焊縫成形差的原因

一、焊接電流對焊縫成形的影響

在其他條件一定的情況下,隨著電弧焊接電流增加,焊縫的熔深和余高均增加,熔寬略有增加。其原因如下:

1)隨著電弧焊焊接電流增加,作用在焊件上的電弧力增加,電弧對焊件的熱輸入增加,熱源位置下移,有利于熱量向熔池深度方向傳導(dǎo),使熔深增大。熔深與焊接電流近似成正比關(guān)系,即焊縫熔深H約等于Km×I。式中Km為熔深系數(shù)(焊接電流增加100A導(dǎo)致焊縫熔深增加的毫米數(shù)),它與電弧焊的方法、焊絲直徑、電流種類等有關(guān)見表1-1。表1-1

各種電弧焊方法及參數(shù)(焊鋼)時的熔深系數(shù)Km

2)電弧焊的焊芯或焊絲的熔化速度與焊接電流成正比。由于電弧焊的焊接電流增加導(dǎo)致焊絲熔化速度增加,焊絲熔化量近似成正比的增多,而熔寬增加較少,所以焊縫余高增大。

3)焊接電流增大后,弧柱直徑增大,但是電弧潛入工件的深度增大,電弧斑點移動范圍受到限制,因而熔寬的增加量較小。氣體保護熔化極氬弧焊時,焊接電流增加,焊縫熔深增加。若焊接電流過大、電流密度過高時,容易出現(xiàn)指狀熔深,尤其焊鋁時較明顯。二、電弧電壓對焊縫成形的影響

在其他條件一定的情況下,提高電弧電壓,電弧功率相應(yīng)增加,焊件輸入的熱量有所增加。但是電弧電壓增加是通過增加電弧長來實現(xiàn)的,電弧長度增加使得電弧熱源半徑增大,電弧散熱增加,輸入焊件的能量密度減小,因此熔深略有減小而熔深增大。同時,由于焊接電流不變,焊絲的熔化量基本不變,使得焊縫余高減小。

各種電弧焊方法,俄日了得到合適的焊縫成形,即保持合適的焊縫成形系數(shù)φ,在增大焊接電流的同時要適當(dāng)提高電弧電壓,要求電弧電壓與焊接電流具有適當(dāng)?shù)钠ヅ潢P(guān)系。這點在熔化極電弧焊中最為常見。三、焊接速度對焊縫成形的影響

在其他條件一定的情況下,提高焊接速度會導(dǎo)致焊接熱輸入減小,從而焊縫熔寬和熔深都減小。由于單位長度焊縫上的焊絲金屬熔敷量與焊接速度成反比,所以也導(dǎo)致焊縫余高減小。

焊接速度是評價焊接生產(chǎn)率的一項重要指標(biāo),為了提高焊接生產(chǎn)率,應(yīng)該提高焊接速度。但為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計上所需的焊縫尺寸,在提高焊接速度的同時要相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓,這三個量是相互聯(lián)系的。同時,還應(yīng)考慮在提高焊接電流、電弧電壓、焊接速度(即采用大功率焊接電弧、高焊接速度焊接)時,有可能在形成熔池過程中及熔池凝固過程中產(chǎn)生焊接缺陷,如咬邊、裂紋等,所以提高焊接速度是有限度的。四、焊接電流種類和極性、電極尺寸對焊縫成形的影響1、焊接電流的種類和極性

焊接電流的種類分為直流和交流。其中,直流電弧焊根據(jù)電流的有無脈沖又分為恒定直流和脈沖直流;根據(jù)極性分為直流正接(焊件接正)和直流反接(焊件接負)。交流電弧焊根據(jù)電流波形的不同又分為正弦波交流和方波交流等。焊接電流種類和極性能影響電弧輸入焊件熱量的大小,因此能影響焊縫成形,同時還能影響熔滴過渡過程和對母材表面氧化膜的去除。

鎢極氬弧焊焊接鋼、鈦等金屬材料時,直流正接時形成的焊縫熔深最大,直流反接時的熔深最小,交流介于兩者之間。由于直流正接時焊縫熔深最大,而且鎢極燒損最小,所以鎢極氬弧焊焊接鋼、鈦等金屬材料時應(yīng)采用直流正接。鎢極氬弧焊采用脈沖直流焊接時,由于能夠調(diào)整脈沖參數(shù),因而可以根據(jù)需要控制焊縫成形尺寸。鎢極氬弧焊焊接鋁、鎂及其合金時,需要利用電弧的陰極清理作用來清理母材表面的氧化膜,采用交流為好,由于方波交流的波形參數(shù)可調(diào),則焊接效果更好。

熔化極電弧焊時,直流反接時的焊縫熔深和熔寬都要大于直流正接的情況,交流焊接的熔深和熔寬介于兩者之間。因此,埋弧焊時,都采用直流反接以獲得較大的熔深;而埋弧堆焊時,則采用直流正接以減小熔深。熔化極氣體保護電弧焊時,由于直流反接時不僅熔深大,而且焊接電弧和熔滴過渡過程都較直流正接和交流時穩(wěn)定,而且具有陰極清理作用,因此被廣泛使用,而直流正接和交流則一般不被采用。2、鎢極端部形狀、焊絲直徑和伸出長度的影響

鎢極前端角度和形狀對電弧的集中性及電弧壓力影響較大,應(yīng)根據(jù)焊接電流大小及焊件厚薄選取。通常電弧越集中、電弧壓力越大,所形成的熔深越大,而熔寬相應(yīng)減小。

熔化極氣體保護電弧焊時,在焊接電流一定的情況下,焊絲越細,電弧加熱越集中,熔深增加,熔寬減小。但在實際焊接工程中選擇焊絲直徑時,還要考慮電流大小和熔池形態(tài),避免出現(xiàn)不良焊縫成形。

熔化極氣體保護電弧焊的焊絲伸出長度增加時,焊接電流通過焊絲伸長部分產(chǎn)生的電阻熱增加,使焊絲熔化速度增加,因此焊縫余高增大,而熔深有所減小。由于鋼焊絲的電阻率比較大,因而在鋼質(zhì)、細焊絲焊接中焊絲伸出長度對焊縫成形的影響比較明顯。鋁焊絲的電阻率比較小,其影響不大。雖然增加焊絲伸出長度可以提高焊絲的熔化系數(shù),但從焊絲熔化的穩(wěn)定性和焊縫成形方面綜合考慮,焊絲伸出長度存在一個允許的變化范圍。五、其他工藝因素對焊縫成形因素的影響

除了上述工藝因素外,其他焊接工藝因素,如坡口尺寸和間隙大小、電極和工件的傾角、接頭的空間位置等也能對焊縫成形及焊縫尺寸產(chǎn)生影響。1、坡口和間隙

用電弧焊焊接對接接頭時,通常根據(jù)焊接板厚確定是否預(yù)留間隙、間隙大小以及所開坡口的形式。在其他條件一定時,坡口或間隙的尺寸越大,所焊出焊縫的余高越小,相當(dāng)于焊縫位置下降,此時熔合比減小。因此,留間隙或開坡口可用來控制余高的大小和調(diào)整熔合比。留間隙與不留間隙開坡口相比,兩者的散熱條件有些不同,一般來說開坡口的結(jié)晶條件較為有利。2、電極(焊絲)傾角

電弧焊時,根據(jù)電極傾斜方向和焊接方向的關(guān)系,分為電極前傾和電極后傾兩種,焊絲傾斜時,電弧軸線也相應(yīng)傾斜。焊絲前傾時,電弧力對熔池金屬向后排出的作用減弱,熔池底部的液體金屬層變厚,熔深減小,電弧潛入焊件的深度減小,電弧斑點移動范圍擴大,熔寬增大,余高減小。焊絲前傾α角越小,這一影響越明顯。焊絲后傾時,情況則相反。焊條電弧焊時,多采用電極后傾法,傾角α在65°～80°之間比較合適。3、焊件傾角

焊件傾斜在實際生產(chǎn)中經(jīng)常碰到,可分為上坡焊和下坡焊。此時,熔池金屬在重力的作用下有沿斜坡向下流動的傾向。上坡焊時,重力有助于熔池金屬排向熔池尾部,因而熔深大,熔寬窄,余高大。當(dāng)上坡角度α為6°～12°時,余高過大,且兩側(cè)易產(chǎn)生咬邊。下坡焊時,這種作用阻止熔池金屬排向熔池尾部,電弧不能深入加熱熔池底部的金屬,熔深減小,電弧斑點移動范圍擴大,熔寬增大,余高減小。焊件傾角過大,會導(dǎo)致熔深不足和熔池液體金屬溢流。4、焊件材質(zhì)和厚度

焊縫熔深與焊接電流有關(guān),也與材料的導(dǎo)熱性能和容積熱容有關(guān)。材料的導(dǎo)熱性能越好、容積熱容越大,則熔化單位體積金屬及升高同樣的溫度所需的熱量也就越多,因此在焊接電流等其他條件一定的情況下,熔深和熔寬就減小。材料的密度或液體粘度越大,則電弧對液體熔池金屬的排開越困難,熔深也越淺。焊件的厚度影響焊件內(nèi)部熱量的傳導(dǎo),其他條件相同時,焊件厚度增加,散熱加大,熔寬和熔深都減小。5、焊劑、焊條藥皮和保護氣體

焊劑或焊條藥皮的成分不同,導(dǎo)致電弧的極區(qū)壓降和弧柱電位梯度不同,必然會影響焊縫成形。當(dāng)焊劑密度小、顆粒度大或堆積高度小時,電弧四周的壓力低,弧柱膨脹,電弧斑點移動范圍大,所以熔深較小,熔寬較大,余高小。當(dāng)大功率電弧焊焊接厚件時,用浮石狀焊劑可降低電弧壓力,減小熔深,增大熔寬。此外,焊接熔渣應(yīng)有合適的粘度和熔化溫度,粘度過高或熔化溫度較高使熔渣透氣不良,容易在焊縫表面形成許多壓坑,焊縫表面成形變差。

電弧焊用保護氣體(如Ar、He、N2、CO2)的成分不同,其熱導(dǎo)率等物理性能不同,使電弧的極區(qū)壓降和弧柱的電位梯度、弧柱導(dǎo)電截面、等離