焊接工藝基礎知識六：焊接工藝參數及其對焊縫形狀的影響
作者：小編 時(shí)間：2024/8/5 15:03:26
焊接工藝參數及其對焊縫形狀的影響
焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的各項參數(例如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線(xiàn)能量等)的總稱(chēng)叫焊接工藝參數。所謂線(xiàn)能量是指熔焊時(shí)，由焊接熱源輸入給單位長(cháng)度焊縫上的能量焦爾／厘米或焦爾／毫米(J／cm或J／mm)，亦稱(chēng)熱輸入。
線(xiàn)能量的計算公式為：
式中 Q——線(xiàn)能量，J／cm或J／mm；
I——焊接電流，A；
U——電弧電壓，V；
V——焊接速度，cm／s或mm／s。
例：某焊接性試驗的焊接工藝參數如下：焊條直徑4mm，焊接電流180A，電弧電壓24V，焊接速度150mm／min。試計算其線(xiàn)能量。
解：線(xiàn)能量。
答：該試驗的線(xiàn)能量為1728J／mm。
(一)焊接電流
當其它條件不變時(shí)，增加焊接電流，則焊縫厚度和余高都增加，而焊縫寬度則幾乎保持不變(或略有增加)，見(jiàn)圖1—29，這是埋弧自動(dòng)焊時(shí)的實(shí)驗結果。分析這些現象的原因是：
(1)焊接電流增加時(shí)，電弧的熱量增加，因此熔池體積和弧坑深度都隨電流而增加，所以冷卻下來(lái)后，焊縫厚度就增加。
(2)焊接電流增加時(shí)，焊絲的熔化量也增加，因此焊縫的余高也隨之增加。如果采用不填絲的鎢極氬弧焊，則余高就不會(huì )增加。
(3)焊接電流增加時(shí)，一方面是電弧截面略有增加，導致熔寬增加；另一方面是電流增加促使弧坑深度增加。由于電壓沒(méi)有改變，所以弧長(cháng)也不變，導致電弧潛入熔池，使電弧擺動(dòng)范圍縮小，則就促使熔寬減少。由于兩者共同的作用，所以實(shí)際上熔寬幾乎保持不變。
圖1—29 焊接電流對焊縫形狀的影響
H—焊縫厚度 B—焊縫寬度 d—余高 I—焊接電流
(二)電弧電壓
當其它條件不變時(shí)，電弧電壓增長(cháng)，焊縫寬度顯著(zhù)增加而焊縫厚度和余高將略有減少，見(jiàn)圖1—30。這是因為電弧電壓增加意味著(zhù)電弧K度的增加，因此電弧擺動(dòng)范圍擴大而導致焊縫寬度增加。其次，弧長(cháng)增加后，電弧的熱量損失加大，所以用來(lái)熔化母材和焊絲的熱量減少，相應焊縫厚度和余高就略有減小。
圖1—30 電弧電壓對焊縫形狀的影響
由此可見(jiàn)，電流是決定焊縫厚度的主要因素，而電壓則是影響焊縫寬度的主要因素。因此，為得到良好的焊縫形狀，即得到符合要求的焊縫成形系數，這兩個(gè)因素是互相制約的，即一定的電流要配合一定的電壓，不應該將一個(gè)參數在大范圍內任意變動(dòng)。
(三)焊接速度
焊接速度對焊縫厚度和焊縫寬度有明顯的影響。當焊接速度增加時(shí)，焊縫厚度和焊縫寬度都大為下降，見(jiàn)圖1—31。這是因為焊接速度增加時(shí)，焊縫中單位時(shí)間內輸入的熱量減少了。
圖1—31 焊接速度對焊縫形狀的影響
從焊接生產(chǎn)率考慮，焊接速度愈快愈好。但當焊縫厚度要求一定時(shí)，為提高焊接速度，就得進(jìn)一步提高焊接電流和電弧電壓，所以，這三個(gè)工藝參數應該綜合在一起進(jìn)行選用。
(四)其它工藝參數及因素對焊縫形狀的影響
電弧焊除了上述三個(gè)主要的工藝參數外，其它一些工藝參數及因素對焊縫形狀也具有一定的影響。
(1)電極直徑和焊絲外伸長(cháng) 當其它條件不變時(shí)，減小電極(焊絲)直徑不僅使電弧截面減小，而且還減小了電弧的擺動(dòng)范圍，所以焊縫厚度和焊縫寬度都將減小。
焊絲外伸長(cháng)是指從焊絲與導電嘴的接觸點(diǎn)到焊絲末端的長(cháng)度，即焊絲上通電部分的長(cháng)度。當電流在焊絲的外伸長(cháng)上通過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生電阻熱。因此，當焊絲外伸長(cháng)增加時(shí)，電阻熱也將增加，焊絲熔化加快，因此余高增加。焊絲直徑愈小或材料電阻率愈大時(shí)，這種影響愈明顯。實(shí)踐證明，對于結構鋼焊絲來(lái)說(shuō)，直徑為5mm以上的粗焊絲，焊絲的外伸長(cháng)在60～150mm范圍內變動(dòng)時(shí)，實(shí)際上可忽略其影響。但焊絲直徑小于3mm時(shí)，焊絲外伸長(cháng)波動(dòng)范圍超過(guò)5～10mm時(shí)，就可能對焊縫成形產(chǎn)生明顯的影響。不銹鋼焊絲的電阻率很大，這種影響就更大。因此，對細焊絲，特別是不銹鋼熔化電極弧焊時(shí)，必須注意控制外伸長(cháng)的穩定。
(2)電極(焊絲)傾角焊接時(shí)，電極(焊絲)相對于焊接方向可以?xún)A斜一個(gè)角度。當電極(焊絲)的傾角順著(zhù)焊接方向時(shí)叫后傾；逆著(zhù)焊接方向時(shí)叫前傾，見(jiàn)圖1—32(a)、(b)。電極(焊絲)前傾時(shí)，電弧力對熔池液體金屬后排作用減弱，熔池底部液體金屬增厚了，阻礙了電弧對熔池底部母材的加熱，故焊縫厚度減小。同時(shí)，電弧對熔池前部未熔化母材預熱作用加強，因此焊縫寬度增加，余高減小，前傾角度。愈小，這一影響愈明顯，見(jiàn)圖1—32(c)。
圖1—32 電極(焊絲)傾角對焊縫形狀的影響
(a)后傾 (b)前傾 (c)前傾傾角的影響
電極(焊絲)后傾時(shí)，情況與上述相反。
(3)焊件傾角 焊件相對水平面傾斜時(shí)，焊縫的形狀可因焊接方向不同而有明顯差別。焊件傾斜后，焊接方法可分為兩種：從高處往低處焊叫下坡焊；從低處往高處焊叫上坡焊，見(jiàn)圖1—33(a)(b)。
圖1—33 焊件傾角對焊縫形狀的影響
(a)下坡焊 (b)上坡焊 (c)下坡焊時(shí)焊件傾角的影響
d)上坡焊時(shí)焊件傾角的影響
當進(jìn)行上坡焊時(shí)，熔池液體金屬在重力和電弧力作用下流向熔池尾部，電弧能深入到加熱熔池底部的金屬，因而使焊縫厚度和余高都增加。同時(shí)，熔池前部加熱作用減弱，電弧擺動(dòng)范圍減小，因此焊縫寬度減小。上坡角度愈大，影響也愈明顯。上坡角度。>6°～12°時(shí)，焊縫就會(huì )因余高過(guò)大，兩側出現咬邊而使成形惡化，見(jiàn)圖1—33(d)。因此，在自動(dòng)電弧焊時(shí)，實(shí)際上總是盡量避免采用上坡焊。
下坡焊的情況正好相反，即焊縫厚度和余高略有減小，而焊縫寬度略有增加。因此傾角。<6°～8°的下坡焊可使表面焊縫成形得到改善，手弧焊焊薄板時(shí)，常采用下坡焊，一方面是避免焊件燒穿，另一方面可以得到光滑的焊縫表面成形。如果傾角過(guò)大，則會(huì )導致未焊透和熔池鐵水溢流，使焊縫成形惡化，見(jiàn)圖1—33(c)。
(4)坡口形狀 當其它條件不變時(shí)，增加坡口深度和寬度時(shí)，焊縫厚度略有增加，焊縫寬度略有增加，而余高顯著(zhù)減小，見(jiàn)圖1—34。
圖1—34 坡口形狀對焊縫形狀的影響
(5)焊劑 埋弧焊時(shí)，焊劑的成分、密度、顆粒度及堆積高度均對焊縫形狀有一定影響。當其它條件相同時(shí)，穩弧性較差的焊劑焊縫厚度較大、而焊縫寬度較小。焊劑密度小，顆粒度大或堆積高度減小時(shí)，由于電弧四周壓力減低，弧柱體積膨脹，電弧擺動(dòng)范圍擴大，因此焊縫厚度減小、焊縫寬度增加、余高略為減小。此外，熔渣粘度對焊縫表面成形有很大影響，若粘度過(guò)大，使熔渣的透氣性不良，熔池結晶時(shí)所排出的氣體無(wú)法通過(guò)熔渣排除，使焊縫表面形成許多凹坑，成形惡化。
(6)保護氣體成分 氣體保護焊時(shí)，保護氣體的成分以及與此密切相關(guān)的熔滴過(guò)渡形式對焊縫形狀有明顯影響。采用不同保護氣體進(jìn)行熔化極氣體保護焊直流反接時(shí)，焊縫形狀的變化，見(jiàn)圖1—35。射流過(guò)渡氬弧焊總是形成明顯蘑菇狀焊縫，氬氣中加入O2、CO2或H2時(shí)，可使根部成形展寬，焊縫厚度略有增加。顆粒狀和短路過(guò)渡電弧焊則形成的焊縫形狀寬而淺。
圖1—35 保護氣體成分對焊縫形狀的影響
(7)母材的化學(xué)成分 母材的化學(xué)成分不同，在其它工藝因素不變的情況下，焊縫形狀不一樣，這一點(diǎn)在氬弧焊時(shí)特別明顯。如三種產(chǎn)地不同的0Cr18Ni19和0Cr18Ni12Mo2不銹鋼，用鎢極氬弧焊方法焊接，采用相同的焊接工藝參數時(shí)，所得焊縫形狀的變化，見(jiàn)表1—10。
表1—10 母材化學(xué)成分對焊縫形狀的影響
注：鎢棒端部45°；弧長(cháng)2mm電流150A；焊接速度300mm／min。
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