要实现材料焊接并保证焊接质量,除选择正确焊接方法和焊接材料外,执行焊接工艺的一个共同特点就是控制焊接线能量,焊接线能量是保证焊接质量非常关键的一个因素。
焊接线能量影响金属焊接接头的冶金特性和力学性能。线能量过大,容易造成接头和热影响区组织过热,产生过热组织,而使其脆化,降低焊缝和热影响区的硬度和韧性,所以一定要控制。那么什么是焊接线能量?
焊接线能量:是指熔焊时,由焊接热源输入给单位长度焊缝上的能量焦尔/厘米或焦尔/毫米(J/cm或J/mm),亦称热输入。
线能量的计算公式为:
式中 Q——线能量,J/cm或J/mm;
I—焊接电流(A);U—电弧电压(V);V—焊接速度(cm/s或mm/s)。
既然说到焊接线能量、焊接电流、电弧电压等,我们就一起来了解焊接工艺中的焊接工艺参数。先说定义:
焊接工艺参数: 焊接工艺参数是指焊接过程中为保证焊接质量而选定的物理量 ( 焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等 ) 的总称。下面逐一解析,最后一定要记住结论。
1、焊接电流
焊接电流:焊接时流经焊接回路的电流称为焊接电流。
焊接电流大小对熔化速度、母材熔深、焊缝内在质量、焊接接头性能和生产效率有着重要的影响。焊接电流太大,容易在母材金属的两侧产生咬边,甚至烧穿。焊接电流过小,则母材金属未充分加热,容易造成夹渣和未焊透等缺陷。正常情况下,焊接电流大,则熔深大;焊接电流小,则熔深小。
当其它条件不变时,增加焊接电流,则焊缝厚度和余高都增加,而焊缝宽度则几乎保持不变(或略有增加),见图。产生这些现象的原因是:
(1)电流增大后,工件上的电弧力和热输入均增大,热源位置下移,熔深增大。熔深与焊接电流近于正比关系。
(2)电流增大后,弧柱直径增大,但是电弧潜入工件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制,因而熔宽近于不变。
(3)电流增大后,焊丝熔化量近于成比例地增多,由于熔宽近于不变,所以余高增大。
焊接电流对焊缝形状的影响
2、电弧电压
电弧电压:电弧两端(两电极)之间的电压降称为电弧电压。它包括阴极电压降、阳极电压降和弧柱电压降,在数值上等于三个电压降之和。
当其它条件不变时,电弧电压增长,焊缝宽度显著增加而焊缝厚度和余高将略有减少,见图。产生这些现象的原因是:电弧电压增大,电弧功率加大,工件热输入有所增大,同时弧长拉长,分布半径增大,将熔池向两边吹,因而熔深略有减小而焊缝宽度增加。其次弧长增加后,电弧的热量损失加大,所以用来熔化母材和焊丝的热量减少,相应焊缝厚度和余高就略有减小。
电弧电压对焊缝形状的影响
由此可见,电流是决定焊缝厚度的主要因素,而电压则是影响焊缝宽度的主要因素。因此,为得到良好的焊缝形状,即得到符合要求的焊缝成形系数,这两个因素是互相制约的,即一定的电流要配合一定的电压,不应该将一个参数在大范围内任意变动。
3、焊接速度
焊接速度:单位时间内完成的单道焊缝长度称为焊接速度。
焊接速度对焊缝厚度和焊缝宽度有明显的影响。其他参数不变的情况下,当焊接速度增加时,焊缝厚度和焊缝宽度都大为下降,见图。这是因为焊接速度增加时,焊缝中单位时间内输入的热量减少了。
焊接速度对焊缝形状的影响
从焊接生产率考虑,焊接速度愈快愈好。但不要误认为焊接生产效率的高低取决于焊接速度。不是焊接速度越高,焊接生产效率就越高,而是焊接电流大小决定焊接生产效率的高低。焊接电流越大,单位时间内熔化金属量越多,则焊接生产效率越高。在一定焊接电流下,焊接速度的大小影响着焊道厚度。焊接速度大则焊道薄,焊接速度小则焊道厚。
但当焊缝厚度要求一定时,为提高焊接速度,就得进一步提高焊接电流和电弧电压,所以,这三个工艺参数应该综合在一起进行选用。
焊接速度可由电焊工根据具体情况灵活掌握,原则是:保证焊缝具有所要求的外形尺寸,保证熔合良好。在焊接过程中,焊工应随时调整焊接速度,以保证焊缝的高低和宽窄的一致性。如果焊接速度太小,则焊缝会过高或过宽,外形不整齐,焊接薄板时甚至会烧穿。如果焊接速度太大,焊缝较窄,则会发生未焊透的缺陷。
总结。焊接线能量是保证焊接质量的非常关键的因素,所以要控制匹配好焊接电流、电弧电压和焊接速度这三者之间的关系。总体而言:三者对焊缝形状的主要影响为(基本知识、重要):
当其它条件不变时,增加焊接电流,焊缝厚度和余高都增加,而焊缝宽度则几乎保持不变(或略有增加);
当其它条件不变时,电弧电压增大,焊缝宽度显著增加,而焊缝厚度和余高略有减少;
当其它条件不变时,焊接速度增加,焊缝宽度、焊缝厚度和余高都减少。