一、简答题1. 焊接熔池的凝固条件有哪些特点?
与一般铸钢锭相比,焊接熔池凝固时的条件有如下特点:
①熔池体积小、冷却速度大,熔池的凝固偏离平衡结晶较多,使结晶组织不均匀;
②熔池金属处于过热状态,容易烧损合金元素;
③熔池处于运动状态下结晶,有利于气体和夹杂物的排出;
④熔池周围的金属“模膜”散热条件好,有利于形成柱状晶。
2. 什么是焊缝金属的一次结晶组织?一次结晶过程产生的缺陷有哪些?
焊接熔池液态金属经成核长大过程所形成的固相金属组织称为焊缝的一次结晶组织。焊缝的一次结晶组织是联生结晶,即金属原子依附于熔池边界上母材晶粒的现成表面形核长大的,且多为柱状晶。
一次结晶过程所产生的缺陷主要有偏析、夹杂和气孔等。
3. 什么是变质处理?
通过焊接材料(焊条、焊剂)向熔池中加入某些元素,如V、Mo、Ti、Nb、Al、B、N等,可以细化晶粒,改善焊缝金属塑性、韧性和抗裂性。这种改善熔池一次结晶组织的方法叫变质处理。
4. 什么是焊缝金属的二次结晶组织?二次结晶组织有哪些特点?
焊缝金属由高温的固态冷却到室温,经过相变而形成的组织称为焊缝金属二次结晶组织。
焊缝金属二次结晶组织主要有片状马氏体、上贝氏体、铁板条铁素体等韧性和塑性较差硬度高的组织,极易产生裂纹、气孔等缺陷。低碳钢二次结晶组织多为铁素体和珠光体。
5. 如何改善焊缝金属的二次结晶组织?
常用焊后热处理、多层焊、跟踪回火处理等方法,改善二次结晶组织,使焊缝性能得到改善。
6. 什么是偏析?偏析有哪几种?
金属由液相凝固时所产生的各组成元素分布不均匀的现象称为偏析。
焊缝偏析主要有三种,即显微偏析、区域偏析和层状偏析。
显微偏析是在熔池一次结晶时,最先结晶的结晶中心金属最纯,后结晶部分含其他合金元素和杂质略高,最后结晶的外端含其他合金元素和杂质最高。晶粒内部化学成分分布不均匀现象称为显微偏析。采用低碳钢焊条时,由于结晶区间不大,其显微偏析不严重,可不考虑其影响。
区域偏析是在一次结晶时,柱状晶体不断长大和推移,把杂质“赶”到熔池中心,形成熔池中心杂质比其他部位多的现象。
层状偏析是在一次结晶时要不断放热,当结晶潜热达到一定数值时,熔池结晶将暂时停顿。此后,随着熔池散热,结晶又重新开始,形成周期性结晶过程。从而导致结晶前沿金属中杂质周期性变动的偏析。
7. 什么是熔合区?有什么特点?
焊接接头中焊缝与热影响区之间过渡的区域称为熔合区,包括半熔化区和未混合区。
半熔化区指的是焊缝与热影响区之间处于固、液两相交错共存而凝固的区域;未混合区指的是熔合区中紧邻焊缝边界的部分,是处于半熔化区和焊缝边界之间的部分。
熔合区内有如下特点:①显著的化学不均匀性,②存在物理不均匀性,③组织不均匀性,④存在较大的焊接残余应力。
8. 什么是热影响区?有什么特点?
处于母材和焊接熔合区之间的区域称为热影响区。热影响区是焊接时母材因受热影响而发生组织和力学性能变化的区域。
热影响区内组织不均匀,容易产生硬化、软化和脆化、裂纹等缺陷。
9. 硫对焊缝金属有什么害处?
硫在焊缝金属中是有害杂质,是引起焊缝产生热裂缝的主要元素。
10. 磷对焊缝金属有什么害处?
磷在焊缝金属中也是有害杂质,是引起焊缝冷脆性,产生冷裂纹的主要元素。
11. 什么是焊接热裂纹?
焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的裂纹称为焊接热裂纹。结晶裂纹是最常见的焊接热裂纹。
12. 如何预防产生热裂纹?
预防产生结晶裂纹可从冶金和工艺两方面采取措施。
冶金方面措施包括:控制焊缝中硫、磷等有害杂质的含量;加入适量元素,如钛、钼等。改善焊缝组织。
工艺方面措施包括:合理调整焊接参数;降低接头的拘束条件等。
13. 什么是焊接冷裂纹?
焊接接头冷却到较低温度时产生的裂纹称为焊接冷裂纹。延迟裂纹是最常见的冷裂纹。
14. 如何预防产生冷裂纹?
预防产生冷裂纹的主要措施有:①选用低氢焊接材料,②采用去氢工艺,③预热,④改善接头形式,⑤及时的焊后热处理。
15. 什么是层状撕裂?如何预防?
焊接时,在焊件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的裂纹称为层状撕裂。
层状撕裂的原因是钢材内部存在一定数量的非金属夹杂物。在轧钢时这些夹杂物被碾轧成带状,造成金属材料沿厚度方向塑性变形能力降低。焊接时,在沿厚度方向拉应力作用之下产生撕裂。
预防措施:①选用具有良好抗层撕裂材料用于焊接,②改进接头设计,③采用合理的工艺。
16. 什么是应力腐蚀?如何预防?
应力腐蚀是指金属材料在与其相匹配的介质和足够大的拉应力共同作用下,所产生的延迟裂纹。
预防措施:①选用抗应力腐蚀能力好的母材,②选用与母材一致的焊接材料,③正确选用焊接参数,④采用消除应力的回火处理,⑤与腐蚀介质接触的表面喷涂耐蚀金属层。
17. 如何防止焊缝中产生气孔?
焊缝中能产生两类气孔:分布在焊缝表面的氢气孔和氮气孔;分布在焊缝内部的二氧化碳气孔。
预防措施:①严格控制和选用焊接材料。②杜绝有害气体来源,③加强对焊接区的保护,④正确控制焊接工艺参数。
18. 什么是弧焊电源?弧焊电源分为几大类?
供给焊接电弧电能并具有适宜于电弧焊电气特性的设备,称为弧焊电源,俗称弧焊机。
弧焊电源分为交流电源和直流电源两大类。交流电源即是弧焊变压器;直流电源又分为直流弧焊发电机和弧焊整流器两类。
19. 对弧焊电源空载电压有哪些要求?
弧焊电源在无负载状态运行(电弧未引燃)时,电源的输出端电压称为空载电压U0。
空载电压U0高,容易引燃电弧。对于交流弧焊电源,空载电压高,则电弧燃烧稳定。U0过高,设备的经济性反而不好。一般有如下规定:
弧焊变压器 U0max≤80V
弧焊整流器 U0max≤90V
弧焊发电机 U0max≤100V(单头焊机)
U0max=60V(多头焊机)
20. 对弧焊电源短路电流有什么要求?
电极与工件接触短路时,焊机输出电压为零,此时焊机输出的电流称为短路电流Ix。
弧焊过程中,在引弧和熔滴过渡时,经常发生短路。如果短路电流Ix过大,设备有被过热烧坏的危险;过小,将使引弧和熔滴过渡困难。合理的短路电流Ix应为焊接工作电流I的1.25~2倍,即1.25I≤Ix≤2.0I。
21. 对弧焊电源的外特性有什么要求?
弧焊电源稳态输出电流与输出电压的关系称为电源的外特性。外特性可以用曲线来表示,称为外特性曲线。
不同的焊接方法对电源外特性的要求是不同的。为了获得所需的焊接方法,就必须要求弧焊电源具有很多条可以均匀改变的外特性曲线。常见的弧焊电源外特性曲线如图2.2所示。
焊接电源的外特性分为平特性和下降特性两大类:
①平特性是指输出电压基本上不随输出电流的变化而变化,具有恒压特点,适用于作为熔化极气体保护焊和电渣焊的电源。
②下降特性是指输出电压随输出电流变大而下降,有缓降、陡降和垂降三种情况。下降特性适用于作为焊条电弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊电源。
22. 焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊时电源外特性有什么要求?
焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊的电弧静特性曲线呈下降或水平型。当电源外特性为下降(特别是陡降)型时,在施焊中,电弧长度发生变化时,有利于保持所选定的焊接电流的稳定。故上述三种弧焊电源以具有陡降外特性为宜。
一般情况下,下降电源外特性曲线与电弧静特性曲线有两个相交点,如图2-3所示。这两个交点即是电弧稳定燃烧点。
23. 什么是弧焊电源的动特性?对电源动特性有什么要求?
弧焊过程中,不断调节焊条的位置,从而不断地改变电弧的长度,使电弧的电压和电流不断发生变化。电弧的这种变化实质上就是电源负裁的变化。弧焊电源输出的电压和电流要很快地适应负载(电弧)的变化,才能维持电弧稳定燃烧。弧焊电源适应这种动态负载的特性称为弧焊电源动特性。
电源具有合适的瞬时短路电流峰值是弧焊电源动特性的基本要求。
24. 什么是弧焊电源的调节特性?
调节弧焊电源,得到不同的外特性曲线,以适应不同的焊接工艺参数要求,称为弧焊电源的调节特性。
弧焊电源的调节主要通过调节焊接电流的大小来实现的。
25. 怎样识读弧焊电源的型号?
弧焊电源型号按GB 10249—88标准规定,采用字母和数字组合编制成代号。代号由7个区位组成,分述如下: