焊接技术

熔滴过渡电弧焊时，焊丝或焊条端部形成熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称熔滴过渡。

熔滴过渡对熔焊过程稳定、飞溅大小，焊缝成形优劣以及焊接缺陷等有很大影响。

熔滴过渡的类型：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡。

（一）自由过渡按过渡形态不同分：滴状过渡、喷射过渡、爆炸过渡。

（1）滴状过渡：当电流较小时，电弧力作用小，随着焊丝熔化，熔滴逐渐长大，当熔滴的重力克服其表面张力的作用时，就以较大的颗粒脱离焊丝，落入熔池成为滴状过渡的形式，例如高电压小电流的MIG焊接(熔化极惰性气体保护焊如氩气、氦气焊)。

如果有斑点压力作用且大于熔滴的重力，熔滴在脱离焊丝之前就偏离了焊丝轴线，甚至上翘，脱离之后不能沿焊丝轴线过渡时，成为排斥过渡焊接形式。

例如高电压小电流的CO2焊及直流正接的大电流CO2焊。

滴状过渡和排斥过渡的熔滴较大，一般大于焊丝直径，属大滴过渡(粗颗粒过渡)。

大滴过渡的熔滴大，形成时间长，影响电弧稳定性，焊缝成形粗糙，飞溅较多，生产中很少采用。

当电流较大时，电磁收缩力较大，熔滴的表面张力较小，熔滴细化，其直径一般等于或小于焊丝直径，熔滴向熔池过渡频率增加，飞溅少，电弧稳定，焊缝成形较好，这种过渡形式叫细颗粒过渡。

在生产中常用，例如较大电流的CO2焊。

（2）喷射过渡：随着焊接电流的增加(大于电流临界值)，熔滴尺寸变得更小，过渡频率也急剧提高，在电弧力的强制作用下，熔滴脱离焊丝沿焊丝轴向飞速地射向熔池的焊接形式。

喷射过渡焊接过程稳定，飞溅小，熔深大，焊缝成形好，多用于板厚大于3mm的平焊，不宜焊薄板。

滴状过渡转变成喷射过渡有一临界电流，大于临界电流的熔滴过渡为喷射过渡。

临界电流与焊丝成分、直径、伸出长度、保护气体成分等因素有关。

（3）爆炸过渡：指熔滴在形成、长大或过渡过程中，由于激烈的冶金反应，在熔滴内部产生CO气体，使熔滴急剧膨胀爆裂而形成的一种过渡形式。

在CO2气体保护焊和焊条电弧焊中有时会出现这种熔滴过渡，爆炸时引起飞溅，恶化工艺。

如焊丝中含挥发性成份的CO2焊。

（二）接触过渡：短路过渡、搭桥过渡1、短路过渡：短路过渡——在小电流低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝前就与熔池接触形成液态金属短路，使电弧熄灭，当液桥金属在电磁收缩力、表面张力作用下，脱离焊丝过渡到熔池中去，这时电弧复燃，又开始下一周期过程，如此反复的过渡形式。

短路过渡有利于薄板或全位置焊接，短路过渡一般采用细焊丝，焊接电流密度大，焊速快，对焊件热的敷入量低，此外，焊接时电弧短，热量集中，因而可减少接头热影响区和焊件的变形。

但是，当焊接工艺参数选择不当，或焊接动特性不佳时，短路过渡将伴随大量金属飞溅而使过渡过程变得不稳定。

短路过渡频率越高，每秒钟内熔滴过渡次数越多，则在焊丝端部形成的熔滴尺寸越小，过渡过程就越稳定，飞溅就越小，可提高生产率。

一般气体保护焊时，为获得短路过渡最高频率，有一个最佳的电弧电压值，对于1.2mm以下的焊丝，V=20左右。

增大电弧电压，减小焊接电流或送丝速度，都会使熔滴较长时间才能与熔池接触短路。

使燃弧时间长、熔滴尺寸大、短路频率低，导致电弧稳定性降低和增大飞溅。

但当电弧电压过低，或送丝速度过快，会造成熔滴尚未脱离焊丝时，焊丝未熔化部分就可能插入熔池，造成固态短路，并产生大段爆断，飞溅增大。

在电源方面，要有合适的静特性和动特性：即1）对不同直径和工艺参数，要有合适的短路电流上升速度早。

如果过小短路时电流不能增到相应数值，则熔滴不能及时过渡，熄弧时间拉长，电弧空间温度下降过多，造成电弧复燃困难，此外，等速送丝条件下，还可能引起固态焊丝插入熔池而破坏电弧稳定。

甚至使焊接无法进行。

若短路电流过大，则短路峰值电流也过大，造成短路过程不稳定，引起大量飞溅。

2）要有适当的短路峰值电流Imax。

一般为平均电流的2-3倍。

过大会飞溅，过小则不利引弧。

3）短路结束后，空载电压恢复速度快，以保证电弧及时复燃，避免断弧。

短路电流上升速度和短路峰值电流主要靠串联在焊接回路中的电感H来调节。

H大时短路电流上升速度慢，短路时间长，同时短路峰值电流也较小。

通常细焊丝熔化快，熔滴过渡周期短，要求短路电流上升速度快一些。

下表为短路过渡形式的工艺参数：焊丝直径送丝速度cm/min 电弧电压V 焊接电流A 电感mH 短路电流上升速度(×103A/S)0.8 500 18 100 0.01～0.08 50～1501.2 250 19 130 0.01～0.06 40～1301.6 175 20 160 0.30～0.70 20～752.0 125 21 175 ------------- 8～202、搭桥过渡在非熔化极电弧焊或气焊中，填充焊丝的熔离过渡与短路过渡相似，同属接触过渡，只是填充焊丝不通电，故不称短路过渡而叫搭桥过渡，又称桥接过渡。

（三）渣壁过渡是埋弧焊和焊条电弧焊时熔滴过渡期形式之一。

埋弧焊时电弧在熔渣形成的空腔内燃烧，熔滴中大部分是通过渣壳的内壁流向熔池的形式。

焊条电弧焊时电焊条的熔滴过渡形式，据较多文献资料介绍，认为焊条金属熔滴过渡形态由焊芯和药皮的类型、成分和药皮的厚度决定，除了有大熔滴过渡、喷射过渡、爆炸过渡等类型外，也有渣壁过渡。

焊条熔滴渣壁过渡的特点是熔滴总是沿焊条套筒内壁的某一侧滑出套筒，并在没有脱离套筒边缘之前，已脱离焊芯端部而和熔池接触（不构成短路），然后向熔池过渡，故又称沿套筒过渡。

渣壁过渡电流稳定，飞溅小，综合工艺性能优良，是理想的过渡形式。

综上所述，熔滴过渡形式主要决定于电弧形态，而电弧形态受许多因素影响，如焊接工艺参数（电流、电压）、保护气体成分、焊丝（芯）成分与直径、药皮厚度及其熔渣成分等。

不同熔滴过渡形式有不同的工艺特点，大熔滴过渡适合于平焊位置，喷射过渡可以进行平焊和横焊，可获得较大熔深，短路过渡期可以进行薄板和全位置的焊接。

焊缝中的气孔和夹杂物气孔和夹杂物是焊缝中常遇到的两种缺陷，它们都是在熔池金属结晶过程中产生的。

它们的存在不仅削弱焊缝隙的有效截面，也带来应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，还会引起裂纹或影响焊缝的气密性。

一、 气孔形成的因素：冶金因素和工艺因素1．冶金因素熔渣的氧化性的影响、药皮和焊剂冶金反应的影响、铁锈、油污和水分（焊条焊剂或母材表面的水分）的影响，常在焊缝中由于生成CO、氢气而来不及排出，形成气孔。

在使用前要对焊条和焊剂烘干，对碱性焊条烘干温度为350～450℃，酸性焊条为200℃。

2．工艺因素是指焊接工艺参数和操作技巧等方面对焊缝产生气孔和影响。

1）工艺参数的影响：焊接时，增大焊接热输入会延长熔池存在时间，有利于气体的逸出，而减少气孔。

通常是靠降低焊接速度而不过分地增大焊接电流和电弧电压来增大热输入。

增大焊接电流会使电弧温度升高，氢的分解度大；另外熔滴变细，其表面积增大，高温下有利于吸收更多的氢，反而增大气孔倾向。

特别是当电流过大时，焊条药皮发红，造气剂提前分解，气孔倾向更大。

A．弧焊时，增大焊接电流则熔深加大，气泡逸出路径长，故其气孔倾向比焊条电弧焊时大。

B．焊条电弧焊时，随着电弧电压的升高，或电弧长度拉长，则熔滴过渡时间增长，熔氢量增加，氢气孔倾向增加。

此外，电弧拉长，空气中的氮将侵入而出现氮气孔。

C．提高焊接速度往往因结晶速度加快，使气孔不及逸出而出现气孔。

2）电流种类和极性的影响在焊接中发现，用交流电弧焊较直流电弧焊气孔倾向大。

直流反接时较正接时气孔倾向小。

原因分析：①直流反接时，工件接负极，熔池表面的电子过剩，不利于产生氢质子的反应，阻碍了氢向熔池中熔解，因而气孔倾向最小。

②当直流正接时，工件接正极，在熔池表面容易发生氢形成质子的反应，有一部分氢熔入熔池，另一部分在电场作用下飞向负极，所以，其气孔倾向比直流反接时要大。

③当用交流焊接时，在电流通过零点瞬间无电场作用，氢质子可以顺利地熔入熔池，故其气孔的倾向增加。

3）工艺操作的影响工艺操作不当引起气孔的例子很多，应特别注意如下几点：A．清除焊件和焊丝焊条上的铁锈、油污等到杂质。

B．焊条焊剂用前应烘干，最好烘后放在保温箱内随用随取。

C．焊接工艺参数要保持稳定，用低氢焊条时应尽量采取短强焊，适当配合摆动，以利气体逸出。

D．直流焊接时，防止磁偏吹导致电弧不稳定面破坏保护作用。

二、焊缝中的夹杂物1．焊缝隙中的夹杂物主要有氧化物、硫化物、氢化物。

2．夹杂物的危害：产生裂纹。

3．防止措施在硬件方面，严格控制母材和焊材中S、P含量，正确选用焊条和焊剂以保证能充分地脱氧脱硫。

在软件方面，注意工艺操作。

①选用合适的焊接工艺参数，保证熔渣和杂质的浮出。

②多层焊时注意清除前层焊道的熔渣（即清根）。

③焊条电弧焊时，焊条稍作摆动，利于熔渣和杂物上浮。

④加强对熔池的保护，防止空气侵入。

焊接裂纹一、概述：在焊接接头中由于焊接所引起的各种裂纹，统称焊接裂纹．焊接裂纹在焊缝金属和热影响区中都可能产生，是焊接凝固冶金和固相冶金过程中产生最为危险的一种缺陷。

焊接结构产生的破坏事故大部分都是由焊接裂纹所引起。

二、裂纹的危害焊接裂纹种类繁多，产生的条件和原因各不相同。

有些裂纹在焊后立即产生，有些在焊后延续一段时间才产生，甚至在使用过程中，在一定外界条件诱发下才产生。

裂纹既出现在焊缝和热影响区衰面，也产生在其内部．它对焊接结构的危害有：1)减少了焊接接头的工作截面，因而降低了焊接结构的承载能力。

2)构成了严重的应力集中。

裂纹是片状缺陷，其边缘构成了非常尖锐的切口．具有高的应力集中，既降低结构的疲劳强度，又容易引搜结构的脆性破坏．3)造成泄漏．用于承受高温高压的焊接锅炉或压力容器，用于盛装或输送有毒的、可燃的气体或液体的各种焊接储罐和管道等，若有穿透性裂纹，必然发生泄露，在工程上是不允许的．4)表面裂纹能藏垢纳污，容易造成或加速结构的腐蚀。

5)留下隐患，使结构变得不可靠。

延迟裂纹产生的不定期性，以及微裂纹和内部裂纹易于漏检。

漏检的裂纹即使很小，在一定条件下会发生扩展，这些都增加了焊接结构在使用中的潜在危险。

若无法监控便成为极不安全的因素．正是由于上述危害，从焊接工艺应用的早胡(20世纪40年代)到近代，在国内外屡屡发生过由焊接裂纹引起的重大事故。

例如，焊接桥粱坍塌，大型海轮断裂，各种类型压力容器爆炸等恶性事故。

随着现代钢铁、石油化工、船舰和电力等工业的发展，在焊接结构方面都趋向大型化、大容量和高参数方向发展．有的在低温、腐蚀介质下工作，都广泛采用各种低合金高强度钢，中、高冶金钢，超高强度钢．以及各种合金材料，而这些金属材料通常对裂纹十分敏感．这些重大焊接结构发生事故，往往是灾难性的，必须十分重视．三、焊接裂纹的分类及特点1．焊接裂纹的分类焊接裂纹可以从不同角度进行分类。

这里仅从裂纹的分布形态及其产生机理两方面划分：1)按焊接裂纹的分布形态分在裂纹产生的区域上有：焊缝裂纹和热影响区裂纹；在相对于焊道的方向上有：纵向裂纹和横向裂纹，前者裂纹的走向与焊缝轴线平行，后者与焊缝轴线基本垂直；在裂纹的尺寸大小上有宏观裂纹（通常刚目可见)和微观裂纹；在裂纹的分布上，有表面裂纹、内部裂纹和弧坑(火口)裂纹；相对于焊缝断面的位置上，有焊趾裂纹、根部裂纹，焊道下裂纹和层状撕裂等。