1. 焊接熱效率
焊接過(guò)程中，由電極（焊條、焊絲、鎢極）與工件間產(chǎn)生強烈氣體放電，形成電弧，溫度可達6000℃，是比較理想的焊接熱源。由熱源所產(chǎn)生的熱量并沒(méi)有全部被利用，而有一部分熱量損失于周?chē)橘|(zhì)和飛濺中。被利用的熱占發(fā)出熱的百分比就是熱效率。它是一個(gè)常數，主要取決于焊接方法、焊接工藝、極性、焊接速度以及焊接位置等。各種焊接方法的熱效率見(jiàn)下表。
2. 焊接熱循環(huán)
在焊接熱源作用下，焊件某點(diǎn)的溫度是隨著(zhù)時(shí)間而不斷變化的，這種隨時(shí)間變化的過(guò)程稱(chēng)為該點(diǎn)的焊接熱循環(huán)。
當熱源靠近該點(diǎn)時(shí)，溫度立即升高，直至達到最大值，熱源離去，溫度降低。整個(gè)過(guò)程可以用一條曲線(xiàn)表示，此曲線(xiàn)稱(chēng)為熱循環(huán)曲線(xiàn)，見(jiàn)圖6。距焊縫越近的各點(diǎn)溫度越高，距焊縫越遠的各點(diǎn)，溫度越低。
焊接熱循環(huán)的主要參數是加熱速度、加熱所達到的最高溫度、在組織轉變溫度以上停留的時(shí)間和冷卻速度。
加熱到1100℃以上區域的寬度或在1100℃以上停留時(shí)間t△，即使停留時(shí)間不長(cháng)，也會(huì )產(chǎn)生嚴重的晶粒粗大，焊縫性能變壞。t△越長(cháng)，過(guò)熱區域越寬，晶粒粗化越嚴重，金屬塑性和韌性就越差。當鋼材具有淬硬傾向時(shí)，冷卻速度太快可能形成淬硬組織，極易出現焊接裂紋。從t8/5可反映出此情況，有時(shí)還常用650℃時(shí)的冷卻速度υ650℃或800～300℃的冷卻時(shí)間t8/3來(lái)衡量。應當注意的是熔合線(xiàn)附近加熱到1350℃時(shí)，該區域的冷卻過(guò)程中約540℃左右時(shí)的瞬時(shí)冷卻速度，或者800～500℃時(shí)的冷卻時(shí)間tP8/5對焊接接頭性能影響最大，因為此溫度是相變最激烈的溫度范圍。
影響焊接熱循環(huán)的因素有：焊接規范、預熱溫度、層間溫度、工件厚度、接頭形式、材料本身的導熱性。
3. 焊接線(xiàn)能量
熔焊時(shí)，熱源輸給焊縫單位長(cháng)度上的能量，稱(chēng)為焊接線(xiàn)能量。
電弧焊時(shí)的焊接規范，如電流、電壓和焊接速度等對焊接熱循環(huán)有很大影響。電流I與電壓U的乘積就是電弧功率。例如，一個(gè)220A、24V的電弧，其功率W＝5280W，當其他條件不變時(shí)，電弧功率越大，加熱范圍越大。在同樣大的電弧功率下，焊接速度不同，熱循環(huán)過(guò)程也不同，焊接速度快，加熱時(shí)間短，冷卻得快；焊接速度慢，則相反。
為了綜合考慮焊接規范參數對熱循環(huán)的影響，就引入“線(xiàn)能量q”這一概念。線(xiàn)能量是輸入焊縫單位長(cháng)度內的焊接熱量。
IU
q＝ ──
υ
式中 q——線(xiàn)能量，J/mm；
I——焊接電流，A；
U——電弧電壓，V；
υ——焊接速度，mm/s。
例如ф4mm焊條，I＝180A，U＝24V，υ＝2.2mm/s時(shí)，線(xiàn)能量q＝2160J/nn。線(xiàn)能量q與IU成正比，與υ成反比。不銹鋼焊接一定要采用小電流快速焊，保持在最低值，可以提高接頭的耐蝕性。
線(xiàn)能量增大時(shí)，熱影響區寬度增大，1100℃以上停留時(shí)間）增加，800～500℃的冷卻時(shí)間延長(cháng)，650℃時(shí)的冷卻速度減慢。表4列出了線(xiàn)能量和預熱溫度對焊接熱循環(huán)參數的影響。表5列出了三種焊接方法線(xiàn)能量q的比較。
從表4可以看出，線(xiàn)能量從2000J/mm增加到3840J/mm時(shí)，在1100℃以上停留時(shí)間從5s增加到16.5s，而650℃時(shí)的冷卻速度從14℃/s下降到4.4℃/s。
從表5可以看出，埋弧自動(dòng)焊q最大，手工電弧焊q最小。生產(chǎn)中根據鋼材成分、工件的技術(shù)要求，在保證焊縫成形良好的前提下，適當選擇焊接方法，調節焊接規范，以合適的線(xiàn)能量焊接，可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。
線(xiàn)能量過(guò)大會(huì )使焊接接頭過(guò)熱，晶粒粗大，對接頭塑性和韌性不利。對于低溫鋼和強度等級較高的低合金鋼，更應嚴格控制焊接線(xiàn)能量，才能保證焊接接頭性能。經(jīng)驗表明，碳當量Ceq＞0.4%的低合金鋼，焊接線(xiàn)能量就應加以控制。
4. 預熱溫度
預熱的主要目的是為了降低焊縫和熱影響區的冷卻速度，減小淬硬傾向，防止冷裂紋。合理預熱還可以改善焊接接頭的塑性，減少焊后殘余應力。從實(shí)踐中得出的經(jīng)驗，下列焊件或環(huán)境下需要對焊件進(jìn)行預熱：
① 焊接強度級別較高的焊件；
② 焊接有淬硬傾向的鋼材；
③ 焊接導熱性特別好的材料；
④ 剛性大較大、厚度較大的焊件；
⑤ 當焊接區域周?chē)h(huán)境溫度低于0℃時(shí)；
⑥ 設計圖紙技術(shù)要求中特別注明的焊件。
預熱溫度應根據材質(zhì)結構點(diǎn)而定?！朵摻Y構施工及驗收規范》中規定：焊件厚度δ＞50mm的碳素結構鋼，δ＞36mm的低合金結構鋼，施焊前應進(jìn)行預熱，焊后應進(jìn)行后熱，預熱溫度控制在100～150℃，預熱區域為焊道兩側，每側寬度應大于2δ且不小于100mm，δ為板厚。
環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，預熱、后熱溫度應根據工藝試驗確定。結合某些工廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐，關(guān)于16Mn鋼低溫焊接預熱溫度的規范見(jiàn)表6。
16Mn鋼出現裂紋的可能性還與接頭形式、結構剛性等因素密切相關(guān)，T形接頭散熱最快，淬硬傾向最大；對接接頭散熱最緩；十字接頭介于兩者之間。從剛度比較，十字接頭剛性最大，故其裂紋傾向也最大；T形接頭、搭接接頭裂紋程度較輕，有時(shí)裂紋往往出現在頭道焊縫和焊根上，因此焊接大剛性、大厚度焊件時(shí)，頭道焊縫的焊接工藝很關(guān)鍵。同樣在低溫下焊接，氣候越潮濕，則出現裂縫的傾向性就越大。
5. 層間溫度
多層多道焊對改善焊接性能有著(zhù)特殊作用，它不僅由于焊接線(xiàn)能量小可以改善焊接接頭的性能，而且由于后焊焊道對前一焊道及其熱影響區進(jìn)行再加熱，使加熱區組織和性能發(fā)生相變重結晶，形成細小的等軸晶，使塑性和韌性得到改善。
層間溫度是指多層多道焊時(shí)，當焊接后道焊縫時(shí)，前道焊縫的最低溫度。對于要求預熱焊接的鋼材，層間溫度一般應等于或略高于預熱溫度，若層間溫度低于預熱溫度，應重新進(jìn)行預熱，控制層間溫度也是為了降低冷卻速度，并可促使擴散氫逸出焊接區，有利于防止產(chǎn)生裂紋。
聯(lián)系客服
