焊接工艺参数对焊接过程稳定性和焊缝质量的影响

焊接工艺参数对焊接过程稳定性和焊缝质量的影响

黄凤龙,黄君辉,德欢,李健

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002

摘要：焊接是一种使材料之间形成永久性连接的加工工艺和技术，是通过加热或加压，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。在工业生产中，焊接主要用于连接金属材料，广泛应用于桥梁、建筑、船舶、航空航天和汽车制造等工业制造领域。金属焊接主要分为熔焊、钎焊和压焊，其中以熔焊的应用最为广泛，而熔焊中最主要的焊接方法是电弧焊。电弧焊以电极和母材之间产生的电弧作为热源，以熔化焊丝和母材，并在母材上形成熔池，冷却后形成焊缝。电弧焊的焊接工艺参数将直接影响焊缝的质量。在正常焊接过程中，由于存在诸多影响因素，焊接压和焊接电流并不能时刻保持稳定的状态，最终会对焊缝的成形造成影响。基于此，本篇文章对焊接工艺参数对焊接过程稳定性和焊缝质量的影响进行研究，以供参考。

关键词：焊接工艺参数；焊接过程稳定性；焊缝质量；影响分析

引言

在社会经济的不断发展和工业的持续进步背景下，现代焊接技术也得到了更好的发展，使得焊接产品的质量也得到了有效的提升，这也让焊接工艺朝着更加标准化的方向进行发展。焊接技术在我国各个领域中都有着非常广泛的应用，在管道焊接、机械设备等领域当中，都占据着关键的位置，在我国科研不断深入的影响下，焊接工艺的质量把控也成为了重点的环节，一旦出现问题就会给社会经济发展带来不利影响，甚至还会给人员安全性带来威胁，因此必须要对焊接工艺质量做好把控，为相关的工作开展提供重要的参考。

1焊接的机理

焊接是将焊料和被焊金属做同时的加热处理，将其加热到最佳的温度之后，再依靠熔融焊料的方式来填满被焊金属间隙，让其成为一个金属合金结合的过程。从微观层面上来看主要可以分为润湿过程和扩散过程。（1）润湿。润湿也被称为是浸润，指的就是熔融焊料在金属表面所形成的均匀且平滑的焊料层，并且还会连续且牢固的附着其上。浸润的程度与焊接表面的清洁程度和焊料表面的张力有着重要的关系，因为金属表面虽然看起来比较光滑，但是将其放置在显微镜下就可以看出，存在着无数的凹凸不平和伤痕现象，熔化的焊料会沿此润湿扩散开来。因此在焊接的过程中需要让焊锡保持在流淌状态，简单来说，润湿就是熔化的焊料沿着物体的表面进行横向的流动。（2）扩散。熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象的影响下，也会出现焊料向固体金属内部扩散的现象。比如说使用锡铅焊料来焊接铜件，在其焊接的过程中，不仅存在表面扩散的现象，还有晶界扩散和晶内扩散的现象。

2焊接工艺评定

焊接工艺评定指的是提前进行的焊接工艺试验和对其试验结果进行评定，其目的是为了对所拟定的焊件焊接工艺的正确性进行验证，并要对该试验结果进行评价，明确是否能应用到具体工程上。除了符合规范规定的免于评定的条件以外，如果是施工方首次采用的钢材种类、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置，包括所采用的焊后热处理措施以及焊接工艺参数、预热和后热措施等各种参数的组合条件，都应在钢构件制作及安装施工前进行焊接工艺评定。焊接工艺评定组成文件包括内容：预焊接工艺规程（ＰＷＰＳ）、焊接工艺评定报告（ＰＱＲ）、焊接工艺规程（ＷＰＳ）、焊接作业指导书（ＷＷＩ）、焊接工艺评定记录表及焊接工艺评定检验结果表等。符合下列情况之一者，可不再做焊接工艺评定：（１）过去已经评定合格的焊接工艺，并经实际验证后，在相同条件下施焊可以不再重做“评定”。（２）同类别钢材，高组别号钢材的“评定”可以替代低组别号钢材的“评定”。反之不可以。（３）同组别号的钢材中，质量等级高的钢材的“评定”可替代质量等级低的钢材评定。反之不可以。（４）对于不同类别号的钢材混合组成的焊接接缝类型，即使不同类别的钢材都已经分别进行过“焊接工艺评定”的，按要求仍应该进行“评定”。但对于类别号为Ⅱ类与Ⅰ类组成的焊接接缝，如果其中类别号Ⅱ的钢材已经评定合格的，这种情况可不再进行这两种类别的混合焊缝的“评定”。

3焊接工艺参数对焊接过程稳定性和焊缝质量的影响

3.1电流、电压和焊速工艺对焊接品质的影响

（1）焊接电流的影响。焊接电流主要影响焊透。当电焊过程中的其他条件不发生变化时，增大电流，使得工件上的电弧力和电弧对工件的热输入增加，进而提升焊缝的渗透率；随着电流的增加，电弧柱的直径增加，但电弧潜入工件的深度增加，电弧点的运动范围受限，电弧宽度基本不变；随着电流的增加，焊丝(熔融弧焊)的熔化量增加，由于熔融宽度几乎不变，残余高度增加。（2）焊接速度的影响。金属的热输入效率主要由焊接速度影响。当其他条件都满足时,焊接速度增加,热输入量的单位长度焊缝和焊接金属线会随之减少,所以穿透深度,融化宽度和残留高度降低,此时的融合率是很难改变的。因此，在实际生产中，需要保证一定的焊接尺寸，提高焊接速度，以达到提高生产率的目的，并相应地提高焊接速度、焊接电流和电弧电压。

3.2电极（焊丝）倾角

在电弧焊接中，根据电极的倾向与焊接方向的联系，将电极分为电极向前倾斜和向后倾斜两类，当电极向前倾斜时，熔宽增大，熔深减小，残余高度减小，前倾角减小越突出。当电极向后倾斜时，情况则正好相反。

3.3焊件材料和厚度

不同的焊接材料具有不同的热和物理性质。在相同条件下具有良好导热性的材料需要更多的热量来熔化每单位体积的金属,焊接部件的密度或液体粘度越高，电弧越难以排出熔池并且越浅。在其他焊接条件等同时，焊件厚度越大，其散热也就相应增多，熔合的深度和宽度就会越小。

3.4焊接方向与角度

在焊接过程中，焊接的方向与角度会对焊缝成形造成影响，错误的方向与角度可能导致焊缝残缺，正确地应用焊接方向与角度才可以促使焊缝快速成形。焊接的操作方式分为左向焊和右向焊，左向焊是指右手持焊枪，焊接方向为从右至左，焊枪喷嘴与焊接方向呈钝角；右向焊是指左手持焊枪，焊接方向为从左至右，焊枪喷嘴与焊接方向呈锐角。焊枪轴线与焊件表面所成的夹角为工作角，在焊枪轴线与焊接方向所在平面内，焊枪轴线与垂直于焊接方向所成的夹角为行走角，右向焊时为后倾角，左向焊时为前倾角。正常情况下，对接焊的工作角度为90°，角接焊的工作角度为45°。

图1焊接方向与焊接角度

从图1可以看出，左向焊时，会造成焊缝熔深较浅，熔宽较小，产生的飞溅较小，同时，左向焊会阻挡操作者视线，操作困难；右向焊时，会造成焊缝熔深较大，熔宽较大，产生飞溅较大；左向焊具有熔深浅、焊缝宽的特点，适用于薄板焊接；右向焊具有熔深大、焊缝窄的特点，适用于中厚板焊接；行走角较大时，空气容易卷入焊缝，形成气孔，熔池保护效果较差，熔深较小；行走角较小时，焊缝熔深较大，通常情况下，行走角为10°~15°时，熔池保护效果较好。

结束语

总之，影响焊缝成形的因素很多。为了获得良好的焊缝成形，接头性能和焊缝应基于工件的材料和厚度、接头类型和焊缝的空间位置以及各种工况因素、尺寸要求等，选择合适的焊接方法和焊接工艺因素，以获得更好的焊缝成形，提高焊缝质量。

参考文献

[1]吕剑峰,房志华,张海波,杨占坡.焊接工艺技术及焊接质量控制[J].内蒙古水利,2020(12):79-80.

[2]姚若波,李之达.不同焊接工艺对焊缝低温韧性的影响研究[J].工程与建设,2020,35(06):1337-1339+1341.

[3]王光东.焊接工艺因素对焊缝成形影响的分析[C]//.2020年海南机械科技学术论坛论文集.,2020:8-9.

[4]李志强.不同焊接工艺参数对焊缝组织的影响[J].焊接技术,2019,48(12):20-23+5.

[5]冯忠祥,李召森,贾克元.薄板焊接工艺及焊缝质量控制[J].山东工业技术,2019(11):58.