激光焊接技術(shù)原理與操作規(guī)范測(cè)試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在激光深熔焊接過(guò)程中，形成“小孔”效應(yīng)的關(guān)鍵物理機(jī)制是A.表面張力梯度驅(qū)動(dòng)的Marangoni對(duì)流B.激光誘導(dǎo)等離子體對(duì)熔池的機(jī)械沖擊C.金屬蒸氣反沖壓力克服熔池表面張力與靜壓力D.熔池內(nèi)氣泡上浮造成的空腔塌陷答案：C解析：小孔效應(yīng)（keyholing）的本質(zhì)是金屬蒸氣反沖壓力>表面張力+靜壓力，使液態(tài)金屬被排開(kāi)形成貫穿板厚的蒸汽腔，而非單純的對(duì)流或氣泡作用。2.采用4kW光纖激光焊接2mm304不銹鋼時(shí)，若離焦量由0mm變?yōu)?4mm，熔深變化趨勢(shì)為A.持續(xù)增加B.先增后減C.持續(xù)減小D.先減后增答案：C解析：正離焦時(shí)光斑直徑擴(kuò)大，功率密度按1/d2衰減，熔深單調(diào)下降；負(fù)離焦才會(huì)出現(xiàn)先增后減的“焦點(diǎn)漂移”極值。3.激光MAG復(fù)合焊中，優(yōu)先送絲角度一般選擇A.激光在前，焊絲后傾25°B.激光在后，焊絲前傾15°C.激光與焊絲同軸垂直D.激光在前，焊絲前傾20°答案：D解析：激光在前可預(yù)清潔氧化膜，焊絲前傾20°保證熔滴過(guò)渡進(jìn)入激光匙孔，減少飛濺并提高橋接能力。4.下列哪項(xiàng)不是激光焊接鋁合金5083產(chǎn)生氣孔的主因A.氫在液態(tài)鋁中溶解度陡降B.鎂元素蒸發(fā)燒損形成低壓空腔C.表面氧化膜吸附水分D.匙孔塌陷導(dǎo)致底部“縮孔”答案：B解析：鎂蒸發(fā)燒損主要改變成分與力學(xué)性能，本身不直接產(chǎn)生氣孔；氫孔、匙孔塌陷縮孔才是氣孔主因。5.激光功率3kW、焊接速度1m/min、光斑直徑0.2mm，則功率密度約為A.4.8×10?W/cm2B.9.5×10?W/cm2C.1.5×10?W/cm2D.2.4×10?W/cm2答案：B解析：功率密度P/(πr2)=3000/(π×0.012)=9.5×10?W/cm2，處于深熔閾值以上。6.對(duì)1mm銅箔不銹鋼的搭接接頭實(shí)施激光點(diǎn)焊，抑制界面脆性相的最佳策略是A.提高峰值功率縮短脈寬B.采用Ni箔中間層C.背面吹A(chǔ)r加速冷卻D.使用脈沖波形后延緩冷答案：B解析：Ni箔可阻止CuFe互擴(kuò)散，抑制(Cu)與(γFe)之間形成脆性σ相；單純功率或冷卻調(diào)整無(wú)法避免金屬間化合物。7.激光焊接保護(hù)氣噴嘴直徑d、出氣壓強(qiáng)p、流量Q，滿(mǎn)足臨界層流條件的關(guān)系式為A.Re=ρvd/μ<2300B.Re>4000C.Re=20003000D.與Re無(wú)關(guān)，僅看p值答案：A解析：層流可減小等離子體擾動(dòng)，Re<2300為工程臨界值；湍流易卷吸空氣。8.激光釬焊汽車(chē)鍍鋅板時(shí)，釬絲熔點(diǎn)應(yīng)滿(mǎn)足A.>母材熔點(diǎn)150℃B.介于母材固相線(xiàn)與液相線(xiàn)之間C.<母材固相線(xiàn)50100℃D.等于母材液相線(xiàn)答案：C解析：釬焊要求母材不熔化，僅釬料熔化潤(rùn)濕；溫度窗口需低于固相線(xiàn)防止燒穿鍍層。9.在激光焊縫在線(xiàn)檢測(cè)中，采用CMOS高速攝像配合窄帶濾光片(808nm)主要觀測(cè)A.熔池表面波紋頻率B.匙孔開(kāi)口面積變化C.等離子體電子密度D.熱影響區(qū)寬度答案：B解析：808nm濾光片避開(kāi)等離子體特征譜線(xiàn)，主要接收熔池及匙孔自身輻射，可量化匙孔開(kāi)口面積波動(dòng)，用于閉環(huán)控制。10.激光焊接6mm鈦合金TC4，需控制氧含量<A.50ppmB.150ppmC.500ppmD.1000ppm答案：A解析：鈦在500℃以上迅速吸氧，焊縫氧>150ppm即明顯脆化；航空件要求<50ppm。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）11.以下哪些措施可有效降低高強(qiáng)鋼激光焊縫冷裂傾向A.降低碳當(dāng)量CEVB.預(yù)熱150℃C.提高焊接速度D.焊后250℃×2h后熱E.選用低匹配焊絲答案：A、B、D、E解析：提高速度增大冷卻速率，反而加劇冷裂；其余均可降低氫致裂紋風(fēng)險(xiǎn)。12.激光擺動(dòng)焊(Wobble)相比傳統(tǒng)靜態(tài)焊，優(yōu)點(diǎn)包括A.增加熔寬降低咬邊B.降低氣孔率C.減小熱輸入D.提高間隙橋接能力E.降低等離子體屏蔽答案：A、B、D解析：擺動(dòng)增大熔池停留時(shí)間，熱輸入略增；對(duì)等離子體屏蔽無(wú)顯著削弱。13.關(guān)于激光焊接異種金屬，敘述正確的有A.熱導(dǎo)率差異大可采用雙焦點(diǎn)光束B(niǎo).熔點(diǎn)差異大可把低熔點(diǎn)側(cè)設(shè)為上層C.線(xiàn)膨脹系數(shù)差異大需降低冷卻速度D.易形成金屬間化合物時(shí)可插入過(guò)渡層E.電導(dǎo)率差異對(duì)焊接性無(wú)影響答案：A、B、C、D解析：電導(dǎo)率差異影響激光吸收率與熔池流動(dòng)，亦需考慮。14.激光焊接過(guò)程中，可實(shí)時(shí)反映匙孔穩(wěn)定性的傳感信號(hào)有A.聲發(fā)射AERMS值B.等離子體光譜FeI376nm強(qiáng)度C.背面紅外測(cè)溫峰值D.焊接電壓波動(dòng)E.激光器回反光強(qiáng)度答案：A、B、C、E解析：激光焊無(wú)電弧，故電壓波動(dòng)不適用；其余均可映射匙孔塌陷或穿透狀態(tài)。15.激光焊接潔凈室用304L管道，需執(zhí)行的工藝文件包括A.ISO1561411激光焊工藝評(píng)定B.ASMEIX激光電弧復(fù)合焊條款C.潔凈室顆粒度測(cè)試記錄D.鎢極氬弧焊背面保護(hù)規(guī)范E.管道內(nèi)表面鈍化處理指導(dǎo)書(shū)答案：A、C、E解析：ASMEIX復(fù)合焊條款不適用純激光；背面保護(hù)規(guī)范屬TIG范疇，激光焊需正面?zhèn)却导纯?。三、判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）16.激光焊接的深寬比隨板厚線(xiàn)性增加。答案：×解析：深寬比受功率密度、速度、材料熱擴(kuò)散率綜合影響，與板厚無(wú)線(xiàn)性關(guān)系。17.在相同平均功率下，脈沖激光焊峰值功率越高，熱影響區(qū)越窄。答案：√解析：高峰值功率縮短熱循環(huán)時(shí)間，降低累積熱輸入，HAZ變窄。18.激光焊接鍍鋅板時(shí)，搭接間隙0.2mm即可完全釋放鋅蒸氣。答案：×解析：0.2mm不足以形成連續(xù)排氣通道，需>0.1mm且加排鋅槽或擺動(dòng)。19.激光焊接硅鋼片，采用CO?激光比光纖激光吸收率更高。答案：×解析：硅鋼表面粗糙且含絕緣涂層，對(duì)1μm光纖激光吸收率>35%，遠(yuǎn)高于10.6μmCO?激光的15%，因等離子體屏蔽更嚴(yán)重。20.激光功率>10kW時(shí)，必須采用氦氣作為保護(hù)氣才能抑制等離子體。答案：×解析：高功率可用Ar+He混合氣或側(cè)吹高速氣流，純He成本高并非“必須”。21.激光焊接過(guò)程產(chǎn)生的紫外線(xiàn)強(qiáng)度與等離子體溫度正相關(guān)。答案：√解析：黑體輻射與T?成正比，等離子體溫度越高，UV輻射越強(qiáng)。22.激光焊接奧氏體不銹鋼可完全避免晶間腐蝕。答案：×解析：若碳含量>0.03%且停留時(shí)間足夠，仍可在HAZ析出Cr??C?導(dǎo)致晶腐。23.激光焊接頭硬度一定高于母材。答案：×解析：如鋁合金熱影響區(qū)出現(xiàn)過(guò)時(shí)效，硬度反而下降。24.激光焊接時(shí)，采用線(xiàn)偏振光可改變?nèi)鄢亓鲃?dòng)方向。答案：√解析：偏振方向影響Fresnel吸收分布，進(jìn)而改變表面張力梯度驅(qū)動(dòng)流。25.激光焊接焊縫余高主要受送絲速度影響，與保護(hù)氣無(wú)關(guān)。答案：×解析：保護(hù)氣流量過(guò)大可造成熔池下凹，改變余高；并非無(wú)關(guān)。四、填空題（每空1分，共15分）26.激光焊接中，功率密度達(dá)到________W/cm2時(shí)，鋼材表面開(kāi)始產(chǎn)生明顯的金屬蒸氣。答案：10?解析：約10?W/cm2為鋼材蒸發(fā)閾值。27.采用________模型可估算激光焊接熔深，其表達(dá)式為h∝(P/√(vδ))^(2/3)。答案：RosenthalSteen解析：Rosenthal解析解結(jié)合蒸發(fā)反沖修正，俗稱(chēng)RosenthalSteen模型。28.激光焊接鋁合金時(shí)，氫溶解度從液態(tài)到固態(tài)突變約為_(kāi)_______cm3/100gAl。答案：0.69→0.036解析：液態(tài)0.69，固態(tài)0.036，差約20倍，導(dǎo)致氫孔。29.激光焊接鍍鋅鋼板，鋅層厚度每面7μm，完全蒸發(fā)需能量約________J/cm2。答案：4.2解析：Zn蒸發(fā)焓ΔH≈1.75kJ/g，密度7.14g/cm3，7μm厚對(duì)應(yīng)0.5g/m2，計(jì)算得≈4.2J/cm2。30.激光焊接保護(hù)氣噴嘴與工件夾角通常取________°。答案：3045解析：角度過(guò)小易卷吸空氣，過(guò)大則覆蓋面積不足。31.激光焊接TC4鈦合金，β相變溫度為_(kāi)_______℃。答案：995±15解析：TC4(Ti6Al4V)相變點(diǎn)約995℃。32.激光焊接過(guò)程中，匙孔后壁傾角一般小于________°，否則易塌陷。答案：10解析：實(shí)驗(yàn)觀測(cè)>10°時(shí)反沖壓力無(wú)法維持穩(wěn)定。33.激光焊接1mm銅箔，采用綠光(515nm)比紅外(1030nm)吸收率提高約________倍。答案：56解析：銅對(duì)1030nm吸收率~5%，對(duì)515nm約30%，提升6倍。34.激光焊接焊縫成形系數(shù)φ定義為_(kāi)_______。答案：熔寬/熔深解析：φ=w/h，反映焊縫橫截面形狀。35.激光焊接高強(qiáng)鋼，國(guó)際常用冷裂敏感指數(shù)Pcm公式為_(kāi)_______。答案：Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B解析：Pcm用于評(píng)估低合金鋼焊接冷裂傾向。五、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）36.簡(jiǎn)述激光焊接鍍鋅鋼板搭接接頭“排鋅槽”設(shè)計(jì)原則。答案：(1)槽寬0.30.5mm，深度穿透鋅層即可，約0.050.08mm；(2)位于熔合區(qū)兩側(cè)，間距等于光斑直徑+0.2mm；(3)方向與焊接方向平行，端部倒圓防應(yīng)力集中；(4)槽內(nèi)鍍層需激光消融清理，避免殘留鋅液回流；(5)槽體積按鋅蒸發(fā)量計(jì)算：V槽≥(2×鋅層厚×搭接面積×鋅密度)/ρZn液，確保蒸氣可瞬間排出；(6)槽邊緣距板邊≥3mm，防止燒穿塌陷。解析：排鋅槽通過(guò)局部減薄提供逃逸通道，降低鋅蒸氣壓力峰值，減少飛濺與氣孔。37.激光焊接鋁合金6082T6出現(xiàn)“凝固裂紋”，列出三條冶金與工藝改進(jìn)措施并說(shuō)明機(jī)理。答案：(1)選用ER5356焊絲，提高M(jìn)g含量至5%，增加液相表面張力，降低脆性溫度區(qū)間(BTR)；(2)降低焊接速度30%，提高熱輸入，使焊縫冷卻速率<80℃/s，降低收縮應(yīng)變率；(3)添加0.8mmZr+Ti復(fù)合細(xì)化劑，晶粒尺寸由120μm降至40μm，晶界液膜分布均勻，提升抗裂性。解析：凝固裂紋由液膜+拉伸應(yīng)變共同作用，通過(guò)成分調(diào)整、熱循環(huán)控制、晶粒細(xì)化三管齊下，可將裂紋率由1.8%降至0.1%。38.激光焊接10mm厚EH36船板，要求一次單面焊雙面成形，列出關(guān)鍵工藝參數(shù)窗口并給出理由。答案：功率P=18kW，速度v=0.9m/min，離焦量Δf=2mm，光斑直徑0.6mm，保護(hù)氣Ar30L/min+背保護(hù)20L/min，坡口Y型60°，鈍邊2mm，間隙0.3mm。理由：(1)功率密度≈6.4×10?W/cm2，高于深熔閾值；(2)線(xiàn)能量=1.2kJ/mm，保證背面熔透且HAZ韌性>34J(40℃)；(3)負(fù)離焦2mm使匙孔開(kāi)口擴(kuò)大，利于氣體逸出；(4)0.3mm間隙提供排鋅與根透通道；(5)背保護(hù)防止根部氧化，保證彎曲角≥120°無(wú)裂紋。六、計(jì)算題（每題10分，共20分）39.用光纖激光焊接2mm2205雙相鋼，已知P=3kW，v=1.5m/min，光斑直徑0.3mm，求：(1)功率密度；(2)線(xiàn)能量；(3)若熔深實(shí)測(cè)1.9mm，計(jì)算熱效率η（取熔化比能E=6.8J/mm3）。答案：(1)I=4P/(πd2)=4×3000/(π×0.32)=4.24×10?W/cm2(2)E?=P/v=3000/(1500/60)=120J/mm(3)單位長(zhǎng)度熔化體積V=h×w×1=1.9×2×1=3.8mm3/mm理論能量E?=V×E=3.8×6.8=25.84J/mmη=E?/E?=25.84/120=0.215→21.5%解析：熱效率低因部分能量散失于HAZ、飛濺與蒸發(fā)。40.激光焊接銅鋁異種接頭，需保證熔合比θ<30%，已知銅側(cè)熔化單位體積需8.8J/mm3，鋁側(cè)需2.7J/mm3，若總熱輸入限定45J/mm，求最大允許銅熔化截面積A_Cu（設(shè)焊縫總截面積A=1mm2）。答案：θ=A_Cu/A<0.3→A_Cu<0.3mm2能量約束：8.8A_Cu+2.7(AA_Cu)≤458.8A_Cu+2.72.7A_Cu≤456.1A_Cu≤42.3→A_Cu≤6.93mm2綜合θ限制，A_Cu≤0.3mm2解析：熔合比控制是抑制CuAl脆性相關(guān)鍵，能量約束并非首要限制，故最大允許銅熔化面積0.3mm2。七、綜合案例分析（16分）41.某航天企業(yè)采用4kW碟片激光焊接5mm7075T6鋁合金筒體縱縫，出現(xiàn)周期性氣孔（沿焊縫中心線(xiàn)間距約1.2mm，孔徑50100μm），Xray檢測(cè)不合格?，F(xiàn)場(chǎng)記錄：速度1m/min，離焦0mm，Ar保護(hù)30L/