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焊条直径、焊接电流、焊接速度、电源极性、焊接层数、热输入、预热温度、焊后热处理。
焊条直径:根据板材厚度,焊接层数,接头形式等来确定。焊接电流:根据焊条直径,板材厚度,施工位置,焊条类型过小时容易夹未融合引弧困难等,过大时焊接烟尘大,容易产生咬边焊瘤烧穿等情况。焊接速度:根据电流来确定,过快时焊缝变窄,凹凸不平,咬边,过慢时焊缝变宽,焊缝变高,热影响区变大。电源极性:根据焊条类型来确定。焊接层数:根据坡口尺寸和焊角。尺寸热输入:焊接电弧热输入给单位长度焊缝的热量,主要针对一些低合金钢,不锈钢等材质而言,这种板材热输入过大会造成接头性能降低甚至产生裂纹,其实焊接电流和焊接速度直接影响热输入。预热温度:对于一些刚度较大,焊接性差的材料,需要进行预热,避免产生裂纹,像铸铁。热处理:还有一种手段叫后热,两者不一样,后热是焊接完事后立即进行加热或者保温,慢慢冷却,已达到避免形成硬脆等现象,也可减小了裂纹的产生,热处理时为改善接头的性能或者消除应力而进行的热处理。
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关键词:螺柱焊;车身焊接工艺;应用研究
伴随着人们生活水平的不断提高,对汽车密封性的要求也随之提高,所以汽车企业在对车身进行设计的过程中,需要考虑汽车的密封性问题,防止泄漏的情况发生。想要保证汽车的密封性,就需要在车身结构上避免不必要的开口,由于汽车车身是由低碳钢构成的,具有很好的焊接性能,通过将许多薄板件焊接起来进而组成汽车车身。在焊接的过程中,螺柱焊接工艺具有速度快、操作简便和无空连接的优点,在汽车制造过程中取代了柳接、钻孔和攻螺纹等技术,并且在汽车车身焊接工艺中得到了广泛的应用。
一、螺柱焊接工艺的概括
螺柱焊接工艺是一种采用压力熔焊的焊接方法,在焊接的过程中,将螺柱的一侧与板件进行接触,等待触面融化后,对螺柱施加一定压力进而使焊接完成的方法。螺柱焊接工艺具有熔焊和压焊两种特征,并且具有压力焊和弧焊的属性。根据螺柱焊机工作原理上的不同,将螺柱机分为拉弧式和储能式螺柱机两种类别。在当前的汽车行业中,广泛应用的焊接工艺是短周期拉弧式螺柱焊机工艺。
二、螺柱焊接工艺的工作原理
由于不同的螺柱焊机工作原理的不同,在通常情况下,拉弧式螺柱焊机所使用的是晶闸管,来实现对弧焊整流器的控制。一些先进的拉弧式螺柱焊机的电源,采用的是逆变式电源为焊接提供能源。在焊接的过程中,通过提高焊枪的磁力,使螺柱上升,并且使其和焊接工件分离开来。与此同时,在螺柱和焊接工件之间施加电压,使螺柱和焊接工件之间引出电弧,促使工件融化,进而达到焊接的目的。在螺柱提升到预定温度时,在工件之间施加焊接电压,在焊接时间达到预计时间后,再切断焊接电压。螺柱焊接工艺对于其他焊接工艺来说具有很多优点,由于螺柱焊接工艺的功率较大,在批量生产的过程中,具有很高的生产效率,而且螺柱焊接工艺具有非常简单的施工工艺,不需要进行穿孔和{整的工序。使用螺柱焊接工艺大大缩短了生产时间,而且所焊接的工件具有较高的质量,不需要进行调整,使生产成本也相应的降低。而且螺柱焊接技术具有很好的经济效益,使用螺柱焊接技术进行焊接的工件都具有较高的质量,使废品率得到降低,而且螺柱焊枪的类型有很多种类型,在材料和设备方面都具有较低的费用。
三、螺柱焊接工艺的参数
拉弧式螺柱焊接的参数有焊接时间、引弧时间、螺柱提升高度、焊接电流、螺柱伸长和送钉时间等。其中焊接电流、提升高度、焊接时间和螺柱伸长度是拉弧式螺柱焊接工艺中的四个重要组成参数,在实际的工作中,需要根据螺柱的型号、规格和工件的材质、厚度进行相应的设定,在进行多次试焊后,调整出合适的工艺参数。焊接电流主要通过螺柱的直径进行控制,焊接的时间与焊接电流形成焊接输入热量,并且进行相互配合,实现调节的灵活性。螺柱的提升高度也是决定焊接质量的重要参数,通过高度的提升,能够很好的解决在熔滴过渡时,因短路所引起的焊接成型不良问题,但是高度的提升也容易导致磁偏吹现象,还会使焊缝气孔的数量增加,导致焊接质量下降。螺柱伸出长度通常为1.2毫米,其作用时是方便螺柱和工件之间的接触。而引弧电流和引弧时间这两个参数仅出现在短周期拉弧式螺柱焊接中,具有清除工件表面油污的作用。
四、螺柱焊接工艺中需要注意的事项
在螺柱焊接过程中需要注意以下几个问题:在接通焊机电源和压缩空气的过程中,需要检查焊接电缆是否进行可靠的连接;检查送料机中螺柱的数量是否正常;种类规格和送钉情况是否正常;在焊接的过程中,需要保持焊枪与工件表面角度的垂直,如果角度出现偏差情况,需要及时采取措施对其进行调整;需要定期检查螺柱夹持器的情况,如果有发现损毁的情况,需要及时进行更换;定期将防护套内壁中的焊接飞溅物进行清理,并且还要将工件表面的焊接飞溅物同时进行清理;在进行焊接工作的人员需要受到过专门的训练和具有良好的专业技能,明确焊机的使用和维护的方法,了解工艺参数的选择原则,在需要时能够和设备调整人员对工艺参数进行及时的调整。
五、螺柱焊接质量的测评
对螺柱焊接质量的测评方面包括:焊接螺柱的数量、位置、种类、规格和焊接强度等。不能出现烧损、螺柱倾斜、未熔合的情况,使焊接强度能够满足工艺的需求。对螺柱的位置、数量和规格方面,都需要严格按照设计图纸的要求进行焊接。通过使用肉眼进行外观检查,查看接头处是否有未熔合、裂纹、无气孔等缺陷;在螺柱根部的焊缝工作是否连续进行;螺柱与工件表面角度情况;在螺柱规格、种类、数量、位置方面都需要符合设计的要求。在进行生产的过程中,可以使用手锤对焊接螺柱进行检查,在锤击检查完毕后,需要使用CO2焊进行补焊加强工作。使用锤子对带顶帽的螺柱进行弯曲倾斜实验,在倾斜角度不小于150时,并且没有出现肉眼可见的开裂即可视为合格。使用专业的检查装置对螺柱进行拉伸检查,当螺柱的受力达到要求的检查拉力时,如果焊接接头没有被破坏,则证明焊接强度符合相应要求。对于安装力矩要求的焊接螺柱,需要使用测力矩扳手进行相应的检查,在螺柱被加载1.5倍的安装力时,接口处不开焊即可视为合格。在检查完带帽螺柱后需要将螺帽松开,在使用力矩扳手将螺帽拧紧,避免在对车身进行上漆的过程中,油漆渗透到螺柱螺纹和螺帽的间隙之中,影响焊接的质量。
六、总结
伴随着我国焊接工艺技术的不断发展,螺柱焊接工艺技术得以在汽车行业中广泛使用,在有效的提高汽车质量的同时,很好的解决了客户所担心的密封性问题,螺柱焊接在车身焊接工艺中的应用可以提高企业生产的效率,降低成本造价的作用。伴随着汽车企业对汽车车身的要求不断提高,螺柱焊在车身焊接工艺中广泛应用同时,也向着自动化、数字化和智能化的方向发展。
参考文献:
[1]郭中付,宋亚东.螺柱焊在车身焊接工艺中的应用[J].汽车实用技术,2014(5):99-101.
关键词:不锈钢复合板;0Cr18Ni9+Q235-B;焊接工艺
1 引言
不锈钢复合板是以碳钢基层与不锈钢覆层结合而成的复合板的钢板。不锈钢复合板不仅具有不锈钢的耐腐蚀性、还具有碳钢良好的机械强度和加工性能以及低成本的优点,也是新型的工业产品,因而应用广泛。所以其焊接工艺的分析研究有很重要地现实意义,在不锈钢复合板的焊接工艺上,坡口设计、焊接顺序及焊接组对是关键 ,解决好上述问题,不仅能够提高复合板压力容器的生产效率,而且能够保证质量。
2 材料(不锈钢复合钢板)的焊接性分析
不锈钢复合板焊接,复合板的基层和复层属于同种材料,焊接比较容易,焊接质量容易控制。不锈钢复合板基层与复层交界处,属于不同的材料焊接,焊接质量不容易控制,应该设置焊接过渡层。基层和复层性能以及化学成分差异比较大,因此控制好过渡层的焊接是保证焊接质量的重点,也是难点。
3 焊接工艺
3.1 工艺流程
3.2 焊前准备
不锈钢复合钢板的坡口加工采用机械加工的方法,切割面应该光滑,要是采用等离子切割,切割的时候复层朝上,严禁将切割的熔渣落在复层上。
坡口及其两侧各20mm范围内应用机械方法和有机溶剂进行表面的清理,清除表面的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其他的污物,复层距离坡口100mm范围内应涂防飞溅涂料。
装配应该以复层为基准,其错边量不得大于复层厚度的二分之一,且不大于2mm,对于复层厚度的不同,按较小地复层厚度取错边量. 焊前b配要以复层为基准对齐,错边量留在基层一侧,控制在0.5~1mm,错边量过大将会直接影响复层的焊接质量;一定要保证工件装配不锈钢焊件工艺间隙,一般对接接头约为1.5~2.0mm。
3.3 焊接
(1) 焊接方法与焊接材料的选择
根据不锈钢复合板的厚度及实际施工条件,焊接不锈钢复合板时,基层采用手工电弧焊。过渡层和复层焊接,也是采用手工电弧焊。
不锈钢复合板过渡层的焊接十分地重要,过渡层焊接材料的选择也非常重要。焊接过渡层的目的,是为了补偿由于稀释所引起地合金元素(例如铬、镍等)的降低,使复层焊缝的合金成分保持应有的水平。因此,焊接材料的选择十分的重要,碳钢之间焊条为:J426,不锈钢之间为A102,不锈钢与碳钢之间为A302。
(2) 焊接工艺参数
根据储罐的材料、焊件的厚度、焊接接头形式、焊缝的空间位置、装配间隙等,确定合理的焊接工艺参数,各种焊接位置的焊接工艺参数见表1~表3。
(3) 焊接的顺序
焊接宜先焊基层,再焊过渡层,最后焊复层,现已复层焊接为例讲述如何保证焊接质量。
不锈钢复合板的复层主要是保证储罐的耐腐蚀性能。在焊接复层时,首先要仔细清除坡口边缘地复层坡口上的飞溅物,一定要注意保护复层的表面,
复层焊缝应该最后焊接,必须控制好焊接热输入量,尽量采用小的焊接热输入和电流,并且要快速焊接。焊接过程中严格控制层间的温度,允许在前后焊道施工间隙时采取措施冷却接头。
关键词:焊接工艺;质量控制。
Abstract: In the pipeline, pressure vessel, steel structure industrial installation engineering construction, the welding quality directly determines the success or failure of the whole project construction. Therefore, we should attach great importance to the welding process, welding, welding, the welding process quality control, the greatest degree guarantee welding quality.
Key words: quality control of welding process;
中图分类号:U671.83 文献标识码:A
现代工业安装工程中处处离不开焊接,焊接是安装制造业的重要加工工艺。工业设备工程中,现场设备、工业管道的安装工程量占了相当的比例。大部分依靠现场焊接完成,由于施工条件限制,露天作业多,焊接质量控制存在一定难度。因此,焊接质量控制更具有代表性。如果能有效进行控制,消除不利因素,就可以大大提高焊接质量,保证工程高效、快速的完成。
一、焊接实施前的质量控制
1.焊接工艺评定
焊接工艺评定是验证施焊单位拟定的焊接工艺的正确性,并评定施焊单位的能力。在产品焊接之前,我们必须做焊接工艺评定。
焊接工艺规定的焊接能量参数是在焊接工艺评定合格的基础上作出的,因而对焊接接头性能是有保证的,实际施焊时应严格控制。不认真执行或任意改变焊接能量参数可能会导致焊接接头性能恶化,产生各种问题。因此,对焊接工艺的控制是得到合格的焊接接头、保证焊接质量的关键。
2.焊工资格及控制
优良的焊接质量不仅取决于正确的焊接工艺规程,而且很大程度上还取决于焊工的操作技能和焊工的责任心,所以认真做好焊工的培训和考核工作,是提高焊工的技术素质,保证焊接质量的一项必不可少的环节。
对焊工的培训和考核,应包括理论知识和实际操作技能两个方面。在生产过程中,还应对实际生产的成绩和工艺纪律执行情况进行考核。值得提出的是,持证焊工只能担任考试合格项目范围内的焊接工作, 对于有效到期的焊工应停止施焊,取得资格,再次培训考核,或经过相关组织审核资格并决定是否延期。对于在实际施焊中合格率不高的焊工也要取消其资格再次培训考核,达到合格的标准。
3.焊接材料及控制
用合格的焊接材料(包括母材及焊接填充材料)才可能焊出合格的焊缝,因此对施焊用的焊接材料进行控制是十分必要的。
焊接材料必须有生产厂家出具的有效的质量保证书,金属化学成分及外形尺寸必须符合相应的国家标准。验收合格后将焊材存入一级库,按焊材管理规定保管、发放。焊材在使用前,由焊条烘干员按规定进行烘干,做好《焊条烘干记录》。焊接管理员按焊接工艺文件规定,填写《焊条(焊丝)发放记录》,作为焊条烘干员发放焊条的依据,并经项目焊接责任工程师检查确认,交工存档。焊工凭《焊条(焊丝)发放记录》领用焊材。焊条按根数发放并回收焊条。焊条领出后必须装入焊条保温筒。回收可再利用的焊条,需重新烘干,焊条烘干不得超过二次。
4.焊接设备及控制
完好状态下工作的焊接设备是保证焊接工作顺利进行,保证焊接质量的前提。焊接设备(包括焊条烘干设备)的电流、电压等仪表必须按规定校准,保证在检定周期内。焊工要事先检查设备的完好程度和熟悉焊接设备的性能,电焊机在空载下启动,不得超载使用。对于焊条保温筒应检验其是否维持合格的温度。
5.施焊环境及控制
环境条件对焊接有较大的影响,主要表现在:
(1)温度:当环境温度过低时,会使焊缝溶池金属冷却过快,改变金相组织,从而对力学性能造成不利影响。
(2)湿度:环境湿度过大,空气中的水分就有可能进入熔池,形成氢气孔等缺陷。一般要求环境相对湿度不大于90% 。
(3)风速:当风速过大会使焊条电弧焊、气体保护焊的保护效果减弱,使空气中的有害气体渗入熔池中,从而影响焊缝质量。
(4)天气:在雨、雪天不允许露天施焊作业,若采取了保护措施,且环境相对湿度不大于90%时可以施焊。
施焊前,焊接工程师应检查焊接环境,包括风速、相对湿度、气温,对于露天施焊工程,雨、雪天应停止施工。
二、焊接过程中的质量控制
(1)焊接技术交底
焊接施工前,焊接工程师要对参加施焊的焊工集中进行技术交底,讲解焊接工艺规程(WPS)或焊接过程中的重点、难点,使焊工明确电源极性、电流大小、保护气体流量大小、是否摆动焊条、焊接速度等焊接工艺参数,领会层间处理和施焊中的清根、清渣、打磨及焊后外观质量要求。
(2)坡口加工和组对
焊接施工前要认真清理待焊表面,管道坡口可采用外部安装式数控管子切割坡口机或者电动管子切割坡口机,如采用热加工方法加工坡口,应除去坡口表面的氧化皮、熔渣和影响焊接接头质量的表面层,将凹凸不平处打磨平整并显现金属光泽,坡口表面及坡口边缘内外侧25 mm范围内的油、漆、垢、锈、毛刺等应清除干净,并不得有裂纹、夹层等缺陷,坡口尺寸要符合焊接工艺要求。
(3)焊接过程中的检验
焊接过程中的检验主要是检查焊工执行焊接工艺规程的情况。在施焊中, 焊接工艺规范参数不得随意改变。检查人员要对焊工执行焊接工艺的情况进行检查, 同时做好焊接记录,存入施工档案备查,使施焊过程始终处于受控之中。
三、焊接过程后的质量控制
焊后检验为进一步保证焊接质量和工程质量,把缺陷消灭在运行之前。
(1)焊缝外观的检查
焊缝外观检查主要是检查焊缝的外形尺寸和外表缺陷。对于有延迟裂纹倾向的某些合金材料或者高强度材料的焊缝,应在焊后24-36 h再检查是否产生延迟裂纹。
(2)焊缝的表面检测(磁粉与渗透检测)
焊缝表面,母材表面去除工卡具后打磨的区域,应进行磁粉与渗透检测,用以检测肉眼难以检出的微小缺陷(主要是微裂纹)。角焊缝无法采用磁粉检测时可采用渗透检测。非铁磁性材料可采用渗透检测。
(3)超声检测与射线检测
超声检测与射线检测主要用于检测焊缝内部缺陷。由于超声波探伤仪体积小、重量轻、便于携带且对人体无害,因而广泛使用。 由于超声法较难检测薄板焊缝,而射线检测不受厚度限制,也常用于对 超声检测发现缺陷的复验,以进一步确定缺陷性质,为返修提供依据。
四、焊缝的返修
焊缝的返修工作应由台格焊工担任,并采用经焊接工艺评定合格的焊接工艺参数,返修工艺应得到焊接技术人员的允许对同一部位经过两次返修仍不合格的焊缝,如需再进行返修,应经制造单位技术负责人批准,对返修的次数、部位和无损探伤结果等,都应记入工厂竣工档案中,保持工程的可追溯性。
五、结论
焊接质量是工业安装工程质量的关键环节。只有建立完善的焊接施工质量管理体系,加强焊接材料、焊接工艺、焊工管理、焊接设备、焊接检验等方面的质量控制,才能保证整个工程的质量安全。
参考文献:
[1]《实用焊工手册》化学工业出版社
关键词 焊接工艺评定;焊接质量缺陷;影响要素;控制措施
中图分类号:TG42 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)11-0000-00
核岛小容器包括压缩空气储罐、废液回收水箱、冷凝水回收箱、工艺疏水箱、含氧废水疏水罐、冷凝水贮存罐和各种除盐器等容器设备组成。质保等级为核Q2、3级。焊接是核设备制造的重要加工手段,焊接过程是一种特殊工艺过程,焊缝质量在焊接过程中形成。核岛小容器设备的焊接,通常以传统焊接工艺为主,即氩弧焊(TIG)或氩-电联合焊接(TIG+SMAW)。焊接工艺评定就是为了避免焊接常见缺陷的产生,使焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分符合图纸设计规定,是对焊接工艺规程(WPS)进行验证性试验和结果评价的过程。焊接过程中由于受人员、设备、材料、标准文件和环境等多方面因素影响,会导致气孔、未熔合、未焊透、夹杂等缺陷出现。设备焊接制造中必须遵循焊接工艺评定进行焊接制造,如果焊接工艺评定无法满足设计要求将无法保证焊接质量。
1 核电小容器设备焊接前焊接工艺评定及焊接质量控制
1.1 焊接工艺评定过程的检查
产品施焊前,应检查WPS清单中所有焊接工艺是否都有焊接工艺评定支持,检查设备图纸中所示的所有焊缝是否都已编制WPS,并在WPS清单中列出。
1)检查制造商焊接工艺规程WPS中是否列出了焊接工艺评定报告(PQR),检查焊接工艺评定报告(PQR)中评定的可变参数有效范围能否覆盖产品的焊接变素,检查评定记录和报告是否符合相关规范标准和技术条件。
2)检查焊接工艺评定任务书规定的检验项目、数量、有效范围和验收标准是否符合规范标准和评定技术条件的要求。
3)评定条件检查内容:①确认评定现场已具备所需文件,施焊人员为熟练合格焊工或焊接操作工,且已熟悉评定文件。②验证评定用焊接设备、测量仪器已经鉴定合格并在有效期内。③验证评定试板的制备(试板尺寸、坡口形式、坡口制备方法、钝边的形式和厚度,锻轧方向等)符合规定要求。
4)评定试件焊接过程的检查内容:①评定试板组装:按照PWPS控制错边量、坡口间隙等、采取防变形措施(必要时)。②按PWPS要求对评定试板进行预热,控制预热温度大于规定预热温度的下限。③按PWPS要求开始焊接,控制层间温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数。④焊接完毕后按PWPS要求对评定试板进行热处理(如需要)。
5)无损检验的检查:检查评定试件是否已按照产品要求的无损检验项目进行了检验,RCC-M规定工艺评定试件的无损检验应满足1级焊缝的检验标准要求。
6)取样过程的检查:应在试件经过整体热处理和按评定文件规定的无损检验以后取样。力学性能试样应取在无损检验显示的质量最好区域中;宏观检验和(或)微观检验的金相试样应取在无损检验认为合格的缺陷显示部位。
1.2 焊接过程的质量控制
1.2.1 施焊前准备的检查
1)检查操作环境条件是否符合规定要求,不满足时,必须采取适当措施,消除其影响,否则严禁施焊。2)确认施焊用焊机状态完好,检测仪表经鉴定合格并在有效期内,电流表、电压表指示正常。3)确认施焊焊工考试合格项目与产品焊接各变素的符合性,并在3个月内无中断焊接操作,且连续中断考试合格项目对应的焊接工作不得超过六个月。4)检查焊材复验报告,确认复验的检验项目是否齐全,结果是否满足要求;确认所用焊材的牌号、规格等参数是否与焊接工艺要求一致,是否按要求进行了验收、烘培,是否有完整的发放、领用和回收记录。5)确认所采用的焊接工艺已进行了焊接工艺评定。6)检查焊接工艺规程是否已经得到批准,并摆放在施焊现场便于施焊者得到。7)组装前检查内容如下:①母材和焊接材料的标识。②待焊件坡口形状和尺寸:坡口角度、钝边、装配间隙和错边等。③焊接坡口及两侧已完全除油、除锈、除氧化皮,并按要求进行了表面无损检验;8)组装后检查待焊件尺寸检查,定位焊后,检查坡口尺寸公差、间隙公差、对口错边量是否符合焊接工艺要求。
1.2.2 焊接过程的检查
1)预热和层间温度的检查:检查预热温度不能超过焊接工艺规定的最小值,层间温度不能高于规定的最大值,预热宽度必须满足工艺要求,施焊现场应放置测温仪器。2)检查焊工是否严格按焊接工艺给定的参数实施焊接,包括对以下焊接参数的检查:焊接线能量、焊接电流、焊接电压、焊接速度、气体流量、焊道宽度等。3)如有根部保护要求,应检查根部保护气体流量、气体种类、保持的最小厚度等是否满足技术要求。4)焊接期间对焊道外观和尺寸进行检查,确保焊道分布符合技术要求,焊道表面不产生气孔、未熔合、未焊透、夹杂等缺陷。为此,应检查焊道和焊根的清理是否彻底,发现弧坑是否去除并进行了表面检验。5)检查焊工不得在设备表面上起弧,在第一层和最终焊缝上不得进行锤击;6)对于有后热要求的冷裂纹敏感材料,检查焊后是否及时进行了后热和焊后去应力热处理。7)检查焊工施焊过程中除正常打磨外,不得随意进行挖补焊接。8)检查焊工或质检人员是否按照程序要求进了焊接记录,记录是否规范,记录内容是否真实全面。
2.2.3 焊后外观检查
1)焊接完成后,确认是否清除了焊缝表面及邻近表面区域的焊渣、氧化皮和油脂等可能妨碍无损检验的物质。2)按照检验验收准则对焊缝尺寸和表面缺陷进行检查。
2.2.4 焊缝返修的检查
焊缝经无损检验发现超标缺陷时,应进行返修,焊缝返修的检查内容如下:1)焊缝返修应按经评定的返修工艺进行。2)根据返修工件的材质、缺陷部位和大小等,可分别采取机械加工、手工铲磨、碳弧气刨等方法清除缺陷。3)同一位置焊缝的返修不应超过两次。4)返修前应编制一份返修工艺或作业指导书。5)返修完毕外观检验合格后,应在补焊区冷却到室温一定时间后再对返修焊缝进行无损检测。
2.2.5 见证件检查
设置焊接见证件的目的主要是为了验证产品焊缝的质量,其焊接符合产品焊接工艺评定确定的操作要求,在对见证件进行检查时也应重点检查见证件与产品的符合性。
3 产品制造中出现的常见焊接质量事故分析
质量事故一:产品进行焊接产品见证件试板后,在试件与筒体的焊缝作PT无损检查时发现,焊缝出现纵向裂纹。
原因分析:产品在施焊前未按焊接工艺要求进行焊前预热处理,焊接过程中未按工艺要求进行加热保温处理,焊后温降速度过快。
质量事故二:在进行焊接工作巡检中,发现焊工未按照工艺规程WPS要求的焊接参数(电流、电压)及焊接速度要求进行焊接,存放焊条保温筒未进行接通电源进行保温加热,后进行UT无损探伤时发现夹杂和气孔缺陷。
原因分析:焊工违反WPS规定,只考虑尽快完成焊接工作,在焊接参数不符、焊条未保温情况下进行焊接工作。
质量事故三:在进行设备筒体与封头的组合环封焊接焊后检查中,采用RT探伤,在RT报告显示局部未焊透;
原因分析:由于筒体与封头规格偏差,组焊时,环缝内部出现局部焊缝错口问题,未得到焊工重视,焊后RT探伤出现为焊透的质量事故。
4 结论
焊接过程中由于受人员、设备、材料、标准文件和环境等多方面因素影响,会导致气孔、未熔合、未焊透、夹杂等缺陷出现。设备焊接制造中必须遵循焊接工艺评定进行焊接制造,如果焊接工艺评定无法满足设计要求将无法保证焊接质量。监造人员要对制造厂人员、设备、材料、标准文件和环境等方面加强焊接管理,有针对性地采取严格控制措施,对设备制造中出现的焊接质量问题进行分析研究,并进行有效的解决。以达到焊接质量的预防和有效控制,避免类似质量缺陷再次出现。
参考文献
[1]法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则.2000版+2002 年补遗.
[2]美国 ASME 第Ⅸ卷焊接和钎接评定.2004.
[3]NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定.
关键词 压力容器;焊接质量;控制
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0177-01
压力容器广泛用于石油、机械、化工、轻工、军事、航天等工业部门,质量的好坏对于压力容器尤为重要。钢制压力容器大多采用焊接方法制成,因此,焊接质量控制在压力容器的制作过程中非常关键。焊接质量对压力容器的使用寿命与安全运行起着非常重要的作用,直接关系到人民群众的生命和财产安全。
1 焊接材料
1.1 焊接材料的选择
压力容器是一种特殊的全焊结构,其焊接接头须承受与容器壳体相同的各种载荷、温度以及工作介质的各种物理、化学作用。焊缝金属既要其静载强度和壳体材料基本相等,还要求具有足够的韧性和塑性,以防止在加工和运行过程中,受压部件焊接接头因各种应力和温度的共同作用而提前失效或产生脆性破裂。某些特殊条件下,还要求焊缝金属具有抗工作介质腐蚀的性能。因此,选择压力容器的焊接材料的需要多方面的因素综合考虑。
低碳钢和低合金钢压力容器一般按等强性原则来选用,要求焊缝金属的抗拉强度高于母材标准规定值的下限。焊缝金属的强度应与母材的强度尽量相当,若焊缝强度过高,通常会降低塑性和韧性。低温容器应选用低温韧性不低于母材的焊接材料;高温容器选用的焊材应确保焊缝金属的合金含量不低于母材标准规定的下限值,以保证焊材与母材有相同的高温性能;在腐蚀介质中运行的不锈钢容器应选用与母材化学成分大致相同的焊接材料;低合金钢和不锈钢、碳钢和不锈钢之间的异种材料接头,宜选用高铬镍含量的焊材;厚度较大、形状复杂的工件,要选用抗裂性好的低氢焊条。焊接材料的选用还应充分考虑受压部件的加工工艺、焊接方法的热循环、冶金特点对接头性能的影响等因素。
1.2 焊接材料的验收、保管和领用
焊接材料的验收、保管和领用是保证焊接质量的重要环节之一。由于生产厂家的不同,导致同一牌号或型号的焊条工艺性能存在差异,因此,制造厂应根据实际经验,选择较为固定的焊条生产厂家。入库验收时,焊接材料要有制造厂提供的质量保证书,且生产批号清晰,包装完好,验收合格后入库。焊材在入库后的应按牌号、批号、规格存储在焊材库内,焊材库的温度>5 ℃,相对湿度不超过60%,使用前必须对焊条和焊剂按规定的烘干参数进行烘干。焊材发放时,焊工持注有产品编号、牌号、规格和数量的领用卡领取焊接材料,并做好发放记录。
2 焊接工艺
焊接工艺是控制压力容器接头焊接质量的关键因素,焊接工艺的编制必须从焊接方法、焊接材料的种类板厚和接头形式三方面来进行。
2.1 焊接工艺评定
焊接工艺评定是保证压力容器焊接质量的重要措施。焊接容器之前,必须制订焊接工艺指导书(WPS),焊接工艺评定即是验证最初拟定的WPS是否适当的方式,也是制定正式WPS的重要依据。焊接工艺评定按标准JB4708-2000执行,换热管和管板的工艺评定则按GB151-1999附录B执行。但在执行过程中总是存在以下几个方面的问题。
1)首次使用的国外材料未及时进行工艺评定。
2)将评定合格的焊接位置改变为向上立焊的焊接位置时未进行焊接工艺评定。
3)用不等厚试件进行评定,经评定合格后适用不等厚焊件母材厚度的范围,应分别计算厚边对厚边,薄边对薄边。
4)改变焊后热处理类别未对焊接工艺重新做评定。
2.2 焊接工艺参数的选择
焊接工艺参数是在焊接过程中,为保证焊接质量而选定的如焊接电流、焊接速度、电弧电压等物理量的总称。焊接工艺参数的确定涉及材料种类、焊接方法和规格等因素。
焊接热输入(线能量)指在熔焊时,单位长度焊缝上焊接能源输入的热量。它体现了焊接工艺参数对焊缝性能的影响。低碳钢的塑性和冲击韧性优良,其焊接接头的塑性与冲击韧性同样优良。一般情况下,不严格限制低碳钢的线能量,若焊接线能量过大,会导致热影响区粗晶区的晶粒过于粗大,甚至出现魏氏组织,从而导致该区的冲击韧性与弯曲性能达不到要求。低合金钢一般不要使用过大的线能量。焊接含碳量偏下限的Q345R钢材时,由于其焊接热影响区脆化倾向较小,对焊接线能量无严格限制。低合金高强钢由于含碳和合金元素较高、屈服强度也较高,因此,既要选用较小线能量,还要采取焊前预热、焊后及时后热等措施。为保证低温钢和不锈钢焊接的接头韧性和耐蚀性,应选用小线能量,且应快速焊接,严格控制层间温度。在对异种钢焊接时,应采用小线能量焊接,防止焊缝金属的稀释。
2.3 焊缝返修
焊缝经无损检测后如发现存在不允许的缺陷,须进行返修。首先应分析缺陷产生的原因,制定返修方案,并编制相应的返修工艺。焊缝同一部位不宜超过2次返修,如超过2次,返修前应当通过制造单位技术负责人批准,且将返修的部位、次数、返修情况等信息记入压力容器质量证明文件。需要在焊后消除应力热处理的压力容器,须在热处理前返修,若在热处理后才进行焊接返修,返修后须依相关标准处理。经耐压试验后需返修的,返修部位必须按原要求经无损检测合格。
3 焊接检验
焊接检验是对焊接前、焊接过程和焊接后三个方面的检验。
焊工的资格问题是焊前检验应注意的。对压力容器进行施焊工作的焊工必须通过《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》的规定考试合格并获得工作资格证方可施焊。施焊时焊工必须严格执行焊接工艺;焊工或检验员应在焊接工作结束后,在规定部位打上施焊焊工的钢印,并记录检验情况。
施焊过程中的检验主要是对焊接工艺、图样规定、技术标准等方面的执行情况,焊缝外观质量和产品试板等进行检验。对焊缝外观检查能在一定程度上帮助分析和发现容器内部缺陷,要求焊工掌握外观检查的要求、表面缺陷产生的原因以及防止措施,这能充分保证焊缝质量。产品焊接试板是对产品的主体材料包括主体焊缝的焊接工艺、焊接材料和焊工技能的综合检验,是焊接过程中质量检验的重要手段。
在焊接完成后即可进行焊后检验,对有延迟裂纹倾向的高强度钢应在焊后延迟一段时间(24 h后)进行或复查。焊后检验包括无损检测与耐压试验。在不损坏试件的前提下,通过物理或化学方法或是设备器材,对试件的表面以及内部的性质、结构、状态进行的测试和检查即为无损检测。无损检测时所检测的探伤部位必须具有代表性,如“T”形焊缝,特殊部位和可疑部位等。
耐压试验的目的是对焊缝的致密性和受压元件的强度进行检验,主要是水压试验和气压试验。耐压试验应在所有工序都完成之后进行,具体执行要求依《容规》和GB150等相关标准。
4 结束语
压力容器制造过程中的焊接质量控制是保证压力容器质量的重要环节,是十分复杂且涉及多方面的工作,压力容器制造厂只有加强对焊接工艺、焊接材料和焊接检验等方面的质量控制,才能保证压力容器产品的焊接质量,提高压力容器产品的安全性能。
参考文献
关键词:压力容器 焊接 质量管理
1、焊接设备使用维护管理
焊接设备主要有焊机、焊条烘干箱、保温桶、加热器、钳形电流表及温度测量仪。为保证焊接质量,应定期对焊接设备进行全面的检查和维护。焊机都应装配电流表、电压表,焊条烘干箱要有温度表等仪器,并定期对焊接设备的电流、电压、温度显示进行校验,确保焊接所使用的工艺参数的正确。另外每次对设备进行全面的检查、维护和校验都要做记录,并进行保存,以便备查。
2、焊接材料管理
在焊条周转或储存过程中,由于保管不善或存放时间过长,都有可能发生焊条吸潮、锈蚀及药皮脱落等缺陷,这就会影响焊条的使用性能,造成飞溅增大、产生气孔、焊接过程中药皮成块脱落甚至焊条报废等。管理不善还可能造成错发、错用,造成质量事故。焊接材料的管理目的是确保压力容器的焊接正确、焊缝合格,应保证在整个生产过程中焊条的领用有条不紊。焊接材料的管理包括焊接材料的采购、验收、保管、烘干、发放和回收。焊接材料合格与否由焊材的订货、验收和复验来保证。焊接材料进厂后,检验人员应根据材料质量证明书、采购合同、订货技术条件及相关标准进行验收。验收一般有以下2种情况:①质量证明文件齐全,符合相关标准要求,检验人员认定合格,在材料质量证明文件上盖合格标记,然后入库。②质量证明文件或项目不全,对性能指标有怀疑、首次使用的生产厂家的牌号或产品技术要求有特殊规定的,要对焊材的熔敷金属进行复验。复验合格后盖合格标记,然后入库。入库后按种类、牌号、批次、规格及入库时间等分类堆放。焊接材料使用的正确由焊接材料库保管、存放、领用、发放等环节来保证。焊工凭焊接工艺指导卡填写焊接材料领用单,管理人员根据焊接工艺指导卡审核焊工填写的领用单,并在焊接材料发放台账上登记记录。记录内容至少要包括产品工号,焊缝名称,焊接材料的牌号、规格、生产厂家、炉批号,发放量及焊工代号。可以对任意产品的任意焊缝进行台账管理,使焊材的管理明确、可靠。焊条应在干燥与通风良好的室内仓库存放。焊条储存库内不允许放置有害气体或腐蚀性介质,焊条应存放在架子上,架子离地面高度及离墙面的距离不得小于300 mm。焊条储存库内应设置温度计和湿度计,室内温度不得低于5℃,相对湿度不得低于60%。焊条使用前须按有关规定进行烘干,对于奥氏体不锈钢焊条,例如A102的烘干温度,在JB/T 4709—2007《压力容器焊接规程》中给出的烘干温度为150℃,是按酸性焊条的要求进行烘干。而现在各大厂家对焊条的药皮成分进行了调整,焊条以钛钙型为主,故其烘干温度也大大提高,厂家推荐烘干温度基本在300~350℃。因此在烘干A102焊条时,应按厂家的推荐参数进行烘干。烘干后的焊条应置于100~150℃恒温箱内,每次领用的焊条不得超过4 kg。焊条在保温筒内最长使用时间不得超过4 h,若超过4 h,则应重新烘干,且最多只可烘干2次。焊工还应收回使用后的焊条头,便于进行当日剩余焊接材料的回收统计。
3、焊接工艺评定及焊接检验管理
3.1 焊接工艺评定
焊接工艺评定是指为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价,即通过拟定正确的焊接工艺保证焊接接头获得所要求的使用性能。作为焊接的质量管理,目前没有条件制定以各种使用性能作为焊接工艺评定的判断准则,因此以焊接接头的力学性能(拉伸、弯曲、冲击)作为判断焊接工艺的准则。对于特殊材料,还需要增加化学成分分析及晶间腐蚀试验等。如要评定焊接工艺,首先要拟定焊接工艺指导书(PQR),用焊接工艺评定报告(WPS)来证明PQR的正确性。根据评定合格的焊接工艺制定具体的焊接工艺规程来指导具体焊接工作。每个WPS都有相应的评定合格的PQR与之对应,一般应对PQR及WPS编号归档。WPS上应按要求填入PQR号,以证明WPS是评定合格的。WPS是焊接质量管理体系的核心,是指导生产的标准依据,压力容器制造厂必须确保焊接工艺文件的正确性及可靠性。WPS必须是由本单位技术熟练的焊接人员使用本单位焊接设备焊接试件,即焊接工艺评定不允许借用或交换[10]。压力容器制造厂的焊接工艺文件一般分为通用焊接工艺及专用焊接工艺。通用焊接工艺是将厂内常用的焊接材料、结构、焊接方法和典型零部件的焊接汇总成通用焊接工艺文件。随着生产的发展以及新工艺、新材料、新标准的实施,需要不断对通用工艺进行必要的补充、更新和重新修订。专用焊接工艺是针对钢材的焊接性能,结合产品的特点,对特定产品制定的焊接工艺。
3.2 焊接检验
焊接检验是确保压力容器可靠性必不可少的环节之一,包括焊前检查、焊接过程中工艺执行情况的检查、焊后焊缝的外观检查及焊缝的无损检测。焊前检查的内容包括确认焊工资格、确认焊接材料及其烘干温度和保温时间、焊缝坡口清理情况、焊缝装配质量、预热温度等的检验。焊接过程中的检查内容,主要是监督焊工是否按焊接工艺规程提供的参数进行焊接,如焊接电流大小、焊接电压、焊速、层数、层间温度、后热温度及保温时间的检查等。对于不锈钢制压力容器,由于不锈钢材料对热输入比较敏感,焊前不能预热,焊接过程中的层间温度不能超过100℃,焊接过程中的焊条摆动幅度不能超过2~3倍的焊条直径,以防止焊缝组织发生转变。焊后检查的内容包括焊缝外观成型检查、焊缝后热检查及焊缝的无损检测。焊缝外观成型检查即检查焊缝及热影响区表面不得有裂纹、气孔、夹渣、凹坑、未焊满及飞溅物等缺陷,并对角焊缝的焊脚尺寸、对接焊缝的增宽尺寸及焊缝余高尺寸进行检查。对于有后热要求的焊缝,应在焊后立即进行焊缝后热,温度应按焊接工艺文件的规定进行,时间宜为0.5~1 h。在焊后立即对焊缝进行加热保温,有利于焊缝中氢原子的大量扩散,大多数有后热要求的压力容器焊缝往往都没有及时进行后热消氢处理,会对焊缝的抗裂性造成一定的影响。焊缝的无损检测则根据图样、技术要求及标准规定的要求采取相应的检测方法,并执行合格等级相关条款。通过上述检验的焊缝即为合格焊缝,未通过上述检验的焊缝需返修。为确保焊缝返修质量,要制定相应的返修工艺,对于同一部位返修次数超过2次的焊缝进行返修,应经制造单位技术负责人批准。
4、焊接环境管理
焊接环境管理除广义上的施焊环境以外,还包括与焊接有关的焊接作业条件。我国压力容器标准GB 150—1998《钢制压力容器》中规定了压力容器的施焊环境,即出现下列任意情况且无有效防护措施时禁止施焊:①雨天及雪天。②手工焊时风速超过8 m/s,气体保护焊时风速超过2 m/s。③环境温度在—5℃以下。④相对湿度在90%以上。焊接环境的温度和相对湿度在距压力容器表面500~1 000 mm处测量。对于在制造车间焊接的压力容器,以上条件易于得到保障。而对于现场焊接的容器,如球罐、塔器等,就要采取搭设防风(雨)棚、生炉子等措施来解决上述问题。对于不锈钢制压力容器,除了要满足以上焊接环境的要求外,在制造过程中还应注意不锈钢制压力容器表面钝化膜的保护及铁离子的防护。
关键词: 大学工程类专业 国际焊接工程师培训 实训环节
国际焊接工程师培训认证是一种国际焊接学会(International Institute of Welding,简称IIW)针对焊接工程类人员进行培训与资格认证体系,其目的是通过学习国际通用的标准和规范促进国际间交流合作。国际焊接工程师是标准中所规定的最高层次的焊接技术人员和质量监督人员,是与焊接相关企业获得国际产品质量认证的要素之一。他从事产品的结构设计、生产制造、质量保证、研究和开发等各个领域的焊接技术和相应的管理工作,在企业中起着极其重要的作用。
在大学工程类专业教育中引入国际焊接工程师资格培训,可以促进专业知识与国际工程标准接轨,有效提高高校实践教学质量,迅速为企业提供优秀的焊接专业人才。“国际焊接工程师”培训主要包括两部分:一部分为理论培训教程(378学时),由基础理论部分(84学时)和主课程(294学时)两部分构成,基础理论部分分为焊接工艺及设备(35学时)、材料及材料的焊接行为(37学时)、焊接结构与设计(12学时)三门课程;主课程部分分为焊接工艺及设备(58学时)、材料及材料的焊接行为(74学时)、焊接结构与设计(52学时)、焊接生产及应用(110学时)四门课程。另一部分为焊接实践部分(60学时),其中包括氧乙炔气焊与切割技能操作练习(10学时)、手工电弧焊技能操作练习(10学时)、钨极氩弧焊技能操作练习(10学时)、CO■气体保护焊技能操作练习(10学时)、其他焊接方法操作技能练习(20学时)。
在国际焊接工程师培训过程中的动手实践环节,是基于国际最新ISO标准条件下的实训练习,包含实际生产中应用最广泛的几种焊接工艺方法。通过该环节的培训,不仅可以加深学生对相关行业标准的理解,还可以进一步提高学生的动手实践能力。
以手工电弧焊焊接实习为例,目的是使学员通过手工电弧焊的操作过程,了解不同类型焊条的操作技能,熟悉不同规格下焊条的工艺规范参数及产生各种缺陷的原因和预防措施,掌握手工电弧焊工艺过程、适用范围及应遵守的安全规程。表1、表2分别为手工电弧焊实习的焊前准备和焊接工艺规范参数的选择。
表1 手工电弧焊焊前准备
表2 手工电弧焊焊接工艺规范参数
以钨极氩弧焊焊接实习为例,目的是使学员通过钨极氩弧焊的操作过程,了解该方法的操作技能,熟悉钨极氩弧焊的工艺规范参数及其产生各种缺陷的原因和预防措施,掌握手工钨极氩弧焊的工艺过程、适用范围及应遵守的安全规程。表3、表4分别为手工电弧焊实习的焊前准备和焊接工艺规范参数的选择。
表3 钨极氩弧焊焊前准备
表4 钨极氩弧焊焊接工艺规范参数
实践性强是国际焊接工程师培训的一个突出特点,培训内容需要与工程实际紧密结合,并将相关行业的主要标准穿插其中,因而在对大学生进行国际焊接工程师培训中,加入实训环节是十分有必要的,有利于提高大学生今后从事焊接相关行业工作的技术能力和水平。
参考文献:
[1]常凤华,张岩.国际焊接工程师培训与高校工程化人才的培养[J].电焊机,2009,39(3):14-16.
[2]陈少平,王文先,孟庆森等.本科生国际焊接工程师资格培训认证初探[J].太原理工大学学报(社会科学版),2006,24(4):79-81.
【关键词】焊接工艺参数;工艺规程;焊接质量
Welding Quality Control Factors
Li Yong-mei
(Hebei Zhicheng Construction Co., Ltd Handan Hebei 056000)
【Abstract】This paper describes the influence of welding parameters and process factors on weld quality. Key mainly from the size and shape of the relationship between the weld welding procedure specification parameters, the relationship between the weld and the pool extends to regulate the relationship between the respective welding process and weld quality parameters were discussed, reveals that the welding quality control of welding heat input.
【Key words】Welding quality;Technological process;Welding parameters
1. 前言
(1)焊接由于节省大量的材料,生产效率高,是制造业中主要的加工工艺之一,几乎涉及到所有的产品。航空航天元器件及结构的焊接制作,工业产品及厂房的制作安装,民用产品的制造等等。利用现有设备及焊接材料和操作人员的技能情况,制定适合的焊接工艺规程,保证焊接质量,是产品的生产过程中,最为重要的环节。
(2)焊接质量的保证,是在试验的基础上,根据不同材料的物理性能和化学成分,以及所采用的焊接设备、焊接方法和结构特性,制定能保证其加工质量的焊接工艺技术文件。在生产实践过程中,如何确保焊接工艺规程的实施,是钢结构生产及维修部门的重要工作。
(3)由于各企业所加工构件的材料和结构不同,使用的焊接方法不同,在焊接试验和工艺评定方面,所做的内容也不尽相同,制定的焊接规程也有一定的差别。焊接规程做为焊接过程的技术性文件,不论生产何种产品,保证其质量的前提,就是焊接生产全过程完整的执行焊接工艺规程。
2. 焊接材料对焊接质量的影响
在结构材料已知的情况下,焊接工艺规程中,主要的几个参数如焊接材料、接头形式、焊接电流、焊接电压、保护气体流量、气体纯度、焊接层数,而合金钢及有色金属焊接过程,还要考虑层间温度、预热及后热温度。如任一参数的大幅度变动,都可能产生焊缝尺寸超差、成形不好、裂纹、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤、烧穿、焊接变形等缺陷,甚至产品报废。
2.1 焊接过程是一个不均匀加热和冷却过程。
焊缝区及热影响区温度会随着焊条(焊丝)的移动而发生变化。是一个不均匀加热和冷却过程,熔池的冶金反应也是不充分的。日常操作中,基本是以提高生产效率为前提,尽可能的采用大的电流参数。大的电流参数,固然提高了生产效率,但对焊接质量和焊缝成形产生了一定的影响。会烧损一部分合金元素,随着合金元素含量的减少,焊缝冷却后的的组织结构发生变化,而且熔滴过渡形式也发生改变。短路过渡变为射流过度,熔滴尺寸变小,体表面积增大,气体带入熔池更多,产生气孔的几率增加。焊接电流过小易产生气孔、未焊透、夹渣等缺陷,降低接头的致密性,减少承载面积,致使接头强度和冲击强度降低。
(1)焊接电流增加时,电弧的热量增加,因此熔池体积和弧坑深度都随电流而增加,所以冷却下来后,焊缝厚度就增加。
(2)焊接电流增加时,焊丝的熔化量也增加,因此焊缝的余高也随之增加。如果采用不填丝的钨极氩弧焊,则余高就不会增加。
2.2 焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定。
(1)电弧长度越大,电弧电压越高,电弧长度越短,电弧电压越低。在焊接过程中,应尽量使用短弧焊接。焊接时弧长应更短些,以利于熔滴过渡,防止熔化金属下滴。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些,以利于电弧的稳定和防止气孔。弧长增加,金属飞溅越多,对母材金属的表面损伤严重。特别是对有防腐要求的不锈钢类和钛金属构件焊接过程中,应尽量减少飞溅物。
(2)同时,在焊接过程中,焊接速度应该均匀适当,既要保证焊透又要保证不焊穿,同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。
(3)当其它条件不变时,电弧电压增长,焊缝宽度显著增加而焊缝厚度和余高将略有减少,电弧电压增大,严重时引起磁偏吹。这也是使焊缝成型不好,形成气孔、夹渣、未焊透的一个因素。在焊接电源为直流反接时,表现得尤为突出。