手工電弧焊焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫成型的影響研究

弓海平

摘要：手工電弧焊應(yīng)用廣泛，操作簡單，操作人員想要獲得較高的焊接質(zhì)量，必須要掌握焊接參數(shù)對(duì)于焊縫質(zhì)量的作用效果。何種焊縫是因?yàn)槟欠N參數(shù)不當(dāng)造成的，把握了二者之間的因果關(guān)系，在實(shí)際操作中，根據(jù)存在焊接問題，調(diào)整焊接參數(shù)。也可以根據(jù)不同材料，設(shè)置不同的焊接參數(shù)，來保證焊接質(zhì)量。同時(shí)，也要提升操作技能，不同的焊接材料，使用不同的運(yùn)條、收尾方式，保證起始位置焊接質(zhì)量，繼而焊接件質(zhì)量得到全面提升。

關(guān)鍵詞：手工電弧焊;工藝參數(shù);焊縫成型;影響

一、手工電弧焊概述

手動(dòng)電弧焊是使用手動(dòng)控制電極的電弧焊方法，稱為手動(dòng)電弧焊。

焊接工藝：手工電弧焊由焊接電源，焊接電纜，焊鉗，焊條，焊件和電弧組成。焊接時(shí)，將焊條與工件接觸以點(diǎn)燃電弧，然后將焊條提起并保持一定距離。當(dāng)焊接電源提供適當(dāng)?shù)碾娀‰妷汉秃附与娏鲿r(shí)，電弧穩(wěn)定地燃燒以產(chǎn)生高溫，并且焊條和焊件被局部加熱至熔融狀態(tài)。電極末端的熔融金屬與焊件的熔融金屬熔合，形成熔池。在焊接中，電弧與電極一起移動(dòng)，熔池中的液態(tài)金屬逐漸冷卻并結(jié)晶形成焊縫，并將兩個(gè)焊件焊接在一起。

在焊接中，電極芯熔化并以熔滴的形式轉(zhuǎn)移到熔池中。同時(shí)，在電極涂層中產(chǎn)生一定量的氣體和液體爐渣。產(chǎn)生的氣體充滿電弧和熔池并使空氣絕緣。液態(tài)爐渣的密度小于液態(tài)金屬的密度，因此它漂浮在熔池上并保護(hù)熔池。當(dāng)熔池中的金屬冷卻凝固時(shí)，爐渣也會(huì)凝固形成覆蓋焊縫的焊渣，可以防止高溫焊縫金屬被氧化，降低焊縫的冷卻速度。在焊接過程中，液態(tài)金屬與液態(tài)渣和氣體之間會(huì)發(fā)生復(fù)雜的冶金反應(yīng)，例如脫氧，脫硫，脫磷和脫氫，從而獲得合適的焊縫金屬化學(xué)成分和組織。

手工電弧焊的優(yōu)勢(shì)在于1.設(shè)備簡單;2.操作靈活方便3.全位置焊接，適用于多種材料的焊接;4.缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低和勞動(dòng)強(qiáng)度大。

二、焊接電流對(duì)焊接質(zhì)量的影響

（1）如果焊接電流太大，則熔池的溫度將過高，并且熔池的張力將降低。焊條很難將熔池控制成扁平形狀。焊縫在重力作用下呈凸形，會(huì)在兩側(cè)與母材之間形成夾角，導(dǎo)致應(yīng)力集中，焊縫的有效厚度減小，焊縫的機(jī)械性能下降。 大量的熱量輸入也將使?fàn)t渣緩慢固化。在焊接過程中，隨著熱源的向上運(yùn)動(dòng)，爐渣將繼續(xù)下落并被擾亂。過多的熔池暴露會(huì)導(dǎo)致空氣侵入。由于快速的冷卻速度，大量的珠光體將從焊縫中析出，并具有粗大的晶粒和粗糙的外觀線如圖1所示。

（2）如果焊接電流太小，熔池的體積又小又薄，冷卻過程中凝固快，爐渣和氣體不能及時(shí)浮出，造成爐渣夾雜等缺陷。 氣孔和焊縫熔合不良，這會(huì)降低焊縫的有效截面并降低焊縫的使用性能。少量的熔渣保護(hù)也會(huì)使熔池的冷卻速度過快或被氧化，從而導(dǎo)致焊縫表面線條粗糙，光澤差且難以去除熔渣。

（3）適當(dāng)?shù)暮附与娏魇谷鄢卦诒砻鎻埩Φ淖饔孟掠泄?jié)奏地?cái)[動(dòng)并拉成扁平狀，并用爐渣保護(hù)其外圍。弧形下的熔池就像水柱從下往上傾瀉形成焊縫，表面晶粒接近水平且細(xì)膩光滑。爐渣像一串燈籠，從下到上覆蓋焊縫，起到保護(hù)焊縫和退火的作用。冷卻后，顯微組織主要是鐵素體，晶粒細(xì)小，組織密度好，易除渣，光澤度好，機(jī)械性能好。

三、電弧電壓對(duì)熔池的影響

（1）電弧電壓過高或電弧過長，因此電極端的液滴無法通過電磁力和電弧吹力轉(zhuǎn)移到熔池中。熔池向外突出，這很容易導(dǎo)致焊點(diǎn)和焊珠凸出。另外，焊條在兩側(cè)擺動(dòng)到母材上會(huì)加速母材的熔化，這很容易引起咬邊。

（2）電弧電壓太低或?yàn)樨?fù)，即電弧電壓太低或未進(jìn)入熔池，會(huì)降低焊條和母材的熔化速度，且渣難浮出水面，這將導(dǎo)致泳池渾濁。如果涂層不能很快反應(yīng)，它將以塊狀出現(xiàn)在熔池中，甚至使熔池處于半熔融狀態(tài)，并且在鉛焊中會(huì)出現(xiàn)夾渣和熔合不良。由于保護(hù)，焊縫也不會(huì)很好地接受。

（3）電弧電壓合適，短路電弧短路過渡是相反的焊接位置。在焊接過程中，應(yīng)確保2mm至3mm。通過過濾玻璃只能看到電弧的“彈性”間隙，即只能看到電弧的白熾部分。電極的熔化端輕輕地附著在熔池液位的中央?yún)^(qū)域并擺動(dòng)，將爐渣輕輕推向熔池的外圍。焊條的角度應(yīng)盡可能接近垂直，并且不應(yīng)擠壓或接觸外部的爐渣，以使?fàn)t渣自下而上包裹并在水池周圍自然凝固，從而可以保護(hù)并保持焊縫良好焊接線的效果是降低了焊接的冷卻速度，內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是鐵素體，并且顆粒均勻而細(xì)小，并且外觀焊縫變得細(xì)膩有光澤。

四、焊接電流和電弧電壓對(duì)焊接熱影響區(qū)的影響

熱影響區(qū)（HAZ）也可以在一定程度上影響焊接接頭的性能。在考慮焊接成形時(shí)，焊接工藝參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)的影響也是我們應(yīng)考慮的因素。熔池的形成以及熱源在母材接頭處的連續(xù)運(yùn)動(dòng)將對(duì)熱影響區(qū)產(chǎn)生熱處理效果。對(duì)于Q235鋼，從（奧氏體）到f（鐵素體）+ P（珠光體）的轉(zhuǎn)變過程發(fā)生在高溫熔化到低溫冷卻的過程中。在焊接過程中，電流和電弧電壓會(huì)對(duì)高溫下的變化（高溫下持續(xù)很長時(shí)間，晶粒會(huì)繼續(xù)生長）和室溫下的磷含量產(chǎn)生影響。是焊接過程中材料的微觀組織和性能發(fā)生變化的根本原因。

焊接電流和電弧電壓對(duì)熱影響區(qū)的影響如下：

（1）焊接電流和電弧電壓過小會(huì)導(dǎo)致熱影響區(qū)正常化或回火，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和韌性。

（2）焊接電流太大會(huì)在熱影響區(qū)引起過多的熱量輸入和過高的溫度。在裸露的環(huán)境中，過熱區(qū)域（靠近焊縫熔合線）的材料氧化和高溫差導(dǎo)致的快速冷卻會(huì)損壞結(jié)構(gòu)或引起脆性相變。

（3）弧形電壓太高（即焊接電弧過長），會(huì)導(dǎo)致熱輻射范圍擴(kuò)大，熱影響區(qū)變寬并在焊趾處產(chǎn)生咬邊缺陷。因此，焊接接頭的機(jī)械性能會(huì)受到形狀突變或微觀結(jié)構(gòu)變化的影響。

五、焊接操作對(duì)焊縫的影響

焊條的運(yùn)動(dòng)路線包括焊條軸線的進(jìn)給，沿焊縫軸線的橫向運(yùn)動(dòng)和縱向運(yùn)動(dòng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的焊接操作選擇。在運(yùn)條時(shí)，應(yīng)略微水平擺動(dòng)以便獲得更好的焊接形狀，有效地控制焊接溫度并防止燒穿。在引弧時(shí)，焊接溫度低，敲擊電弧后金屬不能快速熔化，熔池淺。因此，在開始時(shí)，應(yīng)稍微延長電弧，對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，然后減小電弧長度開始正常的焊接。在收尾時(shí)，想要獲得高質(zhì)量的焊縫，以保持焊接區(qū)域的熔池溫度，有利于焊接接頭。焊接終止的方法有很多，包括重復(fù)電弧終止法，圓弧終止法，反焊終止法和轉(zhuǎn)移終止法。在實(shí)際操作中，許多操作員很快完成加工，電弧突然熄滅，焊縫表面容易產(chǎn)生凹坑，末端的機(jī)械強(qiáng)度不足，容易產(chǎn)生弧坑裂紋。另外，快速終止也將導(dǎo)致液態(tài)金屬中的氣體無法消除，發(fā)生氣孔等焊接缺陷。例如，重復(fù)電弧終止的使用是將焊條保持在焊縫末端，反復(fù)熄滅電弧，并在彈坑處進(jìn)行多次電弧擊打操作，以引導(dǎo)彈坑被填充，從而確保焊縫的完整性和焊縫末端的質(zhì)量。

結(jié)束語

手工電弧焊應(yīng)用廣泛，操作簡單，操作人員想要獲得較高的焊接質(zhì)量，必須要掌握焊接參數(shù)對(duì)于焊縫質(zhì)量的作用效果。何種焊縫是因?yàn)槟欠N參數(shù)不當(dāng)造成的，把握了二者之間的因果關(guān)系，在實(shí)際操作中，根據(jù)存在焊接問題，調(diào)整焊接參數(shù)。也可以根據(jù)不同材料，設(shè)置不同的焊接參數(shù)，來保證焊接質(zhì)量。同時(shí)，也要提升操作技能，不同的焊接材料，使用不同的運(yùn)條、收尾方式，保證起始位置焊接質(zhì)量，繼而焊接件質(zhì)量得到全面提升。

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