焊接方法及设备试题
焊接方法及设备试题（一）
一名词解释（共 5 小题，每题 2 分，共10 分）
1 电场发射型阴极区导电机构
2 射流过渡
3 电弧功率密度，电弧加热斑点
4 双弧
5 电弧固有自调节
二简答题（共45 分）
1 试说明各种主要焊接工艺参数对焊丝熔化速度的影响?（5 分）
2 与TIG 焊相比，等离子弧焊的热源特性有哪些变化？是否可用TIG 焊电源进行等离子弧焊？为什么？（7
分）
3 利用熔化极气体保护焊进行全位置焊接时，可选择哪些熔滴过渡方式，为什么？（7 分）
4 TIG 焊为什么一般不用接触引弧？如果需要采用接触引弧的话，应对设备做哪些改进？（7 分）
5 等离子弧是依靠什么原理提高电弧功率密度的？试根据电弧理论解释。（7 分）
6 等离子流力是如何产生的？对熔滴过渡及焊缝成形有何影响？（6 分）
7 用TIG 焊焊接铝及铝合金时一般选用何种电源及极性，为什么？（ 6 分）
（以下任选三题）
三利用MIG焊焊不锈钢时，为什么一般不用纯氩作保护气体？一般选择什么混合气体？为什么？（15分）
四为什么说等速送丝系统仅适用于细丝？与采用低碳钢焊丝相比，采用18-8 不锈钢焊丝焊接时等熔化曲线会有什么变化？试作图说明（假定焊丝直径、伸出长度均相同）。（15分）
五利用C02焊焊接低碳钢时，如错用埋弧焊焊丝（H08A，会出现什么后果？为什么（15分）
六自动TIG焊电弧有无弧长自调节作用？为什么？弧长波动影响哪些焊缝形状尺寸？过大时会引起何种后果？如果要保持弧长稳定，你认为应采取何种措施（15分）
焊接方法及设备试题（一）答案
一名词解释（10 分）
1 答：利用Al、Fe 等作阴极时，阴极的温度低，电子热发射能力很弱，不能通过热发射提供弧柱导电所需要的电子流，从而使阴极前面出现一空间正电荷区；该区域具有较大的电场强度及电压，在较大的电场强度及电压作用下，该区以电场发射及电场作用的电离产生电子，弥补热发射能力的不足，满足弧柱导电需要，这种导电机构称为电场发射型导电机构。
2答：对于钢焊丝MIG焊，当焊接电流大于临界电流时，熔滴以细小的颗粒，很大的加速度，呈束流状过渡，这种过渡形式被称为射流过渡。
3 答：对于一定的加热热源，单位有效加热面积上的热功率被称为电弧功率密度。电弧加热工件的有效区域被称为加热斑点。
4 答：正常的转移型等离子电弧应稳定地燃烧在钨极与工件之间，由于某种原因，有时会形成一个燃烧于
钨极- 喷嘴-工件之间的串联电弧，从外部观察到两个电弧同时存在，这就是双弧。
5固有自调节：对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，熔化系数随电弧电压的增大而减小，所以当弧长发生变化时，电弧本身具有恢复原来弧长的能力。这种能力被称为弧长固有自调节作用。（或对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，n=k i I - k u U中的K U很大，利用等速送丝匹
配恒流特性的电源就可依靠弧长波动时产生的Dn=- k u DU来保证电弧弧长的稳定，这种弧长调节作用被称
为固有自调节作用）
二简答题（共45 分）
1 答：熔化速度为单位时间内熔化的焊丝重量或长度。影响熔化速度的主要焊接工艺参数有焊接电流、
电弧电压、极性接法、保护气体的成分及焊丝直径、电阻率、伸出长度。
1）焊接电流越大，熔化速度越大；2）电弧电压较大时电压对熔化速度无影响，电弧电压较小时，随着电弧电压的减小，熔化速度（系数）增大；3）焊丝接正极时熔化速度较小，焊丝接负极时熔化速度较
大；4）焊丝接正极时保护气体对熔化速度无影响，焊丝接负极时，在Ar弧中加入CQ或Q可增大熔化速
度；5）焊丝直径越小或电阻率越大或伸出长度越长，熔化速度越大
2 答：与TIG 焊相比，等离子弧焊的热源特性有如下变化：1）温度高，能量密度大；2）等离子弧的稳定性、刚直性增大；3）小电流电弧更加稳定（利用联合电弧时）4）电弧的扩散角更小；5）热源成分不同，TIG 焊时加热工件的主要热量为极区产热，而等离子弧焊时加热工件的热量有很大一部分来自弧柱。
等离子弧焊接与TIG焊均采用陡降特性的电源，如利用纯Ar作等离子气，空载电压只需要60?80V,
与TIG焊空载电压大致相同，因此可用TIG焊电源。如利用A叶H2作等离子气，需要的空载电压明显高于
TIG焊电源的空载电压，不可利用TIG焊电源（但可将两台TIG焊电源串联起来使用）。
3答：可选用短路过渡MIG焊、短路过渡CQ焊、脉冲控制MIG焊。利用熔化极气体焊进行全位置焊接时，熔池的位置以及熔池与熔滴的相对位置一直处于变化之中，因此，熔池的保持及熔滴过渡均较困难。短路过渡工艺及脉冲MIG焊可解决上述问题，这是因为短路过渡时
电流较小，熔池体积及熔池重量较小，熔池易于保持，而且，短路过渡依靠焊丝与熔滴间的缩颈发生爆破时的爆破力进行过渡，无论熔池与熔滴的相对位置如何，总能促使熔滴向熔池过渡。
脉冲MIG焊能够在很小的线能量下实现射流过渡，熔池的体积较小，易于保持，同时射流过渡是在等离子流力作用下过渡的，无论熔池与熔滴的相对位置如何，总能促使熔滴向熔池过渡。
4答：对于一般TIG焊设备，钨极与工件接触时，焊接回路短路，回路中电流很大，钨极过热，一方面使钨极受到损伤，降低使用寿命；另一方面，钨熔化后进入熔池造成焊缝夹钨，降低焊缝机械性能；因此，TIG 焊一般不使用接触引弧。
如果使用接触引弧，应在焊接设备上附加一电流切换装置，该控制装置应实现下列功能：1）钨极与
工件接触时，将短路电流控制在较低的水平上，仅使钨极预热而不致使钨极熔化；2）钨极提起时迅速将
焊接回路的电流切换为正常焊接用大电流，使电弧引燃，进行正常焊接。
5 答：等离子弧依靠下列三种压缩作用提高功率密度：
1）水冷铜喷嘴的机械压缩作用，水冷铜喷嘴的孔径限制了弧柱横截面面积的自由扩大；2）喷嘴冷却
水产生的冷压缩作用，冷却水使电弧受到冷却，且在喷嘴内壁附近形成冷气膜，进一步压缩了电弧；及3）电磁压缩，在前两种压缩作用下，电弧电流密度提高，电磁收缩力增大，进一步使电弧受到压缩。
当电弧受到压缩后，电弧的电流密度及电场强度提高，从而使电弧的功率密度提高。
6 答：等离子流力产生于锥形电弧中，锥形电弧中的电磁收缩力会导致一从小截面指向大截面的轴向分力，在该轴向分力的作用下，电弧中会形成一从小截面指向大截面的高速高温气流，该气流形成的力即等离子流力。
由于等离子流力总是从小截面指向大截面（即从焊丝指向工件），因此总是促进熔滴过渡。由于等离子流力在电弧的径向分布不均匀，中心处特别大，而周边很小，因此易导致指状熔深。
7答：用TIG焊焊接Al、Mg及其合金时，一般采用交流，工件很薄时，也可采用直流反接，这是因为：这些金属及其合金表面有一层致密的氧化膜，焊接过程中必须利用阴极雾化作用去除这层氧化膜，否则会导致熔透不良，焊缝成型差等缺陷，而当采用直流反极性接法及交流电弧时，阴极斑点产生在（交流时周期性地产生在）工件上，利用阴极斑点自动寻找氧化膜的性能可破除氧化膜。
三（15分）答：不选用纯Ar作保护气体而选用A叶CQ或Ar+Q或A叶Q+CQ的原因如下：
1）利用纯Ar焊接时易产生指状熔深，加入适量的Q及/或CQ可有效地防止指状熔深；2）利用纯Ar
焊接时，熔池金属的表面张力大，易产生气孔，焊缝金属润湿性差，易产生咬边缺陷，加入适量的O及/
或CO可有效地较低熔池金属表面张力，改善焊缝成形；3）利用纯Ar焊接时，电弧阴极斑点不稳定，易
产生飘弧现象，加入Q及/或CO后，可在熔池表面形成一层氧化膜，稳定阴极斑点，进而使电弧稳定，而形成的氧化膜又不断破碎掉。
四（15 分）答：熔化极电弧焊时必须保持弧长的稳定。等速送丝系统依靠自调节作用保持弧长的稳定，自调节作用的灵敏度取决于Dn m=k i DI ，而k i 又决定于焊丝直径，焊丝直径越大，k i 越小，自调节作用的灵敏度越低，因此等速送丝系统仅适用于细丝。
等熔化曲线的方程为，ki 随电阻率的增大而增大，由于18-8 不锈钢的电阻率比低碳钢大，因此，与采用低碳钢时焊丝相比，采用18-8 不锈钢焊丝焊接时等熔化曲线向左移动。
五（15分）答：利用CO焊焊接低碳钢时，如错用用埋弧焊焊丝（H08A，会造成以下后果：
1）焊缝中合金元素Si、Mn含量低；焊缝机械性能差；2）严重飞溅；3）CO气孔。
原因如下：1）由于CO焊具有较强的氧化性，使焊丝及熔池中的Si、Mn C、Fe严重烧损，而H08A
焊丝中的Si、Mn含量很低，无法弥补这种烧损损失，因此熔池及熔滴中的Si、Mn C含量低，熔池结晶
后的焊缝中合金元素Si、Mn含量低，使焊缝机械性能变差。此外，由于大量的Fe被氧化成FeQ且少量FeO进入熔池及熔滴，与C发生下列反应：FeQ + C = Fe +CQ。2）熔滴中的FeQ与C反应生成的CQ在电弧的高温作用下聚集，压力增大，使熔滴爆炸，引起严重的飞溅。3）熔池中的上述反应产生的CO气体，
不易析出，从而导致CO气孔。
六（15分）答：所谓弧长自动调节作用是熔化极电弧通过弧长变化时所引起的焊丝熔化速度的变化来调节弧长，使弧长恢复到原来弧长的一种的能力。由于TIG焊是一种非熔化极电弧焊（虽然有时也添加
焊丝，但焊丝并不作为电弧的一个极），弧长主要决定于钨极端部离工件的距离，因此TIG焊电弧无弧长
自调节作用。
TIG焊焊接时通常采用恒流电源，弧长变化时，电弧电流变化很小，对熔深的影响较小，但对熔宽的影响较大。
波动过大将使焊缝表面的熔宽非常不均匀，电弧不稳，甚至熄灭。因为只要保持导电嘴或钨极端部离工件的距离不变就可稳定弧长，因此，如果一定要保持弧长稳定，可通过将弧压反馈到焊炬驱动电机控制回路中，形成焊炬高度位置自调节系统，保持焊炬离工件表面的位置不变，从而稳定弧长。
焊接方法及设备试题（二）答案
一名词解释（共 5 小题，每题 2 分，共10 分）
1 电磁收缩效应
2 固有自调节
3 小孔效应
4 电场发射型阴极区导电机构
5 电弧功率密度，电弧加热斑点
二简答题（共45 分）
1 熔化极气体保护焊通常选用哪些保护气体？它们各有何特点？（9 分）
2正弦波交流TIG焊为什么易产生直流分量？直流分量有何危害？如何防止？（7分）3用MIG焊焊接中等厚度铝合金时最好选用何种过渡方式？为什么？（7分）
4 与TIG 焊相比，等离子弧的电弧静特性有何变化？请解释之。（7 分）
5为什么CO焊常选用H08Mn2SiA等含Mn Si量较高的焊丝？如选用H08A将导致何种危害？（9分）6用TIG焊焊接时为什么一般选用直流正极性接法？（6分）
（以下任选三题）
三普通短路过渡CO2焊适用的焊丝直径为?，电流为80?130A,电压为18?22V,否则会造成很大的飞溅, 请解释原因。（15 分）
四 1 ）粗丝埋弧焊为什么必须选用弧压反馈送丝系统？如何匹配电源？
2）将焊丝由5mm改为后，电弧电压及电流调节范围如何变化？为什么？（作图说明）（15分）
五自动TIG 焊电弧有无弧长自调节作用？为什么？弧长波动影响哪些焊缝形状尺寸？弧长波动过大时会引起何种后果？如果要保持弧长稳定，你认为应采取何种措施（15 分）
六试作出短路过渡C02焊的电弧电压及电流波形；说明短路过渡C02焊对电源动特性有何特殊要求，并解释其原因。（15分）
焊接方法及设备试题（二）答案
一名词解释（10 分）
1 答：电流流过导体（如电弧或熔滴）时，整个电流可看作由许多通以同向电流的电流线组成，这些电流线间存在相互吸引力，使导体的断面具有收缩的趋势，这种效应被称为电磁收缩效应。
2答：对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，熔化系数随电弧电压的增大而减小，所以当弧长发生变化时，电弧本身具有恢复原来弧长的能力。这种能力被称为弧长固有自调节作用。（或对于Al及Al合金MIG焊，当采用较短的弧长进行焊接时，n=k i I - k u U中的Ku很大，利用等速送丝匹配恒
流特性的电源就可依靠弧长波动时产生的Dn=- Dk u U来保证电弧稳定，这种弧长调节作用被称为固有自调
节作用）
3 答：在进行穿孔型等离子焊接时，等离子弧将工件完全穿透并在等离子流力的作用下形成一个穿透工件的小孔，熔化金属被排挤到小孔周围，随着等离子弧在焊接方向的移动，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方移动，于是小孔跟着等离子弧向前移动。稳定的小孔是不加衬垫实现单面焊双面成形的最佳方法。
4答：利用AL、Fe、Cu等作阴极时，阴极的温度低，电子热发射能力很弱，不能通过热发射提供弧柱导电所需要的电子流，从而使阴极前面出现一空间正电荷区，该区域具有较大的电场强度及电压，在较大的电场强度及电压作用下，该区以电场发射及电场作用的电离产生电子，弥补热发射能力的不足，满足弧柱导电需要，这种导电机构称为电场发射型导电机构。
5 答：对于一定的加热热源，单位有效加热面积上的热功率被称为电弧功率密度。电弧加热工件的有效区域被称为加热斑点。
二简答题（共45 分）
1答：1）焊接Al及Al合金、Mg及Mg合金通常选用Al+He作保护气体，这是因为该混合气体具有良好的工艺特点：a）熔滴沿轴向过渡，飞溅小；b）熔深呈碗形；c）电弧温度高、熔透能力强。
2）焊接不锈钢时选用A叶CQ或A叶Q或A叶Q+CO,这是因为是：a）利用纯Ar焊接时易产生指状熔深，加入适量的Q2及/或CQ可有效地防止指状熔深；b）利用纯Ar焊接时，熔池金属的表面张力大，易产生气孔，焊缝金属润湿性差，易产生咬边缺陷，加入适量的Q及/或CQ可有效地较低熔池金属表面张力，
改善焊缝成形；c）利用纯Ar焊接时，电弧阴极斑点不稳定，易产生飘弧现象，加入Q及/或CQ后，可
在熔池表面形成一层氧化膜，阴极斑点，使电弧稳定，而形成的氧化膜又不断破碎掉。
3）焊接低碳刚及低合金钢时可选用CQ气体，这是因为该气体具有如下同一特点：a）熔透能力大，熔敷速度快；b ）对H气孔不敏感；3）成本低。
2答：正弦波交流TIG焊时电弧的极性周期性变化，在正极性半波，钨极为阴极，电子发射能力强，电弧电导率高，电弧电压及再引燃电压小。在反极性半波，工件为阴极，电子发射能力低，电弧的电导率低，电弧电压及再引燃电压大。因此正极性半波与反极性半波的电压不对称，这种电压的不对称导致的电流的不对称，正极性半波电流大，而反极性半波小，从而形成了一从工件指向钨极的直流电流分量。
直流分量的危害为：1）降低了电弧的加热效率；2）恶化了弧焊变压器的工作条件，消除直流分量的方法是在焊接回路中加上适当的电容，利用电容的通交隔直作用，消除直流分量。
3答：AI合金MIG焊焊接中等厚度铝合金时可选用的熔滴过渡形式有射滴过渡及亚射流过渡两种，最好选用亚射流过渡，其原因是：1）电弧为蹀形，阴极雾化作用大，可有效地避免射滴过渡时易产生的焊缝起皱皮及表面形成黑粉的现象。2）由于采用了恒流电源，焊接过程中弧长在一定范围内变化时，焊接电流始终保持不变，因此焊缝外形和熔深非常均匀。 3 ）亚射流电弧焊接的焊缝为“碗形”，避免了指状熔深引起的熔透
不良等缺陷。
4 答：1 ）由于水冷铜喷嘴的冷却作用，弧柱截面积受到限制，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，因此整个静特性曲线上移，且U 特性的平直段较TIG 焊小；
2）拘束孔道的尺寸及形状对静特性有明显的影响，喷嘴孔径越小，U 特性的平直段越小，上升段斜率增
大；
3）等离子气体的种类及流量不同时，弧柱的电场强度将有明显的变化。
4）采用混合型电弧时，下降段的斜率明显减小，小电流电弧稳定。
5答：原因如下：由于CO焊具有较强的氧化性，使焊丝及熔池中的Si、Mn C Fe严重烧损，为了
弥补这种烧损损失，保证焊缝中有足够的Si、Mn含量很低，并抑制熔滴及熔池中的下列反应：FeO + C = Fe +CO,因此，必须采用含Si、Mn量高的焊丝。
利用CO焊焊接低碳钢时，如错用用埋弧焊焊丝（H08A）,会造成以下后果：1）焊缝中合金元素Si、
Mn含量低；焊缝机械性能差；2）熔滴中的FeO与C反应生成的CO在电弧的高温作用下聚集，压力增大，使熔滴爆炸，引起严重飞溅；3）熔池中的上述反应产生的CO气体，不易析出，从而导致CO气孔。
6答：用TIG焊焊接除Al、Mg及其合金以外的金属时通常使用直流正极性接法，其主要原因为：1）这些金属的表面不存在难熔的氧化物，无须阴极雾化作用；2）工件为阳极，工件接受电子轰击时所释放
的大量动能和位能，转变为热能，因此焊缝窄而深，生产率高，工件变形小；3）钨极上接受正离子的轰
击时放出的热量小，且钨极发射电子时消耗热量，因此钨极上产热少、不易过热；4）与直流反极性相比。同样板厚可采用直径较小的钨极，电弧稳定。
三（15 分）答：短路过渡二氧化碳焊时电弧周期性地燃烧、熄灭，其短路过渡的频率是影响焊接过程的稳定性及飞溅的主要因素。
1）普通短路过渡二氧化碳焊只能采用直径为~的细丝，其原因是：焊丝直径较细时，焊丝熔化速度快，
因此熔滴过渡周期短、频率快，飞溅小；而焊丝直径过大时，焊丝熔化速度慢，熔滴过渡的频率小，飞溅
大。
2）短路过渡二氧化碳焊时，电弧电压与熔滴过渡频率间的关系曲线呈开口向下的抛物线形，当电压
等于18?22V时，过渡频率最大，电压小于该范围或大于该范围时，过渡频率明显减小，电弧稳定性显著下降，飞溅增大。当电弧电压数值比正常短路电压高时熔滴体积长的比较大，变为以大滴排斥过渡为主，
以短路过渡为辅的过渡，在斑点力的作用下，飞溅很大。当电弧电压低于最佳范围时，弧长很短，熔滴于熔池很快接触，燃弧时间很短，但短路时间较长，短路过渡的频率并不能增大，当电压过低时，焊丝未熔化的部分可能会插入熔池，造成固体短路，由于短路电流很大，使固体焊丝熔断，熔断后的电弧弧长更大，短路频率下降，飞溅增大，甚至导致固体焊丝的飞溅，电弧非常不稳定。
3）焊接电流（送丝速度）与熔滴过渡频率间的关系曲线也为开口向下的抛物线形，当电流在80?130A 范围内时，过渡频率较大，电弧稳定，当电流小于该或大于该范围时过渡频率均下降，使飞溅增大。电流过小时易导致固体焊丝飞溅，而过大时，爆破能量大，细颗粒飞溅大。
四（15 分）答：1）熔化极电弧焊时必须保持弧长的稳定。而送丝系统分为等速送速及弧压反馈送丝系统两种（2 分）。等速送丝系统依靠自调节作用保持弧长的稳定，自调节作用的灵敏度取决于Dn m=k i DI，
而k i 又决定于焊丝直径，焊丝直径越大，k i 越小，自调节作用的灵敏度越低，因此等速送丝系统仅适用于
细丝。弧压反馈送丝系统通过送丝速度来调节弧长，而送丝速度有弧压控制，其灵敏度与焊丝直径关系不大，粗丝时可保证弧长的稳定（4分）。应匹配陡降特性的电源，以保证调节精度（2分）。
2）弧压反馈送丝系统的静特性方程为：
焊丝直径影响ki，焊丝直径减小时，ki增大，静特性的斜率增大（3分），因此焊丝由5mm改为后，电弧电压及电流调节范围变为一个电流较小、电压较大的区域，如图所示（5分）。