论焊接工艺参数对焊接质量的影响

1、论焊接工艺参数及工艺因素对产品质量的影响概述： 本文通过各种焊接方法的工艺参数及工艺因素对焊接后产品 质量的影响， 详细论述了我厂所采用的焊接方法手工电弧焊、 二氧 化碳气体保护焊、 点焊、凸焊焊接工艺参数及工艺因素与产品质量之 间的关系。1、手工电弧焊 简称手弧焊，是利用焊条与工件间建立起来的稳定燃烧的电弧使焊条 和工件熔化来形成焊接接头的一种焊接方法。 其工艺参数主要包括焊 接电流、焊条直径、焊缝层数、电源种类和极性等。工艺因素包括坡 口尺寸及间隙大小、工件斜度、 工件厚度和工件散热条件等。1.1 焊接电流 其它条件不变时，随着焊接电流的增大焊缝的熔深、熔宽及余高，其 中熔深的增大最明显，

2、而熔宽仅略有增大。这是因为：1.1.1 随电流增大，工件上的热输入和电弧力均增大，热源位置下移， 固熔深增大。1.1.2 随电流增大，电弧截面增加，同时电弧进入工件深度也增加， 使电弧斑点移动范围受限，因此实际熔宽增大较小。1.1.3 随电流增大，焊条熔化量近于成比例增加，而熔宽增大较小 ， 所以余高增大。焊接电流过大易产生咬边、 焊瘤等缺陷。 咬边会减小焊缝有效截 面，产生应力集中， 降低接头强度和承载能力。 焊瘤使焊缝截面突变， 形成尖角，产生应力集中，降低接头疲劳强度。焊接电流过小易产生 气孔、未焊透、夹渣等缺陷。气孔会减少接头有效截面，降低接头致 密性，减小接头承载能力和疲劳强度。未焊

3、透会形成尖锐的缺口，形 成应力集中， 严重影响接头的强度和疲劳强度。 夹渣会减少接头的有 效截面，减低接头强度和冲击韧性。1.2 焊条直径焊条直径的大小主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置、焊 道层次等因素。焊件厚度较大时，应选择较大直径的焊条；平焊时， 允许用较大电流进行焊接，焊条直径可以大些；立焊、仰焊及横焊宜 选择较小直径的焊条； 多层焊的第一层焊缝， 为防止产生未焊透缺陷， 应采用小直径焊条。 焊条直径选择不当易产生焊缝尺寸偏差。 尺寸过 小焊缝强度降低；尺寸过大，易产生应力集中，降低接头疲劳强度。1.3 焊缝层数焊缝层数应视焊件厚度而定， 中厚板一般均采用多层焊。 焊缝层 数多些有

4、利于提高焊缝的塑性、韧性，但焊件变形量也相应增加，可 综合考虑后确定。1.4 电源种类和极性直流电源的电弧稳定，飞溅少，焊缝质量好， 因此重要焊接结构 或厚板大刚度结构件的焊接，应采用直流弧焊电源。其余情况下，应 优先考虑采用交流弧焊电源。 碱性焊条施焊或薄板焊接， 应采用直流 反接。酸性焊条施焊，宜采用直流正接。1.5 坡口尺寸和间隙大小对接接头焊接时，可根据板厚采取不留间隙、留间隙、开 V 形 坡口或开 U 形坡口。其它条件不变时，坡口间隙的尺寸增大， 则焊缝熔深略有增加，而余高和熔合比显著减小，因此，通常用 开坡口的方法控制焊缝的余高合调整熔合比。1.6 工件斜度 焊接倾斜的工件时，有上

5、坡焊和下坡焊两种情况，上坡焊时 液体金属的重力有助于熔池排向熔池尾部， 因而熔深、 余高增加， 而熔宽减小。当斜角大于 6-12 度时，则焊缝余高过大，两侧出现 咬边，成形明显恶化。1.7 工件厚度和工件散热条件当熔深不超过板厚的 0.7-0.8 倍时，板厚与工件散热条件对熔深 影响很小， 但工件的散热条件对熔宽及余高有明显的影响。 用同样的 工艺参数冷态厚板上施焊得到的焊缝比在中厚板上施焊的焊缝熔宽 较小而余高较大。当熔深超出板厚的 0.7-0.8 倍时，焊缝跟部出现热 饱和现象而使熔深增大。结论 1：由上可见影响手弧焊焊缝质量的因素很多，要获得良好的焊 缝质量，就要根据工件的材料和厚度、接

6、头的形式，以及工作条件对 焊缝的尺寸要求和接头性能等合理的选择工艺参数。2、二氧化碳气体保护焊C02气体保护焊是采用C02气体作为保护介质的电弧焊方法。CO2 气体保护焊具有气体保护效果良好、 生产效率高、 电弧可见、 抗 锈能力强、节约能源的优点；但它也有一定的缺点：与手弧焊和埋弧焊相比，它的焊缝成形不够美观，焊接飞溅较大；抗风能力差，室 外作业比较困难；弧光较强等缺点。影响C02气体保护焊的工艺参数主要有： 电弧电压、焊接电流、焊 接速度、气体流量、焊丝伸处长度。工艺因素有：喷嘴与工件的距离、 焊接接头形式等。2.1电弧电压及焊接电流电弧电压是焊接参数中关键的一个。它的大小决定了电弧的长短

7、 和熔滴的过渡形式，它对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷以及焊缝的 力学性能有很大的影响。只有电弧电压和焊接电流匹配的较合适 时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成形好。下图为不同直径的焊丝典型的短路过渡焊接工艺参数焊丝直径（mm）0.81.21.6电弧电压（V）181920焊接电流（A）100-110120-135140-180在上表中所选择的规范焊接过程的稳定性和焊接质量都是较好的2.2焊接速度焊接速度对焊缝成形、接头的力学性能以及气孔等缺陷的产生都 有影响，随着焊接速度增大，焊缝熔宽降低，熔深及余高也有一 定减少。焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉。焊接速度太慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等

8、缺陷。2.3焊丝伸处长度其它工艺参数不变时，随着焊丝伸处长度增加，焊接电流下降, 熔深也减小，焊丝熔化加快，从提高生产率上看这是有利的。但 是，当焊丝伸出长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞 溅严重，焊接过程不稳定。同时，伸出长度增大后，喷嘴与工件 间的距离也增大， 因此气体保护效果变差。当然，焊丝伸出长度 过小，势必缩短喷嘴与工件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。 根据生产经验，合适的焊丝伸出长度应为焊丝直径的 10-12 倍， 一般为10-20mm,很少有超过 20mm的。2.4 气体流量细丝小线量焊接时，气体流量的范围通常为5-15L/min;中等规范 时约为 20 L/min; 粗

9、丝大线能量自动焊时则为 25-50 L/min 。保护 气体流量并非越大越好,流量过大易产生紊流,影响保护效果, 使焊缝区出现气孔缺陷。2.5 电源极性CO2 气体保护焊一般采用直流反极性, 因为反极性时飞溅小, 电 弧稳定,焊缝成型较好,而且焊缝金属含氢量低,焊缝熔深大。2.6 喷嘴与工件的距离在电极外伸长度不影响操作且飞溅不堵塞喷嘴的前提下, 喷嘴与 工件的距离应尽可能小。距离小,保护效果稳定可靠。2.7 焊接接头形式接头形式不同, 保护气流在其表面上的覆盖程度也不同。 平对接 和内角焊接时,气流能很好的覆盖接头表面,保护效果良好。外角接或端接焊接时保护效果降低。2.8减小焊接飞溅的一些措

10、施C02气体保护焊最主要的缺点是飞溅大，这里简单介绍一些减少 飞溅的措施。2.8.1正确选择焊接电流与电压在CO2焊中，对于每种直径的焊丝都存在着如下图所示的大致规律：1231I飞溅率2 s与电流|之间的关系1、短路过渡区 2、中等电流区3、细颗粒过渡区由上图可以看出大电流区和小电流区飞溅都较小，而介于两者之间则飞溅率较大。所以选择电流时应避开飞溅率较高的电流区域。电流选择好后再匹配适当的电压，以保证飞溅量最小。我厂所使用的1.2焊丝，焊接电流应小于150A时飞溅较小。2.8.2焊枪角度焊枪垂直焊接时飞溅最小，倾斜角度越大，飞溅越大。焊枪前倾或后倾最好不超过20度。2.8.3采用氩气（Ar）与

11、CO2气体联合保护CO2气体在在电弧温度区间导热率较高，加上分解吸热，消耗大量的 电弧热能，从而引起弧柱及电弧斑点的强烈收缩。 易形成大颗粒飞溅， 这是由于 CO2 气体本身的性质决定的，也是 CO2 焊产生较大飞溅的 最主要的原因。虽然可以通过合理选择工艺参数以及采用潜弧方法等 降低飞溅率，但飞溅量仍然很大。在 C02中加入Ar气，是减少焊接 金属飞溅最有效的办法。随着 Ar 气比例的增大，飞溅逐渐减少。 CO2+Ar 混合气体除了可以减少飞溅外，还可以改善焊缝成形，虽然 它的成本比纯的 CO2 气体高，但可从材料损失降低和节省清理飞溅 的辅助时间中得到补偿，总成本还有降低的趋势。结论 2：

12、CO2 焊在当前被认为是一种高效率、低成本、节省能源的焊 接方法，在我厂应用也较多。其参数控制对焊接质量影响较大，为了 能获得高质量的焊接接头，应对以上各方面的环节进行较好的控制， 以达到工艺要求。3、点焊 点焊是将工件装配成搭接接头并压紧在两电极之间， 利用电阻热熔化 母材金属， 形成焊点的一种电阻焊方法。 一般点焊工艺参数通常应保 证：熔核直径为2倍料厚+3mm;:熔核高度为焊件厚度的35-70%;：表面压坑深度不超过焊件厚度的10-20%。对于我厂所使用的点焊机都是电极力不变的单脉冲点焊循环， 工艺参数主要包括： 焊接电 流和通电时间、电极压力、 电极工作端面的形状和尺寸。对点焊焊接 质

13、量影响最大的工艺因素是焊前表面清理，这里简单介绍一下。3.1 焊接电流焊接电流是决定热量大小的主要因素，它直接影响熔核直径与焊 透率，从而影响焊点强度。焊接电流应有一个范围，太小则不能形 成熔核或熔核过小，太大则易产生飞溅或击穿。3.2 焊接时间焊接时间对对析热和散热影响较大， 在规定的焊接时间内， 焊接区 析出的热量除部分散失外， 将逐渐积累以加热焊接区， 使熔核逐渐 扩大到所需尺寸。 焊接时间对焊点熔核尺寸的影响规律基本同焊接 电流的影响相同。用大电流、短时间的工艺参数，压坑深度小，热 影响区小，焊件变形小，电极磨损慢，电能损耗小，生产率高。但 要求电功率大和控制精确，容易产生飞溅。3.3

14、 电极压力 电极压力影响焊接区的加热程度和塑性变形程度。 随着电极压力的 增大，焊件的接触电阻和本身电阻会减小，电流密度会降低。应保 证能顺利通电和消除焊点不应有的疏松和裂纹。其它参数不变时， 增大电极压力将减慢加热速度， 并使熔核尺寸减小， 导致焊点强度 降低。为保证稳定的焊接质量，在增大电极压力的同时，应相应增 加焊接电流和焊接时间。 减少电极压力易产生焊点疏松和裂纹。 只 有当电极力较大时， 真正加在焊件间触点上的力的波动才会相对减 少，焊点质量就较为稳定。现在点焊正朝着大压力、大功率设备的 方向发展。3.4 电极工作端面的形状和尺寸 电极工作端面的形状和尺寸通常按焊件结构形式、焊件厚度

15、及 表面质量要求等因素选取。 球面电极因头部体积大， 散热效果好， 焊件表面压痕较浅，且为圆滑过渡，不会引起大的应力集中。并 且上下电极安装时对中要求低， 偏斜对焊点质量的影响较小而采 用较多。3.5 焊前表面清理 点焊机的次级电压低、电流大、阻抗小，焊件表面的油污、氧化 皮等为不良导体， 它们的存在直接影响点焊的热量析出、 焊核形 成及电极寿命，并导致缺陷的产生及接头强度与生产效率的降 低。常用的清理方法有机械清理和化学清理两大类： 机械清理可 用旋转钢丝刷或金刚砂毡轮抛光（我厂应用较多） ，该方法设备 简单，但劳动条件差， 生产率低，质量不稳定，工件表面易划伤， 且清理后表面电阻增加快，存

16、放时间短。化学清理包括去油、酸 洗、钝化等，用于批量生产，生产率高，质量稳定，存放时间也 较长。我厂有些零件酸洗后易上锈， 主要原因可能是酸洗后钝化 处理未处理好。结论 3：点焊时可能产生外溢、 压坑过深、 烧穿、裂纹等外部缺陷， 也可能产生未焊透、 缩孔等内部缺陷， 这些缺陷将使焊点强度急 剧降低。故在选择焊接规范时，应尽量采用现场试验，根据破坏 后的熔核直径及剥离状况来判断焊点是否合格。 焊接规范确定后 可采用积极性检验的方法， 即使焊接过程自动化， 以保持原定的 规范参数严格不变再检验焊点质量。4、凸焊 凸焊是在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸点， 使其与另一 焊件表面接触，加压并

17、通电加热，凸点压塌后，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。凸点使电流密集，可同时焊接多个焊点，也可用于 焊接不等厚件。其主要焊接工艺参数有：焊接电流、电极压力、通电 时间、焊接功率。 其焊接工艺参数对焊点的影响同点焊基本相同，这 里主要介绍一下焊接规范的选择和凸焊特有的一种质量缺陷： 凸点位 移产生的原因及防止方法。4.1 焊接规范的选择4.1.1 焊接电流可按照各单点电流总和的 2/3 选取。4.1.2 电极压力可按照各点（指不通电时凸点压下不超过10%为准）总和的 1.5倍计算。4.1.3 通电时间基本上是焊一个点的通电时间，单点通电时间为0.5-2.5S；焊件厚度大于 3mm 时，可采用多

18、次通电（ 3-5 次，每次通电 0.04-0.8s, 间歇0.06-0.2S）,以防止个别点过热。4.1.4 焊接功率焊接每一个焊点所需要的电功率视厚度不同而异， 一般焊件厚1mm,功率为40-50kvA，焊件厚3mm,功率为80-100kvA.4.2凸点位移产生的原因及防止措施4.2.1 产生原因凸焊时凸点熔化期电极要跟随移动, 若不能保持足够的电极压力, 则 凸点之间的收缩效应将引起凸点的位移。它将时焊点强度降低。4.2.2 防止凸点位移的措施4.2.2.1 凸点尺寸相对于板厚不应太小。 为了减小电流密度而使凸点过 小，易造成凸点熔化而母材不熔化的现象，难以达到热平衡，甚至出 现位移。故焊接电流不能低于某一限度。4.2.2.2多点凸焊时凸点高度如不一致， 也易产生位移， 我厂焊接方形 螺母就发生过这类问题。4.2.2.3 为达到良好的随动性， 最好采取提高电极压力或减小压力系统 可动部分重量的方法。4.2.2.4 凸点位移与电流的平方成正比， 因此在保证焊接强度的条件下 应尽量采用较低的电流值。4.2.2.5尽量增大凸点间距。总之， 产品的焊接质量的保证不能仅仅看作是焊接工序