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影响焊缝深度和宽度的因素 (工艺参数、方法和接法、姿势...)

焊缝是指焊接时熔化的母材和焊接材料在冷却后形成的连接部分。焊缝的形状和尺寸(宽度、余高、厚度等)直接影响焊接接头的力学性能和使用寿命。因此,了解和控制影响焊缝深度和宽度的参数是焊接工艺设计和质量控制的重要内容。

影响焊缝深度和宽度的参数主要有以下几类:


一、焊接工艺参数


焊接工艺参数是指为保证焊接质量而选定的各项参数,例如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。这些参数决定了焊接热源的强度、分布和移动,从而影响了焊缝的熔化范围和凝固过程。

一般来说,焊接电流是决定焊缝厚度的主要因素,而电弧电压则是影响焊缝宽度的主要因素。焊接速度和线能量则综合反映了单位长度焊缝上的热输入,影响了焊缝的熔深和溶宽。具体来说,当其他条件不变时:

  1. 焊接电流增大时,焊缝的熔深和余高增大,溶宽不变(或略微增大)。

  2. 电弧电压增大后,焊缝的熔深略有减小而溶宽增大,余高减小。

  3. 焊接速度增大时,焊缝的熔深和溶宽、余高都减小。


因此,为得到良好的焊缝形状,即得到符合要求的焊缝成形系数,这些参数是互相制约的,必须综合考虑和选择。



二、焊接方法和接法


焊接方法是指焊接时所采用的电弧类型、极性、保护方式等。接法是指焊接时电极(焊丝)和工件的连接方式,如直流正接、直流反接、交流等。不同的焊接方法和接法会影响电弧的稳定性、热效率、熔滴过渡形式等,从而影响焊缝的熔化和凝固。

一般来说,熔化极电弧焊时,直流反接时熔深和熔宽都要比直流正接的大,这是因为工件(阴极)释出的能量较大所致。钨极氩弧焊时直流正接的熔深最大,反接最小。焊铝、镁及合金有去除熔池表面氧化膜的问题,用交流为好,焊薄板时也可用反接。焊其他材料一般用直流正接。



三、焊接姿势和角度


焊接姿势是指焊接时电极(焊丝)相对于焊接方向的倾斜角度,如前倾、后倾等。焊接角度是指焊接时焊件相对于水平面的倾斜角度,如上坡焊、下坡焊等。不同的焊接姿势和角度会影响电弧力、重力、表面张力等对熔池液体金属的作用,从而影响焊缝的流动和成形。

一般来说,电极(焊丝)前倾时,焊缝的熔深减小,溶宽增大,余高减小。电极(焊丝)后倾时,情况与之相反。焊件倾斜后,焊接方法可分为两种:从高处往低处焊叫下坡焊;从低处往高处焊叫上坡焊。上坡焊时,焊缝的熔深和余高都增加,溶宽减小。下坡焊时,焊缝的熔深和余高略有减小,溶宽略有增加。因此,为了得到合适的焊缝形状,必须根据焊接方法和焊件厚度选择适当的焊接姿势和角度。



四、坡口形状和间隙


坡口形状是指焊接前对焊件的切割方式,如单边坡口、双边坡口、V形坡口、U形坡口等。间隙是指焊接前对焊件的对接间距。坡口形状和间隙会影响焊缝的填充量和热输入,从而影响焊缝的熔化和凝固。

一般来说,增加坡口深度和宽度时,焊缝的熔深和溶宽略有增加,余高显著减小。增加间隙时,焊缝的熔深和溶宽都增加,余高减小。因此,为了得到合适的焊缝形状,必须根据焊接方法和焊件厚度选择适当的坡口形状和间隙。



五、母材和焊接材料的化学成分


母材和焊接材料的化学成分会影响焊缝的熔化温度、熔化速率、熔滴过渡、熔渣粘度、熔池流动性等,从而影响焊缝的熔化和凝固。

一般来说,母材和焊接材料的熔化温度越低,熔化速率越快,熔滴过渡越容易,熔渣粘度越小,熔池流动性越好,焊缝的熔深和溶宽都越大,余高越小。因此,为了得到合适的焊缝形状,必须根据母材和焊接材料的化学成分选择适当的焊接工艺参数和方法。



六、焊接质量控制方法


为了保证焊缝的深度和宽度达到设计要求,提高焊接接头的力学性能和使用寿命,需要对焊接工艺参数和方法进行合理的选择和控制。常用的焊接质量控制方法有以下几种:

  1. 焊接工艺规程:根据母材和焊接材料的化学成分、焊接方法和接法、坡口形状和间隙、焊接位置和角度等因素,制定出适合的焊接工艺参数,如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等,以及相应的焊接操作规范,如电极(焊丝)倾角、焊丝外伸长、焊剂堆积高度、保护气体流量等,作为焊接过程的指导和依据。


  2. 焊接工艺试验:在正式焊接前,对选定的焊接工艺参数和方法进行试验验证,观察和检测焊缝的形状和尺寸,以及焊接接头的力学性能和缺陷,评价焊接工艺的合理性和可行性,如有必要,进行调整和优化。


  3. 焊接过程监控:在焊接过程中,对焊接工艺参数和方法进行实时的监测和控制,如采用传感器、仪表、计算机等设备,对焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等参数进行测量、显示、记录和调节,以保证焊接过程的稳定性和一致性。


  4. 焊接质量检测:在焊接后,对焊缝的形状和尺寸,以及焊接接头的力学性能和缺陷进行检测和评价,如采用目测、尺寸测量、无损检测、力学试验等方法,对焊缝的深度、宽度、余高、成形系数等指标进行检验,对焊接接头的强度、韧性、耐腐蚀性等性能进行评估,对焊缝的未焊透、烧穿、咬边、焊瘤等缺陷进行识别和分析,以判断焊接质量是否符合标准和要求。



七、结论


焊缝的深度和宽度是影响焊接接头性能和寿命的重要因素,它们受到多种参数的影响,如焊接工艺参数、焊接方法和接法、焊接姿势和角度、坡口形状和间隙、母材和焊接材料的化学成分等。为了保证焊缝的深度和宽度达到设计要求,需要对焊接工艺参数和方法进行合理的选择和控制,采用焊接工艺规程、焊接工艺试验、焊接过程监控、焊接质量检测等方法,以提高焊接质量和效率。



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