摘要 從厚大結(jié)構(gòu)件焊縫質(zhì)量及綜合效益考慮,對(duì)熔滴過渡的原理進(jìn)行分析表明,CO2氣體保護(hù)焊加實(shí)芯焊絲工藝方法將由混配氣(80%Ar+20%CO2)加實(shí)芯焊絲來代替赫蛇。

關(guān)鍵詞 氣體保護(hù)焊 熔滴過渡 結(jié)構(gòu)件應(yīng)用

Application of Gas Shielded Arc Welding

XU Yun-xia, et al(19)

Abstract: In accordance with the joint quality and combined economical efficiency of arc welding of thick and large structure, an analysis made on transition principle of melten drop shows that the technological process of gas shielded arc welding adding solid welding stick will be replaced by that of mixed gas (Ar 80%+ CO2 20%) and solid welding stick.

Key Words: Gas Shielded Arc Welding, Melten Drop Transition, Application of Structure

1 前言

自80年代初以來,隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長,機(jī)床行業(yè)也得到了高速發(fā)展,生產(chǎn)工藝也逐漸向國際水平看齊绵患。我公司在全國機(jī)械行業(yè)率先全面引進(jìn)美國VERSON公司全鋼壓力機(jī)的技術(shù),機(jī)械壓力機(jī)大型構(gòu)件由以前的鑄件轉(zhuǎn)向了焊接結(jié)構(gòu)件,焊接技術(shù)水平也相應(yīng)得到了提高,由以前浪費(fèi)大、效率低的手工電弧焊轉(zhuǎn)向了效率明顯提高的半自動(dòng)氣體保護(hù)焊茂萤。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在我公司已使用了十幾年,焊接工藝日趨成熟,但在焊縫外觀質(zhì)量上還存在一些問題图瘾。在同類產(chǎn)品焊接生產(chǎn)過程中,目前發(fā)達(dá)國家已普遍使用二元甚至三元混配氣體加實(shí)芯焊絲保護(hù)焊(Gas Metal Arc Welding簡稱GMAW)或純二氧化碳?xì)怏w加藥芯焊絲保護(hù)焊(Flux-Cored Arc Welding簡稱FCAW)代替二氧化碳?xì)怏w加實(shí)芯焊絲保護(hù)焊(GMAW)。在我公司制造水平不斷提高過程中選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に嚪椒?對(duì)提高我公司產(chǎn)品質(zhì)量尤顯重要泵躲。由于目前國內(nèi)藥芯焊絲及混配氣價(jià)格偏高,我公司焊接生產(chǎn)依然采用實(shí)芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊赏晃。本文將從熔滴過渡的基本原理入手分析,結(jié)合我公司焊接技術(shù)發(fā)展情況,探討未來焊接技術(shù)發(fā)展的方向。

2 焊接工藝分類

焊接過程按金屬熔滴方式可分為5種模式:短路過渡模式露俏；顆粒過渡模式施司；射流過渡模式毫胎；脈動(dòng)過渡模式；高速射流過渡模式衍周。這五種模式中前三種模式在國內(nèi)較常見,本文將針對(duì)這三種模式進(jìn)行分析茄焊。

2.1 短路過渡模式

在短路過渡過程中,焊絲與金屬熔池接觸后才會(huì)形成熔滴過渡,焊絲熔化的速率和送絲速度決定了熔滴過渡處在一種間歇狀態(tài)。當(dāng)送絲速度大于焊絲的熔化速度時(shí),焊絲接觸到熔池形成短路狀態(tài),電流迅速增大,通過焊絲的熱量迅速增加,同時(shí),焊絲開始變形,在電磁力的作用下焊絲末端形成很細(xì)的頸部,最終在電流和電磁力的持續(xù)作用下焊絲末端頸部斷開,形成熔滴進(jìn)入熔池窍绸。短路狀態(tài)結(jié)束后,在焊絲和熔池之間形成電弧茵冗。這個(gè)過程每秒重復(fù)50～250次(圖1)。由上述可見在短路過程中,工件與焊絲之間無電弧存在,總的熱輸入量低且溶池深度較淺,焊接較厚的板材時(shí)需要仔細(xì)的選擇工藝參數(shù)以確保工件被焊透逗柴。在另一方面,由于其熱輸入量低,熔池凝固較快,這種熔滴過渡形式對(duì)全位置焊接來講較為理想,也適用于要求變形小的薄板焊接蛹头。

圖1 短路過渡狀態(tài)示意圖

2.2 顆粒過渡模式

熔滴顆粒過渡模式特點(diǎn)在于熔化的金屬以大顆粒形式穿過電弧形成熔滴過渡。這種過渡對(duì)焊接電流和電壓有要求,必須是在短路過渡和射流過渡兩者電流戏溺、電壓值之間渣蜗。用CO2作保護(hù)氣體時(shí),電流比短路過渡狀態(tài)時(shí)的電流大,而且熔滴的尺寸往往是焊絲直徑的2～4倍。熔滴過渡不是沿著電弧的軸線,而是在焊絲末端由于電弧力的影響向上撓曲,最后在熔滴的重力作用下掉入熔池中,或熔滴過大與熔池短路形成過渡(圖2)旷祸。

圖2 熔滴顆粒過渡狀態(tài)示意圖

2.3 射流過渡模式

在射流過渡模式中,焊絲末端熔化的金屬以小顆粒形式沿電弧軸線穿過電弧到達(dá)熔池耕拷。當(dāng)保護(hù)氣體中混有80%的氬氣時(shí),對(duì)任何直徑的焊絲熔滴過渡形式將隨著電流的增大由顆粒過渡狀態(tài)向射流過渡狀態(tài)變化。在射流過渡狀態(tài)下,電弧呈壓縮狀態(tài),熔滴直徑小于或等于焊絲直徑(圖3),熔滴過渡速率可達(dá)每秒鐘幾百次托享。

圖3 射流過渡狀態(tài)示意圖

3 焊接工藝選擇依據(jù)及趨勢分析

針對(duì)我公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu),由于焊接構(gòu)件較大,板材較厚,目前使用純CO2氣體加實(shí)芯焊絲,為了使焊縫焊透,只能采取加大電流的方法骚烧。而加大電流帶來了結(jié)構(gòu)件焊后變形及材料和能源消耗的增加。為了改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,勢必要從焊接工藝著手進(jìn)行研究闰围。通過上述三種熔滴過渡模式原理上的比較,我們認(rèn)為選擇第三種模式將帶來如下好處:

(1)焊縫外觀質(zhì)量明顯改善赃绊。目前我公司使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,焊接電流在280～300A范圍內(nèi),熔滴過渡模式為顆粒過渡模式。由于焊后飛濺較大,焊接結(jié)構(gòu)件外觀質(zhì)量受到影響,而要保證外觀質(zhì)量,焊后清理工作很繁重,也增加了清理成本羡榴。根據(jù)我公司實(shí)際生產(chǎn)情況,每個(gè)結(jié)構(gòu)件(50～60t)相應(yīng)的清理工作量為焊接工作量的1/3左右碧查。

(2)焊縫機(jī)械性能提高。下表是用混配氣和二氧化碳?xì)怏w具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較,由表中數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)在低溫狀態(tài)下,焊縫抗沖擊值明顯提高校仑。

氣 體 種 類 機(jī)械性能 σb

(N/mn2)

(N/mn2)

(%)

(Ar80%+20%CO2)

(3)焊縫金屬熔敷率增加,焊絲用量降低舅尸。如圖4所示,隨著電流的增大,氣體保護(hù)焊熔敷率將低于90%,而使用混配氣體熔敷率將提高10%,使焊絲的直接使用成本降低。按直徑1.2mm的焊絲目前市場價(jià)格6500元/t計(jì)算,每噸焊材節(jié)約650元捻仁。

圖4 含碳量為0.45的低合金鋼焊絲CO2保護(hù)焊與混配氣體保護(hù)焊熔敷率比較

(4)焊接速度提高,降低單位生產(chǎn)成本得鸳。焊接速度提高有賴于焊接保護(hù)氣體的選擇、保護(hù)氣體的熱傳導(dǎo)特性但紫、氧化性和金屬過渡的形式扳引。具有高熱傳導(dǎo)性的氣體,能使熔池保持最高的熱量和最佳的流動(dòng)性。具有一定氧化性的氣體又能有效地降低熔池表面張力,改善焊縫金屬在母材表面的浸潤性,使焊縫易于在母材表面形成,不斷弧父驮。在能實(shí)現(xiàn)射流過渡的前提下,焊接速度必然能提高照窥。由于焊接速度的提高,必能降低單位時(shí)間內(nèi)的人工成本和管理費(fèi)用。

(5)由于金屬熔敷率和焊接速度的提高,在原有生產(chǎn)能力不變的情況下,生產(chǎn)時(shí)間必然縮短。因此焊接生產(chǎn)過程中保護(hù)氣體用量將明顯下降(圖5)羹李。這樣也就相應(yīng)減少了用氣量,降低了成本股航。

圖5 5mg/g為每克熔敷金屬所消耗的氣體(mg)

由上述可見,選用混配氣體加實(shí)芯焊絲已成為目前各廠家可以選擇和實(shí)現(xiàn)的一種焊接工藝方法。

(責(zé)編:阿 杰)

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