第三章母材熔化与焊缝成形

第三章 母材熔化与焊缝成形

池长度越小，因此电弧的功率和焊速受到限制。

一些现场安装的管子在焊接时不允许转动，此时只能采用焊枪绕工件转动的全位置焊接方法。这时焊接熔池的位置和熔池金属的受力状态在焊接过程中是不断变化的。在这种条件下，即使是环缝的间隙和坡口尺寸一致，要保证整条环缝的熔深和正、反面成形符合要求也是不易达到的。为了防止熔池金属的流淌，熔池的体积、电弧的功率就应受到限制。通常采用细焊丝、小电流进行焊接，或者采用脉冲电弧等。壁厚稍大时就得采用多层焊，多层焊时应尽可能使每层焊缝的成形均匀一致。自动焊时，通常采用把整个圆周按其空间位置划分成几个区域，在不同的区域采用不同的工艺参数。焊接时，当焊枪运行至不同的区域时，程序控制装置将焊接工艺参数自动切换到相应的预定值。

三、引弧、收弧与成形控制

在焊缝的引弧及收弧处，由于焊件传热条件与正常焊接过程中有所差异，因此容易出现焊缝成形不均匀，使之成为整个焊缝的薄弱环节。必须采取有效措施，对引弧及收弧过程加以控制，才能保证整条焊缝的质量。

（一）焊接过程的引弧控制

在焊接过程中，首先要求可靠地引燃电弧。另外，焊接刚开始时，由于电弧对焊件传递的热量容易因冷态焊件导热过快而散失掉，使引弧处的热量积累小，所形成的熔池体积也相应小。这时，如果引弧后立即让电弧按正常的焊接速度沿接缝向前移动，就容易造成引弧处焊缝熔透不足和熔宽较窄。在熔化极焊接情况下，电弧引燃后焊丝就随着熔化并过渡到熔池中去，也容易在引弧处使焊缝余高过高。此外，因熔池散热冷却较快，如果熔池中含有气体来不及上浮外逸，往往

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在引弧处焊缝金属中出现气孔。

由于上述原因，焊接过程中应重视引弧控制问题，其内容主要有如下两方面： 1）电弧的启动性能要好，即要求电弧应能可靠、稳定地引燃。对于熔化极焊接，还要求焊丝在引弧时不产生爆断和金属飞溅。

2）要保证引弧处具有满意的焊缝成形和冶金质量。

不熔化极电弧焊接时，由于电极不产生熔化过渡，因而引弧控制问题比较简单，关键是应保证电弧能可靠地引燃和引弧处焊缝能熔透。

目前，不熔化极气体保护焊，如钨极氩弧焊和等离子弧焊，常用的引弧方法有接触引弧、高频引弧或脉冲引弧等。

不熔化极气体保护焊时，为了保证引弧处的焊缝成形与质量，目前常采用引燃电弧后在引弧处停留一短时间，以便对金属预热，待焊件接缝处充分熔透以后才填加焊丝，并使电弧向前移动，这样就可以避免产生焊缝余高过高或出现气孔等缺陷。在自动焊时，要求焊机应带有可调节预热时间的程序控制电路，以适应不同的焊件结构与厚度对预热的要求。

用不熔化极气体保护焊焊接平板的纵长缝时，为了简化引弧和收弧控制，并消除引弧和收弧对焊缝成形质量的影响，可采用在焊件接缝两端接引入板和引出板的办法（图3-20）， 让焊接的引弧和收弧工作在这两块板上进行，焊后再切除这两块板，可保证焊件上的焊缝成形良好和质量均匀。

熔化极电弧焊接对引弧控制要求较高，不仅要求引弧时焊丝不产生大段爆断，而且要保证引弧处焊缝熔透和余高不至于过大等，通常采用接触短路引弧的方式。此时，由于焊丝端面和焊件表面之间在接触瞬间有较大的接触电阻，故在接触点处通过短路电流时会使金属强烈加热、熔化与蒸发。理想的引弧过程，应该是在接触点熔化与蒸发后能使焊丝末端和焊件表面之间立即形成小间隙，从而

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使电弧迅速而稳定地引燃。但是，引弧时接触点处的接触电阻并不是恒定的，它随材料的原始条件（如材料性质、表面状态等）不同和加热过程而变化。例如，当采用等速送丝时，在焊丝的送进力作用下，加热软化后的接触点处会产生塑性变形，使接触面积增大和接触电阻降低，因而不一定焊丝在接触点处发生熔断并形成间隙而引燃电弧。

根据引弧过程拍摄的高速摄影影片分析，在接触短路引弧时，焊丝有可能在外伸长度上的三个不同位置发生熔断，如图3-21中A、B、C所示。只有在中A点熔断时，才能迅速可靠地引燃电弧并转到正常燃弧状态，此时不会出现引弧过程的金属飞溅；而在B点和C点熔断时，则不能可靠地引燃电弧，且伴随有金属飞溅。因此必须采取相应措施，改善电弧的启动特性，保证焊丝在A点优先熔断，其措施有：

（1）对焊接电源特性采用启动补偿 即要求焊接电源在冷态引弧时能提供较高的短路电流增长速度和短路峰值电流以使A点能优先熔断，而在电弧引燃后能自动转换成正常焊接条件所需要的动特性。但是，若采用这种启动补偿，焊接电源应带有电源特性的自动转换装置，故设备比较复杂。

（2）适当选定焊接回路的电感值 即通过调节附加电抗器的电感值，使在满足正常焊接需要下适当兼顾引弧时对电感值的要求，以提高冷态引弧时的短路电流的增长速度，改善电弧启动特性。

（3）用缓送丝引弧 一般缓送的送丝速度约为正常送丝速度值的30%～50%，这样在引弧过程中可减小A点产生的压力，送丝力对使RA值缓慢降低，易于在A点优先熔断。在电弧引燃后应及时转换送丝速度，使恢复到正常焊接所要

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求的送丝速度。

（4）弧前预先用钢丝钳将焊丝末端剪尖，使接触电弧RA增大，保证在A点优先熔断。

（5）在半自动熔化极气体保护焊时采用滑擦引弧方式 因为半自动过程中焊枪是由手工操作的，因而在操作技术熟练的情况下可以采用手弧焊的滑擦引弧方式，使电弧迅速引燃，以改善电弧启动特性。

实践表明，改善电弧启动特性的措施很多，而如何选用则应按具体情况来确定，可以采用其中一条措施，或者两条措施结合使用，通过试验来最后决定。

为了保证引弧处焊缝成形质量均匀，生产中多采用工艺补偿的办法，例如： 1）在焊接平板纵长焊缝时，可在焊件接缝两端放置引入板和引出板，焊后再将它们切除掉。

2）在厚板开坡口多层焊时，可先用钨极氩弧焊进行封底焊，以保证焊缝根部均匀熔透，然后再用熔化极电弧焊焊接上面几层焊道。

3）若为熔化极脉冲氩弧焊，开始引弧时可采用大脉冲宽度，利用短时间的增大脉冲持续时间以提高焊接电流平均值，增加对焊件的热输入，保证引弧处能充分熔透，然后再转换为正常焊接所选用的脉宽比。

此外，还可以根据具体情况，适当地选择引弧点位置，并灵活掌握焊接速度，以保证引弧处充分熔透和避免余高过高。总之，对引弧处焊缝成形质量的控制，迄今还是一项有待进一步研究与解决的问题，需要今后在焊接设备和工艺上采取更有效的措施。

（二）焊接过程的收弧控制

为了保证得到优良的焊缝成形质量，通常要求在收弧处也不存在明显的下凹弧坑，以及产生气孔与裂纹等缺陷。另外，在熔化极焊接时，还应该避免收弧过程出现焊丝与焊件粘住，以及防止因电弧返烧而使焊丝与导电嘴粘合等现象。

不熔化极气体保护焊，如钨极氩弧焊或等离子弧焊，一般在需要填加焊丝的条件下要填满收弧处的弧坑是比较容易实现的，而不加焊丝时则比较困难。但是，不管填加焊丝与否，如果收弧时不采取适当措施以减小对熔池的热输入和电弧力，那么要完全消除弧坑是不容易做到的，并易产生弧坑裂纹等缺陷。因此，不熔化极气体保护焊焊机的控制装置中常常有填满弧坑的焊接电流控制电路。收弧时，只要把此电路接通，焊接电流就会按一定规律衰减（在大电流等离子弧焊时还要衰减等离子气），从而可保证填满弧坑并避免其它缺陷。

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