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技师专业论文
环缝埋弧焊中弧偏吹和几种特殊参数对焊接质量的影响
1. 引言
环缝埋弧焊在石油、化工机械、锅炉、矿山设备以及核能容器的制造中,直流弧焊电源反接时由于具有电弧挺度好,射流强度大,溶深大和焊接效率高等特点而得到广泛应用。但是直流弧焊电源焊接时的定向环形磁场作用产生了弧偏吹现象,同时除常规的主要参数选择外,而且还有一些对焊接质量有较大影响且易被人们所忽视的几种特殊参数,如:焊接件的壁厚和直径大小,轴向偏移量,焊丝对中,引弧技巧以及焊丝的偏移量等,这些不利因素的控制和正确选择将对焊接质量也起到关键的作用。
2. 弧偏吹的产生机理
弧偏吹是直流弧焊电源焊接中的特有现象。直流埋弧焊接时,电弧周围由于定向直流电场产生定向环形磁场,同时磁化电弧周围的铁磁性工件,如果电弧周围一定范围内铁磁性工件形状尺寸相近且无外加磁场,以电弧为中心的周围磁场强度分布情况不会明显改变。此时极性对电弧形状和性能有如下影响:
(1)当正接时(工件接正极时)带负电的射流熔滴在环形磁场中,工件与焊丝间的电场以及同性电荷相斥力作用下,偏离磁场中心。表现为电弧发散,电弧推力减小,穿透力小,熔池深宽比大。
(2)当反接时(工件按负极时),环形磁场方向改变,但由于射流方向不变,带正电的射流液态熔滴在环形磁场中工件与焊丝间的电场力作用
下,克服同性电荷相斥力偏向磁场中心。表现为电弧集中,束射性
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好,挺度好,穿透力强,熔池深宽比大。
(3)当电弧周围工件形状尺寸相差较大或存在较强的外部磁场时,电弧周围工件被磁化程度相差大,电弧周围磁场分布的不对称性被放大,环形磁场磁力线形状发生改变,磁场中心偏移致使电弧位置与磁场中心存在场强差,当场强差足够大时,电弧中的带电液态射流铁水受磁场作用增大到足以克服电弧推力,使带电射流铁水产生偏位,表现为电弧偏吹,统称“弧偏吹”(图1)。正接时电弧偏离磁场中心,弧偏吹现象不明显(图a);反接时电弧偏向磁场中心,弧偏吹现象明显(图b)。
(a) (b)
图1 弧偏吹产生机理
3. 弧偏吹对埋弧焊缝缺陷产生的影响
由于焊道坡口面的连续性,弧偏吹一旦产生就有一定的持续长度,从而产生条状缺陷,且一般成纵向分布。在整条焊缝焊接过程中如不能消除弧偏吹则会产生整条焊缝未熔合、未焊透和条状夹渣等缺陷,原因如下:
火焰切割的坡口组对后,底端呈尖角,焊接时由于弧偏吹的存在电弧中的射流熔滴难以对准尖角,即使电流足够大,熔透深度也小于熔池最大深度,容易产生未焊透缺陷(图2a);当电流较小且工件形状使磁
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场分布改变较大时,弧偏吹严重,熔池液态金属温度不够高,液态金属靠重力作用下淌,坡口底端有些焊剂未能排出,产生条状夹渣(图2b);当电弧推力与磁场作用力的综合作用使熔池液态金属刚好能排出熔渣,而坡口(或上一道焊缝金属)未被熔化与熔池混熔时,在坡口面(或上一道焊缝金属表面)与熔池金属间产生未熔合缺陷(图2c)。
(a)未焊透(b)夹渣(c)未熔合
图2. 埋弧焊缝内部缺陷产生示意图
4. 弧偏吹产生的条件
在埋弧环缝中的纵向长条状缺陷危害性较大,条状缺陷的形成主要来自弧偏吹的影响。在实际埋弧焊接施工和无损检测工作中,总结弧偏吹容易形成的条件主要为:
(1)坡口加工过程中由于热变形和其他一些设备或人