工业机器人系统技术应用知识点35：工艺参数

影响熔化极气体保护焊的焊缝熔深、焊道几何形状和焊接质量的工艺参数有：焊接电流、极性、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、焊丝倾角（焊枪角度）、焊接接头位置、焊丝直径、保护气体成分和流量等。

1. 焊接电流

当所有其他参数保持恒定时，焊接电流与送丝速度或熔化速度以非线性关系变化。当送丝速度增加时，焊接电流也随之增大。碳钢焊丝的焊接电流与送丝速度之间的关系如图 5.4 所示。对每一种直径的焊丝，在低电流时曲线接近于线性。可是在高电流时，特别是细焊丝时，曲线变为非线性。随着焊接电流的增大，熔化速度以更高的速度增加，这种非线性关系将继续增大，这是由焊丝伸出长度的电阻热引起的。

2. 极性

极性是用来描述焊枪与直流电源输出端子的电气连接方式。当焊枪接正极端子时表示为直流电极正（DCEP），称为反接；相反，当焊枪接负极端子时表示为直流极负（DCEN），称为正接。熔化极气体保护焊大多采用 DCEP。这种极性时，电弧稳定，熔滴过渡平稳，

飞溅较低，焊缝成形较好，并且在较宽的电流范围内熔深较大。

3. 电弧电压（弧长）

电弧电压和弧长是常常被相互替代的两个术语。需要指出的是，弧长是一个独立参数，而电弧电压却不同。

对于熔化极气体保护焊，弧长的选择范围很窄，必须小心控制。电弧电压不但与弧长有关，而且还与焊丝成分、焊丝直径、保护气体和焊接技术有关。此外，电弧电压是在电源的输出端子上测量的，所以它还包含焊接电缆长度和焊丝伸出长度的电压降。当其他参数不变时，电弧电压与弧长成正比关系。在电流一定的情况下，当电弧电压增加时焊道将会变得宽而平坦，电压过高时，将会产生气孔、飞溅和咬边；当电弧电压降低时，将会使焊道变得窄而高，并且熔深减小，电压过低时，将产生焊丝插桩现象。

4. 焊接速度

焊接速度是指电弧沿焊接接头运动的线速度。当其他条件不变时，中等焊接速度时熔深最大，焊接速度降低时，则单位长度焊缝上的熔敷金属量增加。在很慢的焊接速度时，焊接电弧冲击熔池而不是母材，这样会降低有效熔深，焊道也将加宽。相反，焊接速度提高时，在单位长度焊缝上由电弧传给母材的热能上升，这是因为电弧直接作用于母材。但是当焊接速度进一步提高时，单位长度焊缝上向母材过渡的热能减少，则母材的熔化是先增加后减少。而提高焊接速度就产生咬边倾向，其原因是高速焊时熔化金属不足以填充电弧所熔化的路径，熔池金属在表面张力的作用下向焊缝中心聚集。当焊缝速度更高时，还会产生驼峰焊道，这是因为液体金属熔池较长而发生失稳的结果。

5. 焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是指导电嘴端头到焊丝端头的距离，如图 5.5 所示。随着焊丝伸出长度的增大，焊丝的电阻也增大。电阻热引起焊丝的温度升高，同时也引起少许增大焊丝的熔化率。另一方面，增大焊丝电阻，在焊丝伸出长度上将产生较大的压降。这一现象传感到电源，就会通过降低电流加以补偿。于是焊丝熔化率也立即降低，使得电弧的物理长度变短，这样一来将获得窄而高的焊道。当焊丝伸出长度过大时，将使焊丝的指向性变差和焊道成形恶化。短路过渡时合适的伸出长度是 6～13 mm，其他熔滴过渡形式为13～25 mm。

6. 焊枪角度

焊枪相对于焊接接头的方向影响焊道的形状和熔深，这种影响比电弧电压或焊接速度的影响还大。

焊枪角度可从下述两个方面来描述：焊丝轴线相对于焊接方向之间的角度（行走角）和焊丝轴线与相邻工作表面之间的角度（工作角）。当焊丝指向焊接表面的相反方向时，称为右焊法；当焊丝指向焊接方向时，称为左焊法，如图 5.6 所示。

当其他焊接条件不变时，焊丝从垂直变为左焊法时，熔深减小而焊道变为较宽和较平。在平焊位置采用右焊法时，熔池被电弧力吹向后方，因此电弧能直接作用在母材上，而获得较大熔深，焊道变为窄而凸起，电弧较稳定和飞溅较小。对于各种焊接位置，焊丝的倾角大多选择在 10°～15°范围内，这时可实现对熔池良好的控制和保护。对某些材料（如铝）多采用左焊法，该法可提供良好的清理作用，熔池在电弧力作用下，熔化金属被吹向前方，促进了熔化金属对母材的润湿作用和减少氧化。在焊接水平角焊缝时，焊丝轴线应与水平面呈 45°角（工作角）。

7. 焊接接头位置

焊接结构的多样化，决定了焊接接头位置的多样性，如平焊、仰焊和立焊，而立焊还含有向上立焊和向下立焊等。为了焊接不同位置的焊缝，不仅要考虑熔化极气体保护焊的熔滴过渡特点，而且还要考虑熔池的形成和凝固点。对于平焊和横焊位置焊接，可以使用任何一种熔化极气体保护焊技术，如喷射过渡法和短路过渡法都可以得到良好的焊缝。而对于全位置焊却不然，虽然喷射过渡法可以

将熔化的焊丝金属过渡到熔池中，但因电流较大形成较大的熔池，从而使熔池难以在仰焊和向上立焊位置上保持，常常引起熔池铁水流失。这时就必须考虑小熔池容易保持的特性，所以只有采用低能量的脉冲或短路过渡的工艺才可能实现。

8. 焊丝直径

对于每一种成分和直径的焊丝都有一定的可用电流范围。熔化极气体保护焊工艺中所使用的焊丝直径范围为 0.4～5 mm。通常半自动焊多采用直径为 0.4～1.6 mm 较细的焊丝，而自动焊常采用较粗焊丝，其直径为 1.6～5 mm。细焊丝主要用于薄板和任意位置的焊接，采用短路过渡和脉冲 MAG 焊。而粗焊丝多用于厚板、平焊位置的焊接，以提高焊接熔敷率和增加熔深。

9. 保护气体

保护气体除了提供保护环境外，保护气体的种类及其流量还将对电弧特性、熔滴过渡形式、熔深与焊道形状、焊接速度、咬边倾向、焊缝金属的力学性能等产生影响。保护气体的选择首先应考虑基本金属的种类，其次是考虑熔滴过渡类型。各种保护气体的特性和它们对焊缝质量及电弧特性的影响请查阅相关焊接手册，由于内容较多，本书不作详细介绍。

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