（北矿机电科技有限责任公司 北京 100160）
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
Discussion on the mechanism of undercut formation and control
Yi-min Liu Jia-wei Tang Xin Pan
（BGRIMM-MAT，Beijing，100160，China）
Abstract：This paper discusses the mechanism of undercut formation，and the behavior of the molten pool in the welding process are analyzed，to increase the dip angle，reduce the voltage and shorten the arc length can suppress the formation of undercut.
Keywords：undercut GMAW molten pool voltage the width of welding pool
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.1 movement trend of molten metal at the edge of molten pool
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.1 Chemical Composition of Material
表2材料的机械性能
Tab.2 Mechanical properties of Materials
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.3Undercut depth at different welding angles
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.2 undercut depth at different welding speeds
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生一个垂直向上的作用及相应的搅拌运动，同轴磁场将对焊接熔池产生一个垂直向上的作用及相应的搅拌运动，同轴磁场将使熔池做不规则的圆周运动，改变磁场频率及强度，将使这种运动得到调节。采用合理的磁场形式、频率及强度，将有助于改善焊缝成型，消除咬边。
5 结论
（1）讨论了焊缝咬边产生的机理，为有效防止咬边产生，提出了理论方向；
（2）根据温度场计算和熔池行为分析，对焊缝咬边产生的因素进行了分析；
（3）就如何防止焊缝咬边的产生，从工艺上提出了控制措施，从工艺实践上取得了良好的效果。
参考文献：
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[2]冯雷，陈树君，殷树言.高速焊接时焊缝咬边的形成机理[J].焊接学报，1999，20（1）：16-21.
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[4]高明，曾晓雁，胡乾午，等.CO2激光—MAG复合焊接保护气体的影响规律[J].焊接学报，2007，28（2）：85-88.
作者简介：
刘义敏，1986年8月25日生，男，汉族，工程师，研究方向为矿山机械设备制造
论文作者:刘义敏,唐家伟,潘鑫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：熔池论文; 电弧论文; 倾角论文; 焊丝论文; 金属论文; 倾向论文; 磁场论文; 《电力设备》2017年第34期论文;