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一、焊接電流對隔熱管托焊縫成形的影響
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,使熔深增大。熔深與焊接電流近似成正比關系,即焊縫熔深H約等于Km×I。式中Km為熔深系數(焊接電流增加100A導致隔熱管托焊縫熔深增加的毫米數),它與電弧焊的方法、焊絲直徑、電流種類等有關見表1-1。
表1-1 各種電弧焊方法及參數(焊鋼)時的熔深系數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,電弧斑點移動范圍受到限制,因而熔寬的增加量較小。
氣體保護熔化極氬弧焊時,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,容易出現指狀熔深,尤其焊鋁時較明顯。
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現的,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,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,俄日了得到合適的隔熱管托焊縫成形,即保持合適的焊縫成形系數φ,在增大焊接電流的同時要適當提高電弧電壓,要求電弧電壓與焊接電流具有適當的匹配關系。這點在熔化極電弧焊中最為常見。
三、焊接速度對隔熱管托焊縫成形的影響
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,所以也導致焊縫余高減小。
焊接速度是評價焊接生產率的一項重要指標,為了提高焊接生產率,應該提高焊接速度。但為了保證結構設計上所需的焊縫尺寸,在提高焊接速度的同時要相應提高焊接電流和電弧電壓,這三個量是相互聯系的。同時,還應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,有可能在形成熔池過程中及熔池凝固過程中產生焊接缺陷,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、電極尺寸對隔熱管托焊縫成形的影響
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,直流電弧焊根據電流的有無脈沖又分為恒定直流和脈沖直流;根據極性分為直流正接(焊件接正)和直流反接(焊件接負)。交流電弧焊根據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,直流正接時形成的隔熱管托焊縫熔深最大,直流反接時的熔深最小,交流介于兩者之間。由于直流正接時焊縫熔深最大,而且鎢極燒損最小,所以鎢極氬弧焊焊接鋼、鈦等金屬材料時應采用直流正接。鎢極氬弧焊采用脈沖直流焊接時,由于能夠調整脈沖參數,因而可以根據需要控制焊縫成形尺寸。鎢極氬弧焊焊接鋁、鎂及其合金時,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可調,則焊接效果更好。
熔化極電弧焊時,直流反接時的隔熱管托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,都采用直流反接以獲得較大的熔深;而埋弧堆焊時,則采用直流正接以減小熔深。熔化極氣體保護電弧焊時,由于直流反接時不僅熔深大,而且焊接電弧和熔滴過渡過程都較直流正接和交流時穩定,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,應根據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,而熔寬相應減小。
熔化極氣體保護電弧焊時,在焊接電流一定的情況下,焊絲越細,電弧加熱越集中,熔深增加,熔寬減小。但在實際焊接工程中選擇焊絲直徑時,還要考慮電流大小和熔池形態,避免隔熱管托出現不良焊縫成形。
熔化極氣體保護電弧焊的焊絲伸出長度增加時,焊接電流通過焊絲伸長部分產生的電阻熱增加,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、細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,但從焊絲熔化的穩定性和焊縫成形方面綜合考慮,焊絲伸出長度存在一個允許的變化范圍。
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隔熱管托焊縫成形及焊縫尺寸產生影響。
1、坡口和間隙
用電弧焊焊接對接接頭時,通常根據焊接板厚確定是否預留間隙、間隙大小以及所開坡口的形式。在其他條件一定時,坡口或間隙的尺寸越大,所焊出焊縫的余高越小,相當于焊縫位置下降,此時熔合比減小。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晶條件較為有利。
2、電極(焊絲)傾角
電弧焊時,根據電極傾斜方向和焊接方向的關系,分為電極前傾和電極后傾兩種,焊絲傾斜時,電弧軸線也相應傾斜。焊絲前傾時,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,電弧斑點移動范圍擴大,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,情況則相反。焊條電弧焊時,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
隔熱管托傾斜在實際生產中經常碰到,可分為上坡焊和下坡焊。此時,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,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。當上坡角度α為6°～12°時,余高過大,且兩側易產生咬邊。下坡焊時,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,電弧斑點移動范圍擴大,熔寬增大,余高減小。焊件傾角過大,會導致熔深不足和熔池液體金屬溢流。
4、焊件材質和厚度
焊縫熔深與焊接電流有關,也與材料的導熱性能和容積熱容有關。材料的導熱性能越好、容積熱容越大,則熔化單位體積金屬及升高同樣的溫度所需的熱量也就越多,因此在焊接電流等其他條件一定的情況下,熔深和熔寬就減小。材料的密度或液體粘度越大,則電弧對液體熔池金屬的排開越困難,熔深也越淺。焊件的厚度影響焊件內部熱量的傳導,其他條件相同時,焊件厚度增加,散熱加大,熔寬和熔深都減小。
5、焊劑、焊條藥皮和保護氣體
焊劑或焊條藥皮的成分不同,導致電弧的極區壓降和弧柱電位梯度不同,必然會影響隔熱管托焊縫成形。當焊劑密度小、顆粒度大或堆積高度小時,電弧四周的壓力低,弧柱膨脹,電弧斑點移動范圍大,所以熔深較小,熔寬較大,余高小。當大功率電弧焊焊接厚件時,用浮石狀焊劑可降低電弧壓力,減小熔深,增大熔寬。此外,焊接熔渣應有合適的粘度和熔化溫度,粘度過高或熔化溫度較高使熔渣透氣不良,容易在焊縫表面形成許多壓坑,焊縫表面成形變差。
電弧焊用保護氣體(如Ar、He、N2、CO2)的成分不同,其熱導率等物理性能不同,使電弧的極區壓降和弧柱的電位梯度、弧柱導電截面、等離子流力、比熱流分布等不同,這些都影響焊縫的成形.
總之焊縫成形的影響因素很多,要想獲得良好的焊縫成形,需要根據焊件的材質和厚度、焊縫的空間位置、接頭形式、工作條件對接頭性能和焊縫尺寸的要求等來選擇合適的焊接方法和焊接條件進行焊接，同時最重要的是焊工對待焊接的態度！否則,隔熱管托焊縫成形及其性能就可能達不到要求,甚至出現各種焊接缺陷。
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