除了工藝因素外,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。
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(shí)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(diǎn)移動范圍受到限制,因而熔寬的增加量較小。
氣體保護(hù)熔化極氬弧焊時(shí),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(shí),容易出現(xiàn)指狀熔深,尤其焊鋁時(shí)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(shí)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(shí),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(shí)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(diǎn)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(jià)焊接生產(chǎn)率的一項(xiàng)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(jì)上所需的焊縫尺寸,在提高焊接速度的同時(shí)要相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓,這三個(gè)量是相互聯(lián)系的。同時(shí),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(shí),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(fù))。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(shí)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(shí),直流正接時(shí)形成的焊縫熔深最大,直流反接時(shí)的熔深最小,交流介于兩者之間。由于直流正接時(shí)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(shí)應(yīng)采用直流正接。鎢極氬弧焊采用脈沖直流焊接時(shí),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(shí),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(shí),直流反接時(shí)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(shí),都采用直流反接以獲得較大的熔深;而埋弧堆焊時(shí),則采用直流正接以減小熔深。熔化極氣體保護(hù)電弧焊時(shí),由于直流反接時(shí)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(shí)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(hù)電弧焊時(shí),在焊接電流一定的情況下,焊絲越細(xì),電弧加熱越集中,熔深增加,熔寬減小。但在實(shí)際焊接工程中選擇焊絲直徑時(shí),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(hù)電弧焊的焊絲伸出長度增加時(shí),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(xì)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(gè)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(shí),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(shí),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(shí)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(shí),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(shí),電弧軸線也相應(yīng)傾斜。焊絲前傾時(shí),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(diǎn)移動范圍擴(kuò)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(shí),情況則相反。焊條電弧焊時(shí),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(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常碰到,可分為上坡焊和下坡焊。此時(shí),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(shí),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(shí),余高過大,且兩側(cè)易產(chǎn)生咬邊。下坡焊時(shí),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(diǎn)移動范圍擴(kuò)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。
