流不对称，产生直流分量；电弧不稳定（电流过零，电弧熄灭再燃）消除直流分量的措施 主要是焊接回路串联电容 方波（矩形波）交流电源通过调节正、负半波的幅值，可以消除直流分量

6、TIG的引弧方式，引弧和稳弧装置类型，各有什么特点？

TIG焊一般不采用接触引弧，其引弧和稳弧装置主要有两种：高频振荡引弧和高压脉冲引弧 高频振荡引弧效果好，用于直流TIG焊好。但在交流TIG焊时稳弧不够可靠。高压脉冲引弧和稳弧可以克服高频振荡器的不足，在交流TIG焊时，既可以引弧又可以稳弧。

7、影响TIG焊保护效果的因素有哪些？

气体流量 喷嘴到工件距离 焊接速度和侧向风 接头型式 电弧功率

8、TIG焊程序自动控制内容及其含义。

提前送气→引弧→电流缓升→焊接电流→电流缓降→熄弧→滞后停气。

9、比较氩弧和氦弧各有何特点？

Ar气 原子质量较大，不易漂浮散失，保护作用好。电离电压为15.4V，易引弧和稳定。热导率很小He气 原子质量轻，要获得同样的保护效果，流量比氩气大。电离电压为24.5V，不如氩弧易引燃和稳定。热导率大，传热性好，焊速可以较快，可焊较厚工件。对于铝、镁及其合金焊接，氩弧的阴极清理作用比氦弧大。

10、为什么选择钨及其合金作TIG焊电极？

钨耐高温，不易损耗 电流容量大 引弧和稳弧性能好

11、如何根据被焊材料和焊接电流大小来选择电极的直径和端部形状？

直流正极性，小电流：小直径，尖锥形 直流正极性，大电流：锥台形 直流反接和交流：球形

12、为什么热丝TIG焊加热焊丝的电源要选用交流电源？

焊丝加热电源一般用交流电源，防止磁场变化而造成的电弧磁偏吹。

13、脉冲TIG焊为什么特别适合于焊接薄板或超薄板？

平均焊接电流小，热输入小，变形小，焊薄板或超薄板有利；

第七章熔化极氩弧焊

1、MIG/MAG焊的特点及应用

焊丝中不需加脱氧剂，可以采用与母材相同成分的焊丝。熔滴过渡稳定，飞溅小，成形美观；与TIG焊相比，焊丝熔化速度快，熔敷效率高，熔深大。一般采用直流反接，焊铝及铝合金具有阴极清理作用；

应用范围广，几乎可以焊接所有金属，尤其可以铝合金、铜合金、钛合金和不锈钢；

2、MIG/MAG焊熔滴过渡的主要类型，形成条件及应用范围

短路过渡、粗滴过渡、射滴过渡、射流过渡、亚射流过渡，旋转射流过渡；焊丝为阴极时形成粗滴过渡，电弧不稳定 焊丝为阳极时喷射过渡（包括射滴过渡和射流过渡）。射滴过渡（铝焊丝、钢焊丝脉冲焊）和射流过渡（钢焊丝）。旋转射流过渡产生条件：当钢焊丝干伸长较大的情况下，或电流明显大于临界电流时，焊丝熔化部分加长，呈现高速旋转状态 基本不用。亚射流过渡 只有铝及铝合金MIG焊，弧长较短会出现。

3、MIG/MAG焊采用什么电源类型（极性）？为什么？

4、为什么铝焊丝MIG焊具有电弧固有的自身调节作用？

电弧固有自调节系统是依靠弧长变化时，焊丝熔化系数的变化来影响焊丝熔化速度。只有铝焊丝等熔化曲线有这样的特性

5、分析电弧固有自身调节系统的调节机理？它和电弧自身调节系统有何异同之处？

相同之处：都是改变焊丝熔化速度来调节弧长。不同之处：电弧自身调节系统 在细丝MIG焊射流过渡和射滴过渡中也有采用 是依靠弧长变化时，焊接电流的改变来影响焊丝的熔化速度。等速送丝+平特性电源 电弧固有自调节系统 铝合金MIG焊亚射流过渡所特有；是依靠弧长变化时，焊丝熔化系数的变化来影响焊丝熔化速度。等速送丝+恒流特性电源

6、电弧固有自身调节系统宜采用什么电源外特性？

采用恒流特性电源

7、送丝系统的送丝方式有哪几种？

推丝式 拉丝式 推拉丝式

8、为什么焊黑色金属不采用纯氩气作保护气体?而采用Ar+CO2（O2）的混合气体保护？

采用纯氩气电弧阴极斑点不稳定（弧漂现象），易导致熔深及焊缝成形不均匀。 液态金属粘度高，表面张力大，易导致气孔、咬边等缺陷。易导致“指状”熔深采用Ar+CO2（O2）的混合气体保护克服阴极漂移和指状熔深 飞溅小焊缝含氢量少，焊缝韧性及抗裂性好

9、试述熔化极氩弧焊的控制时序。

两步控制法ON—开始焊接OFF—停止焊接四步控制法第一次“ON”—启动焊接第一个OFF—电弧稳定后打开启动开关，维持焊接第二个“ON”—填弧坑（U，I，焊速降低）第二个“OFF”—回烧焊丝，熄弧，停止焊接

10、P-MIG焊的特点及熔滴过渡形式

一脉一滴 一脉多滴 多脉一滴 特点扩大了电流的调节范围；可控熔滴过渡，有利于全位置焊；可控热输入，改善焊缝性能

第八章CO2气体保护焊

1、CO2焊的特点及应用

优点是一种高效节能的焊接方法（焊接成本低、焊接能耗低）焊接生产效率高 是一种低氢型焊接方法 焊后不需清渣 缺点不能用于非铁金属的焊接 熔滴过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大 产生很大的烟尘

2、CO2焊常见的熔滴过渡的类型有哪些？细丝ＣＯ２焊主要用的两种熔滴过渡形式是什么？

大滴状过渡 短路过渡 短路过渡和颗粒过渡的混合过渡 排斥过渡  细颗粒过渡 细丝ＣＯ２焊 短路过渡 颗粒过渡

3、CO2焊焊丝中为什么要加入脱氧元素？

CO2气体具有很强的氧化性会使合金元素的氧化烧损 形成CO气孔和夹渣 焊接飞溅

4、为什么CO2焊具有较强的抗潮、抗锈能力？（或焊缝含氢量低，焊前清理要求比氩弧焊要低）

CO2焊电弧气氛中的O分压大，减少了氢的溶解，并在高温下与氢反应生成OH；

5、为什么CO2焊要采用DCRP，而不用交流？

原因之一：电流过零，再引弧较难；原因之二：交流电弧的热惯性作用使电弧不稳定

6、CO2焊飞溅是如何产生的？减少焊接飞溅的措施有哪些？

由冶金反应引起；由于反应生成的CO气体爆破而引起飞溅（采用含脱氧元素的焊丝可以改善）应减少CO气体（2）由电弧斑点压力引起；可通过采用直流反接改善（3）由熔滴短路时引起 ，这是CO2焊产生飞溅的主要原因。过去焊机采用在焊接回路接入合适电感来调节，效果非常有限，美国林肯公司建立在逆变焊机基础上的表面张力过渡（STT）专利技术使这一问题基本得以解决。（4）非轴向熔滴过渡造成的飞溅；避免粗滴过渡。（5）焊接参数选择不当引起；正确选择焊接参数可以改善

第九章等离子弧焊

1、什么是等离子弧？与自由电弧相比有何特点？

等离子弧是通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧，又称为压缩电弧。电弧的温度、能量密度、等离子流速都显著增加

2、等离子弧的形成条件是什么？

（1）机械压缩：缩小喷嘴孔径；—前提条件（2）热压缩：喷嘴中通冷却水；—最本质原因（3）磁压缩

3、等离子弧有哪几种类型？

非转移型等离子弧 转移型等离子弧  混合型等离子弧 

4、等离子弧焊接的机理（小孔型、熔透型）

小孔型 工件熔透，形成小孔，熔化的金属排挤在周围，随着等离子弧在焊接方向的移动，熔池金属沿电弧周围向后方移动，冷却后，形成焊缝。熔透型 与TIG相似，电流小，用于薄板焊接