浅谈焊缝的形状尺寸与焊缝质量的关系

摘要论述了焊缝的形状尺寸与焊缝质量的关系，介绍了焊接中力对熔池金属的流动及熔池形状的影响、焊接参数和工艺因素对焊缝尺寸的影响，对焊缝缺陷产生的原因进行了分析并提出了预防措施。

1 焊缝形状尺寸与焊缝质量的关系

对接接头最重要的尺寸是熔深H,它直接影响到接头承载能力;另一个重要尺寸是焊缝宽度B。B与H之比构成的焊缝成形系数影响到熔池中的气体逸出的难易、熔池的结晶方向,以及焊缝中心偏析严重程度等(见图1)。

焊缝的另一个尺寸是余高。余高可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷,也可增大焊缝截面,提高承载能力(见图2、图3)。但余高过大将引起应力集中或疲劳寿命的下降,因此要限制余高的尺寸。为提高工件的疲劳寿命,焊后应将余高去掉,形成凹形焊缝(见图

4)。

在焊接技术标准中,对各类焊接的外观质量都有详细规定,包括焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度、角变形量以及焊缝表面缺陷。如裂纹、未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣、咬边、根部凸出和内凹等。

2 焊缝中力对熔池金属的流动及熔池形状的影响

在焊接电弧的作用下,熔池表面凹陷,液态金属被排向熔池尾部,使熔池尾部的液面高出。熔池金属除了向尾部流动之外,在其他力的作用下还产生各种形式的流动。

(1)熔池金属的重力熔池金属重力的大小与其流动的方向及焊接的位置有关,往往会破坏熔池的稳定性,这是影响焊缝成形的重要因素。

(2)电磁力电流进入熔池时,由于斑点面积较小,而熔池中的导电面积较大,这样斑点处的电流密度大、压力高,其他处的电流密度小、压力低,压力差使熔池中心处的金属向下流,而熔池四周的金属流向熔池中心形成旋涡。金属流动时,熔池中心的高温金属把热量带向熔池底部而使熔池加大。

(3)表面张力熔池金属表面张力的大小取决于液体金属的成分和温度。表面张力将阻止熔池金属在重力作用下的流动。表面张力对熔池金属在熔池界面上接触的大小也有影响。

3 焊接参数和工艺因素对焊缝尺寸的影响

(1)焊接电流焊接电流增大,工件上电弧力的热输出大,热源位置下移,熔深增大;弧柱直径增大,电弧潜入工件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制,因而熔宽基本不变;焊丝熔化量成比例增多,所以余高增大。

(2)电弧电压电弧电压增大后,电弧功率增大,工件热输入有所增大;同时弧长加大,热输入量减少,因此熔深减小而熔宽增大,焊丝因熔宽增大熔化量略有减少,从而导致余高减小。

(3)焊接速度焊速提高时热输出量减少,熔宽和熔深都减小,余高也因单位长度焊缝上的焊接金属的熔敷量与焊速成反比而有所减小。

(4)电流的种类和极性熔化极电弧焊时,直流反接时焊缝熔深和熔宽都要比直流正接时大,交流焊接时介于两者之间。钨极氩弧时直流正接的熔深最大,反接最小。

(5)焊丝直径和伸出长度的影响熔化极电弧焊时,如果电弧不变,焊丝直径小,则焊丝上的电流密度大,热量集中,因此熔深增大,熔宽减小,余高增大,焊丝伸出长度加大时焊丝电阻热增大,焊丝熔化量增多,余高增大,熔深略减小。

(6)坡口和间隙其他条件不变时,坡口和间隙的尺寸越小,余高越小。

(7)工件的材料和厚度工件材料的密度越大,液态金属排出越困难,熔深减小;工件材料的厚度越大,熔深和熔宽小。

4 焊缝缺陷产生的原因及预防措施

(1)未焊透焊接时,接头根部未完全熔透的现象称未焊透(见图5)。主要原因是焊工操作

技术不良和焊接工艺参数选用不当或装备不良造成的。未焊透在图5未焊透对接平焊、角接、搭接接头中往往因电流过小,焊速过高或坡口尺寸不当及焊丝未对准焊缝中心。预防措施:控制坡口尺寸,对于单面焊双面成形的焊缝,对口间隙应大些,钝边应小些。

(2)未熔合熔池金属在焊接电弧力的作用下,液态金属被排向熔池尾部形成沟槽,当电弧

向前移动时,沟槽中又填充熔池金属,如果这时槽壁处的液态金属层已凝固,填充处的金属热量又不足以使之再度熔化,则形成未熔合(见图6)。产生原因主要是焊接电流过小,焊速过高、热量不够等。多数情况下未熔合区内部有渣流入。预防措施:选用稍大的电流,放慢焊速。

(3)咬边产生咬边的原因是操作方法不当,焊接参数选择不正确。如焊接电流太大,电弧过长,运动方式和角度不当,坡口两侧停留时间太长或太短等均有产生咬边的可能。

(4)气孔气孔的形状、大小及数量与母材钢种、焊丝性质、焊接位置及焊工操作技术均有关系。预防措施:尽量减少熔池中产生气体的因素(除油、锈、垢),在条件许可下,适当加大焊接电流,降低焊接速度。

(5)焊瘤产生焊瘤的原因通常有根部间隙过大、焊条角度和运条方法不正确、焊接电流大及焊接速度过慢等。