手工電弧焊焊接工藝參數對焊縫成型的影響

劉紅先

（鄭州煤礦機械制造技工學校，河南 鄭州 450013）

0 引言

手工電弧焊是熔焊的一種，廣泛適用于機電、煤礦、船舶、建筑礦山機械和水利等行業重要結構件的焊接。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，因此對初學者來說，分清熔池和熔渣，控制熔池形狀和溫度是焊縫成型的關鍵，也是焊接工藝參數選擇合理與否的判斷依據。不同的材質、不同的焊接位置、不同的板厚等對焊接工藝參數的要求不同，這對焊工的技能水平也是一種考核。對手工電弧焊來說，根據電弧燃燒的靜特性，焊接電流和電弧電壓對焊縫成型的質量起決定作用，對焊縫區和熱影響區組織相變均有影響。

1 焊接電流對焊縫質量的影響

（1）焊接電流過大，會使熔池溫度過高，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，且其兩側與母材間形成夾角，造成應力集中，焊縫有效厚度減小，焊縫的力學性能下降。大量的熱輸入，也會使熔渣凝固慢，在焊接過程中隨熱源的上移不斷下墜且紊亂，熔池裸露過多而使空氣入侵，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）焊接電流過小，熔池體積小而薄，冷卻過程中凝固較快，熔渣和氣體來不及浮出，導致焊縫出現夾渣、氣孔及熔合不好等缺陷，這會使焊縫有效截面減小，焊縫使用性能下降。少許的熔渣保護也會使熔池冷卻速度過快或被氧化，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）合適的焊接電流會使熔池在表面張力的作用下被焊條有節奏地擺動拉成扁平狀，外圍被熔渣保護著，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膩光滑。熔渣狀似一串燈籠自下而上完整覆蓋焊道，對熔池有保護和起到退火的效果，冷卻后的組織以鐵素體為主，晶粒細小，組織致密度好，去渣容易，焊縫的光澤度好，力學性能良好，如圖3所示。

圖1 焊接電流過大時立角焊去渣前、后的外觀

圖2 焊接電流過小時對接立焊去渣前、后的焊縫

2 電弧電壓對熔池的影響

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

（2）電弧電壓過低或呈負值，即弧光壓得過低或沒入熔池，會使焊條和母材融化速度變慢，熔渣難以浮出造成熔池渾濁，藥皮可能來不及反應則以塊狀出現在熔池中，甚至使熔池處于半融化狀態，導致焊道中易出現夾渣和熔合不良等缺陷，焊縫也會因未受到良好保護而造成焊紋粗糙。

（3）電弧電壓合適，對立焊位置來說就是短弧短路過渡。在焊接過程中，應保證2mm～3mm的電弧“彈性”間隙，即透過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擺動，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，這樣熔渣就會自下而上裹在熔池外圍自然凝固，對焊道起到良好的保護和保溫作用，焊縫冷卻速度降低，內部組織以鐵素體為主，顆粒均勻細小，外觀焊縫就會變得細膩，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焊縫熱影響區的影響

熱影響區對焊件接頭處的使用性能也會造成一定程度的影響。在考慮焊縫成型時，焊接工藝參數對熱影響區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，對熱影響區會起到熱處理的效果。對Q235鋼來說，從高溫熔化到低溫冷卻過程中，相變組織發生了從A（奧氏體）到F（鐵素體）＋P（珠光體）的轉變過程。在焊接過程中，電流和電弧電壓的大小對高溫下A的變化（A在高溫下持續時間長晶粒會繼續長大）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生變化的根本原因。焊接電流和電弧電壓對熱影響區的影響如下：

（1）過小的焊接電流和電弧電壓對焊縫熱影響區會起到正火或高溫回火的效果，改善其內部組織，提高材質的強韌性。

（2）過大的焊接電流會使熱影響區輸入的熱量過多，溫度過高，在裸露的環境下過熱區（臨近焊縫熔合線）材質的氧化和高溫差造成的快速冷卻都會使組織遭到破壞或發生脆性相變。

（3）過高的電弧電壓（即過長的焊接電弧）呈喇叭狀，會使熱輻射的范圍增大，熱影響區變寬，而且沿焊趾處還會造成咬邊缺陷，因此焊縫接頭處會因形狀突變或組織變化影響到它的力學性能。

4 結束語

手工電弧焊是焊工掌握焊接理論知識和焊接技能的重要手段，在技能比賽和職業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水平特性，因此在焊接操作過程中，根據焊條直徑、焊件材質、板厚、焊接位置和焊接環境等各種因素選用合適的焊接電流和電弧長度（與電弧電壓成正比）成為考驗焊工技能水平的兩個重要指標。我們只有在實踐中慢慢摸索和總結，并結合工藝知識加以分析，再把它上升到理論層面，才能總結出焊接規律。

［1］王長忠.焊工工藝與技能訓練［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2001.

［2］李永晟，李偉.焊工［M］.北京：北京師范大學出版社，2012.

［3］單小君.金屬材料與熱處理［M］.第4版.北京：中國勞動社會保障出版社，2001.