ig焊與焊接的咬邊及焊接速度的關系

ig焊與焊接的咬邊及焊接速度的關系

咬合邊緣是由基本金屬消耗引起的，沿焊接和腳趾產(chǎn)生的槽和凹陷。它是成形缺陷中的一種。它對構(gòu)件性能的影響不及裂縫、孔穴等缺陷,所以易被忽視。然而在一定條件下,任何缺陷都可能是產(chǎn)生斷裂的主要原因。所以有必要對其進行研究分析。1類型1.1溝槽凹縫產(chǎn)生機理在大的輸入熱和熔池呈紊流狀態(tài)下施焊時,易形成寬型咬邊。因為此時很可能將鄰近焊趾的基本金屬熔化或沖刷掉,而焊縫金屬在沒有熔融金屬流回充填焊趾之下凝固,這就是溝槽凹縫產(chǎn)生機理。焊趾溝槽形狀上寬度與深度尺寸屬同一數(shù)量級,其深度可測。例如,大約是在1mm或稍大些,利用簡單的量規(guī)易于測量和評定。1.2形貌受限制與寬型咬邊相反,溝槽幾乎為焊縫填滿。目測溝槽底部的形貌受到限制,難以評定缺陷?？捎酶墒綕B透或磁粉檢測測得表面的非連續(xù)性,但無法測量其深度,超聲波檢測也有難處,除非其溝槽相當深而且結(jié)構(gòu)可達性又適于檢測。1.3焊趾回復突變溝槽此類咬邊與上述兩類宏觀缺陷的咬邊相比,基本上屬于纖維裂縫的性質(zhì)。它一般在0.25mm深度以內(nèi)出現(xiàn),這種溝槽是由焊趾部位存在冶金殘渣,并在鄰近焊趾的基本金屬上有“粘稠區(qū)或軟化區(qū)”所引起的。而且焊縫金屬收縮中橫向作用在焊趾上的焊后殘余拉應力,其數(shù)值達到材料屈服點,使其在應力集中下猶如潛在的纖維裂縫開口。2不同接觸角的tig焊接特性咬邊是電弧沖刷或熔化了近縫區(qū)基本金屬后又未能充填的結(jié)果。這與焊接速度有密切關系。假如不計及電弧吹力,在穩(wěn)定狀態(tài)下TIG焊(鎢極惰性氣體保護電弧焊)焊接平板的熔融金屬的形狀可由圖1所示的二維模式來分析。正常焊波與咬邊焊波的表面能量差ΔE為:式中:α—接觸角;γω—熔融鋼液界面能;δ1—熔融鋼液界面增量;2δα—坡口內(nèi)裸露界面增量。接觸角α為60°時,焊透角θ與以界面能及焊透深度所標志的ΔE之間的關系如圖2所示。由圖可見,若接觸角取60°,焊透角小于60°時,ΔE為正值,咬邊焊波較正常,焊波穩(wěn)定,而且這一傾向在焊透角小時尤其顯著。電弧吹力小,焊透角小于30°情況下,焊透角與TIG焊接開始產(chǎn)生咬邊的臨界焊接速度之間的關系如圖3所示。如果考慮到電弧吹力迫使熔融鋼液向后側(cè)流動,鋼液流與表面缺陷之間的關系,并顧及電弧刨槽中鋼液的內(nèi)壓力,則TIC焊,CO2焊接產(chǎn)生咬邊的臨界焊接速度VH(cm/min)分別為:式中:Kn、Km—常數(shù);V—電弧電壓(V);I—焊接電流(I);Tm—基本金屬初始溫與熔點的溫度差(℃)。按焊接規(guī)范試驗求得的臨界焊接速度示于圖4、圖5。3結(jié)構(gòu)的缺陷引起應力線不全或全應力咬邊或焊趾溝槽是沿著焊縫焊趾伸展的連續(xù)的或斷續(xù)的缺口,勢必增大局部應力值。咬邊底部應力、局部應力升高的幅度取決于溝槽底部是圓順的還是尖銳的,因為溝槽引起應力圖線分布的擾亂,按St.venant效應會迅速消失。因此,咬邊對焊縫形狀和截面變化造成局部應力增大的現(xiàn)象比較復雜。假設施加于結(jié)構(gòu)上的應力大致平行于咬邊或焊趾溝槽,而且焊趾溝槽擴展成明顯裂縫的情況可以忽視,則無論那類咬邊都可以容許存在。但是如果施加的應力或其中一個分力與焊趾溝槽相垂直,則根據(jù)結(jié)構(gòu)局部形狀和載荷類型,某種咬邊可能是至關重要的,也可能是無足輕重的。3.1拉應力和拉拔力塑性結(jié)構(gòu)中咬邊引起的較高的局部應力會促使溝槽底部局部屈服,以塑性變形釋放應力。拉伸載荷卸載后底部彈性伸長的材料在彈性恢復后將受壓,相反,受壓構(gòu)件卸載后溝槽底部端處的殘余應力將是拉應力。如果施加的載荷極高,超過總屈服則彈性恢復可減至最小限度。所以咬邊構(gòu)件在塑性狀態(tài)下在殘留的咬邊平面內(nèi)隨載荷大小可呈全拉伸或全壓縮狀態(tài)。咬邊對對接、丁字接或腹板的一系列影響如圖6。斷面減薄,降低名義應力,升高局部應力。但若咬邊與所加應力平行,又處于塑性狀態(tài)下,則無關緊要。然而在脆性狀態(tài)下任何缺口都會增加脆斷的危險,對于一些高強度材料或厚壁焊件,可容許的咬邊值將極低,甚至不容許有咬邊缺陷。3.2缺陷等波勞強度咬邊或焊趾溝槽對疲勞強度的作用尚未能完全定量確定。咬邊的類型不同,是復雜的因素,咬邊底部的尖銳程序不同與咬邊深淺不同又很多變。如圓形溝槽、尖銳溝槽或非目測顯微裂縫等,其波勞強度值顯然非常分散。尖銳的焊趾溝槽會深及部分截面,并在顯微裂縫處引起擴展。圓形溝槽如表面上無顯微裂縫,應力集中程序大致比沒有咬邊正常角接縫的焊趾低。圓形焊趾溝槽可在兩方面提高疲勞性能:一是應力集中程度降低,二是如果咬邊底表面上沒有顯微裂縫,則在滋生裂縫之前無從擴展,疲勞壽命有保障。咬邊深度與疲勞強度的關系是,咬邊越深,疲勞強度降低越多。籠統(tǒng)地說,9.5mm厚HT80鋼焊縫,咬邊0.3mm時,縮短疲勞壽命10%～20%;咬邊深0.64mm時,疲勞壽命縮短1/3。3.3金器構(gòu)件的熱壓與實際合成框架的作用咬邊或焊趾溝槽在腐蝕環(huán)境中由于積聚腐蝕產(chǎn)物會加速局部腐蝕,而且在特殊情況下,較低的干燥速度與潮濕的焊趾溝槽會使應變加劇,在含有冶金殘渣的區(qū)域內(nèi)危害更大。另外,焊趾周圍的由停滯不動至紊流狀態(tài)的液流對咬邊腐蝕也有影響。經(jīng)過保護性處理的構(gòu)件,會使咬邊或焊趾槽難以濕潤而給以填滿。殘留內(nèi)容物或其腐蝕產(chǎn)物的膨脹和收縮,或者殘存內(nèi)容物的腐蝕反應,均有可能破壞金屬與保護層之間的結(jié)合力而使構(gòu)件失效。因此,應慎重選取可行表面層保護方法和咬邊或焊趾溝槽的容限規(guī)范。4焊接工藝缺陷的應對措施咬邊的形成與熔池的擾動、熔融金屬形成紊流及焊縫金屬在凝固前未能填滿相關。熔化電極過渡至擾動的熔池及爾后凝固構(gòu)成的焊縫可由其表面上留存的波紋反映出熔池擾動的劇烈程度。促使熔池兩側(cè)急劇攪動的變數(shù)有焊條類型、電弧長度、電流大小及電特性、待焊件的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、工藝等。應能在焊制成型正確、質(zhì)量合格的焊縫同時,保證近焊縫區(qū)材料無明顯咬邊現(xiàn)象。。(1)熔池特征、近縫區(qū)金屬的特性及其兩者間的某些反應,或者熔池因沖刷而削弱,或者部分鄰接金屬因過多熔化,結(jié)果都會影響熔化金屬的容量。焊縫金屬應能隨著熔池邊緣適時凝固,穩(wěn)定地熔化,以獲得正確的熔池側(cè)緣形狀。比較理想的熔化應使熔池凝固時表面的幾何形狀即無咬邊或焊趾溝槽,又無未熔合。(2)大的輸入熱單道焊熔敷T字形填角焊縫,可能是產(chǎn)生咬邊的最典型的工藝。熔池尺寸大,焊縫金屬在凝固成三角形前即行下垂,在腹板兩側(cè)施行并列雙弧焊時會在腹板兩側(cè)同時產(chǎn)生咬邊。操作不得當是,更為嚴重。(3)過大輸入熱,特別是焊接電流過高,焊接速度過快,不但有未焊透的可能,還會削減熔合線區(qū)的材料導致焊趾局部下凹,故應適當控制焊接速度。(4)手弧焊是操作者必須控制焊條位置,即保證完全熔化,又賦予焊接熔池以正確的外形。不注意焊條傾斜角度,勢必沖刷熔池邊緣,結(jié)果在凝固是不再有足量的熔融經(jīng)書來充填。(5)采用擺動焊工藝時,要特別注意焊條位置正確。擺動至兩邊緣時為達到足夠的熔化熱,焊條應在短時停頓,可使焊縫金屬與鄰接板料之間的溫度接近,并使填充金屬與基本金屬混合均勻,焊縫金屬外形飽滿,而且還可減少該接頭區(qū)的熱收縮應