论焊接工艺参数对焊接质量的影响

论焊接工艺参数对焊接质量的影响论焊接工艺参数及工艺因素对产品质量的影响
概述: 本文通过各种焊接方法的工艺参数及工艺因素对焊接后产品质量的影响，详细论述了我厂所采用的焊接方法—手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、点焊、凸焊焊接工艺参数及工艺因素与产品质量之间的关系。

1、手工电弧焊
简称手弧焊，是利用焊条与工件间建立起来的稳定燃烧的电弧使焊条和工件熔化来形成焊接接头的一种焊接方法。

其工艺参数主要包括焊接电流、焊条直径、焊缝层数、电源种类和极性等。

工艺因素包括坡口尺寸及间隙大小、工件斜度、工件厚度和工件散热条件等。

1.1 焊接电流
其它条件不变时，随着焊接电流的增大焊缝的熔深、熔宽及余高，其中熔深的增大最明显，而熔宽仅略有增大。

这是因为:
1.1.1随电流增大，工件上的热输入和电弧力均增大，热源位置下移，固熔深增大。

1.1.2 随电流增大，电弧截面增加，同时电弧进入工件深度也增加，使电弧斑点移动范围受限，因此实际熔宽增大较小。

1.1.3 随电流增大，焊条熔化量近于成比例增加，而熔宽增大较小，所以余高增大。

焊接电流过大易产生咬边、焊瘤等缺陷。

咬边会减小焊缝有效截面，产生应力集中，降低接头强度和承载能力。

焊瘤使焊缝截面突变，
形成尖角，产生应力集中，降低接头疲劳强度。

焊接电流过小易产生气孔、未焊透、夹渣等缺陷。

气孔会减少接头有效截面，降低接头致密性，减小接头承载能
力和疲劳强度。

未焊透会形成尖锐的缺口，形成应力集中，严重影响接头的强度和疲劳强度。

夹渣会减少接头的有效截面，减低接头强度和冲击韧性。

1.2 焊条直径
焊条直径的大小主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置、焊道层次等因素。

焊件厚度较大时，应选择较大直径的焊条;平焊时，允许用较大电流进行焊接，焊条直径可以大些;立焊、仰焊及横焊宜选择较小直径的焊条;多层焊的第一层焊缝，为防止产生未焊透缺陷，应采用小直径焊条。

焊条直径选择不当易产生焊缝尺寸偏差。

尺寸过小焊缝强度降低;尺寸过大，易产生应力集中，降低接头疲劳强度。

1.3 焊缝层数
焊缝层数应视焊件厚度而定，中厚板一般均采用多层焊。

焊缝层数多些有利于提高焊缝的塑性、韧性，但焊件变形量也相应增加，可综合考虑后确定。

1.4 电源种类和极性
直流电源的电弧稳定，飞溅少，焊缝质量好，因此重要焊接结构或厚板大刚度结构件的焊接，应采用直流弧焊电源。

其余情况下，应优先考虑采用交流弧焊电源。

碱性焊条施焊或薄板焊接，应采用直流反接。

酸性焊条施焊，宜采用直流正接。

1.5 坡口尺寸和间隙大小
对接接头焊接时，可根据板厚采取不留间隙、留间隙、开V形
坡口或开U形坡口。

其它条件不变时，坡口间隙的尺寸增大，则焊缝熔深略有增加，而余高和熔合比显著减小，因此，通常用开坡口的方法控制焊缝的余高合调整熔合比。

1.6 工件斜度
焊接倾斜的工件时，有上坡焊和下坡焊两种情况，上坡焊时液体金属的重力有助于熔池排向熔池尾部，因而熔深、余高增加，而熔宽减小。

当斜角大于6-12度时，则焊缝余高过大，两侧出现咬边，成形明显恶化。

1.7 工件厚度和工件散热条件
当熔深不超过板厚的0.7-0.8倍时，板厚与工件散热条件对熔深影响很小，但工件的散热条件对熔宽及余高有明显的影响。

用同样的工艺参数冷态厚板上施焊得到的焊缝比在中厚板上施焊的焊缝熔宽较小而余高较大。

当熔深超出板厚的0.7-0.8倍时，焊缝跟部出现热饱和现象而使熔深增大。

结论1:由上可见影响手弧焊焊缝质量的因素很多，要获得良好的焊缝质量，就要根据工件的材料和厚度、接头的形式，以及工作条件对焊缝的尺寸要求和接头性能等合理的选择工艺参数。

2、二氧化碳气体保护焊
CO2气体保护焊是采用CO2气体作为保护介质的电弧焊方法。

CO2气体保护焊具有气体保护效果良好、生产效率高、电弧可见、抗锈能力强、节约能源的优点;但它也有一定的缺点:与手弧焊和埋弧
焊相比，它的焊缝成形不够美观，焊接飞溅较大; 抗风能力差，室外作业比较困难;弧光较强等缺点。

影响CO2气体保护焊的工艺参数主要有: 电弧电压、焊接电流、焊接速度、气体流量、焊丝伸处长度。

工艺因素有:喷嘴与工件的距离、焊接接头形式等。

2.1电弧电压及焊接电流
电弧电压是焊接参数中关键的一个。

它的大小决定了电弧的长短
和熔滴的过渡形式，它对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷以及焊缝的力学性能有很大的影响。

只有电弧电压和焊接电流匹配的较合适时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成形好。

下图为不同直径的焊丝典型的短路过渡焊接工艺参数
在上表中所选择的规范焊接过程的稳定性和焊接质量都是较好的。

2.2 焊接速度
焊接速度对焊缝成形、接头的力学性能以及气孔等缺陷的产生都
有影响，随着焊接速度增大，焊缝熔宽降低，熔深及余高也有一定减少。

焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉。

焊接速度太慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷。

2.3 焊丝伸处长度
其它工艺参数不变时，随着焊丝伸处长度增加，焊接电流下降，
熔深也减小，焊丝熔化加快，从提高生产率上看这是有利的。

但是，当焊丝伸出长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。

同时，伸出长度增大后，喷嘴与工件间的距离也增大，因此气体保护效果变差。

当然，焊丝伸出长度过小，势必缩短喷嘴与工件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。

根据生产经验，合适的焊丝伸出长度应为
焊丝直径的10-12倍，一般为10-20mm，很少有超过20mm的。

2.4 气体流量
细丝小线量焊接时，气体流量的范围通常为5-15L/min;中等规范
时约为20 L/min;粗丝大线能量自动焊时则为25-50 L/min。

保护气体流量并非越大越好，流量过大易产生紊流，影响保护效果，使焊缝区出现气孔缺陷。

2.5 电源极性
CO2气体保护焊一般采用直流反极性，因为反极性时飞溅小，电
弧稳定，焊缝成型较好，而且焊缝金属含氢量低，焊缝熔深大。

2.6 喷嘴与工件的距离
在电极外伸长度不影响操作且飞溅不堵塞喷嘴的前提下，喷嘴与工件的距离应尽可能小。

距离小，保护效果稳定可靠。

2.7 焊接接头形式
接头形式不同，保护气流在其表面上的覆盖程度也不同。

平对接和内角焊接时，气流能很好的覆盖接头表面,保护效果良好。

外角接或端接焊接时保护效果降低。

2.8 减小焊接飞溅的一些措施
CO2气体保护焊最主要的缺点是飞溅大，这里简单介绍一些减少飞溅的措施。

2.8.1 正确选择焊接电流与电压
在CO2焊中，对于每种直径的焊丝都存在着如下图所示的大致规律:
由上图可以看出大电流区和小电流区飞溅都较小，而介于两者之间则
飞溅率较大。

所以选择电流时应避开飞溅率较高的电流区域。

电流选择好后再匹配适当的电压，以保证飞溅量最小。

我厂所使用的1.2焊丝，焊接电流应小于150A时飞溅较小。

2.8.2 焊枪角度
焊枪垂直焊接时飞溅最小，倾斜角度越大，飞溅越大。

焊枪前倾或后倾最好不超过20度。

2.8.3 采用氩气(Ar)与CO2气体联合保护
CO2气体在在电弧温度区间导热率较高，加上分解吸热，消耗大量的
电弧热能，从而引起弧柱及电弧斑点的强烈收缩。

易形成大颗粒飞溅，这是由于CO2气体本身的性质决定的，也是CO2焊产生较大飞溅的最主要的原因。

虽然可以通过合理选择工艺参数以及采用潜弧方法等降低飞溅率，但飞溅量仍然很大。

在CO2中加入Ar气，是减少焊接金属飞溅最有效的办法。

随着Ar气比例的增大，飞溅逐渐减少。

CO2+Ar混合气体除了可以减少飞溅外，还可以改善焊缝成形，虽然它的成本比纯的CO2气体高，但可从材料损失降低和节省清理飞溅的辅助时间中得到补偿，总成本还有降低的趋势。

结论2:CO2焊在当前被认为是一种高效率、低成本、节省能源的焊接方法，在我厂应用也较多。

其参数控制对焊接质量影响较大，为了能获得高质量的焊接接头，应对以上各方面的环节进行较好的控制，以达到工艺要求。

3、点焊
点焊是将工件装配成搭接接头并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化
母材金属，形成焊点的一种电阻焊方法。

一般点焊工艺参数通常应保证?:熔核直径为2倍料厚+3mm;?:熔核高度为焊件厚度的35-70%;?:表面压坑深度不超过焊件厚度的10-20%。

对于我厂所使用的点焊机都是电极力不变的单脉冲点焊循环，工艺参数主要包括:焊接电流和通电时间、电极压力、电极工作端面的形状和尺寸。

对点焊焊接质量影响最大的工艺因素是焊前表面清理，这里简单介绍一下。

3.1 焊接电流
焊接电流是决定热量大小的主要因素，它直接影响熔核直径与焊
透率，从而影响焊点强度。

焊接电流应有一个范围，太小则不能形成熔核或熔核过小，太大则易产生飞溅或击穿。

3.2焊接时间
焊接时间对对析热和散热影响较大，在规定的焊接时间内，焊接区析出的热量除部分散失外，将逐渐积累以加热焊接区，使熔核逐渐扩大到所需尺寸。

焊接时间对焊点熔核尺寸的影响规律基本同焊接电流的影响相同。

用大电流、短时间的工艺参数，压坑深度小，热影响区小，焊件变形小，电极磨损慢，电能损耗小，生产率高。

但要求电功率大和控制精确，容易产生飞溅。

3.3 电极压力
电极压力影响焊接区的加热程度和塑性变形程度。

随着电极压力的增大，焊件的接触电阻和本身电阻会减小，电流密度会降低。

应保证能顺利通电和消除焊点不
应有的疏松和裂纹。

其它参数不变时，增大电极压力将减慢加热速度，并使熔核尺寸减小，导致焊点强度降低。

为保证稳定的焊
接质量，在增大电极压力的同时，应相应增加焊接电流和焊接时间。

减少电极压力易产生焊点疏松和裂纹。

只有当电极力较大时，真正加在焊件间触点上的力的波动才会相对减少，焊点质量就较为稳定。

现在点焊正朝着大压力、大功率设备的方向发展。

3.4 电极工作端面的形状和尺寸
电极工作端面的形状和尺寸通常按焊件结构形式、焊件厚度及表面质量要求等因素选取。

球面电极因头部体积大，散热效果好，
焊件表面压痕较浅，且为圆滑过渡，不会引起大的应力集中。

并且上下电极安装时对中要求低，偏斜对焊点质量的影响较小而采用较多。

3.5 焊前表面清理
点焊机的次级电压低、电流大、阻抗小，焊件表面的油污、氧化皮等为不良导体，它们的存在直接影响点焊的热量析出、焊核形成及电极寿命，并导致缺陷的产生及接头强度与生产效率的降低。

常用的清理方法有机械清理和化学清理两大类:机械清理可用旋转钢丝刷或金刚砂毡轮抛光(我厂应用较多)，该方法设备简单，但劳动条件差，生产率低，质量不稳定，工件表面易划伤，且清理后表面电阻增加快，存放时间短。

化学清理包括去油、酸洗、钝化等，用于批量生产，生产率高，质量稳定，存放时间也较长。

我厂有些零件酸洗后易上锈，主要原因可能是酸洗后钝化处理未处理好。

结论3:点焊时可能产生外溢、压坑过深、烧穿、裂纹等外部缺陷，也可能产生未焊透、缩孔等内部缺陷，这些缺陷将使焊点强度急剧降低。

故在选择焊接规范时，应尽量采用现场试验，根据破坏后的熔核直径及剥
离状况来判断焊点是否合格。

焊接规范确定后可采用积极性检验的方法，即使焊接过程自动化，以保持原定的规范参数严格不变再检验焊点质量。

4、凸焊
凸焊是在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸点，使其与另一
焊件表面接触，加压并通电加热，凸点压塌后，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。

凸点使电流密集，可同时焊接多个焊点，也可用于焊接不等厚件。

其主要焊接工艺参数有:焊接电流、电极压力、通电时间、焊接功率。

其焊接工艺参数对焊点的影响同点焊基本相同，这里主要介绍一下焊接规范的选择和凸焊特有的一种质量缺陷:凸点位移产生的原因及防止方法。

4.1 焊接规范的选择
4.1.1焊接电流
可按照各单点电流总和的2/3选取。

4.1.2 电极压力
可按照各点(指不通电时凸点压下不超过10%为准)总和的1.5
倍计算。

4.1.3 通电时间
基本上是焊一个点的通电时间，单点通电时间为0.5-2.5s;焊件厚
度大于3mm时，可采用多次通电(3-5次，每次通电0.04-0.8s,间歇0.06-
0.2s),以防止个别点过热。

4.1.4 焊接功率
焊接每一个焊点所需要的电功率视厚度不同而异，一般焊件厚
1mm，功率为40-50kvA，焊件厚3mm，功率为80-100kvA.
4.2凸点位移产生的原因及防止措施
4.2.1产生原因
凸焊时凸点熔化期电极要跟随移动，若不能保持足够的电极压力，则
凸点之间的收缩效应将引起凸点的位移。

它将时焊点强度降低。

4.2.2防止凸点位移的措施
4.2.2.1凸点尺寸相对于板厚不应太小。

为了减小电流密度而使凸点过小，易造成凸点熔化而母材不熔化的现象，难以达到热平衡，甚至出现位移。

故焊接电流不能低于某一限度。

4.2.2.2多点凸焊时凸点高度如不一致，也易产生位移，我厂焊接方形螺母就发生过这类问题。

4.2.2.3为达到良好的随动性，最好采取提高电极压力或减小压力系统可动部分重量的方法。

4.2.2.4凸点位移与电流的平方成正比，因此在保证焊接强度的条件下应尽量采用较低的电流值。

4.2.2.5尽量增大凸点间距。

总之，产品的焊接质量的保证不能仅仅看作是焊接工序、焊接技术部门或检查部门的职责，其生产过程复杂，不确定因素较多，其中设计、材料、工艺及人的因素(操作技术)均直接影响焊接质量。

焊接产品生产中推行全面质量管理，已被国内外经验证明是实现产品质量保证的行之有效的措施，它的一个基本方法是推行
P(设计、计划)D(实施、制造)C(检查)A(处置措施)循环。

产品生产在第一个循环实施过程中，发现质量
问题，应调查、分析质量缺陷的成因，确定改进措施再投入下一个循环。

如此循环往复，使产品质量不断提高。

我坚信，随着我厂管理系统的不断正规化，在现生产中推行全面质量管理势在必行，一定不会再出现同一产品质量问题反复发生的怪事。