埋弧焊平焊工艺：影响焊缝和尺寸的因素埋弧焊平焊工艺：影响焊缝和尺寸的因素张立辉百家号埋弧焊的应用十分广泛，目前国内以平焊位置焊接最普遍，所以本节只介绍埋弧焊平焊的工艺。在埋弧焊的焊接过程中需要了解的一些主要参数有：焊接电流、电弧电压、焊接速、焊丝直径和伸出长度等。焊接电流对焊缝成形的影响当其他参数不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如下图所示。一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比：H=KaI。H表示焊接熔深，I表示焊接电流，Ka为比例系数，由电流种类、极型、焊丝直径以及焊剂等来决定。从上图可以看出，随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。这是由于焊接电流增加时，电弧产生的热量也增加，传给焊件的热量也增加，电弧对熔池的作用力也相应增强，所以熔深相应随之增加。同时，随着焊接电流的增加，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。反之，则熔深和余高都减小。但是，当焊接电流太大时，由于熔深较深，而焊缝宽度变化 不大，会使熔池中的气体和夹杂物上浮及逸出困难，焊缝易产生气孔、夹渣和裂纹等缺陷，因此为提高焊接质量，在增加焊接电流的同时，必须相应地提高电弧电压，以保证相应的焊缝宽度。电弧电压对焊缝成形的影响当其它参数不变时，电弧电压对焊缝成形的影响如上图所示。可以看出，随着电弧电压的增加，焊缝宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降，这是由于电弧电压与电弧长度成正比，电弧电压的增加，也就是电弧长度的增加，这样焊件被电弧加热的面积也增加，结果使焊缝的宽度增加。同时电弧长度的增加，会使较多的热量用来熔化焊剂，而焊丝的熔化量没有增加，并且熔化的焊丝要分配在较大的面积上，所以焊缝的余高会降低。另外，由于弧长的增加，电弧摆动作用会加剧，电弧对熔池的作用力相对减弱，从而使焊缝熔深变小。但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。焊接速度对焊缝成形的影响当其它焊接参数不变，焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小，同时，焊缝单位长度内所得到的焊丝熔化量减少，所以焊缝的宽度及余高也相应的减小。焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。所以，为保证焊接质量须保证一定的焊接热输入，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时应相应提高焊接电流和电弧电压。焊件倾角对焊缝成形的影响焊件倾斜时形成上坡焊和下坡焊两种情况，它们对焊缝成形影响很大，上图所示。上坡焊时由于熔池金属向下流动，使焊缝宽度减小，而熔深 ，和余髙增加，形成窄而高的焊缝。从图b中可以看出，若斜度大于6°时，焊缝余高过大，两侧易产生咬边，并且成形差。所以正常情况下，上坡焊倾角不易过大。下坡焊时与上坡焊相反，从图d中可以看出，当斜度小于8°时，焊缝的熔深和余高均有减小，焊缝成形较好。当倾角继续增大后，会产生未焊透、焊瘤等缺陷。在实际生产中经常使用下坡焊来减少烧穿和改善焊缝成形。焊丝倾角对焊缝成形的影响焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾，如上图所示，倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响焊缝成形。当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊宽度较宽而熔深变浅。反之，焊缝宽度较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。其他印象焊缝成形的因素焊丝直径对焊缝成形的影响：当其它焊接参数不变，焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。焊丝伸出长度对焊缝成形的影响：当其它焊接参数不变，焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。电源极性对焊缝成形的影响：埋弧焊时交流和直流电源都可以使用。当采用直流正接时，由于焊丝熔化速度大于焊件熔化速度，因此熔深较浅；反之当采用直流反接时，则熔深较大；而采用交流电源时，对焊缝成形的影响介于直流正、反接之间。坡口形状对焊缝成形的影响：当其它焊接参数不变时，增加坡口的深度和宽度时，焊缝熔深增加，焊缝余高和熔合比显著减小。根部间隙对焊缝成形的影响：在对接焊缝中，焊件的根部间隙增加，熔深也随着增加。焊件厚度和焊件散热条件对焊缝成形的影响：当焊件厚度较厚和散热条件较好时，焊缝宽度会减小，并且余高将增加。从上述中看出，埋弧焊焊接中的各种参数对焊缝的质量和成形影响很大，所以选择焊接参数不仅要保证电弧稳定、焊缝质量和成形好，而且要求生产率高、成本低。那么如何来选择合适的规格参数进行埋弧焊呢？査表：查阅资料根据类似情况的焊接参数作为确定新焊接参数的参考。相关参数表在后面几篇文中有介绍。经验：根据实践积累的经验来确定新的焊接参数。试验：通过在焊接试件上做的焊接试验来确定最佳的焊接参数。本文仅代表作者观点，不代表百度立场。系作者授权百家号发表，未经许可不得转载。张立辉百家号最近更新：简介:让坚持成为一种习惯，让放弃成为一种奢侈。作者最新文章相关文章您所在位置： &
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第二章 (电弧焊熔化现象.ppt 70页
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母材熔化与焊缝成形
1．母材的熔化热
电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、极区能量、熔滴、等离子气流等传人母材。
电弧焊输入到母材中的热量一般由下式给出： 电弧热损失包括：电极、导电嘴等传导散热；
熔化焊丝、焊剂、药皮等热损耗；
电弧光辐射、热辐射、气流散热；
熔滴飞溅的热损失；
TIG焊、等离子弧焊 η 约为(50～70)％；
熔化极弧焊，由于熔滴过渡时将其保有的热量带到母材， η可达到(70～80)％，其中埋弧焊的η值最高；
电弧介质及焊接电流值对 η 的影响较小，但弧长会对 η有某种程度的影响。
2．母材的熔化断面形状
在电弧热作用下，母材的熔化形态基本上由母材的热 物理参数(比热、热传导率等)、母材的形状、焊接速度等决 定，并受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响。
电弧力和等离子气流对熔他的压力都是起因于流经弧 柱的电流，把两者合并考虑，力的数值可以用下式表达：
式中， k是与电弧形状有关的比例常数，δ为电极端部电弧 的电流密度。设焊丝直径为d，则可以用下式近似表示：
图（a）为指状熔深，在氩气MIG焊时出现。其形成因素包括：
工件受到阴极清理作用，熔滴喷射过渡； 图（b）的形态是大电流CO2焊中出现的（也可能在氦气MIG
焊、埋弧焊中出现）。其形成因素包括：
弧柱受热拘束而收缩，工件无阴极清理作用； 图（c）是CO2焊中焊丝端部深入焊接坡口内出现的形态，又称
“梨形”熔深，其焊缝组织易产生结晶裂纹。
热输入、电弧力
母材的熔化形状
3．焊缝形状尺寸
以平面单道对接 焊缝为讨论对象。
形状参数 ：
H、B、 Φ、
a、γ ； Φ＝B/H — 焊缝成形系数； B/a — 余高系数； γ＝ Fm/(Fm + FH)
— 焊缝熔合比；
通常 Φ﹥1； 一般取 a=0～3 mm；
B/H=4～8；
1．对流驱动力
熔池内部存在 着液态金属的流 动，力是产生液体 流动的原因。右图 示意无添加焊丝 GTAW（TIG焊）电 弧作用下熔池内部 的4种对流驱动 力。其中浮力对流 是次要的。
2．表面张力流及微量元素的影响
表面张力与熔滴过渡、熔池形成及其内部的流动都有紧 密的联系。因此。凡是影响表面张力的因素，都会对表面张 力流产生影响，进而影响熔池形状。
焊接熔池表面张力流的研究表明：当焙池表面流从熔池中 心区向周边区流动时，得到的焙深较浅，如下图（a）所示； 当焙池表面流从熔池中心区向周边区流动时，得到的焙深较浅， 如图（b）所示。 3．等离子流及电磁对流对熔池流动的影响
等离子气流使熔池表面金属产生向着周边的流动，而电磁对 流产生向着熔池中心的流动。流动强度与电弧的形态有关。
其它条件不变时，焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增 加，而熔宽略有增加。
各种电弧焊方法为了得到合适的焊缝成形，在增大焊接 电流时，也要适当地提高电弧电压，即在熔化极电弧焊中电 弧电压通常要根据焊接电流来确定。
电流种类和极性影响到工件热输入量的大小，也影响到 熔滴过渡的情况以及熔池表面氧化膜的去除等。钨极端部的 磨尖角度和焊丝的直径，影响到电弧的集中性和电弧压力的 大小。而焊丝的直径和焊丝的伸出长度等，还影响到焊丝的 熔化和熔滴的过渡，因此都会影响到焊缝的尺寸。
焊丝伸出长度加大时，焊丝电阻热增加，熔化速度增加，使余高增大而 熔深有所减小，这在钢质细径焊丝中表现最为明显，而铝焊丝的影响不大。
坡口形式、尺寸、间隙的大小，电极与工件间的倾角，接头的空间位置 及焊接方式等对焊缝成形也有影响。
总之，要获得良好的焊缝成形，需要根据工件的材料、厚度、接头的形 式及焊缝的空间位置，以及对接头性能和焊缝尺寸方面的要求，选择适宜的 焊接方法、焊接规范和焊接工艺。
焊接缺陷有多种，包括内部缺陷和外部缺陷、微观组织缺陷和宏观缺等。
气孔、夹渣、裂纹缺陷除与焊接规范和工艺有关外，更主要的是受到焊缝 冶金因亲和焊接热循环的影响，其成因相对比较复杂。
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埋弧自动焊焊接参数对焊接安全的影响
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行的焊接方法，这种方法是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，融化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的。焊丝作为填充金属而焊剂则对焊接区域起保护和合金化作用，由于焊接时电弧掩埋在焊剂层下燃烧，电弧不外露，因此称为埋弧焊。
焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全掩埋在40~60mm厚的焊剂层下燃烧。靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被融化，这样，颗粒状焊剂、融化的焊剂把电弧和熔池进出严密的包围住，使之与外界空气隔绝。焊丝不断地送进到电弧区，并沿着焊接方向移动。电弧也随之移动，继续熔化焊件与焊剂，形成大量液体金属与液态焊剂。待冷却后，变形成了焊缝余焊渣。
焊接工艺参数对焊缝成形的影响
埋弧焊的工艺参数主要是焊接电流、焊接速度。它们对焊缝的形状和尺寸有较大的影响。其他参数还有焊丝直径及干伸长度等。
一、焊接电流对焊缝成形的影响
焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。焊接电流增大，焊缝的熔深及余高均增加，而焊缝的宽度变化不大。因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。适当的加大焊接电流，可以加快焊条的熔化速度，从而提高工作效率，但焊接电流过大时，焊接热影响区宽度增大，并易产生过热组织，从而使接头韧性降低;此外电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷，而且金属组织还会因过热发生性能变化。焊接电流过小时，则易造成夹渣、未焊透等缺陷，降低了焊接接头的力学性能，使焊缝成形变坏，有时甚至像一条爬在钢板上的小肉虫，所以应选择合适的焊接电流.选择焊接电流的主要依据是焊条直径、焊缝位置、特别是凭焊接经验来调节合适的焊接电流。
1.根据焊条直径来选择，焊条直径一旦确定下来，也就限定了焊接电流的选择范围.因为不同的焊条直径均有不同的许用焊接电流范围，若超出许用范围，就会直接影响焊件的力学性能.焊条直径大小的选择与下列因素有关：①焊件的厚度、②焊缝的位置、③焊接层数、④接头形式
2.根据焊缝位置选择在相同焊条直径条件下，平焊时，熔池中的熔化金属容易控制，可以适当的选择较大的焊接电流，立焊和横焊时的焊接电流比平焊时应减小10%～15%，而仰焊时要比平焊时减小10～20%.
二、焊接速度对焊缝成形的影响
单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度.其直接影响焊缝成形的优劣和焊接生产率.
1.焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。当其他参数不变时，焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边、未焊透、电弧偏吹和气孔等缺陷，焊缝余高大而窄，成形不好。因此焊接速度不能过高。焊接速度太慢，则焊缝余高大，熔池浅而宽，焊缝表面粗糙，容易产生满溢、焊瘤或烧穿等缺陷。 若焊速过慢，焊接电压又太高时，焊缝截面呈蘑菇形，容易产生裂纹。
2.焊接速度对熔合比的影响。其他条件不变时，焊接速度越高，熔合比越大。
焊接电流与电压及焊速的关系。为保证合适的熔深和美观的焊缝，除选择合适的焊接电流外，还需保持焊接电流、电弧电压和焊接速度三个工艺参数的合适匹配关系.
与焊接电流有一个对应的焊接速度范围，在此范围内焊缝成形美观，当焊接速度超过与焊接电流匹配的对应值时，焊缝出现咬边缺陷。
三、焊丝直径及伸长度对焊缝成形的影响
1.焊丝直径的影响：当其他参数不变，减小焊丝直径时，因电流密度增加，熔深增大，焊缝成形系数减小。然而对于一定的焊丝直径，使用的电流范围不宜过大，否则将使焊丝因电阻热过大而发红，影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性。
2.焊丝干伸长的影响：当其他因素不变时，焊丝干伸长增加，由于电阻热的预热作用加强，焊丝的熔化速度增加，焊缝余高增大，此外，由于干伸长增加，焊接电流会稍减小，使熔深稍降低，从而使熔合比稍降低。 试验证明：采用直径5mm焊丝施焊时，干伸长在60～150mm内变化，对焊缝成形的影响不大。在实际工作中，干伸长的变化范围很小(20～40mm)，故用直径4～6mm的焊丝施焊时，干伸长的影响可忽略不计。 当焊丝直径小于3mm时，干伸长的变化范围应控制在10～30mm，否则影响焊接效果。
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