影响埋弧焊焊缝形状、性能的焊接因素

影响埋弧焊焊缝形状和尺寸的焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊丝直径等。

(1)焊接电流 当其他条件不变时,增加焊接电流对焊缝熔深的影响(如图1所示),无论是 Y 形坡口还是 I 形坡口,正常焊接条件下,熔深与焊接电流变化成正比,即状的影响,如图2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。

图1 焊接电流与熔深的关系(φ4.8mm)

图2 焊接电流对焊缝断面形状的影响

a)I形接头  b)Y形接头

(2)电弧电压 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。如果其他条件不变,改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3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,余高不够。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。

图3 电弧电压对焊缝断面形状的影响

a)I形接头  b)Y形接头

(3) 焊接速度    焊接速度对熔深和熔宽都有影响,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,焊缝熔深和熔都将减小,即熔深和熔宽与焊接速度成反比,如图 4 所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响,如图 5 所示。焊接速度过小,熔化金属量多,焊缝成形差:焊接速度较大时,熔化金属量不足,容易产生咬边。实际焊接时,为了提高生产率,在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率,才能保证焊缝质量

 
图4 焊接速度对焊缝形成的影响

H-熔深 B-熔宽

图5 焊接速度对焊缝断面形状的影响

a)I形接头  b)Y形接头

(4) 焊丝直径   焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时,焊丝直径不同,焊缝形状会发生变化。表 1 所示的电流密度对焊缝形状尺寸的影响,从表中可见,其他条件不变,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,余高增加焊缝成形变差,所以埋弧焊时增加焊接电流的同时要增加电弧电压, 以保证焊缝成形质量。

(1)对接坡口形状、间隙的影响    在其他条件相同时,增加坡口深度和宽度,焊缝熔深增加,熔宽略有减小,余高显著减小,如图6所示。在对接焊缝中,如果改变间隙大小,也可以调整焊缝形状,同时板厚及散热条件对焊缝熔宽和余高也有显著影响,如表2所示。

(2) 焊丝倾角和工件斜度的影响   焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾两种,见图7。倾斜的方向和大小不同,电弧对熔池的吹力和热的作用就不同,对焊缝成形的影响也不同。图7a为焊丝前倾,图7b为焊丝后倾。焊丝在一定倾角内后倾时,电弧力后排熔池金属的作用减弱,熔池底部液体金属增厚,故熔深减小。而电弧对熔池前方的母材预热作用加强,故熔宽增大。图7c是后倾角对熔深、熔宽的影响。实际工作中焊丝前倾只在某些特殊情况下使用,例如焊接小直径圆筒形工件的环缝等。

工件倾斜焊接时有上坡焊和下坡焊两种情况,它们对焊缝成形的影响明显不同,见图8。上坡焊时(图8a、b),若斜度β角> 6°～12°,则焊缝余高过大,两侧出现咬边,成形明显恶化。实际工作中应避免采用上坡焊。下坡焊的效果与上坡焊相反,见图8c、d。

 
图7 焊丝倾角对焊缝形成的影响 

a)前倾 b)后倾 c)焊丝后倾角度对焊缝形成的影响

 
图8 工件斜度对焊缝形成的影响

a)上坡斜   b)上坡斜工件斜度的影响  c)下坡斜  d)下坡斜工件斜度的影响 β-工件斜度

(3) 焊剂堆高的影响   埋弧焊焊剂堆高一般在25～40mm,应保证在丝极周围埋住电弧。当使用粘结焊剂或烧结焊剂时,由于密度小,焊剂堆高比熔炼焊剂高出 20%～50%。焊剂堆高越大,焊缝余高越大,熔深越浅。

当焊接条件变化时,母材的稀释率、焊剂熔化比率(焊剂熔化量/焊丝熔化量)均发生变化,从而对焊缝金属性能产生影响,其中焊接电流和电弧电压的影响较大。图9～图11给出了焊接电流、电弧电压和焊接速度对焊剂熔化比率的影响。由于焊剂熔化比率的变化,焊缝金属的化学成分、力学性能均发生变化,特别是烧结焊剂中合金元素的加入对焊缝金属化学成分的影响最大。图 12 ～图 14 给出各种焊接条件变化时对焊缝金属 Mn、Si 含量的影响。

图9 焊接电流对焊剂熔化比率的影响

图10 电弧电压对焊剂熔化比率的影响

图11 焊接速度对焊剂熔化比率的影响

图12 焊接电流对焊缝金属化学成分的影响

图13 电弧电压对焊缝金属化学成分的影响

图14 焊接速度对焊缝金属化学成分的影响