焊条电弧焊焊缝形态和质量的控制方法探索

1、手工电弧焊焊缝形态和质量的控制方法探索普遍认为焊接的基本功是掌握和控制焊接过程中的焊条角度、焊接熔池的温度和焊接的 速度这“三度”。而我们通过大量的焊接实践，发现焊接的基本功应该是观察熔池和控制熔 池。“三度”是焊接基本功的认识虽然没有错，但是若对“三度”进一步分析和研究，就会 发现这“三度”最终可归结到一点，这就是观察和控制焊接熔池。观察熔池和控制熔池是焊 接操作中的最重要的基本功夫。哪么在焊接操作过程中究竟怎么去观察焊接熔池？究竟要看焊接熔池的哪些重要部 位？究竟要怎样控制焊接熔池？这些问题就经常困扰焊接操作者，致使焊接技能长期提不 高，焊接作品不理想。要弄清楚这些问题，就必须研究焊接熔池

2、的形态和温度分布情况。以及焊接熔池中各 部分与焊接成形的关系。手工电弧焊时，焊接电弧作为热源，对焊条和母材进行加热。在焊接热源作用下，母材 上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分称为熔池。它主要由熔化的焊条金属和局部熔 化的母材金属所组成。熔池的形状近似呈半椭圆球状，很像半个鸡蛋，如图。其几何尺寸有熔池长度(L)，熔 深(H)和熔宽(C)，熔池的几何尺寸与焊接工艺参数、母材性质、坡口形状和尺寸有关，一 般情况下，熔池的形成有一段过渡时间，然后才进入稳定状态，一般只存在几秒至几十秒， 这时熔池的形状、尺寸和质量基本保持不变。对于焊条电弧焊，熔池金属的质量一般在 0.6-16g范围之内，多数情况

3、在5g以下。随着热源的移动，熔池沿焊接方向作同步移动。在熔池的前部，母材不断地熔化温度较 高；熔池的尾部，熔池金属不断地凝固，温度逐渐降低。熔池的温度分布见图。图中TM为 熔化温度。燃池的温度分布1嬉池中部2越池前都3常池尾部熔池中的液态金属和熔渣始终处于剧烈的运动状态，其运动形式主要有三种：1）液态物质密度差所造成的自由对流运动由于熔池温度分布不均匀，温度高处金属密度 小，而温度低处金属密度大，这样，密度差就促使液态金属由低温区向高温区运动。2液态物质表面张力差所引起的强制对流运动 温度高，表面张力则小；反之，温度 低表面张力就大。熔池温度的不均匀分布必然带来表面张力的不均匀分布。由此将迫使

4、熔池 物质发生对流运动。3）热源内各种机械力所产生的搅拌运功焊条电弧焊时，熔池上的作用力主要有电弧吹 力、熔摘下落的冲击力等，它们对熔池液态物质具有强烈的搅拌作用。这三种形式的运动综合作用在一起，构成了熔池液态物质的复杂运动。正是这种运动， 使填充金属和熔化的母材均匀混合，获得成分均匀的焊缝金属，同时促进了气体的逸出和非 金属夹杂的浮出，提高了焊缝质量。但在液态金属与母材交界处，由于运动受到限制，在这 些部位容易造成化学成分的不均匀，出现偏析现象，产生焊接缺陷。焊接过程中，要控制焊缝的质量首先要从焊缝的外观形态着手。只有外观优良的焊缝才有可能是高质量的焊缝，而控制焊缝的外观，关键是要判断和 控

5、制好焊接熔池的温度。如何判断和控制焊接熔池的温度是焊工必须要解决的首要问题。根据焊接操作实践， 焊接过程中，观察判断熔池温度的方法有以下三种（1）通过观察熔池金属的颜色判断温度。熔池金属发红，熔池的温度就高；反之熔池 的温度就低。（2）通过观察熔池金属的形态判断温度。熔池金属是液态，熔池的温度在金属熔点之 上。熔池金属是固态，熔池的温度在金属熔点之下。通过熔池液态金属量的多少判断温度，即就是熔池的大小来判断温度。熔池大， 液态金属多，则焊接熔池的温度就高；反之，则液态金属少，焊接熔池的温度就低，控制温度的方法有以下几种：调节焊接电流；调节焊接电压(即改变焊接电弧长度)；(3 )改变焊件的散热速

6、度；断弧焊接(即熔池温度太高时熄灭电弧，使熔池温度降低后再引弧焊接，如此反复 进行的焊接方法)；摆动焊条。手工电弧焊适合的焊接操作的温度应该是略高于焊接金属的熔点。温度太高时，由于焊 接熔池中的液态焊缝金属质量太大，各种作用力的平衡就会被破坏，液态焊缝金属就会快速 流动，高温液态金属的流动是无法控制的，流动性太强不容易控制焊缝的形态，而且会使焊 接变形增大，焊缝金属的结晶颗粒变大，力学性能变差。因此，要通过控制线能量，也就是 控制焊接熔池的温度来控制液态金属的质量大小，从而减小焊缝金属的流动性，控制焊缝的 最终形态。温度如果太低时，又会出现未熔合、未焊透、气孔、夹杂等焊接缺陷，无法保证 焊缝的

7、质量。只有操作中控制好焊接熔池的温度，才有可能控制好焊缝的外观形态和质量。其次要控制焊缝的外观形态和质量，必须要在焊接操作中始终看到焊接熔池中的焊缝 金属的状态。手工焊条电弧焊由于在熔池表面有熔渣，当焊接熔池中的熔渣太多时，熔渣会覆盖在焊 接溶池的表面，看不见焊接熔池中的金属，无法控制焊接熔池中的金属形态，也就无法控制 焊缝的最终成形，焊接操作时应想办法让焊接熔池中的金属露出来，能够看得见熔池金属的 状态。当熔池温度适合时，熔池金属流动性差，颜色暗红，比重大，熔点高，多在熔池底部； 而熔渣流动性强，颜色亮黄，比重小，熔点低，多在熔池表面。焊接操作中焊接熔池中的熔渣太多时，常用的处理方法有三种：

8、一是停止继续焊接操作，用清渣锤敲击，把焊缝上的熔渣清理干净之后，再继续进行焊 接操作。二是调整焊条的角度，用焊接电弧的把焊接熔池表面的熔渣吹到其他地方，使熔池金属 露出来，便于观察熔池的状态。三是在焊接操作中压低焊接电弧，用焊条头将熔渣拨到比焊接熔池低的其他地方去，使 熔池金属露出来，便于观察熔池的状态。处理焊接熔池表面的熔渣的能力直接影响焊缝的最终形态和焊接操作技能的提高。在焊接操作中，能够有效的控制焊缝的最终形态，是焊接操作的首要目的。能够始终 判断和控制好焊接熔池的温度，能够始终看到焊接熔池中的焊缝金属的状态了，控制焊接速 度和焊缝的外观形态也就很清楚了。根据焊接熔池中的温度分布特点，焊

9、接时应主要紧盯 焊接熔池边缘的金属，也就是紧盯电弧底下电弧和周围明暗交界线的边缘金属，从而控制 焊接速度和焊缝形态。因为这些部位的金属处于凝固和半凝固状态，观察到的金属形态和焊 缝最终的成形是一致的，这些部位熔池金属的高低决定焊缝的最终高低，焊接熔池的熔宽决 定焊缝的最终宽度。焊接中观察控制焊缝的形态与判断控制焊接速度是同时进行的，当熔池边缘金属比前 面焊缝低时，焊接电弧前移一点儿，压低电弧，填充一会该部位后，再把焊接电弧后移到 原来部位观察，若还比前面焊缝低，重新把焊接电弧前移一点儿压低电弧填充，一会后再 移到原来位置继续观察，待与前面焊缝相平时，电弧再向后继续移动。若遇到比前面焊缝 高的部

10、位时，焊条向后移动的速度快一点儿，以此方法来控制焊接的速度和焊缝的最终形态。在断弧焊接中，当电弧熄灭后，熔池金属冷却时随着熔池温度的降低，熔池中间较亮 部分的面积逐步收缩，最后会消失于一点。电弧熄灭时应紧盯住这个收缩的亮点，下次引燃 电弧时要准确的在这个亮点后2mm左右的位置引燃电弧。在单面焊双面成形打底焊操作中， 当电弧熄灭时，还要注意观察形成的熔孔，根据熔孔的形态，判断焊缝背面的形态，调整操 作手法，控制焊缝的背面成形。熔孔应在母材缝隙的正中间，直径比母材缝隙的宽度大2mm 左右，没有熔孔说明背面有未熔合的焊接缺陷，熔孔太大说明焊缝背面超高了，熔孔偏离正 中间说明有一边母材和焊缝相接处未熔合。弄清楚解决了上述这些问题了，剩下的影响焊缝成形和焊接质量的因素就是焊工的手 脑配合的能力了，它需要在焊接实践中不断的去提高。很多初学者，往往仅凭自己的感觉经验来操作，虽然也看着焊接熔池，但是根本就不 知道注意观察焊接熔池中决定焊缝成形的重要部位，更不知道通过观察熔池也能够判断和控 制焊接熔池的温度以及焊接速度，根本原因是没有运用所学习的焊接理论去思考和解决问 题，没有用所学习的焊接理论来指导焊接操作实践，因此，焊接操作技能长期不能提高。在 训练中要真正理论联系实际，切实弄清楚上述的这