双电极焊条两芯间距和焊接电流.pdf

收稿日期 2003211224 基金项目 山东省自然科学基金资助项目 Z2000F02 Z2002F03 作者简介 韩彬 19732 男 讲师 博士研究生 从事新材料及连接技术的研究工作 文章编号 1672 3961 2004 0120001204 双电极焊条两芯间距和焊接电流 对单弧焊工艺的影响 韩 彬 邹增大 曲仕尧 李立英 王新洪 王育福 山东大学 材料科学与工程学院 山东 济南 250061 摘要 研究了钛钙型双电极焊条的两芯间距和焊接电流对单弧焊工艺的影响 研究结果表明 钛钙型双电极焊条 的两芯间距是控制焊接电压的最重要因素 焊接时调节双电极焊条与工件间距离对电弧电压影响很小 随双电极 焊条两芯间距的增大 电弧电压升高 在两芯间距一定的条件下 随焊接电流增大 电弧电压线性升高 对于药皮 重量系数为45 6 的2 4 mm钛钙型双电极焊条 在两芯间距为1 2 1 7 mm 焊接电流为180 220A的工艺条 件下进行焊接 焊缝成形较好 力学性能满足国家标准的要求 关键词 钛钙型双电极焊条 单弧焊工艺 两芯间距 焊接电流 中图分类号 TG444 1 文献标识码 A Influence of two cores span of twin electrode and welding current on single arc welding technology HAN Bin ZOU Zeng2da QU Shi2yao LI Li2ying WANG Xin2hong WANG Yu2fu School of Mater Sci and Eng Shandong Univ Jinan 250061 China Abstract Investigates the influence of two cores span and welding current of lime tiannia type twin electrode on welding technology Results show that the space between two cores of twin electrode is the important factor to control welding voltage Adjusting the space between twin electrode and work2piece has very little influence on welding voltage Welding voltage goes up when welding current increases Using twin electrode of 45 6 coat2 ing weight coefficient with 4 mm under the condition that the space between two cores is 1 2 1 7 mm and welding current is 180 220 A weld that has good weld appearance and mechanics property can be gained Key words twin electrode single arc welding technology space between two cores welding current 0 引言 自1910年创造厚药皮焊条电弧焊以来 电弧焊 为世界工业的发展和人类的进步做出了重大贡献 在各种电弧焊方法出现的同时及以后很长的时间里 焊接工作者都在努力提高生产效率 双丝焊 1 5 能 提高埋弧焊 气体保护焊的效率 多条焊 6 三相 焊 7 等方法能提高焊条电弧焊的效率 在焊条电弧 第34卷 第1期 Vol 34 No 1 山 东 大 学 学 报 工 学 版 JOURNAL OF SHANDONGUNIVERSITY ENGINEERINGSCIENCE 2004 年2月 Feb 2004 焊 气体保护焊 埋弧焊等电弧焊方法中 通常是焊 条 丝 接电源一极 工件接电源另一极 电弧在焊条 丝 与工件之间燃烧 被焊工件从电弧中吸收能量 熔化母材 形成熔池 而双电极焊条单弧焊工艺是另一种高效节能的 焊条电弧焊方法 焊接时 用特制的焊钳夹持双电极 焊条的夹持端 使两个焊芯分别与电源的两极相连 工件不接电源 电弧在双电极焊条相互平行且绝缘的 两根焊芯之端部形成 电弧可在离工件不同距离的空 间进行引弧和燃烧 两极性斑点分别在两焊芯端部 主要利用熔滴携带热量和弧柱热量熔化母材 改变了 被焊工件的焊接热循环 具有对被焊工件的热输入调 节范围大 工件上不存在活性斑点区 熔合比可调范 围广等特点 其熔敷效率高 节约电能 在焊接领域有 广泛的应用前景 8 本文研究了钛钙型双电极焊条两 芯间距和焊接电流对单弧焊工艺的影响 1 实验材料和方法 试验用焊条为自制的双电极焊条 两焊芯之间 相互平行且绝缘 药皮类型为钛钙型 焊芯材质为 H08A 尺寸为 4 0 400 mm 其截面尺寸如表1所 示 药皮重量系数为45 6 双电极焊条的横向宽 度和纵向宽度固定不变 两焊芯间距在一定的范围 内变化 采用在平板堆焊方法研究焊条工艺性能 双 电极焊条与工件间距离为5 10 mm 试验用母材为 Q235钢板 试板尺寸为250 mm 100 mm 10 mm和 250 mm 80 mm 20 mm 焊前 用砂轮将试板表面打 磨干净 防止铁锈 油污影响焊接质量 焊条经过 150 1h烘干 试验用焊机为ZX72400SIG BT逆 表1 试验用双电极焊条截面形状及尺寸 Tab 1 Cross section shape and size of twin electrode 注 a 横向宽度 b 纵向宽度 c 焊芯间距 d 焊芯直径 变焊机 外特性为恒流带外拖 所用焊接电流I 100 240 A 用Agilent54624A数字示波器测试双电 极焊条单弧焊时的电压和电流波形 2 结果和讨论 2 1 两芯间距与电弧电压的关系 在一般的工件接电源的电弧焊中 电弧电压直接 影响焊缝成形及焊接接头性能 在其他焊接条件 电极 材料 焊接电流 弧焊电源等 一定的情况下 电弧电压 主要是通过调节电极与工件之间的距离即弧长来控 制 这种调节是在焊接过程中实现的 当然为保持电弧 的稳定燃烧 这种弧长的调节是有一定范围的 手工电 弧焊实际使用的电弧电压一般为25 32V 在双电极焊条单弧焊中 电弧电压同样是影响焊 缝成形的重要参数 但是决定电弧电压的因素与工件 接电源的电弧焊不同 双电极焊条与工件之间的距离 对电弧电压的影响很小 实验研究表明 双电极焊条 的燃弧端在距工件10 mm以外的空间燃烧时 电弧电 压基本不变 当离工件较近时 电弧电压的下降为2 V 左右 这是由于电弧中部分电流通过母材流过 由于 金属的导电性好 使电弧电压稍有下降 对于钛钙型双电极焊条 其两芯间距实际上决 定了电弧电压的大小 图1是两芯间距与电弧电压 之间的关系曲线 由图1可见 对于不同的焊接电 流 随着两芯间距的增大 电弧电压均明显升高 研 究认为 要保证焊接过程中电弧的稳定燃烧 须使两 焊芯具有合适的间距 对一定药皮组分和两芯间距 的双电极焊条 其电弧电压是基本确定的 在焊接过 程中几乎不能调节焊接电压 图1 双电极焊条的两芯间距与电弧电压 Fig 1 Relationship of the space between two cores with arc voltage 2 山 东 大 学 学 报 工 学 版 第34卷 2 2 电弧电压与焊接电流的关系 双电极焊条单弧焊电弧电压与焊接电流的关系 如图2所示 可以看出 在两芯间距一定的情况下 随着焊接电流的增大 电弧电压基本呈线性增大 由 于双电极焊条的两芯间距是确定的 即两电极之间 的距离是一定的 在这种情况下 当电弧稳定燃烧 时 双电极焊条单弧焊电弧电压U与焊接电流I之 间的关系即为其电弧静特性曲线 因此 双电极焊条 单弧焊为上升的电弧静特性 从图中还可以看出 双 电极焊条两芯间距发生变化时 电弧静特性曲线也 随之变化 随双芯之间距离的增大 电弧静特性曲线 位置将上移 即电流一定时 电弧电压随两芯间距增 大而升高 图2 电弧电压与焊接电流的关系 Fig 2 Relationship between arc voltage and welding current 另外用双电极焊条施焊 在焊接过程中隔5 s调 节焊接电流一次 用示波器观察电弧电压随焊接电 流的变化 如图3所示 由图可见 在电流较小时 电 弧电压波动很大 随焊接电流增大 电弧电压波动变 小 当焊接电流很大时 由于电源外特性的影响 电 流也有波动 从图上还可以看出来 随焊接电流增 大 电弧电压增大 这与上面的结果一致 图3 电弧电压随焊接电流变化的示波图 Fig 3 Oscillogram of arc voltage and welding current 2 3 两芯间距对焊接工艺性能的影响 由以上分析可知 当电极材料 药皮成分及焊接 电流确定后 双电极焊条两芯间距直接决定着电弧 电压的大小 主要通过套筒形状和焊缝成形来分析 不同两芯间距的双电极焊条的焊接工艺性能 如表 2所示 焊接电流为200 A 表2 不同两芯间距双电极焊条焊缝成形 I 200 A Tab 2 Weld appearance of twin electrode with different two2core span 两芯间距 mm套筒及焊缝成形 0 8两边药皮形成套筒很长 焊缝无法成形 0 9两边套筒很长 焊缝无法成形 1 1两边套筒较长 成形一般 余高大 1 2两边套筒较短 熔化一致 成形较好 1 4两边套筒基本平齐 熔化一致 焊缝成形好 1 5两边套筒基本平齐 熔化一致 焊缝成形好 1 6两边套筒短 熔化基本一致 焊缝成形良好 1 7两边套筒短 熔化基本一致 焊缝成形较好 1 8 两边套筒熔化不一致 电弧不稳定 有偏吹现象 焊缝成形较差 2 0 两边套筒熔化不一致 电弧不稳定 有偏吹现象 焊缝成形差 2 2 两边套筒熔化不一致 电弧不稳定 偏吹严重 焊缝无法成形 由表2可见 两焊芯间距过小时 焊缝很难成 形 并且余高大 而且易出现焊条击穿短路现象 无 法进行正常的施焊 两焊芯间距过大时 电弧不稳 定 易偏吹 阴 阳极熔化速度不一致 也不能进行稳 定焊接 因此 为了保证焊缝成形 应该合理设计焊 芯间距 实验表明 为获得良好焊缝成形 两芯间距 c 1 2 1 7 mm为宜 2 4 焊接电流对焊接工艺性能的影响 众所周知 对于单芯焊条电弧焊 焊接电流太小 时 电弧不稳定 但电流过大 会产生焊接缺陷 并且 药皮发红 同样对于双电极焊条单弧焊 选用大小适 宜的电流 才能使焊接过程顺利进行 保证焊接质 量 用两芯间距为1 5 mm的双电极焊条在Q235钢 板上进行堆焊 焊条与钢板垂直 焊条燃弧端离工件 距离为5 mm 观察不同焊接电流下的焊缝成形 如 表3所示 由表3及上面的分析可知 焊接电流在 180 220 A范围内能获得良好的焊缝成形 第1期韩 彬 等 双电极焊条两芯间距和焊接电流对单弧焊工艺的影响3 表3 不同焊接电流下的焊缝成形 c 1 5 mm Tab 3 Weld appearance under different welding current 焊接电流 A焊缝成形 140 焊缝成形差 熔深浅 熔宽小 余高大 波纹不均匀并有间断现象 160焊缝成形差 熔宽稍有增大 余高大 180焊缝成形较好 余高有所降低 熔宽适中 熔深增大 200焊缝成形好 熔深较大 熔宽适中 余高小 波纹均匀 220焊缝成形较好 熔宽大 熔深大 余高小 2 5 熔敷金属化学成分及力学性能 按照G B2649 265521989焊接接头机械性能试 验方法 用双电极焊条施焊 测试其熔敷金属的化学 成分和力学性能 如表4和表5所示 所用双电极焊 条的两芯间距为1 5 mm 焊接电流为200 A 焊接电 压为38 40 V 层间温度为120 150 表4 双电极焊条熔敷金属化学成分 Tab 4 Composition of deposited metal of twin electrode CSiMnSP 双电极焊条0 0840 090 380 0140 018 标准要求 0 12 0 250 30 6 0 035 0 040 表5 双电极焊条熔敷金属力学性能 T ab 5 Mechnics property of deposited metal of twin electrode S MPa b MPa 5 K VA J 71 双电极焊条430480288077 82 标准要求 330 420 22 27 由表4和表5可知 双电极焊条碳 硅 锰含量 均在标准要求的范围内 双电极焊条的屈服强度 伸 长率和冲击吸收功均大于标准要求数值 3 结论 1 双电极钛钙型碳钢焊条的两芯间距基本决 定了电弧电压的大小 而双电极焊条与工件之间的 距离对电弧电压的影响很小 当两芯间距一定的情 况下 随焊接电流增大 电弧电压升高 2 对于药皮重量系数为45 6 的 4 mm的 钛钙型双电极焊条 在两芯间距为1 2 1 7 mm 焊 接电流为180 220 A条件下施焊 可获得良好的焊 缝成形 熔敷金属的化学成分和力学性能达到国标 要求 参考文献 1 ASHTON T Twin2arc submerged arc w