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：

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A C3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A C3⾄A C3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A C1～A C3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。

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？15

56Cu Ni V Mo Cr Mn C Ceq ++++++=%35.015%3.06%4.1%1.0=++=Ceq %34.05%1.06%2.1%12.0=++=Ceq %5.05

%15.0%5.06%5.1%12.0=+++=Ceq（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50 mm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。