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选择工艺参数的原则

时间:2022-10-28 百科知识 版权反馈
【摘要】:选择埋弧焊工艺参数的基本原则,是在保证焊缝成形良好,内在质量和接头性能满足要求的前提下,尽可能提高生产率。焊丝与母材金属的化学成分相差较大时,焊缝化学成分受母材成分影响的程度直接与熔合比有关。因此,应根据具体情况与要求对熔合比进行适当控制。根据焊接规范的不同,埋弧焊缝的母材熔合比为30%~60%。埋弧堆焊时,为减少堆焊层数和保证堆焊层成分,必须减小熔合比。

一、选择工艺参数的原则

选择埋弧焊工艺参数的基本原则,是在保证焊缝成形良好,内在质量和接头性能满足要求的前提下,尽可能提高生产率。决不能单纯追求生产率而盲目选用粗焊丝和大电流焊接,必须考虑各种工艺参数之间的配合和每种规范的合理范围。通常都要考虑焊缝形状系数、熔合比、焊接线能量三方面。

1.焊缝形状系数

埋弧焊的焊缝形状和尺寸,通常是指焊缝的横截面,焊缝形状特征的基本尺寸如图3-1所示,B为焊缝宽度,简称熔宽;H为基

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图3-1 各种焊接接头的焊缝形状

本金属的熔透深度,简称熔深;h为焊缝的堆覆高度,称为余高量;焊缝熔宽与熔深的比值称为焊缝形状系数ψ,即ψ=B/H;焊缝形状系数ψ对焊缝质量影响很大,当ψ选择不当时,会使焊缝内部产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。通常,形状系数ψ控制在1.3~2较为合适。这对熔池中气体的逸出以及防止夹渣、裂纹等均有利。

影响形状系数的主要参数是焊接电压和焊接电流。焊接电流大时熔深大,这时如果不相应提高电弧电压,焊缝形状系数就可能太小。但要注意,对于一定的焊接电流,过分提高电弧电压也是不必要的,会使焊缝过宽或造成缺陷。埋弧焊时,焊接电流与相应的电弧电压见表3-1。

表3-1 埋弧焊焊接电流与电弧电压的对应关系

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2.熔合比

如图3-1所示,焊缝中基本金属熔化的横截面积为Fm,填充金属的横截面积为FH,焊缝的横截面积为Fm+FH,Fm/(Fm+FH)是焊缝的熔合比γ。熔合比γ的大小会影响焊缝的化学成分、金相组织和机械性能。

熔合比可表示母材金属在整个焊缝中所占比例的大小,因此当

焊丝与母材金属的化学成分相差较大时,焊缝化学成分受母材成分影响的程度直接与熔合比有关。熔合比越大,母材成分对焊缝成分的影响越大,例如当母材金属比焊丝含有较多的杂质(如S、P等)时,熔合比越大,母材金属中杂质元素混入焊缝中的数量也就越多,使焊缝金属的塑性和韧性下降,增大产生热裂纹的倾向。当母材金属含合金元素较多时,而焊丝含合金元素较少时,如果这些合金元素对改善焊缝力学性能有利,增加熔合比可提高焊缝力学性能。当母材中含合金元素较少,而焊丝材料含合金元素较多时,在这些合金元素对改善焊缝性能起关键作用的情况下,增加熔合比将会导致焊缝的性能下降。因此,应根据具体情况与要求对熔合比进行适当控制。

通常,母材中的含碳量和S、P杂质的含量比焊丝高,合金元素含量与焊丝也有差别。所以母材熔合比大的焊缝,由母材带入焊缝的碳量和杂质较多,当母材合金元素与焊丝有较大差别时,母材对焊缝成分有较大影响。

根据焊接规范的不同,埋弧焊缝的母材熔合比为30%~60%。单道焊缝或多层焊时的第一层焊缝,熔合比较大,熔合比对焊缝韧性和塑性有很大影响,对于某些材料,应防止在第一层焊缝中熔入过多的母材而降低焊缝的抗裂性。埋弧堆焊时,为减少堆焊层数和保证堆焊层成分,必须减小熔合比。

生产中也有采用较大母材熔合比的情况,例如,不开坡口埋弧对接焊时,熔合比较大,用合金元素含量较低的H08MnA或H08A焊丝,配合HJ431焊接16Mn钢,就可以保证焊缝得到合适的化学成分,保证足够的强度。

影响焊缝熔深的不同工艺参数,对焊缝熔合比也都有影响,减小焊缝熔合比的常用措施有减小焊接电流、采用下坡焊或焊丝前倾布置、采用直流正接焊接、增大焊丝伸出长度、用带极代替丝极焊接、不开坡口焊接改为开坡口焊接等。

3.线能量

焊接过程中的加热和冷却对焊接接头的性能有很大影响。焊接时,母材被加热的程度与焊接电弧的功率大小有直接关系,电弧功率越大,对母材的加热越强烈,同时,母材的加热程度还与电弧移动速度(即焊接速度)有关,焊接速度大,每段焊缝得到的电弧热量相应减少。通常,用焊接线能量综合表示这三个因素的影响。焊接线能量是指单位长度的焊缝所得到的焊接电弧热能量(或其他热源的热量)。线能量是由电弧的热功率和电弧移动速度决定的。其计算公式为:

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式中q——焊接线能量(J/cm);

  U——电弧电压(V);

  I——焊接电流(A);

  V——焊接速度(cm/s)。

由线能量公式可以看出,线能量与焊接电流和电弧电压成正比,与焊接速度成反比。也就是说,焊接电流、电弧电压越高,线能量越大;焊接速度增大时,线能量减小。由于埋弧焊的焊接电流和焊接速度能在较大范围内调节,因此,其线能量的变化范围比手工焊接方法的调节范围大得多。

线能量把焊接过程中的焊接电流、电弧电压和焊接速度三个参数密切联系起来。当焊接电流增大或焊接速度减慢而使线能量增大时,过热区的晶粒尺寸粗大,韧性降低;当焊接电流减少或冷却速度增大时,硬度、强度提高,但韧性也会降低。因此,应根据具体钢种和具体焊接方法选用一个最佳的焊接参数。

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