电弧焊（焊接工艺与设备）复习题

复合的区域：温度较低的部位（在电弧的周边）或温度下降的部位。

3、电弧的静特性及其影响因素？

电弧静特性：在电极材料、气体介质和弧长一定的条件下，电弧稳定燃烧，焊接电流与电弧电压变化的关系。

影响因素：1.电弧长度的影响 2.周围气体种类的影响 （气体物理性能不同—主 气体的电离能不同—次） 3.周围气体介质的压力 （压力增大 冷却作用变大 电弧电压变大）

4、简述MIG焊焊铝时，亚射流过渡电弧的自身调节作用？

MIG焊焊铝合金的亚射流过渡焊接，采用等速送丝配备恒流特性电源。以焊丝熔化系数的改变使熔化速度变化，通过电弧自有的自身调节作用稳定电弧，即电弧自身有保持弧长稳定的能力，当电弧从L0变至L1，电弧的燃烧点由O-O1由于电源外特性为恒流电弧电流不变。但弧长变长后，焊丝熔化系数↓――熔化速度 ↓ V熔＜V送-电弧逐渐缩短 O1→O这是其自身调节作用。（结合曲线图） 5、电弧各区域的导电机构（特点)如何？ 电弧的组成区域：阴极区、阳极区、弧柱区

弧柱区：1.弧柱气体将产生以热电离为主——带电粒子的产生途径 2.弧柱的总电流是由电子流和正离子流两部分组成 3.电弧放电具有低电压、大电流的特点

4.弧柱区是一个等离子体，是阳极射流和阴极射流复合而成的复合流 阴极区：阴极区的作用：是向弧柱区提供所需要的电子流Ie，接受由弧柱区送来的正离子流Ii，以满足电弧导电需要。

阴极区提供的电子流与阴极材料种类、电流大小、气体介质等因素有关 阴极区导电机构可以分为三大类：热发射型、电场发射型、等离子型 1、热发射型阴极区导电机构 （1）阴极采用W、C等高熔点材料

（2）弧柱所需要的电子流主要依靠阴极热发射来供应 （3）阴极压降小或不存在阴极压降区

（4）不存在阴极斑点（阴极表面的导电区域的电流密度和弧柱区相似。 2、电场发射型阴极导电机构

（1）主要靠电场发射—由于强电场的存在； （2）阴极压降相对较大； （3）阴极斑点明显

（4）阴极区的正离子流比率比弧柱区要增大

3、等离子型阴极（正离子流型）导电机构

产生的条件：小电流或冷阴极材料，尤其在低气压环境中更容易出现。 ①主要是热电离而不是热发射；

②阳极的前面有很亮的辉点（可达10000K以上）； ③阳极压降在0～Ui之间;

0＜Uk＜Ui, Ui----气体的电离电位； ④一般在小电流区间出现

I↑转变成热发射导电机构，辉光点逐渐消失，阳极表面的电流密度逐渐↓； ⑤在冷阴极的导电机构中可能出现等离子导电机构 例：低气压钨极氩弧焊。

阳极区：阳极区的作用：阳极区接受由弧柱区过来的0.999I的电子流 向弧柱区提供0.001I的正离子流（阳极不能直接发射正离子） 阳极不能直接发射正离子

阳极区提供正离子可能的机构有两种：阳极区电场作用下的电离 阳极区的热电离

(1)阳极区电场作用下的电离 ①电流较小时产生； ②阳极区压降较大UA＞Ui

阳极区压降较大，使电子加速与中性粒子碰撞而电离； ③阳极表面的电流由电子流组成； ④阳极区长度10－2～10－3㎝。 (2)阳极区的热电离 ①电流密度较大时产生

②阳极区压降较低，甚至为零:这是由于主要靠热发射的作用。 阴极斑点与阳极斑点

（1） 阴极斑点：阴极上电子集中，电流密度很高的点发出烁亮的辉光 ①阴极斑点形成的条件

Ⅰ 该点有可能发射电子的条件:主要是热发射和电场发射； Ⅱ 弧柱通过该点时弧柱的能量消耗较少， ②阴极斑点的运动性：取决于阴极斑点的选择性 Ⅰ 阴极斑点会自动跳向温度高，热发射性强的物质； Ⅱ 阴极斑点会自动寻找氧化膜

例如：Al合金焊接时采用直流反接或交流就是阴极斑点这种特性所决定的。 ③产生阴极斑点的电极材料

Ⅰ 高熔点材料W、C,小电流施焊―――阴极粒子靠电场发射或等离子型导电机构来提供电子。

Ⅱ 低熔点材料做电极Fe、Al、Cu等(电场发射)大小电流施焊时均可能产生阴极斑点。

（2）阳极斑点：阳极表面上集中接受电子的微小区域，呈现一明亮的光斑。 ①阳极斑点产生的条件

Ⅰ 该点有金属蒸发：由于金属蒸气的电离能大大低于一般气体的电离能； Ⅱ 电弧通过该点时弧柱的能量损失小。 ②阳极斑点的运动性

自动寻找纯金属而避开氧化膜。 ③产生阳极斑点的电极材料 低熔点材料：Al、Cu、Fe等。

说明：阳极斑点电流密度比阴极斑点小，故阳极斑点的压力小于阴极斑点，例如，MIG焊时采用直流反接，如正接时，即焊丝接负极，阻止熔滴过渡的作用力较大。 6、什么是埋弧自动焊的自身调节作用？等速送丝平特性电弧采用什么样的电源外特性比较好？为什么？（从调节精度、灵敏度来考虑）什么是埋弧自动焊的电弧电压反馈调节？调节器的作用是什么？电弧电压反馈调节的埋弧自动焊常采用什么样的电源外特性？为什么？（从网压波动时的系统误差及灵敏度来考虑） 埋弧焊自动调节的作用:当选定的规范参数受外界干扰而发生变化时，能自动调节迅速恢复到预定值。

缓降 ①因为平特性电源比上升或下降特性电源引起的电弧电压静态误差小，而缓降外特性电源引起的电弧电压变化量比陡降性电源小，故采用缓降外特性。 ②敏度较高时，焊接的稳定性才能得到保证。

灵敏度取决于弧长波动时引起的焊丝熔化速度的变化量的大小⊿Vm. ⊿Vm越大，弧长恢复得越快，调节时间越短，自身调节的灵敏度越高。 埋弧自动焊的电弧电压反馈调节：当弧长波动而引起焊接规范偏离原来的稳定值时是利用电弧电压作为反馈量，并通过一个专门的自动调节装置强迫送丝速度发生变化。

调节器的作用：调节弧长波动时的稳定工作点。 陡降 因为陡降的电源外特性，电流变化小一些。 7、交流钨极氩弧焊存在的问题及防止措施？

存在的问题：直流分量的产生；电流过零，不采取稳弧措施的话电弧会熄灭，或者是电流不连续，影响焊接过程的稳定和焊缝形态的稳定。

（1）直流分量的消除 1.在焊接回路中串联一个蓄电池 2.在焊接回路中接入串联的电阻和二极管 3.在焊接回路中串联电容

（2）引弧和稳弧措施 1.提高焊接电源的空载电压 2.采用高频振荡器 3.脉冲引弧、稳弧

8、综合分析CO2焊接时产生飞溅的原因及其减少飞溅的措施。 原因：1.有冶金反应引起的飞溅 2.由极点压力产生的飞溅 3.熔滴短路引起的飞溅 4.非轴向颗粒状过渡造成的飞溅 5.焊接工艺参数不当引起的飞溅

措施：1.正确选择工艺参数 2.颗粒过渡焊接时在CO2中加入Ar气 3.短路过渡焊接时限制金属液桥爆断能量（a.在焊接回路中串接电阻器、电阻或增强电压的阻抗 b.电流切换法 c.电流波形控制法） 4.采用低飞溅的焊丝（a.实心焊丝：满足力学性能的前提下，尽量降低含碳量，提高Ti、Al含量 b.采用以CS2CO3、K2CO3等活性剂处理过的焊丝进行焊接 c.采用药芯焊丝 d.涂防飞溅液） 9、专业名词解释：热电离；粒子碰撞发射；电弧的刚直性；电弧的静特性；最小电压原理；电场发射；渣壁过渡；实效电离度；电弧磁偏吹；电渣焊。 热电离：高温下，气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。 高速运动的粒子(电子或离子)碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。

在给定电流和周围条件一定的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径（或）温度，应使电弧电场强度具有最小的数值（即：电弧具有保持最小能量消耗的特征）。

即:电弧电场强度具有最小的数值以及固定长度上的电压最小―最小电压原理。 电弧的静特性：在电极材料、气体介质和弧长一定地条件下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏－安特性。

电弧的刚直性：电弧作为一个柔软导体抵抗外界干扰，力求保持电流沿焊条轴 向流动的性能。

当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用，当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。 渣壁过渡：渣保护时的一种过渡形式，埋弧焊时在一定条件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成过渡。

实效电离度：混合气体中，电离后电子密度与电离前中性粒子密度之比称为实效电离度。 磁偏吹：由于自身磁场不对称使得电弧周围受力不均时，使电弧偏离电极轴线的现象称为磁偏吹。

电渣焊: 利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热来进行焊接的方法。 自由过渡：是指熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触，它经电弧空间自由飞行进入熔池的一种过渡形式

10、根据外加能量形式不同，电子发射可分为哪四大类？ 热发射、电场发射、光发射、粒子碰撞发射 11、CO2电弧焊保护层失效的原因？ （1）过小的C02气流量；（2）喷嘴被飞溅物部分堵塞；（3）喷嘴与工件的距离过大；（4）施焊场地有侧向风等。 12、埋弧自动焊冶金过程的特殊性？

1.空气不易侵入焊接区:渣保护（不含造气剂）

施焊时，焊剂在电弧热的作用下形成一个熔融的液态焊剂薄膜。 2.冶金反应充分：金属处于液态的时间长，是手工电弧焊的几倍， 使冶金反应充分，气孔夹渣易析出。

3.焊缝金属的化学成份稳定

焊接工艺参数稳定――单位时间内熔化的金属和焊剂的数量较为固定； 焊缝成份取决于熔池中的熔渣和液态金属数量的比值： 比值↑－焊缝渗Mn、Si量↑。

注：大电流或增加电弧的长度，熔渣重量占液态金属的比例↑。 13、埋弧自动焊时，使系统静特性发生变化的外界干扰因素有那些？ 1、 使电弧静特性发生变化的外界干扰（O→O1）

注意：电弧静特性是由弧柱的气氛及电极材料所确定的； （1）送丝速度不均匀、盘丝的折弯、扭曲、焊丝盘卡死 （2）焊矩相对于焊缝表面距离的波动

装配定位焊边或坡口加工不均匀；筒体的椭圆形变形；导轨不平整；工作

台振动；

（3）焊丝、保护气体、母材、电极材料成份不均及污染引起弧柱气体成份及

平均电离电位（压）和弧柱电场强度的波动。

2、使电源外特性发生变化的外界干扰（O→O2）

(1) 弧焊电源供电网络中负载的变化：如其他焊机突然起动； （2）弧焊电源内部工件性能变化：如电阻元件阻值受热而变化。

以上各种干扰中，弧长的干扰最为突出，弧长的数值仅为几到十几㎜。弧柱的电场强度为20－40V/㎝,只要发生1－2㎜的弧长的变化，电压就会有明显的变化。

14、熔化极脉冲氩弧焊的特点有那些特点？

1.具有较宽的电流调节范围――能焊接各种厚度板 2.有利于实现全位置焊接

3.可有效地控制输入热量，改善接头性能-HAZ小，裂纹↓

4.加强熔池搅拌的作用可以改善熔池冶金性能以及有助于消除气孔等缺陷。 5.粗丝可以焊薄板:粗丝易挺直，易对中

15、钨极氩弧焊时，钨极材料的选择依据是什么？ （一）耐高温，焊接过程中不易损耗。

1、损耗的影响（危害）

（1）对焊接过程的稳定性和焊缝成形有明显的影响； （2）钨极渗入熔池－夹钨

2、损耗形式

（1）异常损耗:多次接触引弧及钨极末端与填充焊丝和熔池接触； （2）正常损耗：高温蒸发及高温氧化，直流正接损耗＜交流＜直流反接 （二）电流容量要大（许用电流应大）

若Ih＞I允许。钨极端部熔化形成熔球，则熔球表面上电弧斑点易受外界因素的干扰而游动，使电弧漂移，电弧稳定甚至钨极端部熔化—夹钨。 （三）引弧及稳弧性能好：取决于电极材料的逸出功

逸出功低－发射电子能力强－则引弧稳弧性好。 16、CO2电弧焊设备对电源动特性有什么要求？

颗粒状过渡时，对焊接电源的动特性没有什么要求。而短路过渡时，则要求焊接

电源具有良好的动态品质。 1、是要有足够大的短路电流增长速度速度di/dt,短路峰值电流Imax和焊接电压恢复速度du/dt；2、当焊丝成分及焊丝直径不同时，短路电流增长速度di/dt要能够进行调节。

17、大厚度板材等离子弧切割时保证切割质量的方法有哪些？

（1)采用足够高等离子弧功率和电源空载电压。 （2)采用热焓值大、热传导高的混合气体N2十H2；

（3)采用电流递增式转弧或分吸转弧方法――避免大电流等离子弧一次转弧过程中的断弧和喷嘴烧坏

（4)按所割材料种类和厚度进行足够时间预热。

18、钨极氩弧焊加热焊件的热量和等离子弧焊有什么不同？

TIG加热焊件的热量：主要是阳极区的斑点热，而弧柱幅射和热传导仅起辅助作用；

等离子弧弧柱高速等离子体通过接触传导和幅射带给工件的 热量明显↑，阳极斑点热则降为次要地位。

19、等速送丝式（自式调节）埋弧焊灵敏度的影响因素有哪些？

1、焊丝直径和电流密度（Ki）

d↓（I一定）或j（d一定）很大时，由于Ki很大，⊿Vm↑—自身调节作用的灵敏度↑，因此对于一定直径的焊丝，如果电流足够大，就会有足够大的灵敏度。

2、电源的外特性形状（⊿I）

（1）电弧静特性为平的时，缓降的外特性电源引起的⊿I大，⊿I2>⊿I1 ,自身调节比较灵敏；

（2）电弧静特性为上升的时，上升特性比平特性电源的调节系统灵敏大。 3、弧柱的电场强度：

E↑-弧长变化时，⊿I⊿U c↑-灵敏度↑ 但E大时意味着电弧的稳定性差，应采用空载电压较高的电源（SAW的E=30～

38v／㎝）.

在等速送丝的熔化极电弧焊过程中，弧长的波动，是通过焊丝熔化速度的自身调节作用来得到补偿的。但这一过程也需要时间，如时间长则焊接过程的稳定性将明显地受到影响，只有时间较短者，即灵敏度较高时，焊接的稳定性才能得到保证。

灵敏度取决于弧长波动时引起的焊丝熔化速度的变化量的大小⊿Vm. ⊿Vm越大，弧长恢复得越快，调节时间越短，自身调节的灵敏度越高。

20、弧柱区导电过程中产生带电粒子的主要途径？

弧柱气体将产生以热电离为主——带电粒子的产生途径

21、等速送丝式埋弧焊和变速送丝式电流和电压的调节方式？ 等速送丝式：

实际电弧的燃烧点由O0→O1，I1>I2,Vm↑，Vf不变，焊丝上抽，L1→L0，稳定工作

点到O0。 变速送丝式：

实际电弧的燃烧点由O0→O1，I1>I2, U。>U1。I1>I2,Vm增加, U1

逐渐缩短，最后也回复到最初稳定点。 22、带电粒子的复合是在什么区域？

复合的区域：温度较低的部位（在电弧的周边）或温度下降的部位。 23、阴极斑点存在于那种阴极区的导电机构中？

电场发射型阴极导电机构

24、正常工艺参数施焊的CO2电弧焊和埋弧自动焊的电弧静特性曲线？

CO2电弧焊电弧静特性为上升特性，埋弧自动焊电弧静特性为平升特性。 25、自身调节（等速送丝）和电弧电压反馈调节式（变速送丝）系统静特性曲线的意义？

自身调节系统静特性曲线的意义

（1）在稳定的条件下，代表Vf＝Vm等熔曲线；

（2）稳定工作曲线：曲线上任何一点均是稳定工作点 自动调节系统静特性曲线意义：

（1）在稳定的工作条件下，曲线上每一点均是稳定工作点－稳定工作曲线； （2）此曲线的熔化速度不同，因送丝速度不同而变化。 26、电弧静特性的影响因素？

1.电弧长度的影响因素 I不变L↑-ELc↑-Uc(IELc)-Ua↑

2.周围气体种类的影响 （1）气体物理性能不同---主要（2）气体的电离能不同---次要因素

3.周围气体介质的压力 压力↑－冷却作用↑，电弧电压↑ 27、熔滴过渡的控制方式有？

(一) 电控制熔滴过程:是通过电参数(电流、电压)的变化来控制熔滴过渡 1.脉冲电流控制 2.射流-短路过渡的交替控制 （二）机械控制熔滴过渡

1.脉冲送丝控制方法 2.机械振动控制方法 28、气体保护焊的三种控制类型？

1．均匀调节式送丝系统配用下降特性电源；2．等速送丝系统配用平特性电源；3．等速送丝系统配用恒流特性电源

29、CO2焊机焊接回路中串联附加电感的作用？ 短路过渡焊接时，一般要串联电感

作用：①调节短路电流增长速度dｉ／dｔ ②调节电弧燃烧时间，控制母材熔深

4、保护气体呈何种状态才能起到有效的保护作用?为此，应当从哪些方面并采取措施?

气体保护焊时，要使其保护效果良好主要是控制气流的流态，气体的流态有两种：层流和紊流，而层流的保护效果最好。因此，要控制焊枪喷出气流的流态。

措施：1、气体的流量适当 2、喷嘴至工件的距离↓――保护效果↑

3、减少焊速及侧向风 4、焊接接头的形式（平对接和内角接头的保护效果） 5、电弧的功率(电弧的功率↑－电弧对保护气流的垫骚动↑保护 效果↓)

30、钨极氩弧焊时，影响气体保护效果的工艺因素？ 1、气体的流量

流量过小，气流的挺度变差。

流量过大，喷出的气流近壁层流很薄，甚至成为紊流，保护效果变差。 ※选择气体流量时应考虑到喷嘴至工件的距离及电弧的功率密度：距离↑电弧功率密度↑－流量↑

2、喷嘴至工件的距离↓――保护效果↑

在电极外伸长度不影响操作及金属飞溅不造成喷嘴堵塞的条件下，可能↓喷嘴到工件的距离。 3、焊速及侧向风 （1）焊速的影响较小；

（2）侧向风↑－保护效果↓，须采取防风措施。 4、焊接接头的形式

平对接和内角接头的保护效果好于外接和端接接头的保护效果； 5、电弧的功率

电弧的功率↑－电弧对保护气流的垫骚动↑保护 效果↓

（此时应使喷嘴口径及气体流量↑） 31、等离子弧切割的工艺参数有？ 1．离子气种类与流量 3．切割速度 2．电流和电压 4．喷嘴高度 8－12mm

32、平特性电源配合等速送丝系统的优点？

（1）弧长变化时引起较大的电流变化，因而电弧的自调节作用强； （2）短路电流较大，引弧比较容易；

（3）焊丝伸出长度变化时，产生的静态电压的误差小。即焊接电压基本上不受焊丝伸长长度变化的影响 ；

（4）平特性电源对防止焊丝回烧和粘丝有利。

33、铝镁及其合金薄板采用氩弧焊进行焊接时，选择的电流类型和极性 铝、镁及其合金选用交流电源为最好，焊薄件亦可选用直流反极性。 34、钨极氩弧焊时，钨极末端的形状如何确定？

必须磨尖 θ↓-熔深↓熔宽↑

1、焊薄板和Ih较小时，采用小电流钨极并将末端磨成尖锥角（20）易引弧及稳弧；

2、Ih较大时，将使末端过热而熔化并增加烧损，电弧斑点会扩展到钨极末端的锥面上，使弧柱扩散飘移不稳而影响焊缝成形。

注：末端磨成钝角（＞900）或带有平顶的锥形，这样使电弧的斑点稳定，弧柱的扩散减少对焊件的加热集中，焊缝的成形均匀。

35、在CO2焊中，为了获得稳定的焊接过渡，通常采用什么样的熔滴过渡形式？ 短路过渡和颗粒过度（中丝细颗粒过渡和粗丝潜弧喷射过渡）

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36、MIG焊Al,亚射流焊铝优点? 亚射流焊铝时的优点：

1 电弧呈碟形：阴极雾化区大，焊缝起皱及表面成黑粉，比射流少。

2采用恒流电源：当弧Lc 在一定范围内变化时，焊接电流始终不变，因此焊缝成形和熔深比较均匀。

3射流电弧熔深形状为“指形”，而亚射流电弧为“碗形”，避免了熔透不足等缺陷。

37、焊缝形状取决因素？

(1)接头的型式及空间位置 (2)坡口形状及间隙大小

(3)焊缝金属熔化状态及熔滴过渡形式 38、电弧轴向温度分布？

电弧温度的轴向分布不能与能量密度分布相对应，而是与能量平衡相对应。 39、丝极电渣焊焊接过程？

1．建立熔池：利用固态导电焊剂“HJl70”或依靠电弧来熔化焊剂，然后再

加入焊按时用的焊剂。

（1）利用固态导电焊剂建立熔池 须使焊丝与焊剂接触构成导电回路

利用固态焊剂电阻热来建立焊剂

（2）利用引弧建造渣池 可先在起焊槽内放入少量铁屑并洒上一层焊

剂，引弧后靠电弧热使之熔化，熔他达到一定深度后可转为电渣过程。

2．正常焊接： 保持规范参数的稳定；

保持焊丝在间隙中的正确位置，定期检查渣池的深度，均匀地添加焊剂。

3．收尾阶段

（1）断续送丝或逐渐减小送丝速度和焊接电压－防止裂纹缩孔的形成和裂纹

的产生

焊接结束时，如果突然切断电源，渣池温度将陡降，易产生裂纹、缩孔

等缺陷。

（2）焊后及时切除引出部分－防止该处产生的裂纹扩展到焊缝上。 （3）对表面缺陷要立即用气割或碳弧气刨清理、焊补。

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