拉弧式電弧螺柱焊的常見質量影響因素分析

【摘要】材料因素、焊槍行為參數、焊接能量輸入參數及焊接過程不確定等因素是影響拉弧式電弧螺柱焊質量問題的四大因素。而螺柱及焊接工件外形是影響焊接質量的材料因素，焊接時間及電流也是影響接頭焊接質量的外部因素，產生焊接問題的主要原因是焊接過程不確定因素。本文詳細分析焊機設備及焊接過程不確定因素對拉弧式電弧螺柱焊質量的影響。

【關鍵詞】拉弧式電弧螺柱焊；質量問題；影響因素

1.拉弧式電弧螺柱焊概念及焊接基本原理

當前工程普遍應用電弧螺柱焊技術，普通電弧螺柱焊及電容儲能電弧螺柱焊是根據使用電源不同形成的兩種螺柱焊接方式。普通電弧螺柱焊在實施焊接時會采用拉弧方式的焊接引弧，因此可以稱作是拉弧式電弧螺柱焊[1]。

電弧焊的一種特殊應用就是電弧螺柱焊。進行焊接的過程中，螺柱和工件之間會引燃電弧，螺柱端面以及工件表面就會被加熱熔化，溫度適宜時將螺柱向熔池內擠壓，基于瓷環的保護作用，兩者熔合形成焊縫。

2.影響拉弧式電弧螺柱焊焊接質量的因素分析

2.1焊槍

焊槍是進行電弧焊接的主要執行機構，工程中廣泛應用電磁式焊槍，電磁線圈及彈簧結構是焊槍的主體組成部分。當螺柱的直徑產生變化，需要采用相應直徑的螺柱夾頭，對連接桿（位于支撐架和焊槍體之間）伸出長度進行調節即可適應長度不同的螺柱。

2.1.1螺柱提起高度及速度產生的影響

螺柱提起高度決定了電弧長度，同時也決定了焊接電壓大小。依據待焊螺柱直徑大小確定提起高度，如果提起高度過大，焊接輸入能量也就相應增大，容易引起“磁偏吹”；如果提起高度過小，極易產生短路現象，導致電弧燃燒不穩定，引起“縮頸”現象發生，都會對焊接質量產生影響。電弧穩定燃燒情況下，可保守選擇提起高度，合適的提起速度對焊接接頭質量影響較小。

2.1.2螺柱送進深度及速度產生的影響

螺柱送進深度及速度決定了結合面的輪廓，直接關系焊接接頭成形狀況。深度過大將會把熔池金屬擠壓出來；深度不足極易造成螺柱和工件接頭處不能緊密的結合，出現強度不達標現象。螺柱和工件之間存在一層熔化金屬即為理想的送進深度。螺柱送進速度，快熔池金屬很容易飛濺出來，加上如果送進的深度也較大，就會引起螺柱及工件撞擊反彈；速度過慢會減小螺柱進入熔池沖力，擠壓不夠，造成焊接質量不理想。螺柱送進速度往往伴隨螺柱直徑增大而減小，大直徑螺柱通常采用較慢的送進速度。

2.2電源

拉弧式電弧螺柱焊機沒有電容充電過程，直接通過焊接電源進行放電，通過晶閘管對放電時間進行控制來完成焊接的過程，通常放電時間是5-500毫秒。焊接電源一般情況下采用晶閘管控制或逆變式的拉弧焊整流器。采用逆變式拉弧焊整流器是焊機的首選，它體積小、動特性好且質量輕，有利于實現電弧焊螺柱焊機電子數字化的優點不過因受大功率器件限制，目前的大容量焊機依然以晶閘管控制為主。螺柱焊焊接電源要符合以下特點：（1）應具備下降的靜外特性，這樣能夠確保電弧的穩定性；（2）具有高空載電壓（70-100V）、引弧電流（40-50A）、高輸出電壓（≥44V），這樣才能夠確保引弧100%成功率，大直徑螺柱焊接，空載電壓需超過100V，才能滿足需求；（3）具有較高的負載電壓，焊接電流≥600A時，負載電壓需保持在44V。（4）電源需具備較小的內阻抗。

2.3焊接過程不確定因素

2.3.1焊接設備使用情況

焊接設備性能是影響電弧螺柱焊焊接質量的主要因素。焊接設備的使用情況也在一定程度上影響了焊接質量的好壞。因此需要注意：（1）焊接電源要設置準確，需確保焊接能量參數輸出正確；（2）根據不同的焊接材料選擇合適的電源和焊槍連接，對黑色金屬進行焊接時可采用直流正接；（3）對焊槍的參數進行正確設置，確保焊槍機械結構精確度，避免因磨損造成參數誤差；（4）檢查電纜長度及破損程度，確保電纜接頭和焊槍、電源連接緊密。

2.3.2瓷圈

瓷圈是進行大直徑焊接的必要保護措施[1]。瓷圈可以將電弧產生的熱量集中在接頭區域，固定接頭處液態金屬，使其不能隨意流動，將氧化熔化金屬的幾率降低，減少可見弧光，對操作者眼睛有保護作用。下圖1是瓷圈示意圖，瓷圈制作材料性能差異及制作精度問題是影響瓷圈性能優劣的兩大因素。磁圈內孔直徑（如圖所示D、D1）及底部通氣間隙大小是影響瓷圈精度的主要因素。瓷圈制作粗糙時尺寸偏大，極大的降低了焊接保護功能，對焊接接頭質量產生極大的影響。

圖1 瓷圈示意圖

2.3.3螺柱垂直度

保持螺柱下落方向和工件垂直是接頭成形過程中需要注意的問題。偏斜角度在2.5之內不會造成較大的焊接質量影響，一旦超過范圍則影響重大。在螺柱插入熔池過程中，如果發生瞬間傾斜現象，會造成螺柱一邊未焊透，另一邊將液體金屬擠飛，影響接頭質量。

2.3.4磁偏吹

如果拉弧式電弧螺柱焊進行焊接過程中焊接電流較大且時間較長，受外部磁場分布不均勻現象的影響，極易發生磁偏吹。螺柱端面熔化不成比例、接頭處氣孔增多及加劇熔化金屬飛濺等都是因磁偏吹造成的焊接質量下降問題。實施以下措施能減少磁偏吹現象：（1）確保鐵磁物質平衡分布在施焊處的兩側；（2）保證焊接地線對稱接入工件兩端，能減少電流磁場分布不均；（3）利用磁圈對焊接過程實施保護，能有效確保電弧偏移程度減小；（4）采用短弧焊接及較小的焊接電流，能有效降低磁偏吹影響。

3.總結

影響拉弧式電弧螺柱焊質量問題因素主要有材料因素、焊槍行為參數、焊接能量輸入參數及焊接過程不確定等因素。焊接設備性能是影響電弧螺柱焊焊接質量的主要因素。焊槍及電源的控制、焊接過程中出現的不確定因素均是影響焊接質量的重要原因。

【參考文獻】

[1]池強，張建勛，付繼飛，張友權.拉弧式電弧螺柱焊質量影響因素[J].電焊機.2005，35（4）：6-9.

[2]趙紅衛.中厚高強鋼與螺柱焊接方法試驗研究[D].江蘇：南京理工大學.（2007）.

[3]齊紹榮，葉振忠，王蕓.影響電弧螺柱焊焊接質量的幾個問題[J].焊接技術. 2002，31（4）：27-28.