一、简答题1. 什么是焊接电弧?其特点是什么?
由焊接电源供给的,具有一定电压的两极间或电极与焊件间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象即焊接电弧。
它的特点是:维持电弧放电的电压较低,一般为10~50V;电弧中的电流很大,可从几安到几千安;具有很高的温度,弧柱温度可达5000~30000K,在某些情况下可达50000K以上。
2. 简述电弧电压和弧长的关系。
电弧电压由三部分组成:阴极电压降、阳极电压降和弧柱电压降。其中阴极电压降和阳极电压降在一定电极材料和气体介质的场合下,基本上是固定的数值,弧柱电压降在一定的气体介质条件下和弧柱长度成正比,所以电弧电压可表示为:U=a+bL。当电极材料、电源种类及极性和气体介质一定时,a和b均是确定的数值,此时电弧电压仅决定于电弧的长度,即当弧长拉长时,电弧电压升高;当弧长缩短时,电弧电压降低。
3. 手工电弧焊的焊接电弧温度是如何分布的?
焊接电弧中三个区域的温度是不均匀的,阳极斑点温度高于阴极斑点温度,但都低于该种电极材料的沸点。弧柱区温度最高,但沿其横截面分布不均匀,其中心部分温度最高,可达5000~30000K。离开弧柱中心线,温度逐渐降低。
4. 什么是钢材焊接性?
①钢材焊接性是金属材料对焊接加工的适应性。
②主要指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。
③一是接合性能,在一定焊接工艺条件下产生,焊接缺陷的敏感性。
④二是使用性能,即在一定焊接工艺条件下,一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。
5. 焊接应力与焊接变形有什么关系?
焊接应力与焊接变形的关系如下。
①焊接应力分布和焊接变形大小取决于材料线膨胀系数、弹性模量、屈服点、温度场和焊件的形状、尺寸。温度场又与材料的导热性、比热容、密度以及焊接参数因素有关。
②在焊接结构中,焊接应力和焊接变形既同时存在,又相互制约,如在焊接过程中常采用夹具刚性固定法施焊,这样变形小了,而应力却增加了;要使焊接应力减小,就要允许焊件有一定程度的变形,这要根据具体情况而定,是以减少应力为主,还是以减小变形为主。
③在生产中,往往要求焊接结构既不能有较大的焊接变形,又不允许存在较大的焊接应力。因为焊接应力与变形在一定条件下将影响焊接结构的强度、刚度,受压时的稳定性以及尺寸的准确性和加工精度。
6. 堆焊的方式有哪几种?各有什么特点?
堆焊的方式及特点如下。
(1)手工电弧堆焊 手工电弧堆焊的优点是方便灵活、成本低、设备简单,但生产率较低、劳动条件差。由于参数不稳定而造成堆焊金属的化学成分和性能波动较大。
(2)埋弧堆焊 埋弧堆焊具有生产率高、堆焊层硬度均匀、劳动强度低等一系列优点。
(3)振动堆焊 振动堆焊时零件在堆焊过程中受热很小,热影响区小,所以被焊零件变形很小;堆焊层均匀、平整,其厚度可根据零件的磨损情况来确定,在单方向上为0.5~3mm,加工余量小,便于机械加工;生产率较高,堆焊速度每分钟最高可达0.8m,是手工电弧堆焊的1~2倍。
(4)等离子弧堆焊 与其他堆焊方法比较,等离子弧堆焊具有稀释率低、成形好、效率高、节省材料和加工量等优点。
(5)电渣堆焊 电渣堆焊的基本原理和电渣焊一样,堆焊时根据形状的要求,设计冷却滑块,使之适合堆焊层的不同形状,可以堆焊平面、立面、内外圆面和圆锥面。电渣堆焊的优点是生产率高,一次可堆焊的厚度较大,熔深小,熔合比较小,堆焊焊缝抗气孔、抗裂纹能力强。缺点是堆焊处金属容易过热,焊后往往需要热处理。
7. 在使用弧焊机过程中应注意哪些事项?
①焊机的接线和安装应由专门的电工负责,焊工不应自行动手。
②弧焊变压器和弧焊整流器必须接地,以防机壳带电。
③焊机接入电网时,必须使两者电压相符合。
④直流弧焊机,当启动手柄打在△位置时,不得合闸启动,以免启动电流过大,烧坏电网保险装置。
⑤并励直流弧焊发电机启动时电枢不能反转,以免剩磁消失,使焊机的空载电压无法建立。
⑥当焊钳和焊件接触时,不得启动焊机,以免启动电流过大,烧坏焊机。暂停工作时,也不得将焊钳直接搁在焊件上。
⑦应按照焊机的额定焊接电流和负载持续率来使用,不要使焊机因过载而被损坏。
⑧经常保持焊接电缆与焊机接线柱的接触良好,注意螺栓的紧固。
⑨要经常检查直流弧焊机的电刷和换向片的接触情况,若电刷火花过大会烧坏换向片;若电刷磨损或损坏时,要及时调换同样的新电刷。
⑩焊机移动时,不应受剧烈振动,特别是硅整流焊机,要忌振动,以免影响工作性能。
要保持焊机的清洁,特别是硅整流焊机,应定期用于燥的压缩空气吹净内部的灰尘。
当焊机发生故障时,应立即将焊机的电源切断,然后及时进行检查和修理。
工作完毕或临时离开工作场地时,必须及时切断焊机的电源。
8. 气体保护焊常用的保护气体有哪些?为什么氩气用得最多?
气体保护焊的保护气体有惰性气体、还原性气体、氧化性气体和混合气体等数种。
惰性气体有氩气和氦气;还原性气体有氮气和氢气;氧化性气体有CO2和水蒸气;混合气体是在一种保护气体中加入适当分量的另一种(或两种)气体。
常用的保护气体有氩气、氮气和CO2气体。
因为氩气是惰性气体,且比氦气价格便宜,制取方便,在焊接中保护效果好,焊接应用广泛,已从焊接化学性质活泼的金属发展到焊接常用金属(如低碳钢),所以,以氩气用得最多。
9. CO
2气体和Ar(氩气)气都属于保护气体,两者在性质和用途上有何不同?
CO2是氧化性气体,作为焊接区域的保护气体时,会使熔滴和熔池金属激烈地氧化,引起合金元素的烧损,并且工艺性较差,会产生气孔和较大的飞溅,所以,目前只能用于焊接低碳钢和低合金钢,不适用于焊接高合金钢和有色金属,特别是对于不锈钢,由于会产生焊缝增碳现象,降低不锈钢的抗晶间腐蚀性能,所以用得很少。
氩气是惰性气体,它不与熔化金属起任何化学反应,所以焊接过程中焊缝的化学成分基本上没有什么变化,焊接质最好,可用来焊接各种合金钢、高合金钢(包括不锈钢)和有色金属。由于目前氩气的价格正在逐渐降低,所以,也大量用来焊接低碳钢(打底焊)。
10. 什么是熔化系数?它和什么因素有关系?
熔焊过程中,单位电流、单位时间内焊芯(或焊丝)的熔化量[g/(A·h)]即熔化系数。它是表示焊条(或焊丝)熔化速度快慢的一个参数,它与焊条(或焊丝)的金属材料及直径有关。
11. 什么是熔滴和熔滴过渡?
电弧焊时,在焊条(或焊丝)端部形成的,并向熔池过渡的液态金属滴即熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程,即熔滴过渡。
12. 什么是飞溅?引起飞溅的原因有哪些?
熔焊过程中,熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象叫飞溅。这种飞散出的金属颗粒和熔渣习惯上也叫飞溅。
引起飞溅有三种原因:气体爆炸引起的飞溅、斑点压力引起的飞溅和短路过渡引起的飞溅。
(1)气体爆炸引起的飞溅 在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,以致造成液体金属发生粉碎性的细滴飞溅,这种飞溅可能在焊条(或焊丝)端头的熔滴处产生,也可能在熔池内产生。
(2)斑点压力引起的飞溅 焊条(或焊丝)端头的熔滴在斑点压力的作用下,十分不稳定,不断地跳动,有时被顶到焊条(或焊丝)的侧面甚至使熔滴上翘,最终会飞离焊条(或焊丝)而成为飞溅。这种飞溅经常发生在手弧焊和CO2气体保护焊采用直流正接的情况下。
(3)短路过渡引起的飞溅 CO2气体保护焊短路过渡的情况下,在发生短路期间(通常在2.5~5ms)的最后阶段,如果还继续增大电流,在熔滴同熔池之间发生烧断开路,这时的电磁力使熔滴往上飞去,引起强烈飞溅。
13. 什么是熔渣?熔渣分成哪几类?各类的成分是什么?
焊接过程中,焊条药皮或焊剂熔化后经过一系列化学变化形成覆盖于焊缝表面的非金属物质称为熔渣。
熔渣可分为三大类:第一类是盐型熔渣,它主要是由金属的氟盐、氯盐组成;第二类是盐-氧化物型熔渣,它主要是由氟化物和强金属氧化物所组成;第三类是氧化物型熔渣,它主要是由各种金属氧化物所组成。
14. 后热对防止冷裂纹有什么作用?
后热对防止冷裂纹的作用应该有以下几个方面。
①后热是焊后在焊缝未冷却至室温(>100℃)时立即将焊件加热到一定温度,并保温一定时间后缓冷至室温。
②后热温度一般为250~350℃,保温2~6h(视焊件温度而定)。后热主要作用是使焊缝中扩散氢尽快逸出,也能适当降低残余应力,对防止冷裂纹具有十分明显的效果。“后热”又称“焊后消氢处理”。
③对某些合金元素含量较高的合金钢需要较高的预热温度,才能防止冷裂纹,但较高的预热温度对焊工操作不利,采取后热措施可适当降低预热温度。
④对于焊后不能及时进行消除应力热处理的焊件,应立即进行热消氢处理,防止产生冷裂纹。
15. 什么是焊接接头?它是由哪几部分组成的?
用焊接方法连接的接头称为焊接接头。
焊件在电弧热作用下,熔化形成熔池,热源离开后,熔池结晶即形成焊缝。焊接时,近缝区母材受电弧热的作用,组织和性能均发生了变化,这部分变化了的母材称为热影响区。焊缝向热影响区过渡的区域称为熔合区。
焊接接头是由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成的。
16. 焊接接头的坡口形式有哪几种?
常用的焊接接头坡口形式有:I形、V形、双V形、U形、双U形、单边V形、双单边V形和J形坡口。
17. 电阻焊时两个焊件间的接触电阻大小与哪些因素有关?
接触电阻的大小与电极压力、材料性质和表面状况有关。
18. 钢和铁有什么区别?
钢与铁的区别在于含碳量不同,含碳量在0.04%~2%的称为钢;含碳量大于2%的称为铸铁;含碳量小于0.04%的称为工业纯铁。
20. 酸性焊条有何特点?
①氧化性强,焊接过程中合金元素容易烧损。
②焊缝金属中氧和氢的含量较多,力学性能较低,特别是韧性较低。
③对铁锈、水分产生气孔的敏感性不大。
④可交、直流两用。
21. 在焊接过程中会产生哪些有害因素?
在焊接过程中产生的有害因素有金属烟尘、有毒气体、高频电磁场、射线、电弧辐射和噪声等。
22. 根据什么来选择低合金钢焊接材料?
焊接材料的选择应根据焊件的化学成分、力学性能、接头刚性、坡口形式以及使用要求来决定。
23. 在什么情况下焊接低碳钢需焊前预热,焊后热处理?
①当焊件较厚或刚性很大,同时对接头性能要求较高时;②在低温环境下进行焊接时。
24. 什么叫直流正接和直流反接?
直流正接就是焊件接电源正极的接线法。
直流反接就是焊件接电源负极的接线法。
二、计算题1. 已知5s内通过某一导体横截面的电量为40C,试求流过此导体的电流强度。
由电流强度定义可得:
5s流过此导体的电流强度为8A。
2. 有一块矩形钢板,长a=400mm,宽b=100mm,厚度δ=10mm,求其质量。(ρ
钢=7.85×10
3kg/m
3)
第一步先求体积:V=abδ=400×100×10×10-9=4×10-4(m3)
第二步求质量:m=ρ铜V=7.85×103×4×10-4=3.14(kg)
矩形钢板的质量是3.14kg。
3. 已知12Cr1MoV钢中,ω(C)=0.15%,ω(Mn)=0.6%,ω(Cr)=1.2%,ω(Mo)=0.3%,ω(V)=0.3%,求该钢种的碳当量。
根据碳当量公式得:
代入数值
12Cr1MoV钢的碳当量C
e为0.61%。
4. 已知15CrMo钢中,ω(C)=0.18%,ω(Mn)=0.6%,ω(Cr)=1.0%,ω(Mo)=0.5%,求该钢种的碳当量。
根据碳当量公式得:
代入数值
15CrMo钢的碳当量C
e为0.58%。
5. 按给定的碳当量计算公式,计算钢的碳当量值。
钢的化学成分为:0.15% C,1.80% Mn,0.48% Si,2.5% Cr,0.60% Mo,0.15% V,3.6% Ni,0.26% Cu,0.024% P。
根据碳当量公式
该钢碳当量是1.36%。