决定焊缝成形的电弧能量参数

chinarjg

焊接电流I、电弧电压U和焊速Vw是决定焊缝成形主要能量参数，生产中常把这三个参数定为自动电弧焊的规范参数。除此之外，电极直径和焊丝干伸长、电极(焊丝)倾角、工件倾角、坡口形状和焊件板厚、电极种类和极性、保护条件、母材和焊丝成分及微量元素等都对焊缝成形有一定影响。

　　其他条件不变时，增加焊接电流，焊缝熔深和增高都增加，而熔宽则几乎保持不变(或略有增加)。这是因为：

　　(1)焊接电流增加时，电弧的热功率和电弧力都增加了，因此熔池体积和弧坑深度都不得随电流而增加了，实验证明，在焊丝直径，保护条件，熔滴过渡形式确定后，正常的电弧焊条件下，熔深总是几乎跟焊接电流成正比的。

　　(2)熔化极电弧焊中焊接电流增加时，焊丝熔化量也增加，因此焊缝增高也随之增加。钨极氩弧焊时，则无此影响。

　　(3)电流增加时，一方面是电弧截面略有增加，成为导致熔宽增加的因素；另一方面是电弧电压不变时，弧长略有缩短，电弧挺度增加和潜入熔池，使电弧斑点扫动范围缩小，成为导致熔宽减小的因素。因此，实际熔宽几乎保持不变。

　　在其他条件不变时，电弧电压增大，焊缝熔宽显著增加而熔深和增高将略有减小。如图所示。这是因为电弧电压增加就意味着电弧长度的增加，使电弧斑点飘动范围扩大而导致熔宽增加。从能量角度来看，电弧电压增加所带来的电弧功率提高主要用于熔宽增加和弧柱的热量散失，电弧对熔池作用力因熔宽增加而分散了，故熔深和增高略有减小。

　　由此可见，电弧焊接时，电流是决定熔深的主要因素，而电压则是影响熔宽的主要因素。必须要注意的是，为了保证电弧过程的稳定性，这两个参数都有一定的范围，并且是相互制约的。电流的范围将由焊丝或钨棒直径确定，而一定的电流要有足够的弧长，即要有一定的电弧电压，才能稳定电弧和有稳定的熔滴过渡过程。电压过高会造成气孔，这是不允许的。电流一定时，电压允许范围一般是不大的。另一方面，由于测量上的困难，通常所指电弧电压包括焊丝伸出长度电阻压降。即使是电弧工作在电弧静特性的平直部分，电流增加时，电弧电压也是要取大一些的。因此，实际电弧电压总是随焊接电流而确定的。

　　焊速对熔深和熔宽均有明显影响，焊速较小时(例如单丝埋弧焊焊速小于)熔深随焊速增加略有增加，熔宽减小。但焊速达到一定数值以后，熔深和熔宽都随焊速增大而明显减小，焊速的这种影响也可以从电弧的热和力作用两方面来加以解释。

　　⑴焊速较小时，电弧力的作用方向几乎是垂直向下的，随着焊速增大，弧柱后倾有利熔池液体金属在电弧力作用下向尾部流动，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加。

　　⑵焊速增加时，从焊缝的热输入和热传导角度来看，焊缝的熔深和熔宽都要减小。

　　以上两方面因素综合的结果，低焊速时前者起主导作用，熔深随焊速增加而略有增加。当焊速超过一定值时，后者起主导作用，熔深就随焊速增加而减小。熔宽及增高则总是随焊速增加而减小的。

　　从焊接生产率角度来考虑，焊速是愈快愈好，因此焊速减慢熔深降低的这一段区间是没有实际意义的。当焊件熔深要求确定时，为提高焊速，就得进一步提高焊接电流和电弧电压，即意味着电弧功率提高，因此，焊接电流和焊速的选取就要考虑综合经济效果。此外，下面还会看到，简单的提高功率来提高焊速是有限制的。
其他条件不变时，减小电极(焊丝)直径不仅使电弧截面减小，电流和功率密度提高，而且减小了电弧斑点飘动范围，因此熔深增加而熔宽减小。

　　焊丝伸长对焊缝成形，特别是焊缝增高有很大影响。焊丝干伸长增加时，电阻热增加使焊丝熔化加快，增高增加，熔合比减小，而熔深略有下降，焊丝直径愈小或材料电阻率愈大时，这种影响愈明显。对于结构钢焊丝来讲，直径为5mm以上的粗焊丝，焊丝的干伸长在60mm-150mm范围内变动时，实际上可忽略其影响。但焊丝直径小于3mm时，焊丝干伸长波动范围超过±（5~10)mm时，就可能对焊缝成形产生明显影响。不锈钢焊丝的电阻率很大，这种影响就更大。因此，对细焊丝，特别是不锈钢熔化极电弧焊时，必须注意控制焊丝干伸长度和稳定。

　　焊丝前倾时，电弧力对熔池液体金属后排作用减弱，熔池底部液体金属层增厚，阻碍了电弧对熔池底部母材的加热，故熔深减小。同时，电弧对熔池前部未熔化母材预热作用加强，因此熔宽增加，增高减小，前倾角度愈小，这一影响愈明显。

　　焊丝后倾时，情况与上述相反。

　　工件倾斜对焊缝成形可因焊接方向不同而有明显不同。当进行上坡焊时，熔池液体金属在重力和电弧力作用下流向熔池尾部，电弧能深入的加热熔池底部的金属，因而使熔深和增高都增加。同时，熔池前部加热作用减弱，电弧斑点飘动范围减小，熔宽减小。上坡角度愈大，影响也愈明显。上坡角度时，焊缝就会因增高过大，两侧出现咬边而明显恶化，因此在自动电弧焊中，实际上总是尽量避免采用上坡焊方法的。

　　下坡焊时情况与上述相反，即熔深和增高略有减少，而熔宽将略有增加。因此倾角的下坡焊可使焊缝表面成形得到改善，如果倾角过大，会导致未焊透和焊缝流溢等缺陷。

　　在其他条件相同时，坡口形状不同也会影响焊缝成形。增加坡深度和宽度时，熔深略有增加，熔宽略有减少，增高和焊缝熔合比显著减小，如图。因此，开坡口通常是控制增高和高速焊缝的熔合比最好的方法。

　　焊件的厚度和散热条件也对焊缝成形产生一定的影响。当熔深＜(0.7mm~0.8mm)时，板厚及其散热情况的影响可以略去不计。当厚度较大时，熔深可因熔池底部散热条件突变而发生明显变化。

　　电流种类(直流或交流)和极性不同时，熔池处于电弧的阳极或阴极，或交变着极性，熔池温度及熔池形状有明显差别。

　　⑴钨极氩弧焊时，直流正极性的熔深最大，直流反极性时熔深最小。交流介于两者之间。

　　⑵熔化极电弧焊，直流反极性时熔深、熔宽均要比直流正极性大。如果采用交流电(例如埋弧焊)焊接时，则介于两者之间