弧焊电源及焊接裂纹

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1、在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压 变化的关系，称为焊接电弧的静特性。整个静特性曲线可分为下降段、水平段和上升段三部分。下降段：在小电流区间，因为电弧电流较小，弧柱的电流密度基本不变，弧柱断面 将随电流的增加而增加，若电流增加 4 倍，弧柱断面也增加 4 倍，而孤柱周长只增加 2 倍，使电弧向周围空间散失热量只增加 2 倍。减少了散热，提高了电弧温度和电离 程度，因电流密度不变，必然使电弧电场强度下降。因此，在此区段内，随着电弧电流 的增加，电弧电压下降。水平段：当电流稍大 时，焊丝金属将产生金属蒸汽的发射，要消耗电弧的能量。此 时电弧的能量不仅有周边上

2、的散热损失，而且还有金属蒸汽能量的消耗。这些能量消 耗将随电流的增加而增加，因此在某一电流区间可以保持电场强度不变，即电弧电压 不变，使本区段基本呈水平直线。上升段：当电流进一步增大，金属蒸汽的发射作用进一步加强。同时因电磁收缩力 的作用，电弧断面不能随电流的增加成比例的增加，电弧的电导率将减小，要保证一 定的电流则要求较大的电场强度。所以在大电流区间，随着电流的增加，电弧电压升 高，本区段呈上升曲线。钨极氩弧焊时，在小电流区间电弧静特性为下降段；焊条电 弧焊、埋弧焊和大电流钨极氩弧焊时，因电流密度不太大，电弧静特性为水平段；CO2 气体保护焊、熔化极氩弧焊，因电流密度较大，电弧静特性为上升段

3、。电弧静特性曲线的形状，决定了它对焊接电源的要求。 当弧长一定时，每一条电源外特性曲线和电弧静特性曲线的交点中，只有一个稳 定工作点，即只有一个对应的电流值和电压值。所以， 选用不同的焊接工艺参数时，要求弧焊电源能够通过调节，得出不同的外特性曲线， 即为电源的调节特性。电源外特性曲线的调节方式有如下三种类型： 1） 当焊接电流改变时，空载电压保持不变。电流调节范围内能保证引弧容易和 电流燃烧稳定，见图 8a，手弧焊电源多为这种调节 特性。 2） 焊接电流调小时，空载电压升高；焊接电流增大时，空载电压降低，见图 8b。即 使使用小电流时，电弧也十分稳定，这是手弧焊电流理想的调节特性。 3） 焊接

4、电流增加时，空载电压升高；焊接电流减小时，空载电压降低，见图 8c。 因此使用小电流时，电弧不够稳定，常用作埋弧焊的电源。 弧焊时，电弧的引燃和燃烧是一个很复杂的过程。开始引弧时，电极与焊件相碰发 生短路，焊接电源要迅速提供合适的短路电流；电 极抬起时，焊接电源的输出电压要很快达到空载电压；施焊过程中，如果采用熔化电 极（焊条、焊丝），会有熔滴从电极过渡到熔池的过程，此时弧长不断地发生变化而引 起焊接电流和电弧电压的不断变化，并且使弧焊过程还会产生频繁的短路和再引弧 过程。如果弧焊电源输出的电流和电压不能很快地适应弧焊过程中的这些变化，电弧 就不能稳定地燃烧甚至熄灭。弧焊电源适应焊接电弧这样的

5、动态负载所输出电流、电 压相对时间变化的特性，称为弧焊电源的动特性。关于焊接裂纹的学习资料关于焊接裂纹的学习资料1 1 延迟裂纹延迟裂纹1.1 延迟裂纹的定义：焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。延迟裂纹是冷裂纹的 一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。1.2 有延迟裂纹倾向的材料16MnR、15MnVR（鞍钢研制，现基本不生产了）、15MnNbR、18MnMoNbR（不好购买）、 13MnMoNbR（仿制日本的 BHW35，是单层厚壁用钢，焊接性能好但价格高）、 07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR 和日本的 CF-62 系列钢。2 2 热

6、裂纹热裂纹2.1 热裂纹定义：焊接过程中在 300以上高温下产生的裂纹为热裂纹。热裂纹一般有在稍 低于凝固温度下产生的凝固裂纹，也有少数是在凝固温度区发生的裂纹。2.2 热裂纹产生的原因热裂纹的产生原因是焊接拉应力作用到晶界上的低熔共晶体所造成的。焊接应力是产生裂纹 的外因，低熔共晶体是产生裂纹的内部条件。焊缝中偏高的 S 与 Fe 能形成低熔点共晶体，所以偏 高的 S 是主要因素。 在压力容器焊接中，降低线能量或采用多层焊是防止热裂纹的一种有效方法。3 3 再热裂纹再热裂纹3.1 再热裂纹的定义：焊接完成后，焊接接头在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理 或其它加热过程）而产生的裂纹为再热

7、裂纹。在消除应力热处理过程中产生的再热裂纹又称消除 应力处理裂纹，也叫 SR 裂纹。3.2 再热裂纹的产生原因产生再热裂纹的原因有二：一是与钢中所含碳化物形成元素（Cr、Mo、V、Ti 及 B 等）有关。 如珠光体耐热钢中的 V 元素，会使 SR 裂纹敏感性显著增加；二是与加热速度和加热时间有关，不 同的钢种存在不同的易产生再热裂纹的敏感温度范围。因此，在制定焊后热处理工艺时，应尽量 减少焊件在敏感温度范围内的停留时间。前者是内在因素，后者是外在成因。在条件允许的前提下，尽可能加快升温速度，尽快越过再热裂纹敏感区，从而防止产生再热 裂纹。但加热速度过快时，由于容器的表面与内部温差较大，容易产生

8、很大的热应力，可能诱发 焊件的变形与开裂。所以，GB150-1998 在 10.4.5.1 款中对升温速度及焊件的温差等进行了限制 和规定。同理，冷却速度也应控制。针对不同焊件制定出先进合理、简单易行、能满足要求的热处理制度是制造单位的责任，也 体现了其经验和技术水平。3.3 采用较低升温速度的特殊情况符合以下条件之一的焊件，宜采用较低的升温速度，否则也可能诱发焊件开裂：1)导热性差的焊件；2)形状复杂、厚度比相差悬殊的焊件；3)厚度很大的焊件。GB150-1998 在 10.4.5.1 款中规定：最小升温速度为 50/h，焊件进炉时的温度不得高于 400。若进炉温度过高，相当于提高了升温速度，使焊件内、外温差过大，在过高温差应力作用 下易使焊件产生变形与开裂。3.4 有再热裂纹倾向的材料15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR 和日本的 CF-62 系列 钢。即一些沉淀强化型高合金钢，该类钢的热处理温度要控制：低了应力释放不了；高了就会裂 了。具体由制造厂通过热处理制度来控制，推荐温度为 58020。4 4 冷裂纹敏感性大的材料冷裂纹敏感性大的材料一般认为 Rm450MPa 以上的材料都有可能发生冷裂纹。如耐热钢、马氏体不锈钢、焊接含 Ni 的低合金钢、异种钢的焊接接头、特殊结构钢和堆焊层等。