焊接工艺参数对焊缝成形的影响

焊接工艺参数是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。不同焊接方法的焊接工艺参数不同，焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度和预热温度等。在焊接工艺参数中，焊接电流、电弧电压、焊接速度是最关键的三个，焊接电流、电压、焊接速度合理搭配才能形成一条合格的焊缝。
熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度B与焊缝计算厚度H的比值φ=B/H，称为焊缝成形系数。由于焊缝、热影响的组织和性能整体上弱于母材，因此在设计焊接接头时希望成形系数越小越好。但是焊缝成形系数越小，表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔、夹渣和裂纹，而且难以施焊，所以综合考虑焊缝成形系数应保持一定的数值。
焊缝成形的表征主要是熔深、熔宽和余高，需要注意的是焊缝宽度、焊缝厚度与焊接熔深、焊接熔宽是不同的概念，焊接熔深是指母材熔化的最深位与母材表面之间的距离，焊接熔宽是电弧热量覆盖致使母材熔化的宽度。影响焊缝成形的主要因素是焊接电流、电弧电压和焊接速度。
1. 焊接电流对焊缝成形的影响
焊接电流增大时 (其他条件不变)，焊缝的熔深和余高增大，熔宽没多大变化(或略为增大)。这是因为：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正比关系。电流增大后，焊丝融化量近于成比例地增多，由于熔宽近于不变，所以余高增大。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。
2. 电弧电压对焊缝成形的影响
电弧电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大，同时弧长拉长，分布半径增大，因而熔深略有减小而熔宽增大。余高减小，这是因为熔宽增大，焊丝熔化量却稍有减小所致。
3. 焊接速度对焊缝成形的影响
焊接速度提高时能量减小，熔深和熔宽都减小，焊缝余高也减小。因为单位长度焊缝上焊丝金属的熔敷量与焊速成反比，熔宽则近似与焊速的平方根成反比关系。
由此可见，电流影响熔深，电压影响熔宽，电流以烧透不烧穿为宜，电压以飞溅最小为宜，两者固定其一，调另一个参数即可。图1为焊接电流 (I)、电弧电压 (U)、焊接速率 (V) 与焊缝熔深(S)、焊缝熔宽 (c) 以及焊缝余高 (h) 的关系。

(a)I与S、c、h的关系; (b) U与S、c、h的关系; (c) V与S、c、h的关系
S—焊缝熔深、c——焊缝熔宽、h——焊缝余高、I——焊接电流、U—电弧电压、V——焊接速度
焊接电流的大小对焊接质量和焊接生产率的影响很大。焊接电流过小，电弧不稳定，熔深小，易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低； 电流过大，则焊缝容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时引起飞溅。因此，焊接电流必须选得适当，一般可根据焊条直径按经验公式选择，再根据焊缝位置、接头形式、焊接层次、焊件厚度等适当进行调整。
电弧电压是由弧长决定的，电弧长，电弧电压高； 电弧短，则电弧电压低。焊接过程中电弧不宜过长，否则，电弧燃烧不稳定，增加金属的飞溅，而且还会由于空气的侵入，使焊缝产生气孔。因此，焊接时力求使用短电弧，一般要求电弧长度不超过焊条直径。
焊接速度的大小直接关系到焊接的生产率。为了获得最大的焊接速度，应该在保证质量的前提下，采用较大的焊条直径和焊接电流，同时还应根据具体情况适当调整焊接速度，尽量保证焊缝高低和宽窄一致。

焊接工艺参数对焊缝成形的影响