焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析资料

焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析

第22卷第9期 2006年9月 甘肃科技

GansuScienceandTechnology Vo1.22 Se. No.9 2006

焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析 谢庆生,王迎君

(1.甘肃省锅炉压力容器检验研究中心,甘肃兰州730030;2.兰州石油化工机械厂,甘肃兰州730050)

摘要:本文重点阐述焊接工艺各规范参数对焊接质量的影响,主要从焊缝形状尺寸与焊接工艺规

范参数的关系,焊缝与熔池的关系延伸到焊接工艺各规范参数与焊接质量的关系进行了详细的分

析,揭示了焊接质量的关键在于焊接热输入的控制.

关键词:焊缝成形系数;焊接质量;焊接工艺规范参数;焊接热输入 中图分类号:TH49

锅炉压力容器是广泛应用于国民经济各部门和 人们生活设施中的,具有爆炸危险的特种设备.它 不但要承受压力,温度和强腐蚀性介质的作用,还要 经受易燃,易爆,剧毒,放射性充装物的考验,工作条 件非常苛刻.通常锅炉压力容器均为焊接结构,所 以焊接质量的好坏,直接关系到产品质量和工程质 量.本文通过分析焊接工艺各规范参数对焊接质量 的影响,来探讨焊接工艺与焊接质量之间的关系. 1焊接工艺规范

焊接工艺是承压设备焊接的规定性工艺文件, 带有一定的强制性,其一般要求是:

1)正确性:焊接工艺的正确性是指焊接工艺本 身的各项要求,如坡口形式及尺寸,焊接方法选用, 焊材选择,焊接顺序,焊接工艺参数,预热温度,焊后 消氢,焊后热处理,工艺装备,操作要点等,均应符合 焊接的基本规则,符合工厂的生产实际. 2)完整性:焊接工艺的完整性有两层含义,一是 对某一产品而言,应包含受压元件之间的焊缝,与受 压元件相焊的焊缝均应制定焊接工艺,否则就认为 不完整.另一含义是对某一工艺卡而言,对某个节 点所需的焊接工艺参数,施焊要点,工艺装备等均应 列出.

3)有效性:焊接工艺有效性,就是能够指导焊接 施工,在施焊过程中得到贯彻.

以上的焊接工艺的一般要求均建立在材料焊接 工艺性的基础之上.焊接工艺性指一种金属可以在 很简单的工艺条件下焊接而获得完好的焊接接头, 能够满足使用要求.这里的使用要求主要指焊接接 头的强度,韧性等要求,也就是焊接质量的要求.

影响材料焊接工艺性的主要参数有:焊接电流, 焊接电压及焊接速度等,它们对焊接过程的稳定性, 稀释率,焊道形状和熔敷效率,焊缝化学成分及组织 的稳定性有直接影响.

如何提高产品的焊接质量?首先我们了解一下 焊缝形状尺寸及其与焊缝质量的关系. 2焊缝形状尺寸及其与焊缝质量的关系 图1是对接接头和角接接头焊缝横截面的形状 尺寸.

F——母材金属在焊缝横截面中所占面积; F——填充金属在焊缝横截面中所占的面积. \\./\\>, m 一 图1

对接接头焊缝最重要的尺寸是熔深H,它直接 影响到接头的承载能力.另一重要尺寸是焊缝宽度 B.焊缝成形系数B/H的大小会影响到熔池中的 气体逸出的难易,熔池的结晶方向,焊缝中心偏析严 重程度等.焊缝的成形系数小,表明焊缝深而窄,焊

第9期谢庆生等:焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析85 缝结晶时,杂质或低熔点共晶物偏析于焊缝中心,易 形成热裂纹.焊缝的成形系数过大,表明焊缝浅而 宽,没有熔深,并且生产效率低.因此焊缝成形系数 的大小要受焊缝产生裂纹和气孔的敏感性,即熔池 合理冶金条件的制约.

焊缝的另一个尺寸是余高a.余高可避免熔池 金属凝固收缩时形成缺陷,也可增大焊缝截面提高

承受静载荷能力.但是焊缝余高过大将引起应力集 中或疲劳寿命的下降,因此要限制余高的尺寸.理 想的角焊缝表面最好是凹形的,可在焊后除去余高, 磨成凹形.

焊缝的宽度,熔深和余高确定后,基本确定了焊 缝横截面的轮廓,但还不能完全确定焊缝横截面的 轮廓形状.焊缝的轮廓形状可由焊缝断面的粗晶腐 蚀确定,也就决定了焊缝的横截面面积.焊缝的熔 合比了决定母材金属在焊缝中的横截面面积与焊缝 横截面面积之比. F 7一丽m

坡口和熔池形状改变时,熔合比都会发生变化. 电弧焊接中碳钢,合金钢和有色金属时,可通过改变 熔合比的大小来调整焊缝的化学成分,降低裂纹的 敏感性和提高焊缝的机械性能. 3焊缝与熔池的关系及焊缝形成

母材金属和焊丝金属在电弧作用下被熔化而且 混合在一起形成熔池,电弧正下方的熔池金属在电 弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾 部,随着电弧前移,熔池尾部金属冷却并结晶形成焊 缝.焊缝的形状决定于熔池的形状,熔池的形状又 与接头的型式和空间位置,坡口和间隙的形状尺寸, 母材边缘,焊丝金属的熔化情况及熔滴的过渡方式 (这与熔滴金属对熔池冲击力的大小有关)等有关. 接头的型式和空间位置不同,则重力对熔池的 作用不同;焊接工艺方法和规范参数不同,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.

当坡口和间隙,焊接规范参数等不适合时,除了 可能产生裂纹和气孔等缺陷外,还可能产生焊缝成 形方面的缺陷.为了得到成形及机械性能良好的焊 缝,我们就要在焊接过程中选择合理的坡口,间隙及 适合的焊接工艺规范参数. 4焊接工艺规范参数对焊缝的影响 4.1焊接电流

焊接电流增大时(其他条件不变),焊缝的熔深 和余高均增大,熔宽没多大变化(或略为增大).这 是因为:

1)电流增大后,工件上的电弧力和热输入均增 大,热源位置下移,熔深增大.熔深与焊接电流近于 成正比关系.

2)电流增大后,焊丝熔化量近于成比例地增多, 由于熔宽近于不变,所以余高增大.

3)电流增大后,弧柱直径增大,但是电弧潜入工 件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制,因而熔 宽近于不变.焊缝成形系数则由于熔深增大而减 少.熔合比亦有所增大.

4)在其他条件不变的条件下,增加电流即增加 了热输入量,从而使熔深增加.在焊缝中心晶粒因 缓冷而形成粗大的柱状晶,降低了焊缝金属的塑性, 并因晶粒粗大导致焊缝金属的韧性降低,强度也随 之降低,同时伴随着一些合金元素的烧损,飞溅大, 使得焊缝易出现焊接缺陷,例如烧穿,咬边.焊接电 流过小,电弧不稳定,容易造成一些焊接缺陷,例如 未焊透,未熔合,夹渣,且降低生产效率. 4.2电弧电压

电弧电压随弧长而异.电弧电压增大后,电弧