焊接電流和保護(hù)氣體對(duì)大電流MAG 焊焊縫成形的影響

1、.焊接電流和保護(hù)氣體對(duì)大電流MAG 焊縫成形的影響提要在相同線能量下, 研究了焊接電流與不同組元保護(hù)氣體(A r、He、CO 2、O 2) 對(duì)大電流MA G 焊焊縫成形的影響。結(jié)果表明, 隨著電流的增大, 焊縫表面由光亮平滑變?yōu)榘l(fā)黑起皺; 焊縫截面熔池形狀由指狀過渡為錐形, 再發(fā)展為盆形。用無He 保護(hù)氣體, 熔池形狀大電流時(shí)為蘑菇形, 小電流時(shí)為指狀, 都不理想;大電流情況下, 含He 的混合氣體調(diào)節(jié)范圍較寬, 且焊縫熔池形狀比較理想, 這使大電流時(shí)選用氣體配比比較容易, 只要保證電弧形態(tài)和熔滴過渡穩(wěn)定即可, 所以含He 的保護(hù)氣體適于大電流的MA G 焊接。主題詞活性氣體保護(hù)焊焊縫剖面1前

2、言大電流熔化極氣體保護(hù)焊(MA G) 是在傳統(tǒng)MA G 焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型、快速、高效的氣體保護(hù)焊技術(shù)。其特點(diǎn)是采用平外特性電源, 特殊的焊槍, 雙驅(qū)動(dòng)快速送絲機(jī)構(gòu), 多元保護(hù)氣體和大干伸長, 在保證焊接質(zhì)量的前提下, 將焊絲熔化速率比常規(guī)MA G 焊提高2 3 倍, 大幅度提高了生產(chǎn)率。目前, 大電流MA G 焊技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于造船業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)工程、汽車制造、機(jī)械工程、罐體結(jié)構(gòu)、潛艇和坦克制造等1 3 。文獻(xiàn) 4, 5 的研究結(jié)果表明, 采用少氦或無氦混合保護(hù)氣體作保護(hù), 在大電流區(qū)間得到的旋轉(zhuǎn)射流過渡形式極不穩(wěn)定, 焊接過程飛濺大, 焊縫成形惡劣, 因此限制了使用焊接電流, 從而限制

3、了熔敷率的進(jìn)一步提高。所以, 為了能發(fā)揮大電流MA G 焊的優(yōu)點(diǎn), 本文研究了保護(hù)氣體的種類和電流的變化對(duì)焊縫成形的影響規(guī)律, 為推動(dòng)該技術(shù)的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。2試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法利用自行研制的大電流MA G 焊接系統(tǒng)在8mm 厚的Q 235 鋼表面進(jìn)行堆焊, 焊接過程中保持線能量不變, 焊接速度為55 90cm öm in, 保護(hù)氣體為A r、He、CO 2、O 2 組成的二元、三元、四元保護(hù)氣體, 氣體流量為50L öm in。焊接后先觀察焊縫的外觀質(zhì)量, 然后截取金相試樣, 用硝酸酒精腐蝕后觀察焊縫斷面的形狀。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3. 1電流和保護(hù)氣體對(duì)焊縫外觀質(zhì)量的影響

4、圖1 圖5 為相同線能量下, 保護(hù)氣體和電流對(duì)焊縫外觀質(zhì)量的影響。圖1焊縫外形(1) 保護(hù)氣體為(75% 的A r + 25% 的CO 2) 時(shí)的焊縫形態(tài)(見圖1)。(a) 320 340A、31V(b) 480 500A、45V圖2焊縫外形(2) 保護(hù)氣體為(63% 的A r + 2% 的CO 2 +35% 的He) 時(shí)的焊縫形態(tài)(見圖2)。(a) 270 290A、33V(b) 490 510A、42. 5V(c) 560 580A、50V圖3 焊縫外形(3) 保護(hù)氣體為(68% 的A r + 30% 的He +2% 的O 2) 時(shí)的焊縫形態(tài)(見圖3)。(a) 260 280A、31. 5

5、V(b) 470 490A、42V(c) 580 600A、48. 5V圖4 焊縫外形（4) 保護(hù)氣體為(78% 的A r + 6% 的CO 2 +15% 的He + 1% 的O 2) 時(shí)的焊縫形態(tài)(見圖4)。(a) 270 290A、32V(b) 510 530A、42V(c) 690 710A、48. 5V圖5焊縫外形(5) 保護(hù)氣體為(65% 的A r + 8% 的CO 2+26. 5% 的He + 0. 5% 的O 2 ) 時(shí)的焊縫形態(tài)(見5)。 (a) 360 380A、34. 5V (b) 480 500A、42. 5V(c) 630 650A、48V在焊接電流較小時(shí)焊縫表面平滑而

6、且光亮, 隨著電流的增大,焊縫表面逐漸變黑, 并且伴隨有起皺現(xiàn)象。保護(hù)氣體對(duì)焊縫外觀質(zhì)量的影響表現(xiàn)在無He 時(shí), 熔寬減小和表面光亮平滑度變化程度都比有He 時(shí)要小得多。這主要是因?yàn)镠e 具有高的電離能, 所以其電弧電壓高, 電弧能量大, 電弧形態(tài)發(fā)生變化, 電弧相對(duì)氬弧向外擴(kuò)展。隨著He 含量的增加, 因He 的散熱作用強(qiáng)烈, 對(duì)電弧產(chǎn)生冷卻作用而使電弧收縮, 加之隨著電流的增大, 電流通過電弧本身所具有的磁場使電弧產(chǎn)生的收縮增加, 兩者的綜合作用, 使得焊接熔池的寬度減小。熔寬在有O 2 和CO 2 的情況下, 比無O 2 和CO 2 時(shí)的要小一些, 這主要是因?yàn)镺 2 的加入克服了電弧的

7、陰極漂移作用, 使焊接過程中的電弧穩(wěn)定, 熔寬減小; CO 2 則在焊接過程中分解成CO和自由氧, 使得電弧冷卻而使電弧收縮引起熔寬減小。另外, 隨著電流的增大, 熔滴的過渡形式發(fā)生改變, 逐漸由滴狀過渡轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向射流過渡、擺動(dòng)射流和旋轉(zhuǎn)射流過渡。熔滴過渡形式的改變, 使保護(hù)氣體對(duì)熔池的保護(hù)功能變差, 氧化程度增加, 導(dǎo)致表面發(fā)黑。從上述試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)其所作分析可知, 大電流MA G 焊時(shí), 電流相對(duì)較小時(shí)的焊縫外觀質(zhì)量, 要優(yōu)于大電流時(shí)的外觀質(zhì)量。3. 2電流和保護(hù)氣體對(duì)焊縫斷面形狀的影響圖6 圖10 為相同線能量下, 保護(hù)氣體和電流對(duì)焊縫斷面形狀的影響。圖6焊縫斷面形態(tài)(1) 保護(hù)氣體為(7

8、5% 的A r + 25% 的CO 2) 時(shí)的焊縫斷面形態(tài)(見圖6)。 (a) 320 340A、31V (b) 480 500A、45V(2) 保護(hù)氣體為(63% 的A r + 2% 的CO 2 +35% 的He) 時(shí)的焊縫斷面形態(tài)(見圖7)。圖7焊縫斷面形態(tài) (a) 270 290A、33V (b) 290 510A、42. 5V (c) 560 580A、50V圖8焊縫斷面形態(tài)(3) 保護(hù)氣體為(68% 的A r + 30% 的He +2% 的O 2) 時(shí)的焊縫斷面形態(tài)(見圖8)。 (a) 260 280A、31. 5V (b) 470 490A、42V (c) 580 600A、48.

9、 5V (4) 保護(hù)氣體為(78% 的A r + 6% 的CO 2 +15% 的He + 1% 的O 2 ) 時(shí)的焊縫斷面形態(tài)(見圖9)。圖9 焊縫斷面形態(tài) (a) 270 290A、32V (b) 510 530A、42V (c) 690 710A、48. 5V(5) 保護(hù)氣體為(65% 的A r + 8% 的CO 2 +26. 5% 的He + 0. 5% 的O 2) 時(shí)的焊縫斷面形態(tài)(見10)。圖10焊縫斷面形態(tài) (a) 360 380A、34. 5V (b) 480 500A、42. 5V (c) 630 650A、48V由圖6 可知, 在不采用He 的保護(hù)氣體焊接時(shí),得到的焊縫熔池形

10、狀在小電流和大電流時(shí)分別為“指狀”和“蘑菇狀”, 這種形狀在一般情況下是不希望的。在焊接電流較小時(shí), 熔滴過渡形式為滴狀過渡, 所以形成“指狀”熔池的熔深很小, 容易引起未熔合。隨著電流的增大, 發(fā)生軸向射流過渡, 焊縫熔池的形狀隨之變?yōu)椤澳⒐叫巍? 熔深增大。在有He 的情況下焊接, 焊接電流較小時(shí)得到的焊縫熔池形狀和無He 時(shí)相似, 隨著電流的增大, 熔滴過渡形式變化, 形成“蘑菇形”或“錐形”焊縫熔池, 熔深增大。當(dāng)電流繼續(xù)增大, 熔滴過渡形式為旋轉(zhuǎn)射流過渡, 故熔深又變小, 這時(shí)熔池的形狀變?yōu)椤芭栊巍? 也就是說,當(dāng)焊接電流較大時(shí), 得到的熔池形狀是比較理想的。 另外, 在有He 的情

11、況下, 隨著電流的增加, 焊接熱影響區(qū)變窄, 這樣對(duì)接頭組織、成分和性能的均勻性都有利; 無He 時(shí)的熱影響區(qū)大小, 隨電流增加的變化則不大。 比較圖7 和圖8 可以看出, 在(A r + He) 的保護(hù)氣體中加入O 2 時(shí), 焊縫的余高大于加入CO 2 時(shí)焊縫的余高, 這可能是由于He 所占比例的減少的緣故。比較兩種四元?dú)怏w的熔池形狀可以看出, 在a、b 兩種焊接參數(shù)下, 圖10 的熔池形狀都好于圖9,只在c 時(shí)熔池形狀才比較接近, 也是比較理想的形狀。圖10 的保護(hù)氣體就是T. I. M. E 氣體, 在電流為500A 左右時(shí), 焊縫熔池的形狀還是可以接受的,而使用其他氣體時(shí), 電流在500A 左右時(shí)的熔池形狀就比較差。4結(jié)論焊接電流和保護(hù)氣體的種類主要影響大電流MA G 焊的電弧行為和熔滴過渡行為, 從而引起焊縫外觀質(zhì)量和焊縫熔池?cái)嗝嫘螤畹母淖?。通過以上試驗(yàn)和分析得出如下結(jié)論:(1) 無論保護(hù)氣體是否含He, 小電流時(shí)焊縫