焊缝是通过将填充金属引入两块金属之间的接头而形成的焊接金属线。这些焊缝形成牢固的结合，将两块金属牢牢固定在一起。
作为一名工程师，您可能曾不得不处理由于焊枪操作技术错误而产生的焊缝缺陷。
在本文中，我们将涵盖您需要了解的所有内容，以防止这种情况再次发生，从实际制作焊缝到焊接质量控制流程。
目录
什么是焊缝?
当您通过焊枪的一次行程沉积焊接金属（呈线状）时，就会形成焊缝。
您通过将填充材料熔化到两块金属之间的接头中来创建焊缝。此过程将金属熔合在一起并增强连接强度。
根据您的制作方式（在过程中实际进行的操作动作），从工程师的角度来看，焊缝可能具有不同的外观和性能特性。
您的焊枪移动方式决定了焊缝的形状、尺寸和深度：
- 稳定的拖动可实现深度熔透，形成牢固的结合，
- 快速摆动可使金属更宽地分布以覆盖更大的区域。
这只是我们稍后将讨论的众多示例中的两个，但焊接技术会直接影响焊接性能。
必须控制焊枪的速度和角度，否则容易出现焊缝宽度不均或与母材熔合不足等问题。
考虑使用直线焊缝进行直线焊接，保持操作简单而精确。当您进行摆动时，可以在较大的接头中更好地处理热量。
这些选择可帮助您将焊缝与工作相匹配，无论是薄板还是厚重的管道。
控制不当可能导致焊缝缺陷，如裂纹或气孔。
为了控制焊缝外观，目标是焊脚至少达到较薄金属厚度的80%，正如KEYENCE在其2024年测量指南中所指出的。
这确保了焊缝在应力下保持稳定。
焊缝的重要性
焊缝确保在压力下将结构固定在一起的牢固结合。它们在多个金属件之间创建坚固的连接。
这使得载荷能够在接头上均匀分布。
形成良好的焊缝充当载荷传递的桥梁。这种设计有助于避免导致潜在问题的应力集中。
焊缝还提供密封性能。
它们阻止气体或流体通过接头。选择合适的填充金属以提高耐腐蚀性。
根据TWI Global 2024年的数据，保护气体中仅1%的空气夹带就会导致焊缝中的分布式气孔。超过1.5%的含量会产生严重的表面破裂孔。
适当的焊缝成型可以降低这些风险并确保长期稳定的性能。
良好的焊缝外观控制可防止焊缝缺陷（如咬边）。
为什么使用不同的焊枪移动方式?
根据工作位置，焊接时您会面临不同的挑战：
首先，重力会拉动熔融金属，因此您需要调整焊枪路径以将其保持在适当位置。
然后，对于薄的或易导热材料（铝、钛等），您需要选择限制过多热量的动作以避免变形。
仰焊也是一个非常复杂的操作示例。
在这种情况下，您需要更快地移动焊枪，以防止熔滴落到您的护罩或脸上。速度过慢会让重力占上风，导致焊缝不均匀。
这些是基本示例，但您在日常任务中可能有自己的实际情况。
这就是为什么在开始任何焊枪工作之前，要掌握基础知识并思考”我将如何实现它？可能出什么问题？”。
设计接头以实现良好的可达性和熔合：
- 选择与您的金属匹配的填充材料，如适合工作的焊条或焊丝，
- 根据厚度和类型设置机器电流和电压，
- 根据焊缝位置预先规划动作。
焊接并不像看起来那么容易。它需要充分的准备。
焊缝类型
您知道握持和移动焊枪的方式如何影响最终焊接效果。无论您使用焊条焊、MIG焊还是TIG焊，焊枪操作都保持相似。
定义：
- 焊条焊（SMAW）使用带焊剂涂层的消耗性电极产生电弧，用于手动焊接重型金属（如钢），产生保护性熔渣。
- MIG焊（GMAW）通过焊枪输送连续的焊丝电极，并使用惰性气体保护，用于快速、清洁地焊接薄到中等厚度的金属。
- TIG焊（GTAW）使用非消耗性钨电极和惰性气体进行精确、高质量的手动焊接，适用于薄材料或特殊材料。
每个工艺都有细微的调整。
创建焊缝的主要方法包括直线焊缝和摆动焊缝。
直线焊缝
直线焊缝使用焊枪的直线拖动或推动。
几乎没有左右移动。
拖动将电极指向前方以引导熔池。这提供了深度熔透和牢固的焊接。
对于薄材料或热敏感金属，您可以推动焊枪尖端。或者在垂直位置使用它。
推动将焊枪倾斜远离熔池。热量保持在后面，因此焊缝快速凝固。
与拖动动作相比，推动减少了熔透深度。
直线焊缝适用于所有位置。它们保持窄小。
始终确保在两侧焊趾处良好连接以实现与母材的充分熔合。缓慢的焊枪速度可让熔池覆盖接头边缘。如果需要，可以进行微小的侧向移动。
过多的侧向移动会将其变成摆动焊缝。
摆动焊缝
摆动焊缝技术是沿接头左右摆动焊枪，几乎像”之字形”图案。
您可以使用许多可能的图案：
- 之字形（凸形或凹形、圆形摆动），
- 三角形摆动，
- 梯形摆动，
- 锯齿形摆动。
摆动主要用于热量控制：
- 在两侧停顿以确保适当的熔合并防止咬边。
- 快速穿过中心以保持平坦的焊缝轮廓并避免过度余高。
特定图案有特定用途：
- 三角形摆动：最适合垂直向上焊接。它构建一个支撑架来支撑熔池对抗重力。
- 半圆摆动：用于调节热量。在熔池前方摆动以冷却它。通过熔池后方摆动以增加热量。
在仰焊位置，摆动虽然困难但很有效，可以节省运行多条直线焊缝的时间。
焊条焊接动作
对于使用焊条焊机的开根槽焊缝，技术是”甩动”动作。
大多数情况下，使用E6010或E6011电极。
目标是实现完全熔透。当您将焊条推过间隙时，锁孔将在焊接熔池的前面打开。
这个锁孔表明您正在根部熔合接头的两侧。
您的主要工作是控制这个锁孔的大小。如果它变得太大，您将烧穿。
您通过快速向上甩动焊条远离熔池来控制它。
此动作冷却熔池，缩小锁孔，并使其后面的焊缝凝固。然后您立即将焊条带回熔池以沉积更多金属。
您的甩动速率由热量决定。
您可能一开始完全不甩动，随着板材中热量的积累而逐渐增加速度。
走杯法（TIG）
对于管道上的高精度根部焊道，通常使用TIG焊接。
该技术称为”走杯法”。
您不是用手腕摆动，而是沿接头的倾斜边缘前后摇动焊枪的陶瓷杯。
这会产生非常一致和清洁的焊缝。
需要注意的常见缺陷
正如我们所见，不同的技术有助于建立牢固的接头，但控制不当往往会导致焊缝缺陷，削弱您的工作。
诸如气孔、咬边和余高过高等问题可能会损害机械项目的安全性和耐久性。
我们已经制作了焊接质量测试的完整概述，其中涵盖了您在实际工作中可能面临的大多数缺陷。
虽然这是一个复杂的主题，需要单独的文章，但以下是一些与所讨论的技术直接相关的重要注意事项：
咬边：这是沿焊缝焊趾熔入母材的凹槽。最常见的原因是移动速度过快或未能在摆动边缘停顿。电弧熔化母材，但您在填充金属能够填充之前就移开了。
预防：在摆动的每一侧短暂停顿。这使焊接熔池能够完全填充，确保从焊缝到基板的平滑过渡。
余高过大：这是在焊缝中心堆积了过多的焊接金属。这是在摆动中间移动过慢的直接结果。这会使填充金属集中在一个区域，由于焊趾处的应力集中而产生弱点。
预防：当您穿过接头中心时提高移动速度。目标是平坦或仅略微凸起的焊缝表面。
未熔透：当焊缝未能到达接头根部，留下未填充的间隙时，就会发生这种情况。通常由电流不足、移动速度过快或根部焊道技术不正确（例如未能建立和保持锁孔）引起。
预防：确保您的机器设置正确，并在根部焊道上专注于保持一致的锁孔。
气孔：这些是困在焊缝内的气袋或空隙。气孔是由于电弧长度过长导致来自大气的污染，或由于母材上的油、水分或锈蚀等杂质引起的。
预防：保持紧密的电弧长度，并始终使用清洁、干燥的母材和耗材。
结论
创建高质量的焊缝需要良好的技术，它不仅仅是在两块金属中间沉积一些金属来将它们粘合在一起。
我们已经介绍了直线焊缝提供笔直、熔透的焊接，而摆动焊缝用于控制热量和填充更宽的接头。
任何摆动的成功取决于您的技术：在两侧停顿以防止咬边，快速穿过中心以避免余高过高。
一旦您掌握了这种移动方式，您的大多数焊缝将不会出现缺陷。
此外，
特定工艺需要独特的动作。
焊条焊接中的甩动技术对于控制锁孔以确保完全根部熔透至关重要。
对于需要非常高精度的工作，TIG焊接的“走杯法”提供了最佳的一致性。
这些技术中的每一种都能很好地防止焊缝出现大多数常见缺陷。
常见问题
我应该什么时候使用简单的直线焊缝而不是更复杂的摆动焊缝？ 您应该对一次直线焊道就足够的窄接头使用直线焊缝。它非常适合根部焊道和您需要深度、集中熔透而不向周围金属添加过多热量的情况。当您需要填充更宽的间隙、用显著的坡口桥接两块金属或在较大区域的后续焊道上管理热量时，请使用摆动焊缝。
焊条焊接中的”锁孔”是什么，为什么它对根部焊道如此重要？ 锁孔是在执行开根焊道时在焊接熔池的前缘形成的小孔。这是您实现完全熔透的视觉确认，在接头底部完全熔合两块金属。通过”甩动”电极来控制其大小至关重要。如果它变得太大，您将完全烧穿金属，如果它闭合，您就无法获得完全熔透。
“甩动”动作和”走杯法”技术之间的主要区别是什么？ 它们是两种不同焊接工艺的技术。甩动是在焊条焊接（SMAW）中使用的手腕和手臂动作，主要与E6010/E6011焊条一起使用，以控制根部焊道上的热量和熔透。走杯法是TIG焊接（GTAW）的物理技术，您沿接头前后摇动焊枪的陶瓷杯。它使用焊枪本身创建高度一致和精确的摆动，非常适合关键的管道焊接。
焊缝中间出现凸起过高。我做错了什么？ 您在接头中心移动得太慢。这种缺陷被称为余高过高。当您在中间停留时，您会在一个地方沉积过多的填充金属。要解决此问题，请保持在两侧的停顿，但在穿过焊缝中心时提高移动速度。目标是平坦或仅略微凸起的焊缝轮廓。
哪些质量标准指导焊缝检测？ 有多种标准可以应用于您的应用。所需的规范取决于行业和应用。在美国，最常见的是用于结构钢的AWS D1.1、用于压力容器的ASME第IX节和用于管道的API 1104。在国际上，ISO 5817被广泛使用。
