手工電弧焊焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫成型的影響

劉紅先

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，河南 鄭州 450013）

0 引言

手工電弧焊是熔焊的一種，廣泛適用于機(jī)電、煤礦、船舶、建筑礦山機(jī)械和水利等行業(yè)重要結(jié)構(gòu)件的焊接。它是將焊條和焊件接頭熔合形成不可拆卸連接的一種焊接方法。明弧下的熔池由氣體和熔渣共同保護(hù)，因此對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，分清熔池和熔渣，控制熔池形狀和溫度是焊縫成型的關(guān)鍵，也是焊接工藝參數(shù)選擇合理與否的判斷依據(jù)。不同的材質(zhì)、不同的焊接位置、不同的板厚等對(duì)焊接工藝參數(shù)的要求不同，這對(duì)焊工的技能水平也是一種考核。對(duì)手工電弧焊來(lái)說(shuō)，根據(jù)電弧燃燒的靜特性，焊接電流和電弧電壓對(duì)焊縫成型的質(zhì)量起決定作用，對(duì)焊縫區(qū)和熱影響區(qū)組織相變均有影響。

1 焊接電流對(duì)焊縫質(zhì)量的影響

（1）焊接電流過(guò)大，會(huì)使熔池溫度過(guò)高，熔池液面張力減小，其本身不易被焊條控制成扁平狀，焊縫受重力作用呈墜凸型，且其兩側(cè)與母材間形成夾角，造成應(yīng)力集中，焊縫有效厚度減小，焊縫的力學(xué)性能下降。大量的熱輸入，也會(huì)使熔渣凝固慢，在焊接過(guò)程中隨熱源的上移不斷下墜且紊亂，熔池裸露過(guò)多而使空氣入侵，焊縫因冷卻速度快析出大量的珠光體，晶粒粗大，外觀紋路粗糙，如圖1所示。

（2）焊接電流過(guò)小，熔池體積小而薄，冷卻過(guò)程中凝固較快，熔渣和氣體來(lái)不及浮出，導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)夾渣、氣孔及熔合不好等缺陷，這會(huì)使焊縫有效截面減小，焊縫使用性能下降。少許的熔渣保護(hù)也會(huì)使熔池冷卻速度過(guò)快或被氧化，造成焊縫表面紋路粗糙，光澤度不好，去渣困難，如圖2所示。

（3）合適的焊接電流會(huì)使熔池在表面張力的作用下被焊條有節(jié)奏地?cái)[動(dòng)拉成扁平狀，外圍被熔渣保護(hù)著，電弧下的熔池自下而上如同水柱澆灌一般形成焊道，表面紋路接近水平且細(xì)膩光滑。熔渣狀似一串燈籠自下而上完整覆蓋焊道，對(duì)熔池有保護(hù)和起到退火的效果，冷卻后的組織以鐵素體為主，晶粒細(xì)小，組織致密度好，去渣容易，焊縫的光澤度好，力學(xué)性能良好，如圖3所示。

圖1 焊接電流過(guò)大時(shí)立角焊去渣前、后的外觀

圖2 焊接電流過(guò)小時(shí)對(duì)接立焊去渣前、后的焊縫

2 電弧電壓對(duì)熔池的影響

（1）電弧電壓過(guò)高或電弧過(guò)長(zhǎng)，焊條末端熔滴難以依靠電磁力和電弧吹力作用過(guò)渡到熔池中去，熔池向外凸出，容易造成焊瘤和焊道墜凸；另外焊條擺動(dòng)至兩側(cè)母材處則加速母材融化，易造成咬邊現(xiàn)象。

（2）電弧電壓過(guò)低或呈負(fù)值，即弧光壓得過(guò)低或沒(méi)入熔池，會(huì)使焊條和母材融化速度變慢，熔渣難以浮出造成熔池渾濁，藥皮可能來(lái)不及反應(yīng)則以塊狀出現(xiàn)在熔池中，甚至使熔池處于半融化狀態(tài)，導(dǎo)致焊道中易出現(xiàn)夾渣和熔合不良等缺陷，焊縫也會(huì)因未受到良好保護(hù)而造成焊紋粗糙。

（3）電弧電壓合適，對(duì)立焊位置來(lái)說(shuō)就是短弧短路過(guò)渡。在焊接過(guò)程中，應(yīng)保證2mm～3mm的電弧“彈性”間隙，即透過(guò)濾光玻璃只看到電弧的白熾光部分，焊條融化端輕貼熔池液面中心區(qū)擺動(dòng)，把熔渣輕輕推向熔池外圍，焊條角度盡量接近垂直，不要擠壓和觸碰外圍的熔渣，這樣熔渣就會(huì)自下而上裹在熔池外圍自然凝固，對(duì)焊道起到良好的保護(hù)和保溫作用，焊縫冷卻速度降低，內(nèi)部組織以鐵素體為主，顆粒均勻細(xì)小，外觀焊縫就會(huì)變得細(xì)膩，富有光澤。

圖3 合適的焊接電流下立角焊去渣前、后的焊縫

3 焊接電流和電弧電壓對(duì)焊縫熱影響區(qū)的影響

熱影響區(qū)對(duì)焊件接頭處的使用性能也會(huì)造成一定程度的影響。在考慮焊縫成型時(shí)，焊接工藝參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)的影響也是我們要考慮的因素。母材接頭處熔池的形成及熱源的不斷移動(dòng)，對(duì)熱影響區(qū)會(huì)起到熱處理的效果。對(duì)Q235鋼來(lái)說(shuō)，從高溫熔化到低溫冷卻過(guò)程中，相變組織發(fā)生了從A（奧氏體）到F（鐵素體）＋P（珠光體）的轉(zhuǎn)變過(guò)程。在焊接過(guò)程中，電流和電弧電壓的大小對(duì)高溫下A的變化（A在高溫下持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)晶粒會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大）和室溫下P的多少都有影響，而這正是材料在焊接中組織性能發(fā)生變化的根本原因。焊接電流和電弧電壓對(duì)熱影響區(qū)的影響如下：

（1）過(guò)小的焊接電流和電弧電壓對(duì)焊縫熱影響區(qū)會(huì)起到正火或高溫回火的效果，改善其內(nèi)部組織，提高材質(zhì)的強(qiáng)韌性。

（2）過(guò)大的焊接電流會(huì)使熱影響區(qū)輸入的熱量過(guò)多，溫度過(guò)高，在裸露的環(huán)境下過(guò)熱區(qū)（臨近焊縫熔合線(xiàn)）材質(zhì)的氧化和高溫差造成的快速冷卻都會(huì)使組織遭到破壞或發(fā)生脆性相變。

（3）過(guò)高的電弧電壓（即過(guò)長(zhǎng)的焊接電?。┏世葼睿瑫?huì)使熱輻射的范圍增大，熱影響區(qū)變寬，而且沿焊趾處還會(huì)造成咬邊缺陷，因此焊縫接頭處會(huì)因形狀突變或組織變化影響到它的力學(xué)性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

手工電弧焊是焊工掌握焊接理論知識(shí)和焊接技能的重要手段，在技能比賽和職業(yè)資格考試中占有很大比重。手工電弧焊的電弧靜特性通常情況下呈現(xiàn)水平特性，因此在焊接操作過(guò)程中，根據(jù)焊條直徑、焊件材質(zhì)、板厚、焊接位置和焊接環(huán)境等各種因素選用合適的焊接電流和電弧長(zhǎng)度（與電弧電壓成正比）成為考驗(yàn)焊工技能水平的兩個(gè)重要指標(biāo)。我們只有在實(shí)踐中慢慢摸索和總結(jié)，并結(jié)合工藝知識(shí)加以分析，再把它上升到理論層面，才能總結(jié)出焊接規(guī)律。

［1］王長(zhǎng)忠.焊工工藝與技能訓(xùn)練［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2001.

［2］李永晟，李偉.焊工［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

［3］單小君.金屬材料與熱處理［M］.第4版.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2001.