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1、焊接质量与焊条选择、焊接质量与焊条选择、母材成分、焊接方法母材成分、焊接方法及施焊环境关系的研及施焊环境关系的研究究引言 焊接技术是一门重要的金属加工技术，它贯穿着生活中的各个方面，从航天航空设备到汽车零配件、从石油石化到桥梁建造，甚至于家用各种电气设备都能看到它的身影。我们公司主要生产压力容器产品中的加压过滤机、反吹风包系列，各种压力容器中的小件，以及冶金、烧结设备。经过多年的努力，我们公司能够独立设计并制造出D级类压力容器，并且深受客户的好评与信任。要高效保质的完成加压类产品，焊接质量是关键，多年的经验与总结，以及这些年的探索与收获，我们发现了影响焊接质量的诸多因素。本课题针对于影响焊接质
2、量的因素进行了分析与研究，并最终得出结论。1.焊条的选择与焊接质量之间的关系焊条的选择与焊接质量之间的关系 焊条由药皮和焊芯组成，长度大约在250-450mm，直径有2、2.5、3.2、4等多种如图1所示。 图1 1.1药皮的作用（1）改善焊接工艺性能易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观；（2）机械保护作用气保护和渣保护；（3）冶金处理作用去除有害杂质（如O.H.S.P等），添加有益元素 ；（4）改善焊接工艺性能改变药皮熔点，形成套筒保护熔滴过渡 ；1.2焊芯是用专用钢丝制成，它是焊条的核心部件具有以下作用 （1）传导焊接电流使其产生电弧把电能转化为热能。（2）焊芯本身将熔化作
3、为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。 焊芯中含有多种合金元素，包括碳、锰、硅、焊芯中含有多种合金元素，包括碳、锰、硅、铬、镍、硫、磷等，各种元素对焊接质量产生很大铬、镍、硫、磷等，各种元素对焊接质量产生很大的作用，其作用如下表的作用，其作用如下表 元素名称 对焊接质量的影响 碳作为脱氧剂，生成二氧化碳、一氧化碳气体，减少空气中氧气、氮气对熔池的不良作用，减少焊缝金属中氧和氮的含量。当焊芯中含碳量高时会引起较大的飞溅和气孔，降低焊缝的塑性。碳的含量应不大于0.1% 锰 作为合金剂和脱氧剂，可以减少焊缝的热裂纹倾向，还可以提高焊缝的力学性能。碳素结构钢焊芯的含锰量为0.3%0.5% 特殊用途的焊
4、芯含锰量在1.7%2.1% 硅 作为合金剂和脱氧剂，可以提高焊缝强度、弹性、抗酸性，还可以与氧形成二氧化硅。但是过多的硅会造成焊缝的塑性和韧性降低，还会增加飞溅，因此应将硅的含量控制在0.2%以下 铬 能提高钢的硬度、耐磨性、耐腐蚀性，但对于低碳钢来说，铬会使焊缝中夹渣、降低熔渣的流动性，铬的含量应控制在0.2%以下 镍 镍对于低碳钢来说是一种杂质，含量要小于0.3% 但对于低温冲击值要求较高时，应适当的加入镍元素。 硫 有害杂质，能使焊缝的金属力学性能降低，增大焊缝的热裂纹倾向。硫的含量应不大于0.04% 当焊重要结构时应保证其含量不大于0.03% 磷 有害杂质，能降低焊缝的力学性能，使焊缝
5、出现冷脆现象，造成低温冲击韧性下降，因此磷的含量应不大于0.04% 当焊重要结构时应保证其含量不大于0.03% 1.31.3焊条型号的意义如下焊条型号的意义如下 ：例如：1.4焊条的选用原则：总原则：尽可能使接头的使用性能与母材保持一致（1）根据母材的物理、机械性能和化学成分（2）根据母材工作条件和使用要求 （3）根据焊接结构的特点 （4）根据焊接现场设备条件 （5）根据劳动条件和生产效益 针对于我公司的产品，普通钢板Q235B之间的焊接用J422焊条，锰板Q345R之间的焊接用J507的焊条，奥氏体不锈钢Ocr18Ni19之间的焊接用不锈钢焊条A102或A302。奥氏体不锈钢Ocr18Ni1
6、9与Q235B之间的焊接用A102，奥氏体不锈钢Ocr18Ni19与Q345R之间的焊接用性能稍高一点的A302焊条，Q235B与Q345R之间的焊接用J422的焊条施焊。在焊接蒸压釜、加压仓体时低合金钢之间用J507焊条施焊，碳素钢之间用J427施焊，低合结钢与碳素钢之间的焊接用J427焊条。只有这样才能保证焊接区域的使用性能与板材的使用性能接近于等强匹配。常用焊条的型号牌号如下表： 国标 部标 型号（按化学成份分类） 牌号（按用途分类） 国家标准号 名称 代号类型 名称 代号 字母 汉字 GB5117-1985 碳钢焊条 E 一 结构钢焊条 J 结 GB5118-1985 低合金钢焊条 E
7、一 结构钢焊条 J结 二钼和铬钼耐热钢焊条 R热三低温刚焊条 W温GB983-1985 不锈钢焊条 E 四 不锈钢焊条 G 铬A 奥2.母材成分对焊接质量的影响母材成分对焊接质量的影响2.1焊接接头 对于压力容器而言，焊接接头的力学性能是基本性能，同时焊接接头也是焊接结构中的薄弱环节，焊接接头存在着组织和性能的不均匀性，还往往存在着一些焊接缺陷，存在着较高的拉伸残余应力。提高焊接接头的质量可以从以下途径着手：（1）正确选配焊接材料。（2）采用合理的焊接工艺方法控制熔合比、调节焊接热循环特征、运用合理的操作方法和坡口设计辅以预热层间保温及缓冷后热措施。（3）焊后热处理方法可获得优质的焊接接头。2
8、.2母材成分 在焊接过程中母材的成分也尤为重要，根据母材成分来选择合适的焊材。高性能母材与低性能母材焊接时，焊材性能应与低性能母材相近或等强。 焊缝金属与母材力学性能匹配应该统一考虑强度匹配、塑性匹配和韧性匹配。对于强度型低合金钢按等强原则选用焊接材料，焊接接头可具有足够的韧性储备，而适当的“超强”也确实有利于提高接头的抗脆段性能。用强度为700-800mpa的高强度钢材作为母材，选择不同强度级别焊条焊接后进行落锤试验和深缺口宽板拉伸试验结果表明：焊缝金属过分超强或过分低强，均易促使脆性断裂，接近等强的接头最为理想，焊缝低强在工艺上还可降低预热温度，减少冷裂纹和敏感性。母材中的缺陷（1）非金属
9、杂质：钢中的金属O、S、N、Si、P等相互作用，形成不具有金属及其合金性质的化合物，如：MnS、FeS、复合硅酸盐等，这些物质机械的混杂在钢中，称为非金属夹杂物。这些夹杂物在钢内是非正常组织，破坏了金属基体的连续性，降低了金属的强度、韧性和塑性、抗疲劳和抗应力腐蚀能力，可能造成锻造和冷加工开裂、淬火裂纹、焊缝层状撕裂等。对材料性能的影响程度除与夹杂物的种类有关外，还与其大小、形状、数量及分布密切相关。（2）化学成分不合格：除主要合金元素外，微量元素含量也是衡量化学成分是否满足要求的重要依据，这也是导致失效的常见原因之一。（3）组织结构：压力容器用钢对金属的组织、晶粒度都有一定的要求，因为这直接
10、影响到材料的力学性能、组织和化学稳定性。而材料的扎制工艺、热处理状态和合金成分决定了其组织结构。（4）成分和组织偏析;由于再冷却过程中钢锭的内外冷却速度不同，造成杂质在钢芯和顶部偏聚，某些组织优先析出。因此，扎制的钢板化学成分和金相组织存在不均匀现象，特别是厚钢板芯部的杂质含量通常较其他区域高。这一现象往往是造成低合金钢在湿硫化氢环境中，钢板芯部产生密集HIC（氢致开裂）的主要原因。（5）裂纹：材料内部夹杂物在扎制过程中可能造成夹杂物周围的母材开裂，某些杂质也可能导致材料在热处理过程中产生再热裂纹。（6）氢脆：当钢中的扩散氢质量浓度超过310-6，钢内存在较大应力时（相变应力），可使钢锭或锻轧
11、的钢材表面形成发纹、白点，导致钢材韧性下降。（7）表面缺陷：材料表面的机械损伤、折叠和腐蚀缺陷，他们往往成为某些失效的裂纹源。（8）成型加工缺陷（9）热处理缺陷：主要指氧化和脱碳。淬火裂纹、过热和过烧、回火脆。 我公司生产的大型压力容器用的多是Q345R的锰板，蒸压釜、高压0.6Mpa的加压仓体是用厚度为16mm的锰板、低压0.5Mpa的加压仓体是用厚度为14mm的锰板，生产的反吹风包用的是8mm厚度的Q235B普通钢板，生产的直径2.8米长度10米的混料筒是用厚度为20mm的Q235B的钢板，加压槽体是用奥氏体不锈钢板材。针对以上板材进行如下分析：（1）Q235B是碳素结构钢，抗拉强度为23
12、5Mpa，其化学成分如下表： 元素 化学成分质量分数 碳 0.090.15% 锰 0.250.55% 硅 0.3% 硫 0.045% 磷 0.045% （2 2） Q345R Q345R是普通低合金钢，抗拉强度为是普通低合金钢，抗拉强度为510640Mpa510640Mpa，其屈服强度为，其屈服强度为265345Mpa265345Mpa，是是a a级的压力容器专用钢板，具有良好的综合级的压力容器专用钢板，具有良好的综合力学性能，其所含的硫、磷元素略低于力学性能，其所含的硫、磷元素略低于Q345Q345且抗拉强度、延伸率比且抗拉强度、延伸率比Q345Q345高，能够保证更高，能够保证更好的冲击韧
13、性。其所含化学元素如下表：好的冲击韧性。其所含化学元素如下表： 元素 化学成分质量分数 碳 0.55% 硅 1.21.6% 锰 0.2% 硫 0.015% 磷 0.025%2.3常用母材的焊接Q345R板材的焊接： 一般特点：材料中比低碳钢增加了少量的Mn，是低合金钢中可焊性比较好的钢，但是由于含有一定量的合金元素，淬硬倾向比低碳钢大。在低温或大刚度、大厚度焊接时可能出现淬硬组织或裂纹。焊接材料：按照等强原则，应用E50型焊条，压力容器焊接中一般采用低氢型碱性焊条，如E5015，E5016。埋弧自动焊时焊丝有H08A，H08MnA和H10Mn2等。工艺要点：（1）温度较低或焊件厚大时需要预热；
14、（2）装配点焊应在5以上进行气温低于时应预热；（3）当与低碳钢焊接时，如结构为受压元件，焊材与工艺按低碳钢，如不是受压元件其焊材和工艺可按16MnR考虑。奥氏体不锈钢Ocr18Ni19一般特点：具有较好的焊接性，焊接时一般不需采用特殊工艺措施，但选择工艺方法不当，容易出现晶间腐蚀和热裂纹。焊接材料：可采用A002和A120、A132型焊条。埋弧自动焊时焊丝有H0Cr18Ni9Ti等 工艺要点：（1）防止晶间腐蚀：使焊缝形成双相组织，控制含碳量，添加稳定元素如Ti、Nb，进行焊后处理，采用合适焊接工艺参数；（2）防止热裂纹：在焊缝中加入铁素体元素，形成双相组织；减少含碳量严格控制规范，减小熔合比
15、。实例1： 我公司于2010年底为辽宁海城某企业生产的直径2.8m长度10m的混料筒，其板材是普通钢板Q235板厚20mm，我公司职工用J422焊条施焊，完工后在海城运行了一段时间后，在混料筒筋板的热影响区的板材与焊缝出现裂纹如图2所示。经专家检测处理后得出结论：板材是锰板，不是普通钢板，由于他们企业所用的混料筒下方的滚轮是自己生产的，滚轮与混料筒之间并没有橡胶等起缓冲作用的物质，这就造成了在接触面之处受到的压力非常大，再加上摆放之处不是水平，混料筒运行起来受力不均,于是造成了热影响区之中的板材与焊缝出现裂纹，实例1： 图2另外锰板的性能应高于普通钢板的性能，但在施焊过程中，由于板材的标记错误
16、，工人们使用的焊材并没有选用J506的焊材施焊而是用J422焊条施焊，这就使焊接时焊材性能比母材性能“过低”也影响到了混料筒整体的质量问题。由于在焊接过程中焊缝两侧受到高温作用的影响，其板内金属晶粒的排布会发生变化，致使原来材料的力学性能有所降低，所以裂纹出现在热影响区附近。在了解到具体问题的根源之处，我公司派员工前去针对上述种种问题一一处理，从处理完成后到目前为止这台混料筒在运行期间没有类似现象的再次发生。 这个实例也反映出了根据母材的材料来进行焊材的选用是非常关键的，它影响到设备以后的运行情况，甚至于可影响到设备的寿命，会影响代企业的经济效益。实例2：酒精蒸压釜爆炸事件 江苏省苏州市某厂采
17、用乙醇氧化法成产醋酸和醋酸酐。1993年，该厂所用的一台酒精蒸压釜发生爆炸事故，造成1人死亡，2人受重伤。 该厂蒸压釜的结构为立式一类换热熔器，由上、中、下3段构成，3段之间由法兰连接。上端是酒精液、酒精蒸汽、热空气的混合区；中间是列管加热段；下端是酒精液及压缩空气入口段。 经过有关专家检查、化验、分析得出如下结论：经过有关专家检查、化验、分析得出如下结论：（1）釜体材质因素：本产品采用00Cr17Ni14Mo2不锈钢和a022焊条制造，该材料具有良好的焊接性能和抗晶间腐蚀能力。由于应力腐蚀机理不同于晶间腐蚀，因此，抗晶间腐蚀能力强的不锈钢不一定有较高的抗应力腐蚀能力。理论和实践证明，应力腐蚀
18、的敏感性主要取决于应力大小和方向，同时还与腐蚀介质种类、浓度和温度有关。奥氏体不锈钢对应力腐蚀的敏感性最大。即使在其中添加钼、铌或钛的稳定碳化物元素，也不能完全避免应力腐蚀。因此，本蒸压釜制造用材料虽为超低碳型并加了近2%钼的奥氏体不锈钢，也未能避免应力腐蚀的发生。（2）温度因素：据有关资料表明，奥氏体不锈钢在50摄氏度以上的含氯介质中极易产生应力腐蚀。而本釜的工作温度80摄氏度以上，此温度正是极易发生应力腐蚀的危险温度范围。（3）焊接工艺因素：众所周知，焊接工艺不当，必然导致极大的焊接应力。从本釜下端的焊缝看，其焊缝宽度、余高、焊波等与碳钢焊缝相似，且焊缝边缘有咬边，这足以证明其焊缝焊接规范
19、大。一般认为不锈钢的焊接规范比碳钢小20%以上。施焊时，应采用小电流、快焊速、快冷却及窄焊道的规范。金相检验也证明，下段釜体焊缝及热影响区晶粒粗大。粗晶粒势必造成大的焊接应力，从而增大了应力腐蚀开裂的倾向。因此，焊接工艺不当是造成本釜产生应力腐蚀并快速失效的最主要原因。 经对蒸压釜爆炸现场调查，釜内外表面、焊缝、断口宏观检查，釜下端材质理化分析、试验、断口处腐蚀产物EDS分析、断口及焊缝金相试验，证明其裂纹形貌、断口电子金相形貌都具有应力腐蚀特征；主裂纹方向与釜主应力方向垂直；并在工作介质中有氯离子存在，因此，可以确认，本釜的失效为典型的应力腐蚀破坏。其产生原因如下：（1）蒸压釜工作介质不纯，
20、其中含有较高的氯离子，形成了应力腐蚀的特定介质条件。（2）蒸压釜下端在制造时焊接工艺不当。不规范的焊接使焊缝及热影响区晶粒粗大，并产生极大的焊接应力。（3）蒸压釜工作温度正处在最易产生应力腐蚀的危险温度区。从本实例中得出如下经验教训：（1）生产中应严格控制母材原料纯度，防止易产生应力腐蚀的特定介质导入。（2）在不锈钢容器制造时，一定要采用正确的焊接工艺规范，尽可能降低焊接应力，必要时还要进行热处理。3.焊接方法对焊接质量的影响焊接方法对焊接质量的影响3.1常用焊接方法特点及应用见下表 焊接方法适宜板厚 焊缝位置热影响区及焊接变形经济生产批量生产率 手工焊 3.020全较小单件小批较低埋弧焊4.
21、060全小成批大量高二氧化碳保护焊 0.825全小成批大量较高 由表中可以看出，二氧化碳保护焊的适用范围包含了手工焊的范围，并且前者各项特点均好于手工焊，因此，在我们公司在生产各种加压类小件时已经逐步用二氧化碳保护焊取代了手工焊。 一般在焊接压力容器筒身时，板材的纵缝环缝是采用埋弧焊，各种管材与筒身相接时时采用二氧化碳气保焊。以下介绍两种生产中常用的焊接方法：3.2二氧化碳气体保护焊二氧化碳焊丝如图3所示。 图3 二氧化碳焊丝直径的的选择应根据焊件的厚度、焊接位置及生产进度要求综合考虑，可按下表进行选择。 二氧化碳气体保护焊焊丝直径选用表（mm） 母材厚度 4 4 焊丝直径 0.51.2 1.
22、01.6 二氧化碳气体保护焊的焊接电流和焊接电压应根据焊件厚度、破口形式、焊丝直径及所需的熔滴过渡形式选择。二氧化碳气体保护焊焊接电流及焊接电压：焊丝直径 0.8、1.0 1.2 1.6 典型工艺参数 电弧电压（V） 18 19 20 焊接电流（A） 100110 120130 140180 生产上所用工艺参数 电弧电压（V） 1824 1826 2028 焊接电流（A） 80180 120260 160310 焊丝伸出长度一般取焊丝直径的8倍，且不超过15mm。二氧化碳保护焊如下图4所示： 图4二氧化碳气保焊的优点如下：（1）二氧化碳气保焊穿透能力强，焊接电流密度大且变形小，生产效率比焊条电
23、弧焊高1-3倍。（2）二氧化碳气体便宜，焊前对工件的清理可以从简，其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50%。（3）焊缝抗绣能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小。用二氧化碳气保焊焊加压大法兰如图5所示。 图5二氧化碳气保焊也有其本身的局限性：（1）二氧化碳气保焊焊接过程中金属飞溅较多，特别是当工艺参数调节不匹配时尤为严重。如图6所示 图6（图中颗粒为飞溅物）（2）不能焊接易氧化的金属材料，并且其抗风能力差，野外作业或露天作业时需要有防风措施。3.3埋弧焊 埋弧焊又称熔剂层下自动电弧焊，它是一种电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法，是目前仅次于焊条电弧焊的应用最广泛的一种焊接方法。如图7所示。 为
24、了保证焊缝成形美观，在提高焊接电流的同时要提高电弧电压，使它们保持合适的比例，以获得合适的焊缝成形。焊接电流与相应的电弧电压见下表。焊接电流（A） 600700 700850 8501000 10001200 电弧电压（V） 3638 3840 4042 4244 焊丝直径主要影响焊缝厚度。当焊接电流一定时，减小焊丝直径，电流密度增加，电弧吹力增大，使焊缝厚度增大，成形系数减小。故使用同样大小的电流时，直径小的焊丝可以得到较大的焊缝厚度。不同直径焊丝适用的焊接电流范围如下表：焊丝直径（mm） 2 3 4 5焊接电流（A） 200400 350600 500800 7001000 焊丝越粗，允许
25、采用的焊接电流也越大，生产效率就越高。目前焊接中厚板采用直径4mm的焊丝较为普遍。 焊丝伸出长度加大时，焊丝受电流电阻热的预热作用增强，焊丝的熔化速度加快，结果使焊缝厚度变浅，余高增大；伸出长度太短时，容易烧坏导电嘴。碳钢焊丝的伸出长度见下表：碳钢焊丝的伸出长度焊丝直径 2 3 4 5焊丝直径 1520 2535 2535 3040 图7 用埋弧焊进行焊接其优点如下：埋弧焊焊缝、焊剂如图8所示。 图8（1）埋弧焊生产效率高，埋弧焊所用的焊接电流大，相应电流密度也大，加上焊剂和熔渣的隔热作用，电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高，以板厚8-10mm的钢板对接为例，单丝埋弧焊焊接速冻可达30-
26、50m/h，若采用双丝和多丝焊速度还可以再提高一倍以上，而焊条手工焊速度则不超过6-8m/h，同时由于埋弧焊热效率高熔池深大，单丝埋弧焊不开破口一次熔深可达20mm。（2）埋弧焊焊接质量好，因为熔渣的保护，熔化金属不与空气接触，焊缝金属中含氮量低，而且熔池金属凝固较慢，液体金属和熔化焊剂间的治金反应充分，减少了焊缝中产生气孔、裂纹的可能性，焊剂可以向焊缝过渡一些合金元素调整化学成分，提高力学性能，自动焊时焊接工艺参数通过自动调节保持稳定，对焊工操作技术要求不高，焊缝成型好、成分稳定、力学性能好、焊缝质量高。（3）埋弧焊劳动条件好，埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，机械化的焊接方法减轻了手工操作强
27、度。如图9所示。 图9（埋弧焊进行中）埋弧焊也存在一定的局限性：（1）埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护,一般只适用于平焊和角焊位置的焊接，其他位置的焊接则需采用特殊装置来保证焊剂覆盖焊缝区。（2）焊接时不能直接观察电弧与破口的相对位置，需要采用焊缝自动跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。（3）埋弧焊使用电流较大、电弧的电流强度较高，当电流小于100A时电弧稳定性较差，因此不适宜焊厚度较小的薄件。 此外焊接质量受到焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制。我公司员工在焊接反吹风包时，其环缝是采用单面焊双面成型的方法，由于反吹风包是压力容器，一旦焊缝有严重缺陷质量不合格，焊件的焊补非常困难，而且其在生
28、产过程中受各种交变载荷及压力的作用使焊缝的缺陷产生应力集中，加之焊缝的有效使用面积减小，减弱了焊接接头的强度，轻则使产品的使用寿命受到影响，重则导致焊缝断裂产品破坏酿成严重事故。另外单面焊双面成型焊接层数的选择对焊接质量也有一定的影响，每层厚度过大对焊缝的塑性有不利影响，且焊接过程中熔渣易倒流，产生夹渣和未熔合等缺陷，但每层厚度也不宜过小，以免造成焊缝两侧熔合不良。 我公司生产的某些风包在经过无损检测x射线检测后会检测出气孔、裂纹等现象如图10所示，有时也会发现焊接接头根部未熔合的现象如图11所示。分析其原因可能是焊接电流偏小、焊速过快、坡口尺寸不合格产生的未熔合和未焊透现象，而气孔与裂纹可能
29、是人为因素造成的。 图10（左图中黑色斑点为气孔，右图中黑色细线为裂纹） 图11（图中光亮区根部斑点为未熔合）4.焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝形状与焊缝质量的关系 焊缝的形状即指焊件熔化区横截面的形状，它可用焊缝有效厚度s、焊缝宽度c和余高h三个参数来描述。合理的焊缝形状要求s、c和h之间有适当的比例，生产中常用焊接成型系数=c/s和余高系数=c/h来表征焊缝成形的特点。 焊缝厚度是焊缝质量优劣的主要指标，焊缝宽度和余高则应与焊缝厚度有合理的比例。 焊缝成形系数小，表示焊缝深而窄，既可缩小焊缝宽度方向的无效加热范围，又可提高热效率和减少热影响区，因而从热利用的角度来看是十分有利的。若想得到焊缝
30、成形系数小的焊缝就必须有热量集中的热源，获得较高的能量密度。但若过小，焊缝截面过窄，则不利于气体从熔池中逸出，容易在焊缝中产生气孔，且使结晶条件恶化，增大产生夹渣和裂纹的倾向。因此，实际焊接时，在保证焊透（或达到足够焊缝厚度）的前提下焊缝成形系数大小应根据焊缝产生裂纹和气孔的敏感性来确定。比如，埋弧焊时一般要求焊缝成形系数1.25；而堆焊时，在保证堆焊成分的前提下可使焊缝成形系数=10。 除了对焊缝成形系数有要求外，理想的焊缝成形其表面应该是与焊件平齐的，即余高h为零。因为有余高，焊缝和母材连接处不能平滑过渡，焊接接头承载时在突起处就有应力集中，降低了焊接结构的承载能力。但是理想的无余高又无凹
31、陷的焊缝是不可能在焊后直接获得的，因此为了保护焊缝的强度，对一般焊缝允许具有适当的余高，通常情况下，对接接头允许h=03mm或=48。对于特别重要的承受动载负荷的结构，在不允许存在余高时，可先焊出带有余高的焊缝，然后用人工磨平。角接接头从承受动载的角度来看，也不希望有余高，最好有呈微凹的平滑过渡的形状。所以对于重要的角接构件，也应焊出余高后再打磨成凹形。 表征焊缝截面形状的另一个重要参数就是焊缝的熔合比。焊缝金属的化学成分一方面与冶金反应时从焊丝和焊剂中过渡的合金含量有关，另一方面也与母材本身的熔化量有关，即与焊缝的熔合比有关。所谓熔合比，既是指单道焊时，在焊缝横截面上母材熔化部分所占的面积与
32、焊缝全部面积之比Y=Am/(Am+AH)。熔合比越大，则焊缝的化学成分越接近于母材本身的化学成分。焊件的坡口形式、焊接工艺参数都会影响焊缝的熔合比。所以在电弧焊工艺中，特别是焊接中碳钢、合金钢和有色金属时，调整焊缝的熔合比常常是控制焊缝化学成分、防止焊接缺陷和提高焊缝力学性能的5.焊接工艺参数对焊缝质量的影响焊接工艺参数对焊缝质量的影响 焊接工艺参数对焊缝成型也有较大的影响，焊接工艺参数包括焊接参数和工艺因数等。焊接工艺参数对焊接质量影响很大，他决定焊缝输入的能量，是影响焊缝成型的主要工艺参数，对焊缝厚度、宽度、余高有影响。现介绍如下：（1）焊接电流主要影响焊缝厚度，其他条件一定时，随着电流增
33、大，电弧力和电弧对焊件的热输入量及焊丝的熔化量增大，焊缝的厚度和余高增加，而焊缝的宽度几乎不变，焊缝成型系数减小。（2）电弧电压主要影响焊缝宽度，其他条件一定时，随着电弧电压的增大焊缝宽度显著增加，而焊缝厚度和余高略有减小，不同的焊接方法对焊缝成型系数有自身的特定要求，因此为了得到合适的焊缝成型，一般在改变焊接电流时对电弧电压也应适当的调整。（3）焊接速度的快慢主要影响母材的热输入量，其他条件一定时，提高焊接速度，单位长度焊丝的热输入量及焊丝金属的熔敷量均减小，增大焊接速度是提高焊接生产率的主要途径之一，但为了保证一定的焊接尺寸，必须在提高焊接速度的同时应相应的提高焊接电流和电弧电压。工艺因素
34、对焊接也有影响：（1）焊丝直径越小，电流密度越大，对焊件加热越集中，电磁收缩力越大，焊缝厚度余高增大。（2）焊丝伸出长度越长，电阻越大，电阻热增大，焊丝熔化速度加快，余高增加，焊缝厚度略为减小。（3）焊接顺序也应合理，否则会出现较大的变形而无法消除。6.列举各种缺陷列举各种缺陷在手工施焊的过程中会出现多种焊缝成型缺陷，现列举如下：（1）焊缝外形尺寸不符合要求，焊缝表面高低不平、焊缝波纹粗劣，纵向宽度不均匀，余高过高或过低等。可能原因：破口角度不当、装配间隙不均匀，焊接参数选择不当、操作人员技术不熟练等。（2）咬边：由于焊接参数选择不当或操作不正确，沿焊跟的母材部位产生的沟槽或凹陷，如图12所示
35、。可能原因：采用大电流焊接焊缝时一次焊接的焊脚尺寸过大，电压过高等都可能出现咬边现象。压力容器焊缝对表面的咬边是有一定要求的，而对于低温容器焊缝则不允许存在咬边，对于任何咬边缺陷都应进行修磨和焊补磨光，并作表面探伤。图12（图中上下两侧细线为咬边） （3）焊瘤：焊接过程中熔化的金属流淌到焊缝之外未熔化的母材之上所形成的金属瘤。如图13所示。可能原因：填充金属量过多、焊接速度慢、电弧电压过低、电流过大、焊丝直径过长等都会产生焊瘤。 图13（图中光亮密集处为内部焊瘤） （4）焊穿及塌陷：焊缝上形成穿孔的现象称为焊穿，熔化的金属从焊缝背面漏出，使焊缝正面下凹、背面突起的现象称为塌陷。可能原因：焊接电
36、流过大、焊接速度过小或破口间隙过大等。（5）未焊透和未熔合：焊接接头根部未完全熔透的现象。如图11所示未熔合，图14所示未焊透 图14（图中黑色为未焊透） 7.施焊环境对焊缝质量的影响 当施焊环境出现下列任一情况且无有效防护措施时禁止施焊。（1）手工焊时风速大于10m/s（当风速过高会把药皮吹走，没有药皮的保护作用，焊缝极易形成气孔）（2）气体保护焊时风速大于2 m/s（风速过高时会把保护气体吹走，易形成气孔）（3）相对湿度大于90%（由于空气中的水蒸汽过多，焊缝中会夹杂上氢元素，易形成冷裂纹和气孔）（4）雨雪环境（同上）（5） 施焊压力容器时，当焊接温度低于零摄氏度时，应在始焊处100mm范围内预热到15摄氏度。（温度过低，焊缝冷却速度过快，更易形成冷裂纹）8.总结 综上所述，焊材的选择、母材的成分、焊接方法以及施焊环境与焊接质量的好坏息息相关，焊材选择正确、母材成分良好、焊接方法适当、施焊环境在允许的范围内，会大大的提高焊接的质量，减少返修的概率，大大降低投入生产的成本，减少劳动强度，节约了材料，同时大大增加了企业的经济效益。
