熔池的控制

     熔池是指在焊接熱源作用下，焊件上所形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分。熔池結(jié)晶后形成焊縫，熔化焊均產(chǎn)生熔池。對(duì)于手工電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊及藥芯焊絲電弧焊來(lái)說(shuō)，熔池是類似的，但也不是完全相同的。手工或半自動(dòng)焊工必須首先學(xué)習(xí)如何控制熔池金屬。而機(jī)構(gòu)焊或自動(dòng)焊系統(tǒng)通過(guò)傳感器及機(jī)構(gòu)裝置來(lái)控制熔池金屬。必須對(duì)焊接工藝文件中的所有焊接參數(shù)（包括熔滴過(guò)渡方式）進(jìn)行正確的設(shè)置才能保證得到可控的熔池。熔池行為是非常復(fù)雜的，必須從多個(gè)角度進(jìn)行考慮。
     大部分熔池的控制，特別是立焊及仰焊時(shí)熔池的控制均涉及電源及送絲機(jī)調(diào)節(jié)以及電弧的正確操縱。如果熔池過(guò)大，熔池重力使熔池金屬流失，不能形成焊縫。如果熔深過(guò)大，則會(huì)使厚度較小的工件燒穿。但是，如果熔池的尺寸不夠大，則不能形成有效的焊縫。薄板焊接時(shí)，如果焊接速度適當(dāng)，則熔池的體積較小，電弧穩(wěn)定走后熔池立即凝固，可得到高質(zhì)量的焊縫。弧焊電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性也影響熔池的穩(wěn)定性。
    熔池是隨電弧一起移動(dòng)的，這使得熔池行為更加復(fù)雜。電弧熱輸入必須足夠大才能熔化母材，形成熔池。電弧熱輸入是指單位時(shí)間內(nèi)輸入到焊縫中的熱量，是可計(jì)算的。通常計(jì)算單位焊縫長(zhǎng)度上的熱輸入，即線能量。線能量計(jì)算公式如下；
                          H(W/in或W/m)=60EI/S
     式中，E為電弧電壓、V;I為焊接電流，A：S為焊接速度，in/min或m/min；H為線能量，W/in或W/m。電弧產(chǎn)生的熱量并不能全部輸入到工件中，一部分通過(guò)輻射的形式散失到周圍空間中，一部分用于熔化焊絲或焊條或者加熱鎢極。輸入到工件中的熱量占電弧總熱量的百分?jǐn)?shù)稱為熱效率系數(shù)。不同焊接方法的電弧熱效率系數(shù)相差很大，最低只有20%，最高可達(dá)95%。
熔池中的液態(tài)金屬的量取決于多種因素，包括電弧溫度、熱輸入、母材的熔點(diǎn)、工件厚度、工件大小、母材的熱導(dǎo)率以及工件的初始溫度等。而熱輸入又受焊絲（或焊條、鎢極）直徑和極性、電弧氣氛、焊接方法、焊接電流、電弧長(zhǎng)度及焊接速度等的影響。只有正確地理解了這些焊接參數(shù)之間的關(guān)系才能成功地控制熔池。這些焊接參數(shù)還影響熔池的冷卻速度和凝固速度。
電弧還通過(guò)影響加熱及冷卻速度來(lái)影響熔池和焊縫的冶金特點(diǎn)。冷卻速度影響焊縫及熱影響的冶金性能，對(duì)于高碳鋼和合金鋼的影響尤其明顯。另外當(dāng)焊絲的成分與母材不相同時(shí)，電弧還通過(guò)影響熔池的合金來(lái)影響焊縫的冶金性能。這些因素及其與熔池的關(guān)系將在后面予以闡述。
手工電弧焊時(shí)，焊工通過(guò)觀察熔池來(lái)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)并操縱電弧。而自動(dòng)焊需采用傳感器來(lái)監(jiān)視熔池，進(jìn)而調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。熔池的深度及寬度是影響焊縫質(zhì)量的主要因素。
通過(guò)觀察熔池還可預(yù)先湊數(shù)是否有產(chǎn)生焊接缺陷的可能。高速焊接時(shí)，容易產(chǎn)生咬邊和駝峰缺陷。駝峰是焊道上的一列金屬熔瘤，這種缺陷通常產(chǎn)生于焊接速度大于50in/min(1270mm/min)的情況。咬邊缺陷是指沿焊縫趾部的母材部位燒熔出的凹陷或溝槽的寬度取決于電弧 的能量，特別是電弧電壓。如果熔池金屬在填滿坡口前就快速凝固，則產(chǎn)生咬邊缺陷。這種情況下，熔池金屬還沒(méi)有鋪展到坡口邊緣就已凝固。產(chǎn)生咬邊的主要原因是焊接速度過(guò)快人，另外，熔池金屬對(duì)工件的潤(rùn)濕性也有一定的影響。熔池金屬的潤(rùn)濕性取決于相關(guān)的各個(gè)表面張力之間關(guān)系。氧化物的表面張力顯著小于純金屬的表面張力。駝峰產(chǎn)生的主要原因也是焊接速度過(guò)快快，但焊絲角度以及通過(guò)保護(hù)氣體或工件表面的涂層進(jìn)入電弧空間的氧氣也具有很大的影響。
熔池結(jié)晶特點(diǎn)如下：
(1)由于熔池體積小，周圍被冷卻金屬所包圍，所以熔池冷卻速度很快。
(2)熔池中液體金屬的溫度比一般澆注鋼水的溫度高得多，過(guò)渡熔滴的平均溫度約在2300℃左右，熔池平均溫度在1700℃左右，所以熔池中的液體金屬處于過(guò)熱狀態(tài)。
(3)熔池中心液休金屬溫度高，而邊緣凝固界面處冷卻速度大，所以熔他結(jié)晶是在很大溫度梯度(溫差)下進(jìn)行的。
(4)熔池一般隨電弧的移動(dòng)而移動(dòng)，所以熔他的形狀和結(jié)晶組織受焊接速度的影響較大。同時(shí)，焊條的擺動(dòng)、電弧的吹力、電磁力對(duì)熔池有強(qiáng)烈攪拌作用，熔池內(nèi)的熔化金屬是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶的。