论文部分内容阅读
摘要：埋弧焊是一种自动化的、高熔敷效率的焊接方法，它能以较快的速度产生平滑且大熔深的焊缝。焊接参数对焊接接头的质量有很大的影响。焊接接头的焊接质量可以通过焊缝几何形状及机械性能来评估。本文探讨了埋弧焊焊接参数对焊接质量的影响。
关键词：埋弧焊；参数影响；焊缝几何形状；热影响区
引言
焊接是最有效、最经济的金属连接方法之一。焊接对现代工业有着极大的影响，它能够极大的提高工程设备的运转效率、生产效率和使用寿命。焊接是最普通的制造技术，它被广泛的应用于零件间的连接以获得较高的接头质量。现在在制造业的发展趋势是能极大提高生产率的自动化焊接。埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管道、船舶、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。
1.埋弧焊焊接参数
埋弧焊焊接参数的选择对焊接接头的质量有很大的影响。埋弧焊焊接工艺参数包括焊接电流大小、电流种类与极性、电弧电压、干伸长度、焊接速度、焊丝和焊剂的成分与配合等。 1.1. 焊接电流及送丝速度
焊接电流过大，易使焊件产生咬边、焊穿，增加焊件变形和金属飞溅量，还会使焊接接头的组织由于过热而发生变化，导致力学性能下降；焊接电流过小，又会造成未焊透、夹渣和成形不良等缺陷。焊接电流的变化还将影响送丝速度，送丝速度是对熔化和熔深的最有影响力的因素。焊接电流增加，送丝速度增加，熔敷速率和熔深增加，焊缝的宽度变化不大。送丝速度是对稀释率最有影响的因素，熔深，余高和稀释率和热影响区会随送丝速度的增加而增加，如图1所示。这是由于随着送丝速度的增加，电弧电流的增大导致的热输入的增加，从而热影响区的面积也增大。1.2.电弧电压
电弧电压控制电弧长度、熔敷速率、和焊缝金属性能。电压变大时，电弧长度也将变大从而导致焊缝的宽度变宽，熔深几乎不变，但余高减小，焊缝的宽度会变大，如图2表述了焊丝直径和伸出长度一定的情况下，不论极性的正负，焊缝的宽度都会增加。电弧电压还会改变熔敷金属的化学成分。当电弧电压增加时，焊剂的熔化量增加，熔渣和液态金属重量间的比值增大，过渡到焊缝中的合金元素有所增加。
1.3.焊接速度
焊接速度对熔深和熔宽均有明显的影响，当其它焊接参数不变而焊接速度增加时，单位焊缝长度上由电弧提供的焊接热能输入量相应减小，从而使焊缝的熔深、熔宽均减小，但它们并不是线性的变化，如图3所示。焊接速度过快，熔化温度不够，会造成未焊透、未熔合等缺陷。为了保证焊接质量，提高焊接速度的同时，应相应的提高焊接电流和电弧电压。若焊接速度太慢，高温停留时间过长，热影响区宽度增加，将会使焊接接头晶粒变粗，力学性能降低。1.4.焊丝直径
改变埋弧焊的焊丝直径会改变给定的电流密度。当其它焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。1.5.焊丝干伸长度
当其他焊接参数不变而焊丝干伸长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。Datta等[2]研究发现随着干伸长度的增加会导致焊缝硬度增加，冲击强度和屈服强度降低1.6.焊接极性
埋弧焊时如使用直流电源，一般都用直流反接。正接和反接对熔深和焊缝形状有不同影响。反接时由于电弧阳极的温度高于阴极（2/3的热量产生于焊丝），使焊丝熔化加速，但却使熔深略有减小，弧柱覆盖面的热量增加，因而熔宽也略有增加，而由于熔宽的增加使熔池表面积同步增加，在熔池体积不变的情况下，使余高反而略有减小，同时将有更多的焊剂熔化，使得进入焊缝的合金元素增多。如图9表述了极性对焊丝熔化率的影响。1.7.焊剂
焊剂的作用主要是保护熔池不被大气污染，同时还提供了进入焊缝的合金元素。Fleck等人[3]研究指出，填充焊丝和焊剂的组成对达到焊件所需性能和微观组织形成具有决定性的作用。焊剂主要有SiO2，MnO2和TiO2等成分，焊剂中的硅可以加快脱氧，保证焊缝的致密性；焊剂中的锰可以降低热裂纹的产生，提高焊缝的力学性能；焊剂中的TiO2会导致针状铁素体，它将提高焊缝金属的屈服强度和极限强度。焊缝中添加钼，脆性转变温度会降低和冲击韧性会增加，镍单独存在时焊缝金属表现出较低的韧性和较高的脆性转变温度，而镍和钼的组合的存在下，在焊缝金属中导致更好的韧性。
2.结论
2.1.埋弧焊焊缝的几何形状主要由焊接参数影响，增加电流能增加熔深和稍微增加余高但焊缝的宽度会减小。 然而增加的电弧电压使焊缝更宽更平坦而减小熔深。
2.2.在不增加电流的情况下，提高埋弧焊熔敷速率可以采用较小的电极直径，反接极性和更大的干伸长度，使用双弧模式。
2.3.焊接极性对焊缝金属的化学成分影响深远，焊接参数中的焊接电流、电弧电压、焊接速度以及由三者合成的焊接热输入主要决定焊缝金属的屈服强度和硬度，而焊剂的成分决定冲击韧性。
参考文献：
[1] Tusek， Mathematical modelling of melting rate in arc welding with a triple wire electrode[J]， Journal of Material Processing Technology， 2004，（146）， pp.415-423
[2] Datta，，Effect of electrode stickout on quality and performance of submerged arc weldments-Experimental and statistical analysis[M]， Proceeding of the International Conference on Mechanical Engineering， Dhaka Bangladesh，2005.
[3] Fleck， N.A.； Grong， O.， Edwards， G.R.； Matlock， D.K. （1986）： Role of filler metal wire and flux composition in submerged arc weld metal transformation kinetics， Welding Journal， 5， pp.113s-121s.
[4] 杨英发.埋弧焊工艺参数的经济型优化选择[J].广西质量监督导报，2010，（11）：40-45；
[5] 赵国庆.埋弧自动焊工艺参数对焊缝成形质量的影响[J].黑龙科技信息，2009，（10）：13。
关键词：埋弧焊；参数影响；焊缝几何形状；热影响区
引言
焊接是最有效、最经济的金属连接方法之一。焊接对现代工业有着极大的影响，它能够极大的提高工程设备的运转效率、生产效率和使用寿命。焊接是最普通的制造技术，它被广泛的应用于零件间的连接以获得较高的接头质量。现在在制造业的发展趋势是能极大提高生产率的自动化焊接。埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管道、船舶、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。
1.埋弧焊焊接参数
埋弧焊焊接参数的选择对焊接接头的质量有很大的影响。埋弧焊焊接工艺参数包括焊接电流大小、电流种类与极性、电弧电压、干伸长度、焊接速度、焊丝和焊剂的成分与配合等。 1.1. 焊接电流及送丝速度
焊接电流过大，易使焊件产生咬边、焊穿，增加焊件变形和金属飞溅量，还会使焊接接头的组织由于过热而发生变化，导致力学性能下降；焊接电流过小，又会造成未焊透、夹渣和成形不良等缺陷。焊接电流的变化还将影响送丝速度，送丝速度是对熔化和熔深的最有影响力的因素。焊接电流增加，送丝速度增加，熔敷速率和熔深增加，焊缝的宽度变化不大。送丝速度是对稀释率最有影响的因素，熔深，余高和稀释率和热影响区会随送丝速度的增加而增加，如图1所示。这是由于随着送丝速度的增加，电弧电流的增大导致的热输入的增加，从而热影响区的面积也增大。1.2.电弧电压
电弧电压控制电弧长度、熔敷速率、和焊缝金属性能。电压变大时，电弧长度也将变大从而导致焊缝的宽度变宽，熔深几乎不变，但余高减小，焊缝的宽度会变大，如图2表述了焊丝直径和伸出长度一定的情况下，不论极性的正负，焊缝的宽度都会增加。电弧电压还会改变熔敷金属的化学成分。当电弧电压增加时，焊剂的熔化量增加，熔渣和液态金属重量间的比值增大，过渡到焊缝中的合金元素有所增加。
1.3.焊接速度
焊接速度对熔深和熔宽均有明显的影响，当其它焊接参数不变而焊接速度增加时，单位焊缝长度上由电弧提供的焊接热能输入量相应减小，从而使焊缝的熔深、熔宽均减小，但它们并不是线性的变化，如图3所示。焊接速度过快，熔化温度不够，会造成未焊透、未熔合等缺陷。为了保证焊接质量，提高焊接速度的同时，应相应的提高焊接电流和电弧电压。若焊接速度太慢，高温停留时间过长，热影响区宽度增加，将会使焊接接头晶粒变粗，力学性能降低。1.4.焊丝直径
改变埋弧焊的焊丝直径会改变给定的电流密度。当其它焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。1.5.焊丝干伸长度
当其他焊接参数不变而焊丝干伸长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。Datta等[2]研究发现随着干伸长度的增加会导致焊缝硬度增加，冲击强度和屈服强度降低1.6.焊接极性
埋弧焊时如使用直流电源，一般都用直流反接。正接和反接对熔深和焊缝形状有不同影响。反接时由于电弧阳极的温度高于阴极（2/3的热量产生于焊丝），使焊丝熔化加速，但却使熔深略有减小，弧柱覆盖面的热量增加，因而熔宽也略有增加，而由于熔宽的增加使熔池表面积同步增加，在熔池体积不变的情况下，使余高反而略有减小，同时将有更多的焊剂熔化，使得进入焊缝的合金元素增多。如图9表述了极性对焊丝熔化率的影响。1.7.焊剂
焊剂的作用主要是保护熔池不被大气污染，同时还提供了进入焊缝的合金元素。Fleck等人[3]研究指出，填充焊丝和焊剂的组成对达到焊件所需性能和微观组织形成具有决定性的作用。焊剂主要有SiO2，MnO2和TiO2等成分，焊剂中的硅可以加快脱氧，保证焊缝的致密性；焊剂中的锰可以降低热裂纹的产生，提高焊缝的力学性能；焊剂中的TiO2会导致针状铁素体，它将提高焊缝金属的屈服强度和极限强度。焊缝中添加钼，脆性转变温度会降低和冲击韧性会增加，镍单独存在时焊缝金属表现出较低的韧性和较高的脆性转变温度，而镍和钼的组合的存在下，在焊缝金属中导致更好的韧性。
2.结论
2.1.埋弧焊焊缝的几何形状主要由焊接参数影响，增加电流能增加熔深和稍微增加余高但焊缝的宽度会减小。 然而增加的电弧电压使焊缝更宽更平坦而减小熔深。
2.2.在不增加电流的情况下，提高埋弧焊熔敷速率可以采用较小的电极直径，反接极性和更大的干伸长度，使用双弧模式。
2.3.焊接极性对焊缝金属的化学成分影响深远，焊接参数中的焊接电流、电弧电压、焊接速度以及由三者合成的焊接热输入主要决定焊缝金属的屈服强度和硬度，而焊剂的成分决定冲击韧性。
参考文献：
[1] Tusek， Mathematical modelling of melting rate in arc welding with a triple wire electrode[J]， Journal of Material Processing Technology， 2004，（146）， pp.415-423
[2] Datta，，Effect of electrode stickout on quality and performance of submerged arc weldments-Experimental and statistical analysis[M]， Proceeding of the International Conference on Mechanical Engineering， Dhaka Bangladesh，2005.
[3] Fleck， N.A.； Grong， O.， Edwards， G.R.； Matlock， D.K. （1986）： Role of filler metal wire and flux composition in submerged arc weld metal transformation kinetics， Welding Journal， 5， pp.113s-121s.
[4] 杨英发.埋弧焊工艺参数的经济型优化选择[J].广西质量监督导报，2010，（11）：40-45；
[5] 赵国庆.埋弧自动焊工艺参数对焊缝成形质量的影响[J].黑龙科技信息，2009，（10）：13。