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电弧焊过程中，熔化焊丝与母材的焊接热源不断地移动，使得不同位置的焊缝所受的热循环作用不同，焊缝成形特点和规律也不同。本节主要介绍对接接头单道焊缝的成形规律与影响因素、缺陷的形成原因及其改善措施。
一、焊缝形成过程
在电弧热的作用下焊丝与母材被熔化，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中，熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。熔池的形状不仅决定了焊缝的形状，而且对焊缝的组织、力学性能和焊接质量有重要的影响。
接头的形式和空间位置不同，则重力和表面张力对熔池的作用也不同；焊接工艺方法和焊接参数不同，则熔池的体积和熔池的长度等都不同。平焊位置时熔池处于最稳定的位置，容易得到成形良好的焊缝。在生产中常采用焊接翻转机或焊接变位机等装置来回转或倾斜焊件，使接头处于水平或船形位置进行焊接。在空间位置焊接时，由于重力的作用有使熔池金属下淌的趋势，因此要限制熔池的尺寸或采取特殊措施控制焊缝的成形。例如采用强迫成形装置来控制焊缝的成形，在气电立焊和电渣焊时皆采用这种措施。
二、焊缝形状与焊缝质量的关系
焊缝的形状即是指焊件熔化区横截面的形状，它可用焊缝有效厚度s、焊缝宽度ｃ和余高ｈ三个参数来描述。图1-30所示为对接和角接接头的焊缝形状以及各参数的意义。合理的焊缝形状要求s、ｃ和ｈ之间有适当的比例，生产中常用焊接成形系数φ =ｃ／Ｓ和余高系数ψ＝ｃ／ｈ来表征焊缝成形的特点。
焊缝厚度是焊缝质量优劣的主要指标，焊缝宽度和余高则应与焊缝厚度有合理的比例。焊缝成形系数φ小，表示焊缝深而窄，既可缩小焊缝宽度方向的无效加热范围，又可提高热效率和减小热影响区，因而从热利用的角度来看是十分有利的。若想得到焊缝成形系数小的焊缝就必须有热量集中的热源，获得较高的能量密度。但若φ过小，焊缝截面过窄，则不利于气体从熔池中逸出，容易在焊缝中产生气孔，且使结晶条件恶化，增大产生夹渣和裂纹的倾向。因此，实际焊接时，在保证焊透（或达到足够焊缝厚度）的前提下焊缝成形系数大小应根据焊缝产生裂纹和气孔的敏感性来确定。比如，埋弧焊时一般要求焊缝成形系数φ ＞1.25；而堆焊时，在保证堆焊成分的前提下可使焊缝成形系数φ＝l0。
除了对焊缝成形系数有要求外，理想的焊缝成形其表面应该是与焊件平齐的，即余高h为零。因为有余高，焊缝和母材连接处不能平滑过渡，焊接接头承载时在突起处就有应力集中，降低了焊接结构的承载能力。但是理想的无余高又无凹陷的焊缝是不可能在焊后直接获得的，因此为了保证焊缝的强度，对一般焊缝允许具有适当的余高，通常对接接头允许h＝0 ~ 3mm 或 φ = 4 ~ 8。对于特别重要的承受动载负荷的结构，在不允许存在余高时，可先焊出带有余高的焊缝，而后用人工磨平。角接接头从承受动载的角度来看，也不希望有余高，最好有呈微凹的平滑过渡的形状。所以对于重要的角接构件，也应焊出余高后再打磨成凹形。
表征焊缝横截面形状特征的另一个重要参数就是焊缝的熔合比。焊缝金属的化学成分一方面与冶金反应时从焊丝和焊剂中过渡的合金含量有关，另一方面也与母材本身的熔化量有关，即与焊缝的熔合比有关。所谓熔合比，即是指单道焊时，在焊缝横截面上母材熔化部分所占的面积与焊缝全部面积之比（Y = Am／（Am＋AH）。熔合比越大，则焊缝的化学成分越接近于母材本身的化学成分。显然焊件的坡口形式、焊接工艺参数都会影响焊缝的熔合比。所以在电弧焊工艺中，特别是焊接中碳钢、合金钢和有色金属时，调整焊缝的熔合比常常是控制焊缝化学成分、防止焊接缺陷和提高焊缝力学性能的重要手段。
三、焊接工艺参数对焊缝成形的影响
电弧焊的焊接工艺参数包括焊接参数和工艺因数等，不同的焊接工艺参数对焊缝成形的影响也不同。通常将对焊接质量影响较大的焊接工艺参数（焊接电流、电弧电压、焊接速度、热输入等）称为焊接参数。其他工艺参数（焊丝直径、电流种类与极性、电极和焊件倾角、保护气等）称为工艺因数。此外，焊件的结构因数（坡口形状、间隙、焊件厚度等）也会对焊缝成形造成一定的影响。
1．焊接参数的影响
焊接参数决定焊缝输入的能量，是影响焊缝成形的主要工艺参数。焊接参数对焊缝厚度S、焊缝宽度ｃ和余高ｈ的影响。
（１）焊接电流 焊接电流主要影响焊缝厚度。其他条件一定时，随着电流的增大，电弧力和电弧对焊件的热输入量及焊丝的熔化量（熔化极电弧焊）增大。焊缝厚度和余高增加，而焊缝宽度几乎不变，焊缝成形系数减小。
（２）电弧电压 电弧电压主要影响焊缝宽度。其他条件一定时，随着电弧电压的增大，焊缝宽度显著增加，而焊缝厚度和余高略有减小，。
不同的焊接方法对焊缝成形系数有自身的特定要求。因此，为得到合适的焊缝成形，一般在改变焊接电流时对电弧电压也应适当地调整。
（３）焊接速度 焊接速度的快慢主要影响母材的热输入量。其他条件一定时，提高焊接速度，单位长度焊缝的热输入量及焊丝金属的熔敷量均减小，故焊缝厚度、焊缝宽度和余高都减小。
增大焊接速度是提高焊接生产率的主要途径之一。但为保证一定的焊缝尺寸，必须在提高焊接速度的同时相应地提高焊接电流和电弧电压。 |
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发表于 2008-11-17 14:50
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