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材料加工工程系刘少平制作材料热加工基础材料科学与工程学院辽宁工程技术大学第三篇金属的连接成形第一章金属连接成形原理及途径第二章连接成形的主要工艺第三章常用金属材料的焊接第三篇金属的连接成形目录第一章连接成形原理及途径一、连接成形的本质连接成形工艺有：①可拆式连接：螺栓连接、摩擦连接②不可拆式连接：焊接、粘接、铆接其中焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。
焊接成形技术的本质在于：利用加热或加压的方法，使分离的物质通过原子间或分子间的结合，彼此接近晶格的距离（0.3～0.5nm）形成金属键并产生原子或分子间的结合力，从而成为一体的工艺方法。
§1 金属连接成形原理二、连接成形的特点与切削加工、压力加工、铸造、热处理一起构成了现代金属加工技术。
在汽车、船舶、飞机、航天、石油化工、桥梁、建筑、交通、电力电子等部门得到广泛的应用。
与铆接比有如下特点：1、连接性能好。
焊接接头的力学性能、耐高低温、高压性能和导电性、耐腐蚀性、耐磨性、密封性等均可达到与母材性能一致。
例，120万kW核电站锅炉，外径6400mm，壁厚200mm，高13000mm，耐压17.5MPa。
使用温度350℃，接缝不能泄漏。
应用焊接方法可制造出了满足上述要求的结构。
2、与铆接相比，结构重量轻，节约材料，制造周期短，成本低。
简化工艺，能以小拼大，被喻为神奇的“钢铁裁缝”。
3、焊接的不足之处①结构无可拆性。
②焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比会发生变化；焊接接头产生焊接残余应力、焊接变形和焊接裂纹等缺陷。
③焊接缺陷的隐避性，如裂纹、气孔、未熔合和未焊透、夹渣等，容易导致焊接结构的早期破坏。
如比利时大桥、采油平台、储罐等。
（一）液相焊接利用热源加热待焊部位，使之发生熔化，凝固结晶后实现原子间结合。
熔化焊属于最典型的液相焊接。
除了被连接的母材（同质或异质）、还可填加同质或非同质的填充材料。
常用的填充材料是焊条或焊丝。
§2 连接成形途径和方法一、焊接方法的分类大多数焊接方法都需要借助加热或加压。
《材料加工工程》试题库第三部分：金属连接成形工艺一、判断题：（请判断下列概念或说法是否正确，对的在题后括号内打“√”，错的打“×”）1、弧压反馈式埋弧焊机调节电流实际是调节电源外特性曲线（√）2、电阻焊工艺的焊接性比熔焊工艺的焊接性差。
（×）3、电弧焊机的输出端绝对不能短路，否则会烧坏焊机。
（×）4、细丝CO2焊应该采用等速送丝调节系统。
（√）5、负载持续率是负载工作时间与整个周期之比值的百分数。
（×）6、面向腐蚀介质的奥氏体不锈钢焊缝，必须最先施焊。
（×）7、低氢焊条应采用直流电源。
（√）8、多层焊工艺对防止焊缝出现冷裂纹是有益处的。
（√）9、TIG焊是熔化极气体保护焊的英文缩写。
（×）10、转移型等离子弧，电极接电源正极，焊件接电源负极。
（×）11、粗丝埋弧焊应采用变速送丝调节系统。
（√）12、钨极氩弧焊焊接铝合金时宜采用交流电源。
（√）二、单项选择题：（从下列各题备选答案中选出一个正确答案，将其代号填写在相应的横线上。
）1、焊接电弧是一种气体放电现象，其维持放电电压为V左右。
（A ）A 10B 20C 30D 402、电弧能有效地把电能转化为。
（D ）A．热能B．光能C．机械能D．以上全部3、焊条药皮中含有钾、钠、钙等时，会使电弧。
（A ）A．稳定性提高B．稳定性降低C．温度提高D．温度降低4、电弧三个区域的电流密度分布关系是：（B）A 阳极最高，阴极次之，弧柱最低B阴极最高，阳极次之，弧柱最低C 弧柱最高，阴极次之，阳极最低D弧柱最高，阳极次之，阴极最低5、被焊接的两种材料可以为。
（D ）A同类金属或非金属材料B同类或不同类金属材料C金属与非金属 D 以上全部6、铝合金MIG焊当弧长为2~8 mm时,其熔滴过渡为过渡。
（C）A 射流过渡B射滴过渡C亚射流过渡D短路过渡7、电弧三个区域的温度分布关系是：（C）A 阳极最高，弧柱居中，阴极最低B阴极最高，弧柱居中，阳极最低；C 弧柱较高，两极较低；D各区温度相等。
8、焊缝成形系数φ表示为。
（C）A H/aB H/BC B/HD a/H9、电阻焊产生电阻热的外部条件是。
（A ）A 焊接区要通以强大的焊接电流B 焊接区要施以强大的电极压力C 焊接区要长时间地接触和摩擦D 焊接区要通以惰性保护气体10、在稳定状态下弧焊电源输出电压与电流的关系曲线称为曲线。
（C）A 电弧静特性B 电源动特性C 电源静特性D 电弧动特性11、电弧焊时，焊接电流、电弧电压是分别影响焊缝的主要因素。
（A ）A 熔深、熔宽B熔宽、熔深 C 熔深、余高D熔宽、余高12、细丝熔化极电弧焊应采用调节系统。
（C）A 焊接电流反馈B电弧电压反馈C等速送丝D以上任一种三、改错题：（每小题只有一处错误，在错误的文字部分下面划横线，并改正。
）1、焊接电弧是气体自持放电中电压最高、电流最大的区段。
“电压最高”改为“电压最低”2、熔化极气体保护电弧焊的电弧两极应采用直流正接法。
“正接法”改为“反接法”3、熔化极气体保护焊通常采用陡降外特性的电源。
“陡降”改为“平、缓”4、TIG 是埋弧焊的英文缩写“埋弧焊”改为“钨极氩弧焊”5、直流反接法时，焊条应接电源负极。
“电源负极”改为“电源正极”6、重要结构的焊缝，焊后应保留适当的余高“保留适当的余高”改为“除去余高或磨成凹形”四、：简答题1、简述熔化极自动电弧焊两种调节方式的调节原理及适用范围。
答：1）熔化极等速送丝电弧自身调节系统（1）调节原理依统靠电弧自身内反馈具有的自身调节作用，达到补偿干扰，稳定焊接工艺参数的目的。
（2）工艺应用范围a）较细焊丝（直径小于或等于4毫米）埋弧焊、缓降外特性电源。
b）细焊丝（直径小于或等于1.6毫米）气体保护焊、平外特性电源。
2）电弧电压反馈调节系统（1）调节原理采用闭环自动调节控制，是一种变速送丝调节系统。
（2）工艺应用范围多用于粗焊丝（直径大于或等于4毫米）埋弧焊、配用下降特性焊接电源。
2、简述熔化极气体保护电弧焊短路和射流两种过渡的工艺条件、特点及其适用范围。
答：1）短路过渡工艺条件：细焊丝、小电流、低电压。
工艺特点：熔滴细小、过渡频率高、焊缝成形美观。
应用范围：薄板、全位置二氧化碳气体保护焊。
2）射流过渡工艺条件：氩气或富氩气保护、临界电流以上、长弧。
工艺特点：熔滴更细小、过渡频率更高、轴向过渡、过程稳定、焊缝熔深大；应用范围：应用广泛，中、厚板合金钢、不锈钢MIG焊，铝及其合金MIG焊。
3、简述金属工艺焊接性和使用焊接性及其主要影响因素。
答：1）工艺焊接性：是指在一定的工艺条件（包括焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构型式等）下焊接时，产生焊接缺陷的倾向性和严重性；2）使用焊接性：是指焊接接头或整体结构是否满足技术条件所规定的各种使用性能的要求；3）影响因素：a）材料因素：材料本身的化学成分、组织状态和力学性能等对其焊接性起着决定性的作用；b）工艺因素：包括所采用的焊接方法和焊接工艺规程；c）结构因素：焊接接头的结构设计直接影响到它的刚度、拘束应力的大小和方向；d）使用条件。
4、简述焊接电弧静特性曲线特征及其对应的电弧焊方法。
答：1）特征：电弧电压与焊接电流呈U型曲线。
2）对应焊接方法：下降段，一般没有对应的实用焊接方法；水平段，对应焊条电弧焊，埋弧焊，钨极氩弧焊等；上升段，对熔化极气体保护电弧焊。
五、综合分析题：1、某厂应用CO2气体保护颗粒过渡工艺焊接厚板构件，焊丝直径1.6mm，所取焊接电流400安培、电弧电压24伏、小档直流电感、直流正接法，结果熔滴过渡不稳，飞溅严重且焊缝出现大量气孔。
试分析形成原因。
答：1）电弧电压取值过低，不能形成稳定的细滴过渡，应将电弧电压提高到34~35伏；2）直流电感不应取小档，细滴过渡可以去掉直流电感：3）采用直流正接法错误，会造成严重的飞溅甚至气孔。
应采用直流反接法。
2、试论铝、镁及其合金（δ>3mm）采用TIG焊工艺时采用交流电源的原因、可能出现的问题以及对焊机的功能要求。
答1）采用交流电源的原因（1）交流电源负半周，工件发射电子，可以清除工件表面的氧化膜（阴极雾化作用）；（2）交流电源正半周，钨棒发射电子，电弧稳定；同时钨极产热低，可使其烧损少（冷却作用）。
2）可能出现的问题（1）交流电源频繁过零，即稳定电弧问题；（2）交流电源的整流作用产生直流分量，即消除直流分量问题。
3）对焊机的功能要求（1）应具有高频或脉冲引弧、稳弧功能；（2）能消除直流分量（或方波交流电源）3、试论交流TIG焊工艺时直流分量产生的原因、危害以及其对焊机的功能要求。
答：1）直流分量产生的原因（1）交流电源负半周，工件发射电子，电流较小；（2）交流电源正半周，钨棒发射电子，电流较大；（3）电源正、负半周电流波形不对称，产生直流分量2）直流分量危害（1）削弱阴极雾化（清理）作用，不利于清除工件表面氧化膜；（2）使焊机工作条件变坏降低效率和功率因数；（3）影响电弧及焊接过程的稳定性。
3）对焊机的功能要求（1）应具有高频或脉冲引弧、稳弧功能；（2）能消除直流分量（或方波交流电源）。
4、某厂用熔化极气体保护焊工艺，纯氩气保护焊接合金钢，结果出现电弧不稳，焊缝成形不规则等缺陷。
试分析其原因并提出解决方案。
答：缺陷原因有：1）熔池的粘度大，浸润铺展性差，气孔、咬边倾向大；2）阴极斑点稳定性差，焊缝几何尺寸均匀性差；3）焊缝形状系数较小，“指状”熔深倾向大等。
解决办法：（4分）混合一定比例的氧化性气体便可克服纯Ar保护的上述不足，并同时保留了纯Ar 保护的优点，如Ar+CO2、Ar+CO2+O2、Ar+O2等5、某工程师采用直流TIG焊机焊接板厚为10 毫米的铝合金构件，正极性接法时焊件表面熔化不好、成形极差，反极性接法则电极烧损严重、电弧极不稳定。
试分析其原因，找出解决的办法。
答：1）原因：（1）铝及铝合金表面氧化膜应利用阴极雾化（清理）作用去除；（2）直流反接，有阴极雾化（清理）作用，但采用较大电流时，钨极烧损严重，造成电弧不稳；（3）直流正接，钨极发射电子、电弧稳且钨极烧损小，但无阴极雾化（清理）作用，无法清除表面氧化膜，焊缝成形极差。
2）解决办法：（1）可用普通交流电源代替直流焊接电源；（2）可用交流方波电源代替直流焊接电源。
6、试论低合金钢结构的强化机理、焊接性问题及主要工艺措施。
答：1）低合金钢结构的强化机理（1）热轧钢（σs=294~343Mpa）含碳量在0.2%以下，含合金元素总量不超过3%，含Mn量不超过1.8%，含Si量不超过0.6%。
加入Si、Mn不仅可固溶强化铁素体，还可使铁—碳相图的共析点向低碳方向移动，从而增加珠光体的相对量，以提高钢的强度。
＞390Mpa），除固溶强化外，必须通过沉淀强化进一步（2）正火钢（σs提高钢的强度。
因此在热轧钢的基础上再加入某些沉淀强化的合金元素，如V、Nb、Ti、Mo等。
2）低合金钢结构的焊接性问题（1）热影响区脆化（热输入不当、高温时间长、冷却速度快等）（2）冷裂纹（热轧钢的淬硬倾向最小，强度级别高的正火钢冷裂纹敏感性增大。
）（3）热裂纹（一般倾向较小，厚壁根部、边缘焊道，可能出现）3）主要工艺措施（1）预热；（2）控制热输入；（3）后热及焊后热处理。
7、试论四种保护气体Ar、CO2、Ar+O2（1%～5%）、Ar+CO2（20%）的特点及应用答：1）氩气（Ar）特性：（1）单原子惰性气体，高温不分解、不放热、不与金属化学反应，也不溶于金属。
（2）其比重比空气大，比热容和导热系数比空气小，（3）保护性能和稳弧性能良好。
用途：（1）纯Ar保护主要用于有色金属及其合金、活性金属及其合金、高温合金的焊接。
（2）熔化极气体保护焊、惰性气体保护焊、等离子弧焊等。
2）二氧化碳（CO2）特性：（1）多原子气体，高温吸热分解为一氧化碳和氧，对电弧有较强的冷却作用；（2）CO2气体比重大，高温分解体积增大，因而具有较好的隔离保护效果；（3）CO2具氧化性，但目前采用的焊丝（如H08Mn2SiA等）和药芯焊丝，已经解决氧化性等问题，能保证焊缝的冶金质量，用途：（1）适用于低碳钢和低合金结构钢（2）熔化极气体保护焊。
3）Ar＋O2（1%～5%）（5分）特性：（1）具有一定的氧化性，可克服纯Ar保护时，电弧阴极斑点漂移、液态金属粘度及表面张力较大，造成焊缝熔深及成形不规则、产生气孔及焊缝咬边等问题。
（2）可以改善熔滴过渡形态，细化熔滴；同时还可降低液态金属粘度及表面张力，改善焊缝成形。
用途：（1）用于不锈钢、高合金钢的焊接；（2）钢的射流过渡或脉冲过渡气体保护焊。
4）Ar＋CO2（20%）特性：（1）有较好地熔深和焊缝成形，（2）增大电弧热功率、降低焊接成本用途：（1）低碳钢、低合金结构钢焊接；（2）可用于射流、脉冲或短路形式的气体保护焊。
