金属工艺学：第4章 焊 接复习思考题答案

1、第4章 复习思考题及答案 1焊接方法可分为哪几类？各有什么特点？答：焊接方法可分为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。 （1）熔焊：加热速度快，加热温度高，接头部位经历熔化和结晶的过程。熔焊适合于各种金属和合金的焊接加工。（2）压焊：必须对焊件施加压力，适合于各种金属材料和部分非金属材料的焊接加工。（3）钎焊：采用熔点比母材低的金属材料作钎料，不仅适合于同种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。2试述焊接的特点及应用。答： 焊接的优点：（1）连接性能好；（2）节省材料，成本低，质量轻；（3）简化制造工艺；（4）适应性强。 焊接的缺点：（1）焊接结构不可拆卸；（2）不同方法的焊接性差别大

2、，焊接接头组织不均匀；（3）存在一定的焊接残余应力和焊接变形；（4）存在诸如裂纹、夹渣、气孔、未焊透等焊接缺陷。 焊接的应用：（1）制造金属结构件；（2）制造机器零件； （3）制造电子产品；（4）修复零部件。 第4章 复习思考题及答案 3什么是焊接电弧？焊接电弧的构造及形成特点如何？答： 焊接电弧是在一定条件下，在电极之间的气体介质中有大量电荷通过的强烈持久气体放电现象。 焊接电弧通常由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区指电弧紧靠负电极的区域，此区域很窄。阴极区由于发射电子，消耗了逸出功，其发热量和温度都低于阳极；阳极区指电弧紧靠正电极的区域，此区域较阴极区宽，阳极区产生的热量最大；弧柱

3、区指阴极区与阳极区之间的部分，弧柱内产生的热量虽然不多，但因散热差，温度也可以达到很高。4什么是电弧的稳定性？影响电弧稳定性的因素有哪些？ 答： 电弧的稳定性是指电弧在燃烧过程中，电压与电流保持一定，且电弧能维持一定的长度、不偏吹、不摇摆、不熄弧的特性。 电弧的稳定性受焊接电源、焊条药皮、焊接气流、电弧的磁偏吹等因素影响。 第4章 复习思考题及答案 5焊条由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答： 焊条由中心部的金属焊芯和表面涂层药皮两部分组成。 焊芯：主要起到填充金属和传导电流的作用。药皮作用：（1）药皮熔化时产生的熔渣及气体，使电弧空间及熔池与大气隔离；（2）药皮的冶金作用，保证焊缝金属的脱

4、氧、脱硫、脱磷，并向焊缝添加必要的合金元素，使焊缝具有一定的力学性能；（3）使焊条具有好的焊接工艺性。6碱性焊条与酸性焊条的性能有何不同？答： 药皮熔化后形成的熔渣是以碱性氧化物为主的焊条就属于碱性焊条。碱性焊条焊成的焊缝含氢量很低，抗裂性及强度好，适合焊接重要的结构钢和合金结构钢，但是碱性焊条的工艺性能和抗气孔性能差。 药皮熔化后形成的熔渣是以酸性氧化物为主的焊条就属于酸性焊条。酸性焊条适合焊接一般的结构钢件。第4章 复习思考题及答案 7选择焊条的原则是什么？答：选用焊条时应注意以下几个原则：（1）考虑被焊材料类别；（2）考虑母材的机械性能和化学成分；（3）考虑焊件的工作条件和使用情况；（4

5、）考虑焊件的结构特点；（5）考虑施工操作条件。8请说明关于焊条型号及牌号的E4303、E5015、J422、J503含义分别是什么？答：（1）E4303：E表示焊条，43表示抗拉强度的最小值为430MPa，0表示可用于全位置焊接，3表示药皮类型为钛铁矿型、电流为直流或交流。 （2）E5015：E表示焊条，50表示抗拉强度的最小值为500MPa，1表示可用于全位置焊接，5表示药皮类型为纤维素型、电流为直流或交流。 （3） J422：J表示结构钢焊条，42表示抗拉强度的最小值420MPa 2表示药皮类型为氧化钛钙型、电流为直流或交流。 （4）J503：J表示结构钢焊条，50表示抗拉强度的最小值为5

6、00MPa 3表示药皮类型为钛铁矿型、电流为直流或交流。第4章 复习思考题及答案 9焊接接头包括哪几部分？影响焊接接头性能的因素有哪些？答：焊接接头包括焊缝、热影响区和熔合区。 影响焊接接头组织和性能的因素有焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数、焊接接头形式等。10焊接热影响区包括哪几个区域？试述各区域的组织和性能如何？答：热影响区一般包括过热区、正火区和部分相变区。 （1）过热区：在该区域内，奥氏体晶粒急剧长大，形成粗大的过热组织。过热区的塑性和韧性明显下降，特别是冲击韧性降低更为显著，是焊接接头中机械性能最差的区域。 （2）正火区：在该区域内，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，焊后在空气中冷却得

7、到均匀细小的铁素体和珠光体。正火区的机械性能明显改善，是焊接接头中组织和性能最好的区域。 （3）部分相变区：在该区域内，一部分金属发生相变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另一部分铁素体晶粒有所长大。冷却后此区域的晶粒大小不一，组织不均匀，机械性能也较差。第4章 复习思考题及答案 11焊接应力与变形产生的原因是什么？减小和消除焊接应力的措施有哪些？答：焊接过程中对焊件进行不均匀的加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。减小和消除焊接应力的措施：合理选择焊接顺序和焊接方向；锤击法；预热法；加热“减应区”法；热处理法。12焊接变形的基本形式有哪些？防止和减小焊接变形的措施有哪些？当焊

8、接变形产生后应如何去矫正？答：焊接变形的基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。 防止和减小焊接变形的措施：反变形法；刚性固定法；合理选择焊接方法和工艺参数；合理安排焊接顺序；焊前预热和焊后缓冷。 常用的矫正变形方法有机械矫正法和火焰矫正法。13埋弧自动焊与手工电弧焊相比有何特点？其应用范围如何？答：埋弧自动焊与手工电弧焊相比，具有以下的特点：生产率高、节省材料；焊接质量好；劳动条件好；适应性较差；设备较复杂。埋弧自动焊适用于成批生产的中、厚板结构长直缝及较大直径环缝的平焊和平角焊。埋弧自动焊可以适用的材料有碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及诸如镍基合金、铜合金的某

9、些有色金属 。第4章 复习思考题及答案 14氩弧焊与CO2气体保护焊的特点有何异同？它们的应用范围如何？答：它们的相同点是：（1）都用外加气体来保护电弧区的熔滴、熔池以及焊缝；（2）焊接变形小，焊接质量比较好；（3）采用明弧焊接操作，可以进行全位置焊接。 氩弧焊的特点还表现在：（1）氩气不与金属发生化学反应，适合于易氧化的非铁合金焊接；（2）氩弧焊的电流稳定，焊接过程容易控制；（3）便于操作；（4）设备和控制系统比较复杂，氩气较贵，成本高。CO2气体保护焊的特点还表现在：（1）CO2气体比较便宜，成本低；（2）电流密度大，焊接速度快，焊接生产率高；（3）焊缝含氢量低，焊缝不易出现裂纹；（4）易

10、于实现自动化；（5）CO2氧化性强，焊缝处金属和合金元素易氧化、烧损，而且飞溅大。 氩弧焊常用于焊接化学性质活泼的金属及其合金，以及不锈耐蚀钢、耐热钢、低合金钢，也可用来焊接稀有金属；CO2气体保护焊不能用于易氧化的有色金属焊接，适用于低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢的焊接 第4章 复习思考题及答案 15试述电渣焊的特点及应用范围。答：电渣焊的主要特点：（1）焊接厚件时可一次焊成，生产率高，焊接成本低；（2）空气不易进入，焊缝不易产生气孔、夹渣等缺陷，焊缝质量好；（3）焊缝金属组织粗大，焊后要进行正火处理。 电渣焊适于焊接厚度为40mm以上的板类工件，一般用于直缝焊接，也可用于环缝焊接。

11、16试述等离子弧焊的特点及应用范围。答：等离子弧焊的主要特点：（1）等离子弧能量密度大，可直接焊接较厚的工件；（2）焊接速度快，生产率高，焊缝质量好，焊接变形小；（3）焊接电流调节范围大，可焊接超薄件；（4）设备比较复杂，造价较高，气体消耗量大。 等离子弧焊适合于焊接难熔金属、易氧化金属、热敏感性强材料以及不锈耐蚀钢等，也可以焊接一般钢材或有色金属。第4章 复习思考题及答案 17请说明真空电子束焊和激光焊各有何特点？答：真空电子束焊的主要特点：（1）在真空中进行的，金属不会被氧化、氮化，焊接质量好；（2）能量密度大，焊接速度快，焊缝窄而深；（3）基本上不产生焊接变形；（4）控制灵活，适应性强；

12、（5）焊接设备复杂，造价高，工件尺寸受限。 激光焊的主要特点：（1）能量密度大，焊接时间短，工件变形极小，可进行精密零件、热敏感性材料的焊接；（2）焊接装置不需与工件接触，可完成远距离焊接和难接近处的焊接；（3）工件不易被氧化，可在大气中进行焊接；（4）设备比较复杂，功率较小，可焊接厚度受限。18什么是压焊？常用的压焊方法主要有哪些？答：压焊是通过对焊件施加一定的压力来实现焊接的一类方法。压焊加工时不需要外加填充金属，可对金属加热（或不加热）。通过加压使两个工件之间接触紧密，并在焊接部位产生一定的塑性变形，促进原子的扩散使两工件焊接在一起。 常用的压焊方法主要有电阻焊和摩擦焊。第4章 复习思考

13、题及答案 19什么是电阻焊？电阻焊分为哪几类？其特点和应用范围如何？答：电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。 电阻焊通常分为点焊、缝焊和对焊三种形式。 电阻焊的特点：（1）生产率高，焊接变形小；（2）成本较低，操作简单，易于实现机械化和自动化；（3）劳动条件好；（4）接头质量不稳；（5）设备复杂，价格昂贵，耗电量大。 电阻焊的应用范围：（1）点焊主要适用于厚度小于4mm的薄板冲压结构及钢筋焊接，可焊接低碳钢、不锈钢、铜合金和铝镁合金等；（2）缝焊只适合于焊接3mm以下的薄板结构，主要用于制造要求密封性的薄壁结构；（3）电阻对焊一般适

14、用于焊接截面简单、直径较小、强度要求不高的杆件和线材；闪光对焊可焊接截面形状复杂或具有不同截面的工件，可焊接同种金属，也可焊接异种金属 。第4章 复习思考题及答案 20钎焊与熔焊的主要区别是什么？钎焊有哪些特点？它的应用范围如何？答： 钎焊与熔焊的主要区别： 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，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工件；熔焊是利用热源把工件局部加热到熔化状态形成熔池，然后熔池液体金属冷却结晶而形成焊缝。 钎焊的主要特点：（1）焊接温度低，焊件的组织和机械性能变化很小，焊接应力和变形也很小，容易保证焊接精度；（2）可焊接不同材料、不同厚度、不同尺寸的工件

15、；（3）可同时焊接多条焊缝，生产率较高；（4）焊接接头外表美观整齐；（5）焊接设备简单，生产投入少；（6）接头处的强度较低，承载能力有限，耐热能力较差。 钎焊主要用于电子技术、仪器仪表、航空航天技术及原子能等领域。第4章 复习思考题及答案 21什么是金属的焊接性？钢材的焊接性主要决定于什么因素？如何评价钢材的焊接性？答：金属材料的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度。 金属的焊接性是金属的一种加工性能，它与金属材料的化学成分、焊件厚度、焊接方法及加工条件密切相关。焊接性是一个相对的概念。

16、金属焊接性的评定方法可分为直接试验法和间接评估法两类。（1）直接试验法：是在正确控制焊接工艺参数条件下，按规定要求焊接试验样件，然后检测焊接接头对裂纹、气孔、夹渣等缺陷的敏感性来评定焊接性。 （2）间接评估法：是利用人们在大量试验的基础上得到的统计经验公式来评估焊接性的一类方法。第4章 复习思考题及答案 22低合金结构钢和奥氏体不锈钢焊接时的主要问题是什么？常采用什么焊接方法？ 答：对于强度等级较高的低合金钢，由于合金元素含量较多，碳当量较高，焊接性差。特别是焊件厚度较大时，焊接性与中碳钢相当，焊前需用预热，焊接时应调整焊接规范来严格控制热影响区的冷却速度，焊后进行去应力退火。 奥氏体不锈钢焊

17、接时，在焊接材料选择不合适或焊接工艺不合理情况下，会产生晶间腐蚀和热裂纹，所以在选用焊条、焊丝和焊剂时应保证焊缝金属与母材成分类型相同。焊接时应采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速，接触腐蚀介质的表面应最后施焊等工艺措施。 低合金结构钢一般采用焊条电弧焊和埋弧焊。当焊接厚板件时可采用电渣焊，也可采用气体保护焊；奥氏体不锈钢通常采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊，也可采用埋弧自动焊。 23请比较以下几种钢材的焊接性： 答：Q235和20钢的焊接性都比较好，ZG270500的焊接性一般，65Mn的焊接性较差。第4章 复习思考题及答案 24铝及铝合金可以用哪些方法焊接？其中哪种焊接方法的焊接质量好？并说明

18、理由。答： 焊接铝及铝合金常用的方法有：氩弧焊、电阻焊、气焊、焊条电弧焊和钎焊。 氩弧焊是焊接铝及铝合金较为理想的焊接方法。由于氩气保护效果良好，以及氩弧具有“阴极清理”作用，焊接时能去除氧化膜，因此焊接质量优良，焊接变形小，焊缝成形美观，耐腐蚀性能好，可用于焊接质量要求高的焊件。25焊接铜及铜合金时，容易产生哪些问题？如何解决这些问题？答：焊接铜及铜合金时存在的主要问题：难于熔合；易产生变形；易产生裂纹；易形成气孔；焊接接头的力学性能有所下降。 在焊接铜及铜合金时，要采用焊接强热源设备和焊前预热来防止难熔合、未焊透现象并减少焊接应力与变形；严格限制杂质含量，加入脱氧剂，控制氢来源，降低熔池冷

19、却速度防止产生裂纹、气孔缺陷；焊后进行退火处理以消除应力等措施。第4章 复习思考题及答案 26焊接结构设计需要考虑的内容有哪些？答：焊接结构要根据使用要求进行设计，包括一定的形状、工作条件和技术要求等。还应该依据各种焊接方法的工艺过程特点，考虑结构的材料、使用的焊接方法、选用的接头形式及加工工艺性等方面的内容。27选择焊接结构的材料时，要注意哪些问题？答：选择焊接结构的材料时应注意的问题：（1）在满足使用性能要求的前提下，尽量选用焊接性好的材料；（2）注意异种金属材料的焊接性差异；（3）焊接结构优先采用型材；（4）合理选择焊接结构的形状尺寸和规格。28选择焊接方法时，要遵循哪些原则？答：选择焊

20、接方法要遵循的原则：（1）焊接接头质量要符合技术要求；（2）根据焊件材料选择焊接方法；（3）提高生产率，降低焊接成本；（4）考虑焊接现场设备条件及工艺可能性。 第4章 复习思考题及答案 29用下列板材制作低压容器，应采用哪种焊接方法和焊接材料？ （1）厚20mm的Q235A钢板；（2）厚2mm的20钢钢板；（3）厚5mm的45钢钢板；（4）厚4mm的紫铜板；（5）厚20mm的铝合金板；（6）厚10mm的镍铬不锈钢板。答：（1）采用埋弧自动焊，焊丝：H08A，焊剂：431；（2）采用手工电弧焊，焊条：结422；（3）采用焊条电弧焊，焊条：E5016、J506；（4）采用氩弧焊，焊丝：HSCu；（

21、5）采用氩弧焊，焊丝：SAlSi（HS311）；（6）采用焊条电弧焊，焊条：E308-16（A101）。30下列的铸铁工件需要进行焊补，请说明为保证焊后能加工，并满足使用要求，应该采用哪种焊接方法和焊接材料？答：（1）车床导轨面（铸件毛坯）裂纹，要求焊补层与基体性能相同：采用热焊法焊条电弧焊，用铸铁做焊芯的铸铁焊条或钢芯石墨化铸铁焊条。 （2）变速箱箱体加工前，箱体内部局部厚度不够，要求修补后厚度达到要求：采用热焊法气焊，用含硅高的铸铁焊条做填充金属，并要用气焊熔剂去除氧化物。第4章 复习思考题及答案 31试为下列焊件选择合理的焊接方法。答：（1）自行车车梁（Q345）裂纹的焊补:采用焊条电弧

22、焊；（2）30mm轴（45钢）的对接:采用焊条电弧焊；（3）柴油机水箱（铝铜合金）漏水的修补:采用气焊。32常见的焊接接头形式有哪些？它们各自的特点及应用如何？答：常见的焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头。（1）对接接头：受力均匀，节约材料，应力集中较小，易于保证焊接质量，静载和疲劳强度都比较高。一般在锅炉、压力容器等焊件中常采用对接接头。（2）搭接接头：应力分布不均匀，接头处产生附加弯矩，降低了疲劳强度，材料耗损大，接头结合面大，增加承载能力。一般在厂房屋架、桥梁、起重机吊臂等桁架结构中常采用搭接接头。（3）T形接头：受力复杂，在接头根部易出现未焊透，引起应力集中。T形接头

23、应用比较广泛，在船体结构中多采用这种接头形式。（4）角接接头：特点与T形接头相似。一般起连接作用，不能传递工作载荷，多用于箱式结构。33如图4-29所示，焊制Q235A钢板的金属容器，应采用哪种焊接方法？是否要开坡口？并说明理由。答：Q235A钢属于低碳钢，在焊接图（1）结构的容器时，由于其壁厚较薄，所以可以采用焊条电弧焊，不用开坡口；在焊接图（2）结构的容器时，由于其壁厚较厚，所以可以采用埋弧自动焊，并需要开坡口。第4章 复习思考题及答案 （1） （2）34焊缝布置应考虑哪些原则？为什么？答：（1）尽量使焊缝处于平焊位置：平焊操作最方便，易于保证焊缝质量，是焊缝位置设计的首选方案。 （2）焊

24、缝位置应便于完成焊接操作：焊缝布置时应考虑给焊接操作留有足够的空间，以满足焊接的需要。 （3）焊缝应避开应力最大和应力集中位置：焊接缺陷会使焊接结构的承载能力下降，对于受力较大、结构较复杂的焊接件，为增加使用安全性，在应力最大和应力集中处不应布置焊缝。 （4）焊缝应尽量分散布置，避免密集和交叉：密集交叉的焊缝会造成金属过热，焊件热影响区增大，组织恶化，接头性能要严重下降，同时使焊接应力提高，力学性能下降，甚至会引起裂纹。第4章 复习思考题及答案 （5）焊缝布置应尽量对称：对称布置的焊缝可使各条焊缝产生的焊接变形互相约束、抵消，这对减小梁、柱等结构的焊接变形有明显效果。 （6）焊缝布置应避开机械加工表面：为了使已加工表面的加工精度不受影响，焊缝布置应避开机械加工表面。 （7）尽量减少焊缝的数量、长度和截面：这样可以减少焊接中的加热过程，减少焊接残余应力和变形，减小接头性能下降的程度，降低焊接材料的成本，提高领导生产率。 （8）焊缝转角处应平滑过渡：焊缝转角处容易产生应力集中，尖角处应力集中更为严重，所以焊缝转角处应该平滑过渡。 （9）焊缝布置应照顾其它工序的方便和安全：焊缝应布置在便于焊接和检验的部位，还要兼顾热处理、机械加工等工序的方便进行。第4章 复习思考题及答案 （5）焊缝