論焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響

1、論焊接工藝參數(shù)及工藝因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響概述：本文通過(guò)各種焊接方法的工藝參數(shù)及工藝因素對(duì)焊接后產(chǎn)品質(zhì)量的影響，詳細(xì)論述了我廠所采用的焊接方法一手工電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、點(diǎn)焊、凸焊焊接工藝參數(shù)及工藝因素與產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。1、 手工電弧焊簡(jiǎn)稱(chēng)手弧焊，是利用焊條與工件間建立起來(lái)的穩(wěn)定燃燒的電弧使焊條和工件熔化來(lái)形成焊接接頭的一種焊接方法。其工藝參數(shù)主要包括焊接電流、焊條直徑、焊縫層數(shù)、電源種類(lèi)和極性等。工藝因素包括坡口尺寸及間隙大小、工件斜度、工件厚度和工件散熱條件等。1.1 焊接電流其它條件不變時(shí)，隨著焊接電流的增大焊縫的熔深、熔寬及余高，其中熔深的增大最明顯，而熔寬僅略有增大。這是因?yàn)?/p>

2、：1.1.1 隨電流增大，工件上的熱輸入和電弧力均增大，熱源位置下移，固熔深增大。1.1.2 隨電流增大，電弧截面增加，同時(shí)電弧進(jìn)入工件深度也增加，使電弧斑點(diǎn)移動(dòng)范圍受限，因此實(shí)際熔寬增大較小。1.1.3 隨電流增大，焊條熔化量近于成比例增加，而熔寬增大較小，所以余高增大。焊接電流過(guò)大易產(chǎn)生咬邊、焊瘤等缺陷。咬邊會(huì)減小焊縫有效截面，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接頭強(qiáng)度和承載能力。焊瘤使焊縫截面突變,形成尖角，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接頭疲勞強(qiáng)度。焊接電流過(guò)小易產(chǎn)生氣孔、未焊透、夾渣等缺陷。氣孔會(huì)減少接頭有效截面，降低接頭致密性，減小接頭承載能力和疲勞強(qiáng)度。未焊透會(huì)形成尖銳的缺口，形成應(yīng)力集中，嚴(yán)重影響接頭的強(qiáng)

3、度和疲勞強(qiáng)度。夾渣會(huì)減少接頭的有效截面，減低接頭強(qiáng)度和沖擊韌性。1.2 焊條直徑焊條直徑的大小主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置、焊道層次等因素。焊件厚度較大時(shí)，應(yīng)選擇較大直徑的焊條；平焊時(shí)，允許用較大電流進(jìn)行焊接，焊條直徑可以大些；立焊、仰焊及橫焊宜選擇較小直徑的焊條；多層焊的第一層焊縫，為防止產(chǎn)生未焊透缺陷，應(yīng)采用小直徑焊條。焊條直徑選擇不當(dāng)易產(chǎn)生焊縫尺寸偏差。尺寸過(guò)小焊縫強(qiáng)度降低；尺寸過(guò)大，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接頭疲勞強(qiáng)度。1.3 焊縫層數(shù)焊縫層數(shù)應(yīng)視焊件厚度而定，中厚板一般均采用多層焊。焊縫層數(shù)多些有利于提高焊縫的塑性、韌性，但焊件變形量也相應(yīng)增加，可綜合考慮后確定。1.4 電源種

4、類(lèi)和極性直流電源的電弧穩(wěn)定，飛濺少，焊縫質(zhì)量好，因此重要焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)件的焊接，應(yīng)采用直流弧焊電源。其余情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用交流弧焊電源。堿性焊條施焊或薄板焊接，應(yīng)采用直流反接。酸性焊條施焊，宜采用直流正接。1.5 坡口尺寸和間隙大小對(duì)接接頭焊接時(shí)，可根據(jù)板厚采取不留間隙、留間隙、開(kāi)V形坡口或開(kāi)U形坡口。其它條件不變時(shí)，坡口間隙的尺寸增大，則焊縫熔深略有增加，而余高和熔合比顯著減小，因此，通常用開(kāi)坡口的方法控制焊縫的余高合調(diào)整熔合比。1.6 工件斜度焊接傾斜的工件時(shí)，有上坡焊和下坡焊兩種情況，上坡焊時(shí)液體金屬的重力有助于熔池排向熔池尾部，因而熔深、余高增加，而熔寬減小。當(dāng)斜角大于6

5、-12度時(shí)，則焊縫余高過(guò)大，兩側(cè)出現(xiàn)咬邊，成形明顯惡化。1.7 工件厚度和工件散熱條件當(dāng)熔深不超過(guò)板厚的0.7-0.8倍時(shí)，板厚與工件散熱條件對(duì)熔深影響很小，但工件的散熱條件對(duì)熔寬及余高有明顯的影響。用同樣的工藝參數(shù)冷態(tài)厚板上施焊得到的焊縫比在中厚板上施焊的焊縫熔寬較小而余高較大。當(dāng)熔深超出板厚的0.7-0.8倍時(shí)，焊縫跟部出現(xiàn)熱飽和現(xiàn)象而使熔深增大。結(jié)論1:由上可見(jiàn)影響手弧焊焊縫質(zhì)量的因素很多，要獲得良好的焊縫質(zhì)量，就要根據(jù)工件的材料和厚度、接頭的形式，以及工作條件對(duì)焊縫的尺寸要求和接頭性能等合理的選擇工藝參數(shù)。2、 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊是采用CO2氣體作為保護(hù)介質(zhì)的電弧焊方法

6、。CO2氣體保護(hù)焊具有氣體保護(hù)效果良好、生產(chǎn)效率高、電弧可見(jiàn)、抗銹能力強(qiáng)、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)；但它也有一定的缺點(diǎn)：與手弧焊和埋弧焊相比，它的焊縫成形不夠美觀，焊接飛濺較大；抗風(fēng)能力差，室外作業(yè)比較困難；弧光較強(qiáng)等缺點(diǎn)。影響CO2氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù)主要有：電弧電壓、焊接電流、焊接速度、氣體流量、焊絲伸處長(zhǎng)度。工藝因素有：噴嘴與工件的距離、焊接接頭形式等。2.1 電弧電壓及焊接電流電弧電壓是焊接參數(shù)中關(guān)鍵的一個(gè)。它的大小決定了電弧的長(zhǎng)短和熔滴的過(guò)渡形式，它對(duì)焊縫成形、飛濺、焊接缺陷以及焊縫的力學(xué)性能有很大的影響。只有電弧電壓和焊接電流匹配的較合適時(shí)，才能獲得穩(wěn)定的焊接過(guò)程，并且飛濺小，焊縫成形好。下

7、圖為不同直徑的焊絲典型的短路過(guò)渡焊接工藝參數(shù)焊絲直徑（mm）0.81.21.6電弧電壓（v）181920焊接電流（A）100-110120-135140-180在上表中所選擇的規(guī)范焊接過(guò)程的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量都是較好的2.2 焊接速度焊接速度對(duì)焊縫成形、接頭的力學(xué)性能以及氣孔等缺陷的產(chǎn)生都有影響，隨著焊接速度增大，焊縫熔寬降低，熔深及余高也有一定減少。焊接速度過(guò)快會(huì)引起焊縫兩側(cè)咬肉。焊接速度太慢則容易產(chǎn)生燒穿和焊縫組織粗大等缺陷。2.3 焊絲伸處長(zhǎng)度其它工藝參數(shù)不變時(shí)，隨著焊絲伸處長(zhǎng)度增加，焊接電流下降,熔深也減小，焊絲熔化加快，從提高生產(chǎn)率上看這是有利的。但是，當(dāng)焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)，焊絲容易發(fā)

8、生過(guò)熱而成段熔斷，飛濺嚴(yán)重，焊接過(guò)程不穩(wěn)定。同時(shí)，伸出長(zhǎng)度增大后，噴嘴與工件間的距離也增大，因此氣體保護(hù)效果變差。當(dāng)然，焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)小，勢(shì)必縮短噴嘴與工件間的距離，飛濺金屬容易堵塞噴嘴。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，合適的焊絲伸出長(zhǎng)度應(yīng)為焊絲直徑的10-12倍，一般為10-20mm,很少有超過(guò)20mm的。2.4 氣體流量細(xì)絲小線量焊接時(shí)，氣體流量的范圍通常為5-15L/min;中等規(guī)范時(shí)約為20L/min;粗絲大線能量自動(dòng)焊時(shí)則為25-50L/min。保護(hù)氣體流量并非越大越好，流量過(guò)大易產(chǎn)生紊流，影響保護(hù)效果，使焊縫區(qū)出現(xiàn)氣孔缺陷。2.5 電源極性CO2氣體保護(hù)焊一般采用直流反極性，因?yàn)榉礃O性時(shí)飛濺小，電弧

9、穩(wěn)定，焊縫成型較好，而且焊縫金屬含氫量低，焊縫熔深大。2.6 噴嘴與工件的距離在電極外伸長(zhǎng)度不影響操作且飛濺不堵塞噴嘴的前提下，噴嘴與工件的距離應(yīng)盡可能小。距離小，保護(hù)效果穩(wěn)定可靠。2.7 焊接接頭形式接頭形式不同，保護(hù)氣流在其表面上的覆蓋程度也不同。平對(duì)接和內(nèi)角焊接時(shí)，氣流能很好的覆蓋接頭表面，保護(hù)效果良好。外角接或端接焊接時(shí)保護(hù)效果降低。2.8 減小焊接飛濺的一些措施CO2氣體保護(hù)焊最主要的缺點(diǎn)是飛濺大，這里簡(jiǎn)單介紹一些減少飛濺的措施。2.8.1 正確選擇焊接電流與電壓在CO2焊中，對(duì)于每種直徑的焊絲都存在著如下圖所示的大致規(guī)律:中等電流區(qū)3、細(xì)顆粒過(guò)渡區(qū)1、短路過(guò)渡區(qū)2、I飛濺率少s與電

10、流I之間的關(guān)系由上圖可以看出大電流區(qū)和小電流區(qū)飛濺都較小，而介于兩者之間則飛濺率較大。所以選擇電流時(shí)應(yīng)避開(kāi)飛濺率較高的電流區(qū)域。電流選擇好后再匹配適當(dāng)?shù)碾妷海员ＷC飛濺量最小。我廠所使用的1.2焊絲，焊接電流應(yīng)小于150A時(shí)飛濺較小。2.8.2 焊槍角度焊槍垂直焊接時(shí)飛濺最小，傾斜角度越大，飛濺越大。焊槍前傾或后傾最好不超過(guò)20度。2.8.3 采用鼠氣（Ar）與CO2氣體聯(lián)合保護(hù)CO2氣體在在電弧溫度區(qū)間導(dǎo)熱率較高，加上分解吸熱，消耗大量的電弧熱能，從而引起弧柱及電弧斑點(diǎn)的強(qiáng)烈收縮。易形成大顆粒飛濺，這是由于CO2氣體本身的性質(zhì)決定的，也是CO2焊產(chǎn)生較大飛濺的最主要的原因。雖然可以通過(guò)合理選

11、擇工藝參數(shù)以及采用潛弧方法等降低飛濺率，但飛濺量仍然很大。在CO2中加入Ar氣，是減少焊接金屬飛濺最有效的辦法。隨著Ar氣比例的增大，飛濺逐漸減少。CO2+Ar混合氣體除了可以減少飛濺外，還可以改善焊縫成形，雖然它的成本比純的CO2氣體高，但可從材料損失降低和節(jié)省清理飛濺的輔助時(shí)間中得到補(bǔ)償，總成本還有降低的趨勢(shì)。結(jié)論2:CO2焊在當(dāng)前被認(rèn)為是一種高效率、低成本、節(jié)省能源的焊接方法，在我廠應(yīng)用也較多。其參數(shù)控制對(duì)焊接質(zhì)量影響較大，為了能獲得高質(zhì)量的焊接接頭，應(yīng)對(duì)以上各方面的環(huán)節(jié)進(jìn)行較好的控制，以達(dá)到工藝要求。3、 點(diǎn)焊點(diǎn)焊是將工件裝配成搭接接頭并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊

12、點(diǎn)的一種電阻焊方法。一般點(diǎn)焊工藝參數(shù)通常應(yīng)保證：熔核直徑為2倍料厚+3mm;:熔核高度為焊件厚度的35-70%;：表面壓坑深度不超過(guò)焊件厚度的10-20%。對(duì)于我廠所使用的點(diǎn)焊機(jī)都是電極力不變的單脈沖點(diǎn)焊循環(huán)，工藝參數(shù)主要包括：焊接電流和通電時(shí)間、電極壓力、電極工作端面的形狀和尺寸。對(duì)點(diǎn)焊焊接質(zhì)量影響最大的工藝因素是焊前表面清理，這里簡(jiǎn)單介紹一下。3.1 焊接電流焊接電流是決定熱量大小的主要因素，它直接影響熔核直徑與焊透率，從而影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。焊接電流應(yīng)有一個(gè)范圍，太小則不能形成熔核或熔核過(guò)小，太大則易產(chǎn)生飛濺或擊穿。3.2 焊接時(shí)間焊接時(shí)間對(duì)對(duì)析熱和散熱影響較大，在規(guī)定的焊接時(shí)間內(nèi)，焊接區(qū)析出

13、的熱量除部分散失外，將逐漸積累以加熱焊接區(qū)，使熔核逐漸擴(kuò)大到所需尺寸。焊接時(shí)間對(duì)焊點(diǎn)熔核尺寸的影響規(guī)律基本同焊接電流的影響相同。用大電流、短時(shí)間的工藝參數(shù)，壓坑深度小，熱影響區(qū)小，焊件變形小，電極磨損慢，電能損耗小，生產(chǎn)率高。但要求電功率大和控制精確，容易產(chǎn)生飛濺。3.3 電極壓力電極壓力影響焊接區(qū)的加熱程度和塑性變形程度。隨著電極壓力的增大，焊件的接觸電阻和本身電阻會(huì)減小，電流密度會(huì)降低。應(yīng)保證能順利通電和消除焊點(diǎn)不應(yīng)有的疏松和裂紋。其它參數(shù)不變時(shí)，增大電極壓力將減慢加熱速度，并使熔核尺寸減小，導(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。為保證穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，在增大電極壓力的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加焊接電流和焊接時(shí)間。減少電

14、極壓力易產(chǎn)生焊點(diǎn)疏松和裂紋。只有當(dāng)電極力較大時(shí)，真正加在焊件間觸點(diǎn)上的力的波動(dòng)才會(huì)相對(duì)減少，焊點(diǎn)質(zhì)量就較為穩(wěn)定?，F(xiàn)在點(diǎn)焊正朝著大壓力、大功率設(shè)備的方向發(fā)展。3.4 電極工作端面的形狀和尺寸電極工作端面的形狀和尺寸通常按焊件結(jié)構(gòu)形式、焊件厚度及表面質(zhì)量要求等因素選取。球面電極因頭部體積大，散熱效果好，焊件表面壓痕較淺，且為圓滑過(guò)渡，不會(huì)引起大的應(yīng)力集中。并且上下電極安裝時(shí)對(duì)中要求低，偏斜對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量的影響較小而采用較多。3.5 焊前表面清理點(diǎn)焊機(jī)的次級(jí)電壓低、電流大、阻抗小，焊件表面的油污、氧化皮等為不良導(dǎo)體，它們的存在直接影響點(diǎn)焊的熱量析出、焊核形成及電極壽命，并導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生及接頭強(qiáng)度與生產(chǎn)效

15、率的降低。常用的清理方法有機(jī)械清理和化學(xué)清理兩大類(lèi)：機(jī)械清理可用旋轉(zhuǎn)鋼絲刷或金剛砂氈輪拋光（我廠應(yīng)用較多），該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，但勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，工件表面易劃傷，且清理后表面電阻增加快，存放時(shí)間短。化學(xué)清理包括去油、酸洗、鈍化等，用于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定，存放時(shí)間也較長(zhǎng)。我廠有些零件酸洗后易上銹，主要原因可能是酸洗后鈍化處理未處理好。結(jié)論3:點(diǎn)焊時(shí)可能產(chǎn)生外溢、壓坑過(guò)深、燒穿、裂紋等外部缺陷，也可能產(chǎn)生未焊透、縮孔等內(nèi)部缺陷，這些缺陷將使焊點(diǎn)強(qiáng)度急劇降低。故在選擇焊接規(guī)范時(shí)，應(yīng)盡量采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)破壞后的熔核直徑及剝離狀況來(lái)判斷焊點(diǎn)是否合格。焊接規(guī)范確定后可采用積極性檢

16、驗(yàn)的方法，即使焊接過(guò)程自動(dòng)化，以保持原定的規(guī)范參數(shù)嚴(yán)格不變?cè)贆z驗(yàn)焊點(diǎn)質(zhì)量。4、 凸焊凸焊是在一焊件的貼合面上預(yù)先加工出一個(gè)或多個(gè)凸點(diǎn)，使其與另一焊件表面接觸，加壓并通電加熱，凸點(diǎn)壓塌后，使這些接觸點(diǎn)形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。凸點(diǎn)使電流密集，可同時(shí)焊接多個(gè)焊點(diǎn)，也可用于焊接不等厚件。其主要焊接工藝參數(shù)有：焊接電流、電極壓力、通電時(shí)間、焊接功率。其焊接工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)的影響同點(diǎn)焊基本相同，這里主要介紹一下焊接規(guī)范的選擇和凸焊特有的一種質(zhì)量缺陷：凸點(diǎn)位移產(chǎn)生的原因及防止方法。4.1 焊接規(guī)范的選擇4.1.1 焊接電流可按照各單點(diǎn)電流總和的2/3選取。4.1.2 電極壓力可按照各點(diǎn)（指不通電時(shí)凸點(diǎn)壓下不超過(guò)

17、10%為準(zhǔn)）總和的1.5倍計(jì)算。4.1.3 通電時(shí)間基本上是焊一個(gè)點(diǎn)的通電時(shí)間，單點(diǎn)通電時(shí)間為0.5-2.5S；焊件厚度大于3mm時(shí)，可采用多次通電（3-5次，每次通電0.04-0.8S,間歇0.06-0.2S）,以防止個(gè)別點(diǎn)過(guò)熱。4.1.4 焊接功率焊接每一個(gè)焊點(diǎn)所需要的電功率視厚度不同而異，一般焊件厚1mm,功率為40-50kvA,焊件厚3mm,功率為80-100kvA.4.2 凸點(diǎn)位移產(chǎn)生的原因及防止措施4.2.1 產(chǎn)生原因凸焊時(shí)凸點(diǎn)熔化期電極要跟隨移動(dòng)，若不能保持足夠的電極壓力，則凸點(diǎn)之間的收縮效應(yīng)將引起凸點(diǎn)的位移。它將時(shí)焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。4.2.2 防止凸點(diǎn)位移的措施4.2.2.1 凸點(diǎn)尺寸相對(duì)于板厚不應(yīng)太小。為了減小電流密度而使凸點(diǎn)過(guò)小，易造成凸點(diǎn)熔化而母材不熔化的現(xiàn)象，難以達(dá)到熱平衡，甚至出現(xiàn)位移。故焊接電流不能低于某一限度。4.2.2.2 多點(diǎn)凸焊時(shí)凸點(diǎn)高度如不一致，也易產(chǎn)生位移，我廠焊接方形螺母就發(fā)生過(guò)這類(lèi)問(wèn)題。4.2.2.3 為達(dá)到良好的隨動(dòng)性，最好采取提高電極壓力或減小壓力系統(tǒng)可動(dòng)部分重量的方法。4.2.2.4 凸點(diǎn)位移與電流的平方成正比，因此在保證焊接強(qiáng)度的條件下應(yīng)盡量采用較低的電流值。4.2.2.5 盡量增大凸點(diǎn)間距。總之，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量的保證不能僅僅看作是