药芯焊丝伸出长度对焊接能量参数的影响
6・试验与研究・焊接技术 1997年第6期
药芯焊丝伸出长度对焊接能量参数的影响
张富巨 伍珠良
湖北武汉水利电力大学(430072)(300072) 摘要 研究了在细径CO2,(焊接电流与电弧电压)的影响规律。:,焊接电流减小,并呈线性关系;,对高质量要求的FCAW以及相关。
关键词 药芯焊丝 焊丝伸出长度 工艺参数 影响 细径CO2气体保护药芯焊丝电弧焊(FCAW)具有焊接质量高、飞溅小、生产率高、焊接成本低以及适用于全位置焊等优点,因而在焊接生产中获得了越来越广泛的应用
。在半自动或全自动CO2气体保护药芯焊丝电弧焊中,焊枪到工件的距离不可避免地会发生变化,从而引起焊丝伸出长度的变化。本文对这一变化规律进行了研究。
1 试验条件
位置为水平,窄间隙坡口尺寸如图1所示。
试验采用NBC-400型平外特性半自动CO2焊机加等速送丝机构;焊丝为镀铜无缝药芯焊丝,直径112mm,牌号FT-50;用SC20型光线示波器记录焊接电流与电弧电压的波形及
图1 窄间隙坡口尺寸
极性为直流反接,基准段(图2)
的电弧电压2715V,焊接
电流200A;焊接速度415mm s;CO2气体流量20L min,基准段焊丝伸出长度21mm。
变化;焊接行走小车用CGD325型磁轮气割机改装而成;焊接由于冷却速度快,共晶以树枝状析出。采用XH01焊丝的焊缝晶粒较采用S331焊丝的细小,且共晶体数量少,这是由于XH01焊丝中的Ti、B、Zr、Re等元素起到增加形核、细化晶粒的作用。
这与焊态时树枝状共晶体细小且数量少有关,另外,XH01焊丝中的Ti、B、Zr、Re等元素提高了再结晶温度,起到细化晶粒的作用。
上述金相组织的不同和变化,也就是为什么两种焊丝和热
处理前后焊接接头抗拉强度不同的原因。晶粒的细化和固溶强化有利于焊接接头抗拉强度的提高。
3 结论
(1)用交流低频脉冲钨极氩弧焊方法焊接LC9CS超硬铝,
采用XH01、S331两种焊丝焊接,获得的焊接接头在热处理后的抗拉强度均较焊态时提高约80%。
(2)采用XH01焊丝的焊缝晶粒在焊态和热处理态都较采
图3 XH01和S331焊丝的焊缝在热处理后金相组织
用S331焊丝的细小,尤以热处理后的明显。
(3)焊缝组织晶粒的细化和固溶强化有利于焊接接头抗拉
图3是两种焊丝的焊缝在热处理后金相照片。热处理后焊接接头的金相组织发生了较大的变化,焊缝中共晶体的数量明显减少,晶粒形状由树枝状向等轴状变化。这主要是由于可溶性强化相在淬火过程中较大程度地固溶于基体中,并发生再结晶,在随后的人工时效过程中又弥散析出。对比两种焊丝形成的焊缝组织可以看出,采用XH01焊丝的焊缝再结晶晶粒明显细小。
强度的提高。
参考文献
1 王祝堂等.铝合金及其加工手册.中南工业大学出版社,1989. 2 许慧姿译.铝及其合金的焊接.北京:冶金工业出版社,1985.
(收稿日期:1997207229)
WeldingTechnology №6 1997・试验与研究・7
2 试验程序3 观测数据分析
为了精确测量焊丝伸出长度的变化值以及由此引起的焊接电流和电压的变化,把焊枪固定在改装的焊接小车上,使焊枪在试验段内始终保持垂直高度不变(即H恒等于一定值,见图2)
。
电弧电压在整个试验区上基本保持稳定,在26185～27142这说明弧长在焊接V之间的很小范围内波动(含有测量误差)。
过程中是基本恒定的,受焊丝伸出长度变化的影响可忽略不计。
高a∃Vm的大小,如式
()∃Vm=Ki∃Ia-Ku∃Ua (短弧焊)
∃Vm=Ki∃Ia (长弧焊)
(1)
∃Ia越大,∃Vm越快,弧长恢复速度越快,调节时间越短,电弧自身调节作用就越强。本试验为细径药芯焊丝,电流密度可达120～300A mm2,而且电源外特性缓降率很小,电流变化系
图2 模拟干伸长变化示意图
数Ki与∃Ia都较大,所以电弧自身调节作用灵敏,保证了弧长在焊接过程中基本恒定(波动仅2◊左右)。
焊丝伸出长度对焊接电流的影响十分显著(表1)。将焊丝伸出长度与对应的焊接电流值进行线性回归分析,得出试验条件下的焊接电流Ia与焊丝伸出长度Ls之间的关系式
Ia=239173-3Ls
在窄间隙试件坡口内人工制造一条在垂直高度方向上起伏不平的连续光滑焊道(图2中h虚0线以上部分),以便焊接小车在固定轨道上以vH速度恒速移动时,焊丝伸出长度在试验段内连续均匀变化。焊前用YD-15型动态电阻应变仪加紫外线示波器自动测试,记录下试验焊道上每一点的垂直高度,以
h=h=00的焊道作为基准面,并固定导电嘴到基准面的距离
(2)
式中:Ia单位为A;Ls单位为mm。由式2可知,焊丝伸出长度变大,焊接电流减小,反之亦然。焊接电流与焊丝伸出长度之间呈线性关系(图3)。
焊丝伸出长度L=H为定值。sH-L-h,其中L为弧长,h
为试验段焊道基准面以上的垂直方向上的变化高度。试验过程中,焊丝伸出长度变化引起的焊接电流、电弧电压变化被光线示波器记录在紫外线感光纸上,并与每一点的焊丝伸出长度相对应,所得观测数据如表1所示。
表1 焊丝伸出长度与焊接电流、电弧电压观测数据测点[***********]415
焊丝伸出长度
(mm)17.1815.9814.3412.6411.2611.2712.3212.1010.618.769.1610.6812.2414.6216.70
焊接电流(A)190.46191.15190.37195.44207.84203.14198.44205.40211.20211.09221.80213.63189.65198.99197.48
电弧电压(V)27.0127.3527.3527.4227.0126.8627.1426.9527.4626.
8826.8527.0627.0927.2927.23
图3 焊丝伸出长度对焊接电流和电弧电压的影响
焊丝伸出长度变化引起焊接电流波动的原因,主要是焊接二次回路负载电阻随干伸长变化而变化所致。焊丝伸出段的电阻R1为:
R1=Θ
=sSΠ(D2-d2)
(3)
式中:D为焊丝直径,d为药芯直径,S为钢带部分面积。由式
(3)可以看出,焊丝伸出长度变大,伸出长度段电阻增加(串
接于焊机二次回路),焊机二次回路总阻抗增大,焊接电流减小。反之,焊接电流增大。
药芯焊丝内部的药芯部分不导电,与相同直径的实芯焊丝相比,试验焊丝的导电截面积减少约11◊,因而相同长度段药芯焊丝的电阻值比实芯焊丝大。这将导致干伸长变化量∃Ls相
8・试验与研究・焊接技术 1997年第6期
焊接接头解理断裂应力Ρf的测定
胡小建
安徽合肥安徽工学院( 摘要 提出了测定焊接接头解理断裂应力ΡfCMn。 目前国内、点弯曲缺口试样,测出其断裂载荷,然后采用有限元方法算出缺口前沿应力场分布,测算出发生解理断裂时最大主应力,把此应力视为解理断裂应力。文献[1]中缺口前沿的应力场是按线性硬化得到的,文献[2]按幂硬化方法计算了不同的幂硬化指数情况下缺口前沿的应力场,测算了解理断裂时最大主应力,并且指出幂硬化指数测定材料的解理断裂应力比线性硬化更接近实际。然而上述研究都是对均匀材料进行的,而且认为解理断裂应力为断裂时缺口前端最大的主应力。研究
[3]、[4]
距离x、幂硬化指数N确定。Pf为断裂载荷,PGy为试样整体屈服载荷。用Von-Mises判据计算PGy=0173
2A
Ρy,此
时的Ρy为整个不均匀体的等效屈服应力。等效屈服应力是由拉伸试验测定,通过改变拉伸试样在焊缝中不同的位置,从而改变拉伸试样中焊缝的百分比含量W◊,W◊是对拉断试样进。幂硬化指数N是由文献[6]方法
N
得到Ρy ,进行计算、测定。Ρb=Η值的求解是对文献
N
表
[5]中缺口前沿应力分布结果进行插值得到的。
明,解理断裂的起裂并不是发生在主应力最大处,起裂是由薄弱环节决定的。因而解理断裂应力应该是断裂时起裂处对应的应力,故有必要采用幂硬化指数的结果测定不均匀焊接接头的实际解理断裂应力。
1 测试原理
缺口试样解理断裂应力Ρf定义为:
ΡyΡf=Η
其中:Ρy为屈服应力,对于不均匀的焊接接头,Ρy为起裂处组织的屈服应力,
Η为缺口试样断裂时起裂处对应的应力强化系数。
四点弯曲V形缺口试样尺寸如图1所示。文献[5]按幂硬化指数计算了缺口前沿的应力分布。Η的大小是由V形缺口试样载荷比Pf 、起裂处到缺口前端PGy、缺口的根部曲率半径Θ
211 材料 母材选用16焊缝坡口形MnR,用J507焊条施焊。
图1 四点弯曲V形缺口试样
=0125mmW=B=1217mm,a=4123mm,缺口根部圆弧半径Θ
2 试样制备
式及施焊顺序见图2。
同时,药芯焊丝的电流变化量∃Ia更大。因此在CO2气体保护药芯焊丝电弧焊中,焊接电流受干伸长的影响更为显著
,在高质量要求的自动化焊接过程中,应严格控制焊丝伸出长度的变化范围,以保证获得高稳定精度的焊接电流与焊接质量。
4 结论
(1)在平外特性电源、等速送丝系统配置、细径CO2气体
伸出长度的波动幅度,以保证获得稳定的焊接规范与焊接质量。
3参加本课题研究工作的还有赖荆平、关承英、姚兵印。
参考文献
1 殷树言等.CO2焊接技术及应用.黑龙江:哈尔滨工业大学出版
社,1992.
2 王震澄等.气体保护焊工艺及设备.北京:国防工业出版社,1982. 3 郑州机械所.CO2气体保护焊.北京:机械工业出版社,1978. 4 姜焕中.电弧焊及电渣焊.北京:机械工业出版社,1988.
(收稿日期:1997208208)
保护窄间隙药芯焊丝电弧焊中,电弧电压(或弧长)不受焊丝伸出长度的影响,基本保持恒定。焊接电流随焊丝干伸长度的增大而显著减小,且呈线性关系;反之亦然。
(2)在高质量要求的自动化焊接条件下,应严格控制焊丝