GMAW焊缝咬边成型机理及控制措施探讨刘义敏.docx

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GMAW焊缝咬边成型机理及控制措施探讨刘义敏

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摘要：本文对焊缝咬边的产生机理进行了探讨，并对焊接过程中的熔池行为进行了分析，提出了增加焊丝倾角、降低电压和缩短电弧长度等几个方面来控制焊缝咬边产生的工艺措施。

关键词：咬边；GMAW；熔池；电压；熔池宽度

Discussiononthemechanismofundercutformationandcontrol

Yi-minLiuJia-weiTangXinPan

（BGRIMM-MAT，Beijing，100160，China）

Abstract：Thispaperdiscussesthemechanismofundercutformation，andthebehaviorofthemoltenpoolintheweldingprocessareanalyzed，toincreasethedipangle，reducethevoltageandshortenthearclengthcansuppresstheformationofundercut.

Keywords：undercutGMAWmoltenpoolvoltagethewidthofweldingpool

GMAW应用的比例在工业发达国家各类焊接工艺方法中已达40%以上，咬边是焊缝两侧的焊趾部位由于液态金属未能填满而产生的沟槽或凹缝，是一种常见的宏观表面缺陷。不仅影响焊缝外观质量，还导致焊缝区出现应力集中，避免咬边的产生是改善成形和提高焊接速度的关键问题[1]。

1.形成机理探讨

图1液态金属在熔池边缘的运动趋势

Fig.1movementtrendofmoltenmetalattheedgeofmoltenpool

影响咬边倾向的直接因素有三个：熔池宽度，熔敷金属截面积大小，接触角大小。其中接触角的大小由材料成分，气体成分，表面状态和冷却条件决定，可以假定上述条件不变的情况下，θ值是一定的。当θ一定时，减少熔宽，增大单位长度的熔敷金属量能够减少咬边倾向。随着焊接速度的增加，熔池宽度减小，熔敷金属面积减小，咬边倾向越来越明显。

2试验设备材料与方法

2.1试验设备与材料

试验设备采用CO2气体保护焊自动焊机，试验材料是10mm厚Q235B钢板，钢材材料成分见表1，材料的机械性能见表2.

表1材料的化学成分

Tab.1ChemicalCompositionofMaterial

表2材料的机械性能

Tab.2MechanicalpropertiesofMaterials

2.2试验方法

为提高试验的精确性，焊接前采用铣床加对试样周边进行加工，采用手动方式定位，夹紧后用塞尺测定间隙大小，并根据要求进行调整。

3试验结果及分析

3.1焊丝倾角与咬边

在相同工艺条件下，本试验采用不同的焊丝倾角焊接，得到的咬边深度如表3所示。

表3不同焊丝倾角下得到的咬边深度

Tab.3Undercutdepthatdifferentweldingangles

从试验结果可以看出，焊丝倾角为20°左右，所得到的咬边深度最小。适当增大焊丝倾角时，电弧后排熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，故熔深减小，这有利于液体金属填满弧坑两侧，减小产生咬边的倾向，适当增大焊丝倾角能控制咬边的产生。

3.2焊接线能量与咬边

焊接过程中单位时间单位长度上的能量输入量E，直接影响焊缝宽度。

图2不同焊接速度下咬边的深度

Fig.2undercutdepthatdifferentweldingspeeds

随着焊接速度的增加，咬边倾向也越来越明显。在相同工艺条件下，当焊接速度低于0.8m/min时，不发生咬边。对于相同的焊接速度，发生咬边时，焊接热输入大时咬边倾向稍明显一些。所以可以得出结论，焊接热输入越大，焊接热输入越高，咬边深度越大，即咬边倾向越明显。在焊接速度和热输入低于一定值时，不会发生咬边。

4控制焊缝咬边的措施

咬边产生的主要原因因电弧对熔池液体金属的后排作用强，弧坑很深，没有足够的液体金属来填满弧坑两侧形成咬边，此外，电弧电压过大、电弧拉得很长、焊丝倾角不当以及成型不稳定等也会造成咬边，本文讨论将从以下几个方面来抑制咬边的产生。

（1）适当增大焊丝倾角时，电弧后排熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，故熔深减小，这有利于液体金属填满弧坑两侧，减小产生咬边的倾向。合理控制焊接速度，控制热输入能有效抑制咬边的产生。

（2）降低电弧电压和缩短电弧长度。电弧电压太大，电弧拉得过长，则电弧摆动倾向大，容易使母材金属两边局部过烧，造成咬边。

（3）消除磁偏吹的影响。磁偏吹可导致电弧偏斜，致使母材金属两侧受热不均，从而导致偏流及单侧咬边，采用工件电缆选择恰当的接线部位来克服磁偏吹。

（4）采用磁控装置，横向磁场及纵向磁场将对焊接熔池产