CO2气体保护焊的焊接缺陷产生的原因及防止方法以及焊接常用知识

CO2气体保护焊的焊接缺陷产生的原因及防止方法缺陷产生原因防止方法焊缝金属裂纹1、焊缝深宽比太大；焊道太窄（特别是角焊缝和底层焊道）1、增大电弧电压或减小焊接电流，以加宽焊道而减小熔深；减慢行走速度，以加大焊道的横截面。2、焊缝末端处的弧坑冷却过快2、采用衰减控制以减小冷却速度；适当地填充弧坑；在完成焊缝的顶部采用分段退焊技术，一直到焊缝结束。3、焊丝或工件表面不清洁（有油、锈、漆等）3、焊前仔细清理4、焊缝中含C、S量高而Mn量低4、检查工件和焊丝的化学成分，更换合格材料5、多层焊的第一道焊缝过薄5、增加焊道厚度夹渣1、采用多道焊短路电弧（熔焊渣型夹杂物）1、在焊接后续焊道之前，清除掉焊缝边上的渣壳2、高的行走速度（氧化膜型夹杂物）2、减小行走速度；采用含脱氧剂较高的焊丝；提高电弧电压气孔1、保护气体覆盖不足；有风1、增加保护气体流量，排除焊缝区的全部空气；减小保护气体的流量，以防止卷入空气；清除气体喷嘴内的飞溅；避免周边环境的空气流过大，破坏气体保护；降低焊接速度；减小喷嘴到工件的距离；焊接结束时应在熔池凝固之后移开焊枪喷嘴。2、焊丝的污染2、采用清洁而干燥的焊丝；清除焊丝在送丝装置中或导丝管中黏附上的润滑剂。3、工件的污染3、在焊接之前，清除工件表面上的全部油脂、锈、油漆和尘土；采用含脱氧剂的焊丝4、电弧电压太高4、减小电弧电压5、喷嘴与工件距离太大5、减小焊丝的伸出长度6、气体纯度不良6、更换气体或采用脱水措施7、气体减压阀冻结而不能供气7、应串接气瓶加热器8、喷嘴被焊接飞溅堵塞8、仔细清除附着在喷嘴内壁的飞溅物9、输气管路堵塞9、检查气路有无堵塞和弯折处咬边1、焊接速度太高1、减慢焊接速度2、电弧电压太高2、降低电压3、电流过大3、降低送丝速度4、停留时间不足4、增加在熔池边缘的停留时间5、焊枪角度不正确5、改变焊枪角度，使电弧力推动金属流动未熔合1、焊缝区表面有氧化膜或锈皮1、在焊接之前，清理全部坡口面和焊缝区表面上的轧制氧化皮或杂质2、热输入不足2、提高送丝速度和电弧电压；减小焊接速度3、焊接熔池太大3、减小电弧摆动以减小焊接熔池4、焊接技术不合适4、采用摆动技术时应在靠近坡口面的熔池边缘停留；焊丝应指向熔池的前沿5、接头设计不合理5、坡口角度应足够大，以便减少焊丝伸出长度（增大电流），使电弧直接加热熔池底部；坡口设计为J形或U形未焊透1、坡口加工不合适1、接头设计必须合适，适当加大坡口角度，使焊枪能够直接作用到熔池底部，同时要保持喷到工件的距离合适；减小钝边高度；设置或增大对接接头中的底层间隙2、焊接技术不合适2、使焊丝保持适当的行走角度，以达到最大的熔深；使电弧处在熔池的前沿3、热输入不合适3、提高送丝速度以获得较大的焊接电流，保持喷嘴与工件的距离合适熔透过大1、热输入过大1、减小送丝速度和电弧电压；提高焊接速度2、坡口加工不合适2、减小过大的底层间隙；增大钝边高度蛇形焊道1、焊丝干伸长过大1、保持适合的干伸长2、焊丝的校正机构调整不良2、再仔细调整3、导电嘴磨损严重3、更换新导电嘴飞溅1、电感量过大或过小1、仔细调节电弧力旋钮2、电弧电压过低或过高2、根据焊接电流仔细调节电压；采用一元化调节焊机3、导电嘴磨损严重3、更换新导电嘴4、送丝不均匀4、检查压丝轮和送丝软管（修理或更换）5、焊丝与工件清理不良5、焊前仔细清理焊丝及坡口处6、焊机动特性不合适6、对于整流式焊机应调节直流电感；对于逆变式焊机须调节控制回路的电子电抗器电弧不稳1、导电嘴内孔过大1、使用与焊丝直径相适合的导电嘴2、导电嘴磨损过大2、更换新导电嘴3、焊丝纠结3、仔细解开4、送丝轮的沟槽磨耗太大引起送丝不良4、更换送丝轮5、送丝轮压紧力不合适5、在调整6、焊机输出电压不稳定6、检查控制电路和焊接电缆接头，有问题及时处理7、送丝软管阻力大7、更换或清理弹簧软管【转】CO2气体保护焊的工艺参数选择 CO2气体保护焊以其速度快、操作方便、焊接质量高、适用范围广和成本低廉等诸多优势，逐渐取代了传统的手工焊条电弧焊。在焊接生产中，焊接工艺参数对焊接质量和焊接生产率有很大的影响，正确选择焊接工艺参数是获得质量优良的焊接接头和提高生产率的关键。本文主要对CO2气体保护焊中各种相关的工艺参数对CO2气体保护焊的影响及其焊接工艺的参数选择进行了比较详细的分析。 随着科学技术的飞速发展，焊接设备也在不断的更新换代。CO2气体保护焊的出现和发展对于传统的手工焊条电弧焊就是一次技术性的革命。它以其速度快、操作方便、焊接质量高、适用范围广和低成本等诸多优势，逐渐取代了传统的手工焊条电弧焊。在实际生产中，广泛用于机车车辆、汽车、摩托车、船舶、煤矿机械及锅炉制造行业，主要用于焊接低碳钢、低合金钢、耐磨零件的堆焊、铸钢件的补焊等方面。为了充分发挥CO2气体保护焊的效能，在焊接时必须正确选择焊接工艺参数。 焊接工艺参数就是焊接时，为保证焊接质量而选定的各项参数的总称。CO2气体保护焊焊接工艺参数主要包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、焊丝伸出长度、焊枪倾角和电源极性等。在这里，我根据多年的工作经验，把CO2气体保护焊各焊接工艺参数对其焊接的影响及其选择的肤浅认识整理出来，供大家参考、探讨： 1、 CO2气体保护焊各工艺参数对其焊接的影响焊接工艺参数对焊接质量和焊接生产率有很大的影响。为了获得优质的焊接接头，必须先搞清楚各焊接工艺参数对焊接的影响。1.1焊丝直径焊丝直径对焊接过程的电弧稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有显著影响。随着焊丝直径的加粗（或减细）则熔滴下落速度相应减小（或增大）；随着焊丝直径的加粗（或减细），则相应减慢（或加快）送丝速度，才能保证焊接过程的电弧稳定。随着焊丝直径加粗,焊接电流、焊接电压、飞溅颗粒等都相应增大，焊接电弧越不稳定，焊缝成形也相对较差。 1.2焊接电流 焊接电流除对焊接过程的电弧稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有影响外，还对焊缝宽度、熔深、加强高有显著影响。通常随着焊接电流的增加，电弧电压会相应增加一些。因此随着电流的增加，焊缝熔宽和余高会随之增大一些，而熔深增大最明显。但是当焊接电流太大时，金属飞溅会相应增加，并容易产生烧穿及气孔等缺陷。反之，若焊接电流太小时，电弧不能连续燃烧，容易产生未焊透及焊缝表面成形不良等缺陷。 焊接电流与送丝成正比，也就是说送丝速度越快则焊接电流也越大。CO2气体保护焊接电流的大小是由送丝速度来调节的。 焊接电流对焊丝的熔化影响也大。焊接电流与熔化速度关系，如图1所示。图中表明随着焊接电流的增大，焊丝熔化速度也增大。其中细焊丝的熔化速度增大更快些，这是因为细丝产生的电阻热较大。图1焊接电流与熔化速度关系图2电弧电压与焊缝成形的关系B熔宽 H余高 R熔深 1.3电弧电压电弧电压是影响熔滴过渡、金属飞溅、电弧燃烧时间以及焊缝宽度的主要因素。在一般情况下，电弧电压越高，电弧笼罩也越大。于是熔宽增加，而熔深、余高却减小，焊接趾部易出现咬边；电弧电压过低，则电弧太短，焊丝容易伸入熔池，使电弧不稳定，焊缝易造成熔合不良（焊道易成为凸形）。电弧电压与焊缝成形的关系，如图2所示。 电弧电压也反映了弧长的大小。电弧电压越高，弧长也越长，则焊枪喷嘴到焊件的距离也越大，气体保护效果会越差，这样就易产生气孔。电弧电压与气孔的关系，如图3所示。 1.4焊接速度 焊接速度对焊缝内部与外观的质量都有重要影响。在保持焊接电流和电弧电压一定的情况下，焊接速度加快则焊缝的熔深、熔宽和余高都会减小，焊道会成为凸形。焊接速度对焊缝成形的影响，如图4所示。焊接速度再加快，在焊接趾部易出现咬边。进一步提高焊接速度时出现驼峰焊道。相反焊速过低，熔池中液态金属将流到电弧前面，电弧在液态金属上面燃烧，从而使焊缝熔合不良，形成未焊透。 通常半自动焊时，当焊速低于15cm/min时，焊枪移动不易均匀。而在焊速达60cm/min70cm/min时，焊枪难以对准焊接线，所以通常焊接速度多为30-50cm/min。图3电弧电压与气孔的关系图4焊接速度对焊缝成形的影响B熔宽 H余高 R熔深 1.5焊丝伸出长度 焊丝伸出长度是指焊接时导电嘴与焊件间的距离。焊丝伸出长度对焊接过程的稳定性影响比较大。当焊丝伸出长度增加时，焊丝的熔化速度加快，可以使生产率提高。焊丝伸出长度过大时，由于电阻热的作用，使焊丝的熔化速度相应加快，将引起电弧不稳，飞溅增加，焊缝外观不良和产生气孔；反之，焊丝伸出长度太短时，则焊接电流增大，并缩短了喷嘴与焊件间的距离，这样使喷嘴极易过热，容易堵塞喷嘴，从而影响气体流通。 焊丝伸出长度的大小还影响母材的热输入。焊丝伸出长度与焊接电流、熔深的关系，如图5所示。恒电压电源和等速送丝系统，当改变焊丝伸出长度时，焊接电流与熔深均发生变化。当伸出长度增大时，焊丝熔化的速度加快。而焊缝熔深及焊接电流减少，根据这一特点，在半自动焊接时焊工可以通过调节焊枪高度来调节输入。焊丝伸出长度/mm图5焊丝伸出长度与焊接电流、熔深的关系 1.6气体流量 CO2气体保护焊利用CO2气体的屏蔽作用实现保护的，气体流量、焊丝伸出长度及风的大小都是影响保护的主要因素。气体流量的大小与电流有关，在大电流时气体的流量则要大，为20-25L/min。在工作环境有风时，应适当增大喷嘴直径，以便在大流量时仍可获得稳定的电弧。CO2气体流量和风速上限的关系，见表1。通常实芯焊丝CO2焊时，为得到可靠的保护效果，风速上限为4m/s，如果风速超过这一上限值，则应采取必要的防风措施。表1CO2气体流量和风速上限的关系喷嘴直径/mm161616222222CO2流量L/min253036253035风速上限m/s2.12.53.01.11.41.7 1.7焊枪倾角 无论是自动焊还是半自动焊，当喷嘴与工件垂直时，飞溅都很大，电弧不稳。其主要原因是运条时产生空气阻力，使保护气流后偏吹。 1.8电源极性 CO2气体保护焊时，电源极性对焊缝熔深、电弧稳定都有重要影响。为保证电弧的稳定燃烧，一般采用直流反接。采用正接时，焊丝熔化速度加快、焊缝熔深浅、余高增加，电弧燃烧没有反接稳定。 2、 CO2气体保护焊接工艺参数的选择 CO2气体保护焊广泛用于各种位置、不同坡口形式和各种厚度焊件的焊接。如果不能正确选择焊接参数，将引起各种焊接缺陷，增加工时和降低工作效率。 2.1焊丝直径 根据焊件情况，首先应选择合适的焊丝直径。常用焊丝直径为0.6mm1.2mm,各种直径的焊丝都有其通用的电流范围、适合的焊接位置，见表2。从表中可以看到，小于1.2mm的焊丝，适合于全位焊。大于1.2mm的焊丝主要适用于平焊。表2焊丝直径、焊接电流、焊接位置的关系焊丝直径/mm焊接电流/A适合焊件厚度适合焊接位置0.640901.04.0全位置0.8501200.960150170802.012.01.2803501.63005006平焊位置 2.2焊接电流 焊接电流是焊接的主要参数之一，主要根据母材厚度，接头形式以及焊丝直径等正确选择。在保证焊透的前提下，尽量选择小电流，因为当电流太大时，易造成熔池翻滚，不仅飞溅大，焊缝成形也非常差。焊丝直径与焊接电流的关系，见表2。 2.3电弧电压 确定焊接电流的范围后，调整电弧电压。使电弧电压与焊接电流形成良好的匹配。焊接过程中电弧稳定，飞溅小，能听到沙、沙的声音，能看到焊机的电流表、电压表的指针稳定，摆动小，焊接电流和电弧电压也就达到了最佳匹配。最佳的电弧电压一般在16V24V之间，粗滴过渡时，电压为25V45V，所以电弧电压应细心调试。 2.4焊接速度 随着焊接速度增大（或减小），则焊缝熔宽，熔深和堆积高度都相应减小（或增大）。当焊接速度过快时，会使气体保护的作用受到破坏，易使焊缝产生气孔。同时焊缝的冷却速度也会相应提高，也降低了焊缝金属的塑性的韧性，并会使焊缝中间出现一条棱，造成成形不良。当焊接速度过慢时，熔池变大，焊缝变宽，易因过热造成焊缝金属组织粗大或烧穿。因此焊接速度应根据焊缝内部与外观的质量选择。一般自动焊速度为15m/h30m/h。 2.5焊丝伸出长度 焊丝伸出长度一般为焊丝直径的1020倍。焊丝伸出长度与电流有关，电流越大，伸出长度越长。焊丝伸出长度与焊接电流的关系，见表3。焊丝伸出长度太长时，焊丝的电阻热越大，焊丝熔化速度加快，易造成成段焊丝熔断，飞溅严重焊接过程不稳定；焊丝伸出长度太短时，容易使飞溅物堵住喷嘴，有时飞溅物熔化到熔池中，造成焊缝成形差。一般经验公式是，伸出长度为焊丝直径的十倍，既1.2mm焊丝选择伸出长度为12 mm左右。表3焊丝伸出长度与焊接电流的关系焊接电流/A焊丝伸出长度/mm25015-25 2.6气体流量 气体流量会直接影响焊接质量，一般根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径来选择。当焊接电流越大，焊接速越快，焊丝伸出长度越长时，气体流量应大些。气体流量太大或太小时，都会造成成形差，飞溅大，产生气孔。一般经验公式是，数量为焊丝直径的十倍，既1.2mm焊丝选择12L/min。当采用大电流快速焊接，或室外焊接及仰焊时，应适当提高气体流量。CO2气体纯度不低于99.5%。 2.7焊枪倾角 无论是自动焊还是半自动焊，当喷嘴与工件垂直时，飞溅都很大，电弧不稳。其主要原因是运条时产生空气阻力，使保护气流后偏吹。为了避免这种情况的出现，一般采用左向焊法焊接，可将喷嘴前倾1015，不仅能够清楚观察和控制熔池，而且能够保证焊缝成形良好，焊接过程稳定。 2.8电源极性 CO2气体保护焊电源极性应采用直流反接焊接，因为直流反接时熔深大，飞溅小，电弧稳定，焊缝成形好。 CO2气体保护焊在实际生产中，选择焊接工艺参数时，应做到以下几点：（1）根据母材先确定焊丝直径和焊接电流；（2）根据选择的焊接电流，在试板上试焊，细心调整出相匹配的电弧电压；（3）根据试板上焊缝成形情况，细调整焊接电流，焊接电压，气体流量，达到最佳的焊接工艺参数；（4）在工件上正式焊接过程中，应注意焊接回路，接触电阻引起的电压降低，及时调整焊接电压。有了一定的理论基础，再加上我们勤于思考，相信我们每一名焊接操作者通过，不断的调整，最终都能获得最佳的焊接工艺参数。正确使用焊接工艺参数，可以避免各种焊接缺陷，提高操作技能、为保证焊接质量奠定良好的基础，同时也增加了工时利用率，提高了生产效率。各种焊接方法的比较 从原理、特点，冶金反应，熔滴过渡，电弧控制，焊接材料， 从原理、特点，冶金反应，熔滴过渡，电弧控制，焊接材料，适用范围等方面 比较各种焊接方法。 一、埋弧焊 Submerged Metal Arc Welding (SMAW) 埋弧焊是以颗粒状焊剂为保护介质，电弧掩藏在焊剂层下的一种熔化极电 焊接方法。埋弧焊的施焊过程由三个环节组成：1 在焊件待焊接缝处均匀堆敷足 够的颗粒状焊剂；2 导电嘴和焊件分别接通焊接电源两级以产生焊接电弧；3 自 动送进焊丝并移动电弧实施焊接。 埋弧焊的主要特点如下：1、电弧性能独特（1）焊缝质量高熔渣隔绝空气保 护效果好，电弧区主要成分为 CO2，焊缝金属中含氮量、含氧量大大降低，焊接 参数自动调节，电弧行走机械化，熔池存在时间长，冶金反应充分 ，抗风能力 强，所以焊缝成分稳定，力学性能好； （2）劳动条件好 熔渣隔离弧光有利于焊 接操作；机械化行走，劳动强度较低。2、弧柱电场强度较高 比之熔化极气体保 护焊有如下特点： （1）设备调节性能好，由于电场强度较高，自动调节系统的灵 敏度较高，使焊接过程的稳定性提高； （2）焊接电流下限较高。3、生产效率高 由于焊丝导电长度缩短，电流和电流密度显著提高，使电弧的熔透能力和焊丝的 熔敷速率大大提高；又由于焊剂和熔渣的隔热作用，总的热效率大大增加，使焊 接速度大大提高。 冶金反应：焊剂参与冶金反应，Si 、Mn 被还原，C 部分烧毁，限制杂质 S、P 去 H，防止产生氢气孔。 熔滴过渡：渣壁过渡 电源：直流电源用于小电流情况,等速送丝，自身电弧调节；大电流一般用交流电源， 变速送丝（SAW 焊丝一般较粗） ，弧压反馈电 弧调节 焊接材料： 焊丝和焊剂。 焊丝和焊剂的选配必须保证获得高质量的焊接接头， 同时又要尽可能减低成本，还要注意适用的电流种类和极性。 适用范围：由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械操作的程度高，因而适于焊 接中厚板结构的长焊缝。在造船、锅炉与压力容器、桥梁、超重机械、核电站结 构、海洋结构、武器等制造部门有着广泛的应用，是当今焊接生产中最普遍使用 的焊接方法之一。 埋弧焊除了用于金属结构中构件的连接外，还可在基体金属 表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。 随着焊接冶金技术与焊接材料生产技术的发 展，埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等 以及某些有色金属，如镍基合金、钛合金、铜合金等。由于自己的特点，其应用 也有一定的局限性，主要为： （1）焊接位置的限制，由于焊剂保持的原因，如不 采用特殊措施， 埋弧焊主要用于水平俯位置焊缝焊接， 而不能用于横、 立、 仰焊； （2）焊接材料的局限，不能焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金，主要用于 焊接黑色金属； （3）只适合于长焊缝焊接切，且不能焊接空间位置有限的焊缝； （4）不能直接观察电弧； （5）不适用于薄板、小电流焊。 二、熔化极气体保护焊（GMAG） GMAG 属于用电弧作为热源的熔化焊方法，其电弧建立在连续送进的焊丝 与熔池之间熔化的焊丝金属与母材金属混合而成的熔池在电弧热源移走后结晶 形成焊缝并把分离的母材通过冶金方式连接起来。 CO2 焊接的特点： （1）在焊接电弧高温作用下 CO2 会分解成 CO、O2 和 O， 对电弧具有叫强烈的压缩作用， 从而导致该焊接方法的电弧形态具有弧柱直径较 小，弧跟面积小且往往难于覆盖焊丝端部全部熔滴的特点，因此熔滴受到的过渡 阻力（斑点力）较大而使熔滴粗化，过渡路径轴向性变差，飞溅率大； （2）对焊 接区保护良好， 2 的密度是常用保护气体中最大的， CO 加上 CO2 气体受热分解后， 体积增大，因此保护较好； （3）能量相对集中，熔透能力较大； （4）生产成本低， 节约电能。 （5）工艺和技术上还具有焊接区可见度好，便于观察、操作；焊接热 影响区和焊接变形较小；熔池体积较小结晶速度较快，全位置焊接性能良好；对 锈污敏感度低的优点。 冶金特性： （1） 、合金元素的氧化 CO2 焊时，在电弧高温作用下，CO2 会分 解成 CO、O2 和 O，在焊接条件下，CO 不溶于金属，也不参与反应，而 CO2 和 O 都有强烈的氧化性，使 Fe 及其它合金元素氧化。 、脱氧及焊缝金属的合金 （2） 化 通常在焊丝中加入一定量的脱氧剂进行脱氧，此外，剩余的脱氧剂作为合金 元素留在焊缝中，以弥补氧化烧损损失并保证焊缝的化学成分要求。 熔滴过渡： 、短路过渡（短弧、细丝、小电流）适用于薄板全位置焊接； （1） （2） 、细颗粒过渡，粗丝、长弧、大电流焊接； （3） 、潜弧射滴过渡（很少用） 。 电源：平特性电源（单旋钮调节） 、直流反接、等速送丝 焊接材料：CO2 气体和焊丝 适用范围：目前 CO2 气体保护焊广泛应用于机车制造、船舶制造、汽车制 造、采煤机械制造等领域。适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢，但是 不适合于焊接有色金属、不锈钢。尽管有资料显示 CO2 气体保护焊可以用于不 锈钢的焊接，但不是焊接不锈钢的首选。 三、钨极氩弧焊（GTAW 或 TIG） 钨极氩弧焊是以难熔金属钨或其合金棒作为电源一极， 采用惰性气体氩气作 为保护气体，利用钨极与工件之间产生的电弧热作为电源，加热并熔化工件和填 充金属的一种焊接方法。 特点：由于电弧是在氩气中进行燃烧，因此具有以下优缺点：1） 氩气具有 极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气；它本身既不与金属起化学反应，也不 溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此获得较高质量的焊缝提 供良好条件。2）钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（10A）仍可稳定 燃烧，特别适用于薄板材料焊接。3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入 容易调整所以这种焊接方法可进行全方位焊接， 也是实现单面焊双面成型的理想 方法。 4）由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。5)交流氩 弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜作用，因此，可成功地焊接一 些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及合金。6）钨极承载电流能力较差，过 大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此， 熔敷速度小、熔深浅、生产率低。7）采用氩气较贵，熔敷率低，且氩弧焊机有 较复杂，和其他焊接方法（如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2-气体保护焊）比 较，生产成本较高。8）氩弧周围受气流影响较大，不易室外工作。 熔滴过渡：有填丝时搭桥过渡 电源：陡降电源、直流正接； 焊铝采用交流、陡降电源，需引弧、稳弧措 施 焊接材料：保护气体、钨极 适用范围：广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所 用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的 导弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。 四、等离子弧焊（PAW） 借助水冷喷嘴等措施，可以使电弧的弧柱区横截面积减小，电弧的温度、能 量密度、等离子的流速都显著提高，这种用外部拘束使弧柱受到压缩的电弧称为 等离子弧。等离子弧是电弧的一种特殊形式，是一种具有高能量密度的电弧，仍然是气体导 电现象。 等离子弧焊接是利用等离子弧的热量加热熔化工件和母材实现焊接的 方法。 特点： （1）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，1012mm 厚 度钢材可不开坡口， 能一次焊透双面成形， 焊接速度快， 生产率高， 应力变形小。 （2）焊缝截面成酒杯状，无指状熔深问题。 （3）电弧挺直性好，受弧长波动的 影响，熔池的波动小。 （4）电弧稳定 0.1A，仍具有较平的静特性，配用恒流源， 可很好的进行薄板的焊接（0.1mm）（5）钨极内缩，防止焊缝夹钨（6）采用小 。 孔焊接技术，实现单面焊双面成形。 （7）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接，焊枪的可达性比 TIG 差。（8）电弧直径小，需要焊枪轴线与焊缝中线更准确地对中。 冶金反应：单一，只有蒸发 电源：陡降电源、直流正接；焊接铝镁时用交流、陡降电源、需引弧、稳弧 措施 焊接材料：保护气体、钨极。 适用范围：广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用 的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的导 弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。 五、电阻焊 焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生 的电阻热，将其加热到熔化或塑性状态，形成原子间的结合。 优点：1）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过 程简单。 2）加热时间短、热量集中、故热影响区小，变形与应力也小，通常在 焊后不必安排校正和热处理工序。 3）不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、 乙炔、氩等焊接材料，焊接成本低。4）操作简单，易于实现机械化和自动化， 改善了劳动条件。 5）生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以 和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离。 缺点： 1）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工 件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。 2）点、缝焊的搭接接 头不仅增加了构件的重量，且因在两板间熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强 度和疲劳强度较低。 3） 设备功率大， 机械化自动化程度较高， 使设备成本较高、 维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。 适用范围：在汽车、飞机、仪器、家电、建筑用的钢筋、等行业有广泛应用 适用材料广泛，只是易氧化金属的电阻焊焊接性稍差。 焊接方法的分类 随着生产和科学技术的不断发展,目前金属焊接方法的种类很多,如果按照焊接过程的特点区分,可以归纳为三大类.：（分类族系法） 熔焊、压焊、钎焊 。 1）熔焊定义： 在不是施加压力的情况下，将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。电弧焊：熔化极 熔化极（焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、螺熔化极 柱焊） 非熔化极（钨极氩弧焊、等离子弧焊、碳弧焊、原子氢 非熔化极焊、气焊、氧氢、氧乙炔、空气乙炔、铝热焊、电渣焊、电子束焊、 激光焊）。这一类焊接方法的共同特点是,利用局部热源将焊件的接合处及填充金属材料(有时不用填充金属材料)熔化,不加压力而互相熔合,冷却凝固后而形成牢固的接头.电弧焊、电渣焊都属于这一类。 2）压焊定义：焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)，以完 成焊接的方法称为压焊。 电阻焊（点焊、缝焊、凸焊、对焊、高频焊)；冷压焊 （超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、摩擦焊、气压焊）。这一类焊接方法的共同特点是，焊件不论加热与否均施加一定压力，使两结合面紧密接触产生结合作用，从而使两焊件连接在一起，接触焊与摩擦焊等都属于这一类.。 3）钎焊定义：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材， 填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法称为钎焊 （火焰、感应、炉中、浸渍、电子束、红外线等）。钎焊与熔焊相似，却有着本质的区别，它是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点却低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。最小电压原理最小电压原理是电弧的一种特性，用以表征电弧的最小能量消耗的性能。大家知道，自由电弧是在两个电极之间的气体放电现象，其导电截面可以自由扩大和缩小，也就是输入电弧的能量等于电弧散出的能量，于是表征电弧特性的各种物理参数，如弧柱直径（D）、弧柱温度（T）和弧柱电场强度（E）等都为确定值，其大小都遵循着能量消耗最小原则。最小电压原理是：对一个轴线对称的电弧，在给定的电流和边界条件下，当电弧处于稳定状态时，其弧柱直径（D）或温度（T）应使弧柱电场强度（E）具有最小值。利用最小电压原理可以解释许多电弧现象，例如当电弧被周围介质强迫冷却时（高速气流或环境温度降低），电弧将自动收缩其断面，使其电流密度升高，电场强度和电弧温度也提高。因为电弧的散热增加，要求电弧产生更多的热量给与补偿。电弧产热为IE，如果电流I不变，则E必定要增加。根据最小电压原理，电弧有自动使E增加到最小限度的倾向，也就是热损失最小的倾向。所以在电弧被冷却时，电弧将自动收缩到某一个直径，这时电弧电场强度E增加得最小。2012-02-20 14:20 熔滴过渡主要形式及其特点 焊丝（条）端头的金属在电弧热作用下被加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝（条）进入熔池，称之为熔滴过渡。种类介绍：熔滴过渡状态是指焊条熔化后滴入熔池的状态。对熔滴过渡产生影响的因素包括保护气体的种类和成分，焊接电流和电压，焊条的成分和直径等。 1.粒状熔滴过渡(Globular transfer)：指熔滴直径比所使用的wire直径大时的过渡状态。可以细分为低电流和中间程度的焊接电流范围内所产生的drop transfer和较高电流co2焊接时产生的repelled transfer。2.短路熔滴过渡(Short circuiting transfer)：Wire端部产生的熔滴与熔池直接接触过渡。在低电流电压co2焊接时，或在惰性气体成分高的焊接条件下，即MAG或MIG焊接时会出现。3.旋转熔滴Rotatingtransfer :在GMAW的大电流领域产生的现象。由于电流越高熔合效率越高，因此从效率方面考虑时电流越高越好。但是与其相对应缺点是很难控制熔池，易产生焊接不良。目前对提高焊接效率的研究主要集中在rotating mode的control方面。4.射流过渡Spraytransfer :是指比焊接wire小的熔滴的过渡状态。在较高电流中Ar主成份的保护气体焊接时产生。喷雾过渡时熔滴一滴一滴有规律的过渡，因此称为projectedtransfer。熔化后滴落的wire前端形成小的粒状，熔滴以流淌的状态过渡，称为streaming transfer。另外熔化的wire前端拉长并高速旋转的过渡称为rotating transfer。5.球状体过渡前端熔化金属变大形成球状，继而发展为比表面张力还重的大粒熔滴，向母材侧落下过渡的形态叫球状体过渡。这种形式在CO2焊接的电流区更明显。因熔滴过渡时不是直落而下，所以焊缝略显不规则，飞溅也多。 短路过渡：使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。A、当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。在图中短弧区，焊接电流迅速提高。当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。B、采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。C、当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中。D、随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。E、从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。F、电弧对焊丝和焊缝进行加热。G、在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。H、当电压降低到电弧电压以下时，短路过渡过程结束，焊丝接触到焊缝并熄灭。短路过渡工艺过程中的注意事项如下。焊丝熔滴只在短路过渡时才能熔入焊缝金属中，并且没有金属离子通过电弧。短路过渡的熔滴过渡周期为20250次/s。在短路过渡过程中，电流产生的磁力场是主要影响因素，而重力不是主要因素，因此所有的焊接位置均可以采用。焊丝周围的电流磁力场在短路过渡过程中会引起电磁收缩效应，焊丝顶部熔化的金属熔滴在电磁收缩力的作用下转变成球形熔滴并附着在顶部，形成一个自由熔滴并进人焊接熔池。短路过渡适合于直径为1.2mm焊丝的焊接。厚板材料采用大直径焊丝，并且采用喷射过渡来提高金属熔敷效率。短路过渡对于母材的焊接热量输入较低，因此比较适合焊接薄板，焊接过程中不会产生烧穿现象，常用于焊接板厚小于5mm的碳钢和低合金钢。 自由过渡：熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池的过渡形式称为自由过渡。因条件不同，熔滴的自由过渡又可分为滴状过渡和喷射过渡两种形式。 滴状过渡：焊接电流较小时，熔滴的直径大于焊丝直径，当熔滴的尺寸足够大时，主要依靠重力将熔滴缩短拉断，熔滴落入熔池，熔滴的这种过渡形式称为滴状过渡。（1）轴向滴状过渡：焊条电弧焊、富氩混合气体保护焊时，熔滴在脱离焊条(丝)前处于轴向(下垂)位置(平焊时)，脱离焊条(丝)后也沿焊条(丝)轴向落入熔池，这种过渡形式称为滴状过渡。（2）非轴向滴状过渡：多原子气氛(CO2、N2、H2)中，阻碍熔滴过渡的力大于熔滴的重力，熔滴在脱离焊丝之前就偏离轴线，甚至上翘，在脱离焊丝之后，熔滴一般不能沿焊丝轴向过渡，形成飞溅，称为熔滴的非轴向滴状过滤。喷射过渡熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式，称为喷射过渡，喷射过渡可分为射滴过渡和射流过渡两种形式。（1）射滴过渡：在某些条件下，形成的熔滴尺寸与焊丝直径相近，焊丝金属以较明显的分离熔滴形式和较高的速度沿焊丝轴向射向熔滴的过渡形式，称为射滴过渡。（2）射流过渡：在某些条件下，因电弧热和电弧力的作用，焊丝端头熔化的金属压成铅笔尖状，以细小的熔滴从液柱尖端高速轴向射入熔池的过渡形式，称为射流过渡。这些直径远小于焊丝直径的熔滴过渡，频率很高，看上去好像是在焊丝端部存在一条流向熔池的金属液流。焊接应力与焊接变形 一、焊接应力 在没有外力的情况下，物体内部存在的应力称为内应力，内应力在物体内部自相平衡，即物体内部各方向的内应力总和等于零，内应力对于任何一点的力矩总和等于零。常见的内应力有以下几种： 1、热应力：又称温度应力。它是在不均匀加热及冷却过程中所产生的应力，它与加热温度和加热不均匀程度、焊件的钢度以及焊件材料的热物理性能等因素有关。 2、相变应力：金属发生相变时，由于体积发生变化而引起的应力。 3、装配应力：在装配和安装过程中产生的应力。例如：紧固螺栓、热套结构等均匀有内应力产生。 4、残余应力：当构件上承受局部荷载或经受不均匀加热时，都会在局部地区产生塑性应变。当局部外载撤去后或热源离去，构件温度恢复到原始的均匀状态时，由于构件内部发生了不能恢复的塑性变形，因而产生了内应力，即残余应力。残留下来的变形即残余变形。 焊接过程中焊件的热应力是随时间而变化的瞬时应力，焊后残余下来，即为残余应力。按照焊接应力在空间的方向可以分为单项应力、双向应力和三项应力。薄板对接时，可以认为是双向应力。大厚度焊件的焊缝，三个焊缝的交叉处以及存在裂缝、加渣等缺陷通常出现三向应力，三相应力使材料的塑性降低、容易导致脆性断裂，它是一种最危险的应力状态。 二、焊接变形 1、焊接变形发生的原因 钢材的焊接通常采用熔化焊方法,把焊接局部连接处加热至溶化状态形成熔池,待其冷却结晶后形成焊缝,使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热时还焊接接头局部加热不均匀,金属冷却后沿焊缝纵向收缩时受到焊件低温部分的阻碍，使焊缝及其附近区域受拉应力，远离焊缝区域受压应力。因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行,膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形，焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来，焊接变形因此产生。 2、焊接变形的主要形式： 焊接变形主要有收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和破浪变形五种基本形式。其成因如下：收缩变形是由于焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直焊缝方向）收缩引起的；角变形由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形；弯曲变形T型梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起的工件弯曲；扭曲变形由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接加工过程中；波浪变形这种变形易发生在波板焊接过程中。是由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件成波浪形。错边变形焊接过程中，由于两块板材的热膨胀不一致，可能引起长度方向或厚度方向上的错边。焊接变形的影响因素及预防措施 焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多,但归纳起来主要有材料性能、设计结构和焊接工艺三个方面。 一、材料因素的影响金属的焊接是金属的一种加工性能，接变形的影响不仅和焊接材料有关,而且和母材也有关系,它决定于金属材料的本身性质和加工条件。金属的化学成分不同，其焊接性也不同。碳的影响最大，其它合金元素可以换算成碳的相当含量来估算它们对焊接性的影响。 碳当量CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Gr+Mo+V)/5(%)，式中各化学元素含量取其成分的上限。碳当量越大，焊接性能越差。 当CE0.4%时，钢材焊接性良好，冷裂纹倾向小，焊接时一般不需加热；当CE=0.40.6时，焊接性较差，冷冽倾向明显，焊接时需预热并采取其它工艺措施；CE0.6时，焊接性差，冷冽倾向严重，焊接时需要较高预热温度和严格的工艺措施。 二、结构设计因素的影响 焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键,也是最复杂的因素。虽然焊接工件随拘束度的增加,焊接残余应力增加,焊接变形相应减少，但在焊接变形过程中,工件本身的拘束度是不断变化着的，复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位,而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加。在设计焊接结构时,常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性,这样做不但增加了装配和焊接工作量,而且给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此,在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化,对减小焊接变形有着十分重要的作用。 三、焊接工艺的影响 1、焊接方法的影响：熔焊使焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的热过程，由于温度分度不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝周围受到一次不同规范的热处理，引起相应的组织和性能的变化，直接影响焊缝质量。在金属结构焊接常用的焊接方法有埋弧焊，手工焊和CO2气体保护焊等，各种焊接方法的热输入差别较大，其中埋弧焊热输入最大，收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。一般情况下，焊接热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，接头塑性变形区增大。 2、焊接接头形式的影响1)表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。2)T形角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。3)对接接头在单道(层)焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。4)双面焊时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。焊缝横向收缩变形近似值接头形式板厚mm34488121216162020242430收缩量V形坡口对接0.71.31.31.41.41.81.82.12.12.62.63.4X形坡口对接1.61.91.92.42.42.82.93.2单面坡口十字接头1.51.61.61.81.82.12.12.52.53.03.03.53.54单面坡口角焊缝0.80.70.60.4无坡口单面角焊缝0.90.80.70.4双面断续角焊缝0.40.30.2 3、焊接层数的影响1)横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。2)纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。 焊接变形的预防与控制措施： 一、设计措施 1、尽量减少焊缝数量焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。坡口尺寸越大，焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，收缩变形越大。在设计焊接结构时，应当避免不必要的焊缝，尽量选用型钢、冲压件代替焊件。合理地选择肋板的形状,适当地安排肋板的位置,优化肋板数量，避免不必要的焊缝,以减少肋板数量来减少焊接和矫正变形的工作量。 2、合理地选择焊接的尺寸和形式 焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊