精品锅炉制造工艺试题.docx

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精品锅炉制造工艺试题

锅炉制造工艺（12.4）

1.金属材料火焰切割须满足什么条件?

下列材料:

20g、0Cr18Ni9Ti、15CrMo、3Cr27、铸铁、铜合金、钛合金哪些可采用火焰切割？

哪些不能？

并说明理由。

答：

条件：

（1）金属的燃点应低于其熔点；

（2）金属的熔点应高于切削过程中形成的金属氧化物的熔点；（3）金属的燃烧过程应能放出大量热量；（4）金属应具有较低的导温系数，保证在刻缝处较高的温度；（5）熔融氧化物的粘度应较小，以便于被切割氧流吹除。

20g、15CrMo可以用火焰方法切割，这是因为它们的C含量较小，Cr和Mo的含也很小，对火焰气割基本无影响。

0Cr18Ni9Ti、3Cr27、铸铁、铜合金、钛合金不可以采用火焰切割。

其中0Cr18Ni9Ti、3Cr27中大量的Cr、Ni的金属氧化物的熔点高于Cr、Ni的熔点，高熔点的氧化物附着在金属表面，阻碍了氧与金属相接触，使燃烧过程中断。

铸铁的燃点高于其熔点，燃烧时产生的SiO2的熔点高、粘度大，大量的碳燃烧生成大量CO和CO2气体，这此都使火焰切割困难和难于进行。

铜、钛合金的导温、导热性较高，不易合切口保持高温，另铜燃烧时放出的热量低，对预热帮助小，使切割困难。

2．火焰切割的基本原理是什么？

影响火焰切割的因素有哪些？

火焰切割时应采用什么性质的火焰？

为什么？

答：

火焰切割的基本原理是：

（1）依靠预热火焰加热起割处的金属到燃烧温度，并在切割氧的作用下发生燃烧反应。

（2）金属的燃烧反应沿着厚度方向由表面向下层发展。

（3）依靠切割氧的冲击力将燃烧后生成的熔融金属氧化物（即熔渣）强行吹除，切断金属。

（4）预热火焰及燃烧反应热使切割氧流前方的金属迅速加热到燃烧温度，使切割过程得以连续地进行。

由此可知，火焰切割的实质是金属在高纯度氧气中燃烧，并用氧流吹力把熔渣吹除的过程，而不是金属的熔化过程。

影响火焰切割的因素有：

（1）预热火焰

（2）切割氧（3）钢板的初始温度（4）割炬后倾角。

火焰切割时一般采用中性焰，有时也采用轻微的的氧化焰，而不采用碳化焰，因为碳化焰会使切割边缘发生增碳现象。

3.什么是等离子弧?

等离子弧有哪些特性?

有哪些类型?

答：

提高气体的能量使其发生电离，形成电子和正离子基等离子体电弧，将其压缩后使弧柱的能量高度集中在很细的范围内，形成等离子弧。

离子弧的特性：

（1）温度和能量密度高

（2）弧柱的温度梯度大（3）等离子弧的喷射速度、冲刷力、能量密度等可进行调节（4）等离子弧的静特性中U型特性的平直蔚蓝色段较自由电弧小，离子气体的种类和流量不同时，弧柱的电场强度有明显变化。

有以下类型：

等离子弧可分为转移型电弧（直接弧）和非转移型电弧（间接弧）两种。

4.等离子弧切割的基本原理是什么?

常用来切割什么材料？

答：

等离子弧切割的基本原理是利用高温高速的等离子射流，将切割金属局部熔化并随即吹除，形成狭窄的切口。

常用于切割不锈钢和有色金属等一般火焰切割不能切割的材料，当采用非转移型等离子弧时，还可以切割混凝土、陶瓷等非金属材料。

5.什么是埋弧焊?

有什么特点?

简述等速送丝式埋弧焊机是如何实现自动调节的？

答：

埋弧焊是指焊接过程中，焊接电弧被焊剂覆盖着，见不到明弧。

埋弧焊的特点：

优点：

生产效率高；焊缝质量好；劳动条件好；缺点：

不适宜横焊、立焊和仰焊；不宜用于焊接铝钛等氧化性强的金属及其合金；只适用于长焊缝的焊接；不适于焊接薄板。

等速送丝式埋弧焊机自动调节的原理：

等速送丝式埋弧焊机在焊接过程中，当电弧变短时（电压变小）时，焊接电流变大，从而使焊丝的熔化速度大于送丝速度，于时弧长逐渐增长，直至增长至稳定弧长（即送丝速度等于熔化速度）；当电弧变长时（电压变大）时，焊接电流变小，从而使焊丝的熔化速度小于送丝速度，于时弧长逐渐变短，直至缩至稳定弧长（即送丝速度等于熔化速度），即回复到原工作点。

6.手工焊的冶金过程特点?

手工电弧焊如何选择焊条?

什么是酸性焊条?

什么是碱性焊条?

酸性焊条与碱性焊条区别?

答：

手工焊的冶金过程特点：

（1）药皮反应区的特点是最高温度不超过药皮的熔化温度；

（2）熔滴反应区的特点是该区是焊接区中温度最高的部位，最高温度可接近沸点，熔滴比表面积最大；金属液体以细滴状进入熔池，细滴过渡时发生渗Mn，Si，增氧反应，且在细滴反应区，渗合金过程也基本完成（3）熔池反应区的特点是熔池的平均温度较低，比表面积较小，反应时间稍长，冷却速度快，温度分布极不均匀。

手工电弧焊焊条的选择：

焊条的机械性能不低于母材的机械性能；合金钢的焊条的熔敷金属化学成分与母材的化学成分相同；重要结构（对韧性、塑性有较高要求）采用低氢碱性焊条；对裂纹敏感性大的材料采用低氢碱性焊条；满足产品性能要求的条件下，尽量选用工艺性能好的酸性焊条；在满足使用性能和操作工艺性的条件下，尽量选用成本低、效率高的焊条。

酸性焊条：

药皮中含有多量的酸性氧化物的焊条。

碱性焊条：

药皮中含有多量的碱性氧化物的焊条。

酸性焊条与碱性焊条区别：

1、酸性焊条药皮组分氧化性强；而碱性焊条药皮组分氧化性弱。

 2、酸性焊条对水、锈产生气孔的敏感性不大；而碱性焊条对水、锈产生气孔的敏感性较大。

3、酸性焊条电弧稳定，可用交流或直流施焊；而碱性焊条电弧稳定性差

。

4、酸性焊条焊接电流大；而碱性焊条焊接电流较小。

5、酸性焊条宜长弧操作；而碱性焊条宜短弧操作，否则易引起气孔。

6、酸性焊条合金元素过渡效果差；而碱性焊条合金元素过渡效果好。

7、酸性焊条焊缝成形较好，熔深较浅；而碱性焊条焊缝成形尚好，容易堆高，熔深稍深。

8、酸性焊条熔渣结构呈玻璃状；而碱性焊条熔渣结构呈结晶状。

9、酸性焊条脱渣较方便；而碱性焊条脱渣困难。

10、酸性焊条焊缝常、低温冲击性能一般；而碱性焊条焊缝常、低温冲击性能较高。

11、酸性焊条抗裂性能较差；而碱性焊条抗裂性能好。

12、酸性焊条焊缝中的含氢量高，易产生“白点”，影响塑性；而碱性焊条焊缝中的含氢量低。

13、酸性焊条焊接时烟尘较少；而碱性焊条焊接时烟尘较多。

7.简述电弧在氩气中燃烧的特点。

答：

氩单原子气体，电离势较高，比热容小导热系数小，对电弧冷却作用小，有利于电弧稳定燃烧，稳弧性好，氩弧温度可达8000～12000K，电弧压降小，同样弧长，氩弧的电压较低。

8．钨极氩弧焊有什么特点？

钨极氩弧焊采用直流正接和反接各有什么特点?

各在什么情况下使用?

答：

特点：

钨极氩弧焊没有电极金属的过渡问题，电弧现象比较简单，焊接工艺过程的再现性强，焊接质量稳定。

钨极氩弧焊直流正接的特点：

钨极接负，工件接正；阴极斑点在钨极，电子发射能力强，电弧稳定，大量电子冲击焊件产生大量热，熔池深而窄，适于合金钢和一些难焊金属的焊接正离子撞击钨极表面产生的热量主要用于发射电子，钨极不易过热烧损小（或可用较小直径钨极）。

钨极氩弧焊直流反接的特点：

直流反接：

钨极接正，工件接负。

钨极温度高，受电子撞击钨极烧损严重，钨极直径较大，钨滴掉落熔池易夹钨。

阴极斑点在工件上，活动范围大易散热，电子发射困难，电弧不够稳定一般少用。

但反接时，氩气正离子以高速冲向工件，并产生大量热，可以把工件表面高熔点氧化膜冲破，这种现象称阴极破碎作用，有特殊的去除氧化膜的作用。

用来焊Mo、Mg、Al、Ti等活泼性强的金属及其合金。

9.什么是熔化极氩弧焊？

熔化极氩弧焊的电源极性通常采用什么接法?

为什么?

答：

熔化极氩弧焊是以焊丝作为电极，氩气作为保护气体，在焊丝和和焊件之间形成电弧，熔化的焊丝金属与部分熔化的母材一起形成焊缝金属的焊接方法。

熔化极氩弧焊目前只采用直流电源，直流反接，电弧稳定性好容易实现喷射过渡，且临界电流低，飞溅小，焊缝成形好。

10.什么是熔化极脉冲氩弧焊?

有什么优点?

答：

熔化极脉冲氩弧焊是指焊接电流由基本电流（一个小电流维持电弧的稳定燃烧）和脉冲电流（瞬时电流达到并超过喷射过渡所需临界电流值，造成熔滴以射流形式过渡，一般每输入一次脉冲电流，熔滴过渡一次）叠加的熔化极氩弧焊。

优点为：

①实现了低电流值（平均值）下的喷射过渡，使热输入小、熔池存在时间短、变形较小，成本较低，同时利于薄板焊接和全位置焊接。

②在相同电流水平和熔敷率下，脉冲电弧焊可采用较粗焊丝。

粗丝成本低且便于送进，提高了电弧稳定性。

采用粗丝后，焊丝比表面积减少，形成气孔的几率减少，对铝、钛的焊接特别有利。

③易实现对厚板的焊接。

④采用脉冲电流后，易于实现对电弧能量的调节，扩大了焊接的厚度范围。

⑤脉冲电流能加强对熔池的搅拌作用，有助于消除气孔。

11.熔化极气体保护焊的熔滴过渡有哪些方式及特点?

答：

（1）短路过渡：

焊丝熔化后的液体金属在未脱离焊丝端头时就和熔池接触称为短路过渡。

一般短路时间短于1/50秒，当手弧焊采用薄皮焊条、小电流或短弧的情况下以形成短路过渡。

（2）滴状过渡（颗粒状过渡）：

大滴过渡（直径＞焊丝直径，过渡频率低约每秒几滴到十几滴）小滴过渡（熔滴直径＜焊丝直径，约每秒几十滴）（3）喷射过渡（射流过渡）：

当焊接电流增大超过某一临界值时，焊丝端头金属熔化量大大增加，熔滴尺寸很小，过渡频率极高，焊丝端头呈尖锥状，焊丝熔化金属以细雾状高速喷入熔池。

这种熔滴过渡特点是熔滴尺寸极小呈细雾状，每秒可达200滴以上，焊接过程十分稳定，飞溅很少，焊接熔深大，焊缝成形好。

12．什么叫等离子弧焊？

有哪几种类型？

在什么场合应用？

答：

等离子弧焊是用等离子弧焊炬进行的。

用等离子弧熔化工件造成熔池，必要时另加填充焊丝，为了对焊接部位进行保护，焊炬的最外圈有通保护气的环形通道，一般用氩气作为离子气和保护气体，所以等离子弧焊实际是一种压缩的钨极气体保护焊。

有三种类型：

1.穿透等离子弧焊（小孔等离子弧焊接）弧柱压缩作用较强，等离子弧电流大，喷出速度较大，热量集中，穿透力强；δ＞2.5mm材料；多用于不开坡口一次焊透和多层焊的第一道焊缝的焊接，锅炉厚壁管的对接焊。

2.非穿透等离子弧焊（不形成小孔）以弧柱压缩程度较弱和等离子流喷出速度较小为特点，焊接中不形成小孔。

多用于δ=2-2.5mm以下的卷边焊或角接接头的焊接，厚板多层焊第二层以后几层的焊接上。

3.微等离子弧焊接，微等离子弧焊接工作电流很小，通常0.1～10A，能焊极薄的材料，如0.01mm厚的铂，还可焊丝状金属材料，作为微型工件的修理手段。

13．何谓焊接热影响区?

焊接热影响区对金属组织与性能有什么影响?

答：

焊接热影响区：

在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生明显的组织和性能变化的范围。

对组织和性能的影响：

①半熔化区处于焊缝与母材交界处，属于半熔化状态。

属于过热组织，冷却后晶粒粗大，化学成分和组织存在较大不均匀性，尤其异种金属焊接时更严重，塑性较低，范围较窄。

②过热区固相线以下到1100℃左右。

金属处于过热状态。

奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到过热组织。

冲击韧性显著降低，一般可降低25%~30%，以至刚性大的结构在此区开裂。

③正火区温度范围A3到1100℃之间。

金属被加热到此温度发生重结晶，晶粒变细，得到相当于正火处理的组织。

机械性能一般较好。

④不完全重结晶区

只发生部分重结晶现象，形成粗大的铁素体组织，组织不均匀，机械性能较差。

14．何谓窄间隙焊？

有什么优点？

答：

窄间隙焊接是一种坡口间隙远小于焊件厚度的电弧焊接方法。

它并不是一种特殊的焊接过程，而是一种特殊焊道熔敷技术。

优点：

（1）坡口小，焊缝截面积明显减小，大大增加了焊接速度，焊件愈厚，优越性越明显；

（2）坡口小缩短焊接时间，还可大大节约焊接材料（焊丝）和电能消耗，降低焊接成本；（3）焊接热输入量小，热影响区狭小，焊接接头冲击韧性好，焊后残余应力低，焊缝中氢含量少，发生焊接裂纹的可能性降低（对低合金高强钢和焊接性能差的材料焊接，有可能降低焊前预热温度和简化热处理工艺）；（4）焊缝体积小，焊缝收缩量小，又由于坡口角度很小，故焊接变形也很小。

15．何谓焊接冷裂纹？

具有什么特征？

产生原因？

如何防止？

答：

焊接冷裂纹：

焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在Ms温度以下）时产生的焊接裂纹。

特征：

主要发生在焊接热影响区淬硬区，有事也发生在焊缝金属内部。

冷裂纹一般在冷却到环境温度下产生，有的则在焊后几天或几十天才出现。

产生原因：

（1）淬硬组织；

（2）氢；（3）拘束应力。

预防措施：

（1）尽量减少焊接接头中的氢含量；

（2）焊接预热（3）焊后缓冷（4）焊后加热。

16．何谓焊接热裂纹？

有哪几种类型？

结晶裂纹的形成机理是什么？

防止结晶裂纹的措施有哪些？

答：

热裂纹是在焊接时高温下产生的裂纹，通常把在材料再结晶温度以上产生的裂纹称为热裂纹，其特征是沿原晶界开裂。

类型：

（1）结晶裂纹

（2）液化裂纹（3）多边化裂纹。

结晶裂纹的形成机理：

焊缝熔池在固液阶段时，随着结晶的发展，固相不断增多，并相互接触，这时液态金属的流动固难，无法填充到在拉伸作用下产生的微小缝隙中去，从而可能产生裂纹，同时由于杂质的存在，且杂质的熔点较点，所以裂纹一般沿晶界开裂。

防止措施：

（1）控制焊缝中的硫、磷、碳的含量

（2）在低碳钢中调整Mn/S的比值使其值在25以上（3）适当增加焊接线能量和提高预热温度（4）选用较好的接头型式。

17．何谓焊接再热裂纹？

形成机理是什么？

影响再热裂纹的主要因素有哪些？

采取哪些措施来防止？

答：

再热裂纹：

指焊接后进行消除应力退火，或经高温度使用时，在焊接热影响区产生的一种区产生的一种晶间型裂纹。

形成机理：

在热影响区靠近熔合线的附近部位在高温下合金碳化物溶入固体中，并发生晶料长大，此后冷却时，由于热收缩应力的作用产生的塑性应变，同时由于冷却速度较快，当冷至室温时，合金碳化物仍大量存在固体中，合金化合物将沉淀析出在晶内使晶内强度高于晶界，而晶界的塑性变形能力小于晶内，在应力作用下导致晶间裂纹的产生。

影响因素：

（1）碳，一般碳含量高，再热裂纹可能性大

（2）钒，是增加再热裂纹敏感性的主要元素（3）钼，一般钼含量高，再热裂纹可能性大，但不及钒（4）铬，当含量增加到1%时再热裂纹的敏感性显著增加，当含量大于1%时再热裂纹的敏感性降低。

（5）铌和钛，增加再热裂纹敏感性（6）铜和微量元素，促进再热裂纹的敏感性。

防止措施：

（1）焊前预热加焊后加热

（2）选用低匹配的焊接材料（3）降低残余应力（4）改变焊后消除应力热处理的参数，

18．什么是层状撕裂？

什么原因引起的？

如何防止？

答：

层状撕裂是一种内部的低温开裂，呈现阶梯状开裂，它是由基本平行于焊件轧制表面的平台和大体上垂直于平台的剪切壁所组成。

机理：

钢材沿厚度方向上的塑性性能明显低于沿轧制方向的塑性性能，焊缝收缩时会在母材厚度方向上产生很大的应力和应变，当应变超过母材金属沿厚度方向上的塑性变形时，杂夹物和金属基体之间就发生分离面产生微裂纹，裂纹的缺口效应促使裂纹沿自身的平面发展，形成所谓的平台；同时两个平台间的裂纹在剪切力的作用下发生剪切断裂，形成所谓的剪切壁，平台与剪切壁连接在一起形成层状撕裂的阶梯形态。

防止措施：

（1）控制材料中的夹杂物

（2）采用合理的焊接工艺措施，减小沿厚度方向的拘束度（3）控制预热和层间温度

19．试说明低合金高强钢的焊接接头中富氢区是如何形成的？

答：

氢在高温液态金属中的溶解度相对较大，当金属由液态转变为固态时，氢的溶解度变小，并因快速冷却而在金属中形成过饱和的含氢量，随后在固相状态的相变过程中从奥氏体转变为铁素体时是溶解度又显著减小，同时氢在金属中的扩散系数却变大，由于这种溶解度扩散系数的突变，存在着很大的氢浓度梯度，焊缝金属中的过饱和氢向热影响区的奥氏体中扩散，由于在奥氏体中的扩散速度较小而聚集在其中，形成了富氢区。

20．说明低合金珠光体热强钢的焊接特点和应采取的措施。

答：

特点：

（1）在空气中冷却时有明显的淬硬倾向

（2）产生裂纹的倾向性较大。

焊接措施：

（1）正确选择预热温度和焊后热处理温度

（2）为减少“白带”及软化程度，焊后应采用正火+回火的热处理工艺（3）为保证热强性，焊缝的化学成分就与母材相近。

21．说明奥氏体不锈钢的焊接有什么特点。

如何防止不锈钢焊接接头的晶间腐蚀和热裂纹？

答：

特点：

（1）奥氏体钢的导热系数小，线膨胀系数大，较易产生结晶裂纹

（2）易形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质的偏析而促使晶间液态夹层，形成结晶裂纹（3）奥氏体钢及其焊缝中的合金组织较复杂，不仅S、P、Sn、Sb等杂质可形成易熔夹层，一些合金元素也能形成有害的易熔共晶。

防止不锈钢焊接接头的晶间腐蚀的措施：

（1）降低含碳量

（2）添加足够量的钛和铌（3）控制焊缝的组织形态，保证4~12%的一次铁素体（4）

减小焊缝区过热，增加冷却速度。

防止不锈钢焊接接头热裂纹的措施：

（1）严格限制有害杂质

（1）尽可能避免形成单相奥氏体组织

（1）适当调整合金成分（Mn、N等）

（1）尽量减小焊缝的过热，采用小线能量及小截面焊道。

22．珠光体钢和奥氏体钢异种钢焊接易出现什么问题？

分别如何解决？

答：

出现以下问题：

（1）焊缝化学成份（主要是Cr、Ni）的稀释问题。

为保证焊缝成分的合理性，必须选用高合金材料作为焊接填充金属，并适当控制熔合比。

（2）形成凝固过渡层。

为减小凝固过渡层中马氏体脆化层的宽度，减小Cr/Ni的值。

（3）形成碳迁移层。

增加珠光体中强碳化物元素，增加焊缝的Ni含量，减小加热温度和加热时间。

（4）形成残余应力。

尽量选取线膨胀系数介于珠光体钢和奥氏体钢之间的焊接材料作为填充金属，以降低残余应力。

23．胀接的基本原理是什么？

胀管率？

《蒸汽锅炉安全监察规程》规定在什么条件下可进行胀接？

胀接质量影响因素？

答：

胀接的基本原理：

管孔在外力作用时孔周围材料发生不均匀变形，开成残余应力，与管子外壁间产生紧固力，从而获得足够的连接强度和严密性。

胀管率：

管子产生的总变形量与胀前管孔直径的比值的百分数或与胀前管子壁厚比值的百分数。

《蒸汽锅炉安全监察规程》规定胀接的条件：

壁温不超过400℃，管子外径不大于102mm，板材厚度不小于12mm。

胀接管孔间的距离不小19mm，胀接管子的硬度低于板子的硬度。

胀接质量影响因素：

（1）胀管率，控制在1.0~2.1%范围内。

（2）胀接材料强度的匹配，管子的强度应小于板子的强度，两者的屈服强度的比值控制在0.6~0.84之间.（3）胀接材料硬度的匹配，管子胀接部位的硬度值比板子低HB20~30以上。

（4）管子与管孔的配合间隙，在保证管子能插入管孔的前提下，间隙愈小愈好。

（5）管孔表面粗糙度，其就不大于12.5um。

（6）胀接长度（板厚），不小于12mm。

（7）管子厚度，相对厚度在0.05~0.057以上，且不小3.5mm。

24．胀接管端扳边和90°扳边有什么意义？

答：

增加胀接的牢固性、管端表面的严密性和耐腐蚀性。

90°扳边还可以增强管端与介质的传热性能，降低管端的工作温度，防止其在高温烟气作用下因过热而产生裂纹和烧损现象。

25.封头冲压原理及过程中各部分的受力情况及厚度变化？

热冲压、冷冲压条件？

答：

封头的冲压是个拉延过程。

冲压过程中处于压边圈下部的材料受切向压缩和径向拉伸应力，在厚度方向上受到压边圈的压力，切向产生压缩变形，厚度方向增厚；下部模圆角处的材料，受到径向拉伸和切向压缩和弯曲应力；上、下冲模间隙部分材料受到径向拉伸和切向压缩和弯曲应力，切向压缩变形和径向拉伸变形；上冲模底部的材料没与上冲模接触前受力与上、下冲模间隙部分材料一样，材料被拉薄，接触后，只有少量的拉伸变形。

封头直端部位厚度变厚，其余部分减薄，大曲率部位减薄最大。

热冲压、冷冲压条件：

（1）封头材料的性能，常温下塑性较好的材料采用冷冲压，热塑性较好的材料采用热冲压。

（2）封头坏料尺寸，当封头较薄时（碳素钢和低合金钢，S/D0×100＜0.5；不锈钢的合金钢，S/D0×100＜0.7），采用冷冲压；当封头较厚时（碳素钢和低合金钢，S/D0×100≥0.5；不锈钢的合金钢，S/D0×100≥0.7），采用热冲压。

26．冲压封头在何种情况下需采用压边圈？

为什么要采用压边圈？

答：

采用压边圈的条件：

当S/D0×1004.5（1-K）时需采用压边圈。

采用压边圈的原因：

当封头毛坏壁厚较薄时，则材料在切向应力的作用下，会失去稳定，形成皱纹和鼓包，严重时会造成废品。

采用压边圈不公增加了材料的稳定性，而且在压边圈产生的摩擦力的作用下，增加了径向应力，从而使材料有较好的变形条件。