焊接参数对焊缝成形的影响

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：埋弧焊焊接参数的选择对焊缝成形和质量有着重要影响。图7-19 焊丝伸出长度对焊丝熔敷率的影响图7-20 焊丝伸出长度对焊缝熔深的影响6.电源种类与极性电源种类和极性可以改变焊缝的形状和尺寸。焊剂与焊丝合理匹配是获得高质量焊缝的关键，

埋弧焊焊接参数包括主要参数和次要参数。主要参数是指那些直接影响焊缝质量和生产效率的参数，它们是焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝和焊剂的成分与配合、电流种类及极性和预热温度等。对焊缝质量产生有限影响或无多大影响的参数为次要参数。它们是焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊丝与焊件的相对位置、焊剂粒度、焊剂堆散高度和多丝焊的丝间距离等。埋弧焊焊接参数的选择对焊缝成形和质量有着重要影响。

需要说明的是，埋弧焊有等速送丝和变速送丝两种方式。前者主要用于细丝埋弧焊，依靠电弧自调节作用实现弧长控制，选用平特性电源，焊接电流由送丝速度决定。后者用于粗丝埋弧焊，依靠电弧电压反馈实现弧长控制，选用恒流电源，焊接电流取决于电源。

1.焊接电流

焊接电流对焊缝断面形状影响的基本规律如图7-14所示。电流小，熔深浅，余高和宽度不足；电流过大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹。在某一焊丝直径下，当其他条件不变时，增加焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如图7-15所示。

同样焊接电流条件下若焊丝直径不同，即电流密度不同，焊缝形状和尺寸会发生变化，即熔深与焊丝直径成反比关系。但这种关系随电流密度的增加而减弱。这是由于随着电流密度的增加，熔池的熔化金属量不断增加，熔融金属后排困难，熔深增加较慢，并随着熔化金属量的增加，余高增加致使焊缝成形变差，所以埋弧焊在增加焊接电流的同时要增加电弧电压，以保证焊缝成形。

无论是Y形坡口还是I形坡口，正常焊接条件下熔深H与焊接电流I成正比，即H=k_mI。k_m为比例系数，随电流种类、极性、焊丝直径以及焊剂的化学成分变化而异。各种条件下的k_m值见表7-6。

图7-14 焊接电流对焊缝断面形状的影响（40V，30cm/min）

a）800A b）1200A c）1600A

图7-15 焊接电流与熔深的关系

表7-6k_m与焊丝直径、电流种类、极性及焊剂的关系

2.电弧电压

埋弧焊时，电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有限的。如果其他条件不变，改变电弧电压对焊缝形状的影响如图7-16所示。电弧电压低，熔深大，焊缝宽度窄，易产生热裂纹；电弧电压高时，焊缝宽度增加，焊道下凹，脱渣困难、气孔和咬边倾向增加。

图7-16 电弧电压对焊缝断面形状的影响

a）30V b）40V c）50V（平板焊接，焊丝直径4.8mm，熔炼焊剂，1200A，30cm/min）

电弧电压和电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同，电弧空间电场强度不同，则电弧长度不同。极性不同时，电弧电压对熔宽的影响也有差别。

3.焊接速度

焊接速度对熔深和熔宽都有明显的影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大。随着焊接速度增加，焊缝熔深和熔宽都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比，如图7-17所示。

焊接速度过高会造成咬边、未焊透、焊缝粗糙不平等缺陷。而降低焊接速度，熔池体积增大而存在时间延长，有利于气体浮出熔池，减小形成气孔的倾向。当焊接速度过低时，会形成易裂的“蘑菇形”焊缝，或产生烧穿、夹渣、焊缝不规则等缺陷。实际焊接中为了提高生产率同时保持一定的热输入，在提高焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证一定的熔深和熔宽。

在快速焊接时，熔池的形状呈雨滴状，如图7_-18a所示，通常焊接速度越大，熔池尾部形状越尖。此时低熔点偏析物集中在焊缝中部，容易出现纵向裂纹。较慢速度焊接时，熔池后部形状接近椭圆形，如图7-18b所示，不容易出现纵向裂纹，但有时会出现横向裂纹。

图7-17 焊接速度对焊缝断面形状的影响

a）I形接头 b）Y形接头

图7-18 焊接速度对熔池形状的影响

a）快速焊接时 b）低速焊接时

4.焊丝直径

焊丝直径应与所用的焊接电流大小相适应，如果粗焊丝用小电流焊接，会造成焊接电弧不稳定，而细焊丝用大电流焊接，也容易造成熔池不稳定，焊缝成形差。不同直径焊丝适用的焊接电流见表7-7。

表7-7 不同直径焊丝适用的焊接电流

通常焊丝越细，焊缝熔深越大，同时熔宽越小。焊丝直径也影响熔敷率，在电流一定的条件下，细丝的电流密度较大，熔敷率较高。但由于送丝机的送丝速度是有限的，为了进一步得到更高的熔敷率，应当选择粗丝。

5.焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是焊丝在导电嘴外至工件的长度。焊丝伸出长度越大，预热作用越明显，焊丝的熔敷率就高。但与此同时，由于相应的焊接速度的提升，熔深将会减小。图7-19和图7-20分别给出了不同焊丝伸出长度下，焊丝熔敷率和焊缝熔深的变化规律。

图7-19 焊丝伸出长度对焊丝熔敷率的影响

图7-20 焊丝伸出长度对焊缝熔深的影响

6.电源种类与极性

电源种类和极性可以改变焊缝的形状和尺寸。由于正极发热量大，在直流正接时，工件是正极，熔深增大，如图7-21和图7-22所示。但是这也和使用的焊剂成分有关。如果使用含有较多氟化钙的焊剂进行焊接时，阴极的温度比阳极高，当直流正接时，焊丝的熔化速度大于直流反接时的熔化速度，所以焊缝的余高较大。当直流反接时，可使焊缝熔深增加，熔宽变化不大，而余高则减小。采用交流电源焊接时，焊缝形状尺寸介于直流正接和反接两者之间。

图7-21 电源种类和极性对熔深的影响

1—直流正接 2—交流 3—直流反接

图7-22 极性对焊缝形状尺寸的影响

交流方波埋弧焊与工频交流正弦波埋弧焊相比，克服了负极性变为正极性过零时间长导致电弧不稳定的问题，且可以通过交流频率、正负半周时间，幅值大小比例来改变熔深和熔敷率。它融合了负极性和正极性各自的特点。如图7-23所示，如果需获得深熔深且小熔敷率，可以增大正极性的占空比或增大正极性的幅值；如果需获得浅熔深且大熔敷率，可以增大负极性的占空比或增大负极性的幅值。提高频率时熔深较浅，但电弧稳定性较高。

7.焊丝和焊剂的选择与配合

埋弧焊时需要从被焊材料的类别及对焊接接头性能的要求出发，选择相应的焊丝和焊剂。焊丝有碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝、有色金属焊丝和堆焊用的特殊合金焊丝等类型，焊丝直径一般为1.6～6mm。焊剂与焊丝合理匹配是获得高质量焊缝的关键，尤其要关注其中硅和锰的含量。

在焊接低碳钢时，可选用高锰高硅焊剂与低碳钢焊丝匹配，或选用低锰或无锰焊剂与含锰量较高的焊丝匹配。当焊接低合金高强度钢时，除了要保证强度外，还要保证一定的塑性和韧性，可选用中锰中硅或低锰中硅型焊剂，配合相应的合金钢焊丝。当焊接强度级别较高的钢时，为了得到高韧性，一般选用碱度高的烧结焊剂。在焊接耐热钢、低温钢和耐蚀钢时，要注意保证焊缝的耐热性、耐低温性和耐蚀性，可选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金钢焊丝相配合。焊接奥氏体或铁素体高合金钢时，主要是保证焊缝与母材有相近的化学成分，使焊缝具有与母材相匹配的特殊性能如耐蚀性等，同时也要满足力学性能和抗裂性能等方面的要求。这时，一般选用碱度比较高的中硅或低硅型焊剂，与合适的高合金钢焊丝相配合焊接，而不采用高硅型熔炼焊剂，其原因是防止大量渗硅，以避免焊缝的性能下降。考虑到焊接过程中铬、钼等主要合金元素会被烧损，通常选用合金元素含量比母材高一些的焊丝。如果没有合金成分较高的焊丝，也可配以专门的烧结焊剂焊接，可从焊剂中过渡所需要的合金元素，也能得到令人满意的焊缝化学成分和性能。

焊接参数从两方面决定了焊缝质量。一方面，焊接电流、电弧电压和焊接速度等参数直接影响焊缝的成形，焊接参数决定的焊接热输入又影响着焊缝的强度和韧性；另一方面，焊缝成形还影响到焊缝的抗裂性、对气孔和夹渣的敏感性。只有这些参数的合理匹配，才能焊出成形良好无任何缺陷的焊缝。

图7-23 交流方波埋弧焊电流波形与焊缝形状的关系

焊接参数对焊缝成形的影响

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