淺析焊條傾角對焊縫成形的影響

王洪

摘要：本文從力學角度簡要分析了焊條傾角與電弧推力的關系，正確運用焊條傾角能有效控制焊縫成形，并取得了理想的效果。

關鍵詞：焊條傾角；電弧推力；電弧氣體吹力

前言

隨著對職業教育的越來越重視，對職校的學生技能操作能力也要求越來越高。在實訓教學過程中，有的學生往往不能把理論和實踐結合起來，對于電弧焊初學者來說，經常不能正確地運用焊條傾角，以至于教學質量達不到要求。而正確運用焊條傾角能有效控制焊縫成形和保證焊縫質量，達到事半功倍效果。筆者根據多年來的操作及教學經驗，以開V型坡口的板對接平焊位置的焊條電弧焊焊接為例，就如何正確運用焊條傾角作簡要分析。

1.焊條傾角與電弧推力、電弧氣體吹力的關系

熔化極電弧焊時，熔滴上的作用力分為重力、表面張力、電弧推力和電弧氣作體吹力。熔滴上的作用力在各種位置上的作用是不同的，重力在平焊位置時，有利于熔滴過渡，而在其它位置阻礙熔滴過渡。表面張力在平焊位置時，阻礙熔滴過渡，而在其它位置有利于熔滴過渡。電弧推力、電弧氣體吹力在任何位置都促進熔滴過渡，其方向和焊條的軸線方向一致，且在焊接電流較大時，對電弧推力起主要作用。

在焊接過程中，電弧推力、電弧氣體吹力起主要作用，它不僅使熔池下凹，同時對熔池產生攪拌作用，有利于細化晶粒，排出氣孔及夾渣，改善焊縫的質量。我們不妨以電弧推力為例進行分析，焊接電弧是一圓錐狀的氣態導體，電極端面直徑小，工件端面直徑大，如圖1所示。不同直徑處電弧收縮力F的大小不同，直徑小的一端收縮壓力大，直徑大的一端收縮壓力小，把電弧收縮力F分解為徑向收縮力Fr和軸向推力Ft。電弧軸向推力Ft在電弧橫截面上分布不均勻，弧柱軸線處最大，向外逐漸減小，并且電流越大，推力越大。

在焊接過程中，焊條與焊接方向成一定傾角θ，由于電弧呈圓錐形狀，為了便于討論，把電弧軸向推力Ft進一步分解為在水平方向上的推力FX和垂直方向上的推力Fy，如圖2所示。

則： Fx=FtCOSθ ……（1）

Fy=FtSINθ ……（2）

式中：θ為焊條傾角；Ft為電弧軸向推力

Fx為電弧在水平方向的軸向推力

Fy為電弧在垂直方向的軸向推力

由（1）、（2）式可知，隨著焊條傾角θ增大，電弧在水平方向的軸向推力減小，在垂直方向的軸向推力增大；反之，電弧在水平方向的軸向推力增大，在垂直方向的軸向推力減小。同時從圖3中焊條傾角對焊縫成形的影響也可以看出，傾角θ越大，熔深增加，熔寬減小；反之，熔深減小，熔寬增加。焊條電弧焊時，焊條傾角θ=60°～80°之間較合適。

2.打底層的焊接

在有些重要的焊接結構，特別是管道的施工焊接過程中，為了保證焊接質量，需要開V型坡口對接接頭，且要求單面焊雙面成型，打底焊時通常采用反復引弧-熄弧（又叫滅弧法）法。在現場焊接施工過程中，由于受到各種條件的限制，焊縫裝配間隙尺寸有時不一致，給焊接帶來了一定的困難，這對焊工的操作水平也要求比較高。

2.1 裝配間隙尺寸較小時的焊接

當焊縫間隙小于焊條直徑的前提下，不改變其它焊接工藝參數（主要指焊接電流，下同），由（2）式可知，焊條傾角θ越大，Fy（即電弧在垂直方向的推力）也越大，熔深也增大，即根部越容易焊透。反之，焊條傾角θ過小，越容易使根部產生未焊透和夾渣等缺陷。在小間隙情況下焊接，焊條傾角θ=80°左右為宜，間隙越小，焊條傾角要更大些才能焊透。

2.2 裝配間隙尺寸較大時的焊接

當焊縫間隙大于焊條直徑的前提下，不改變其它焊接工藝參數，如果焊條傾角θ越大，電弧在垂直方向的推力也越大，熔深也增大，這時根部越容易產生焊瘤甚至燒穿等缺陷。為了避免產生焊瘤，焊條傾角θ不宜過大，通常θ=60°左右為宜。間隙越大，焊條傾角要減小些才不至于產生超高和焊瘤。

3.填充和蓋面層的焊接

填充時為了避免夾渣，由（1）時可知，焊條傾角θ較小可獲得較大的向后方向的電弧推力，這樣有利于排渣。如果焊條傾角太大，焊接時熔渣容易超前產生夾渣現象，但為了要獲得一定的熔深，焊條傾角又不宜太小，可取70°左右為宜。蓋面時，為了獲得優美的焊縫成形，由（1）可知，焊條傾角θ增大，Fx減小，而熔深增加，這時焊縫波紋細密，成形美觀；反之，焊縫波紋粗糙，成形差，焊條傾角θ通常為80°左右為宜。

4.薄板的焊接

焊接4㎜以下的薄板時，如果焊條傾角θ太大，由（2）時可知，電弧向下的吹力越大，熔深增加，容易產生燒穿和焊縫成形粗糙。為了獲得優良的焊接質量和焊縫成形，在保證焊透的情況下，盡量采用較小的焊條傾角，有時可使工件稍微傾斜，采用向下坡焊。

對于其它位置的焊接，如：立焊、橫焊、仰焊，焊條傾角跟焊縫成形的關系與上面討論的類似，在此不再一一闡述。

5.結論

實踐證明，正確掌握了焊條傾角與焊縫成形的關系后，技能水平提高較快，教學質量明顯上升。

參考文獻

[1]雷世明，焊接方法與設備。機械工業出版社，2010

[2]技工學校機械類通用教材編審委員會，焊工工藝學。機械工業出版社，2013

（作者單位：湖南省工業技師學院）