[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】低碳钢药芯焊丝气保护焊接参数对焊缝宽度和焊缝金属拉伸性能的影响-中文翻译

Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information1 低碳钢药芯焊丝气保护焊接参数对 焊缝宽度和焊缝金属拉伸性能的影响 H.R.Ghazvinloo and A.Honarbakhsh Raouf 摘要 ： 焊缝质量很大程度上受焊接过程参数的影响。为了获得高质量的焊缝，焊缝的几何形状和力学性能必须要求精确。目前研究强调实验条件下分析了不同药芯焊丝气体保护焊焊接参数对于焊缝宽度和拉伸性能的影响。由于工业上高的利用率，因此选取焊接电流，焊接电压和焊接速度作为变量；焊接材料使用低碳钢。所有实验的焊接电流选取240A， 280A 和 320A，电弧电压选取 26,30 和 34V，焊接速度选取 40,50,和 60cmmin。本实验的结果有利于选择合适的焊接过程参数来获得良好的焊缝成形和拉伸力学性能。 关键词 ： 药芯焊丝气体保护焊，焊接参数，焊缝宽度，屈服强度，拉伸强度，热输入 引言 药芯焊丝气体保护焊应用在实验条件下士全自动的过程，在这一过程中，管状焊丝作为电极持续地加入到焊接区域。熔融材料在管材的中心处。管材的外部引导电流形成电弧然后熔化形成填充金属。近来的研究表明：药芯焊丝气体保护焊较普通的焊接技术有很多的优势：可以使用实芯焊丝例如手工电弧焊和熔化极气体保护焊。为了研究焊接过程中变量对于焊缝几何形状和焊缝质量的影响，研究人员采用了不同的技术来进行。提供了在机器人焊接过程中使用模糊还原方式在熔滴成形的可能性。用最优的药芯焊丝气体保护焊焊接参数来使在低合金高强钢中的焊接渗透达到最大。利用最优的过程参数来获得理想的焊缝成形以及通过药芯焊丝气体保护焊过程来进行不锈钢的电镀稀释。同药芯焊丝气体保护焊的热输入对于韧性的影响通过 EH 钢来进行。 Balasubramanian 和 Guha 研究了焊接尺寸对于药芯焊丝气体保护焊十字形焊缝疲劳极限的影响。未焊透缺陷是通过拉伸能量密度因素来定义的。然而，有确切的关于使用药芯焊丝气体保护焊方法获得的焊接试验拉伸性能和低碳钢接头的焊缝宽度的数据，这在一些著作中是可以查到的。目前研究的目的是调查在使用自动化药芯焊丝气体保护焊焊接时低碳钢接头的过程参数，焊缝成形以及拉伸性能之间的关系。 材料及方法 由于工业上高的利用率，焊接材料是含碳量 0.17%和含 Mn1.21%的低碳钢。为了测试焊接参数对于焊缝宽度的影响，金属样本采用尺寸为 75*60*10mm 作为基本的金属材料从而提供单一的焊缝外形。 同样，该实验中的拉伸测试的样本采用 25mm 板厚并且切割成多块金属板，然后在每一块板上开角度为 60 度的单 V 形坡口。焊缝根部面为 1mm 厚同时根部开口为 25mm。高纯的 CO2 气体被用作保护气体用来保护熔池。另外，作为填充金属的药芯焊丝的直径为1.6mm（ AWS 的分类为 E70T5） ，用在焊接参数范围从焊接电流 0-550A，焊接电压范围为0-45V 的 FCAW 焊机上。为了减小焊接扭曲变形，在焊接开始之前实验测试用的金属板被固定在夹具上。在这次实验中选中的变量为焊接电流（ 240,280,320A） ，电弧电压（ 26,30,34V） ，然后焊接的速度为（ 40,50,60cm/min） 。同时，其他的过程参数，例如焊丝Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information2 熔敷速率，电弧距离，焊枪角度分别地被设置为 8m/min,2.5mm 和 15 度。 焊接完之后，不同焊接条件下的焊件的宽度的获得是经过严格测量的，其目的就是为了精确评估焊接过程参数对于焊缝成形的影响。同时，从焊件中准备的直径分别为 12.5mm和 62.5mm 的圆柱体拉伸样品的标准长度尺寸与 ASTM E8M-05 的规定相一致。拉伸试验是在一个能力极限为 20KN 的 DARTEC 测试机器上进行的。所使用的样品是从Oghabafshan Co 中准备的，并且这些测试在 2009 在伊朗的伊朗大学进行的。 结果和讨论 所有试验中所选用的不同的电弧电压，焊接电流，焊接速度的组合以及焊缝宽度，Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information3 UTS 和焊缝的屈服强度都被严格测量。 过程参数对于焊缝宽度的影响：焊接电流，焊接电压以及焊接速度对于焊缝宽度的影响可以从图 1-3 中看出。并且试验的结果被制成了表格，其结果如图 1a-c 中的表 1 所示。当电弧电压被设定在 28V，焊接速度被设定在 55cm/min 时。焊接电流分别为 240， 280 和320A 时的焊缝宽度的变化可以从图 1 和表 1 中看出。当焊接电流从 240A 升为 320A 时，焊缝宽度从 15mm 到 8mm 有一个显著的下降，这个观察到的现象与 Kannan 和 Murugan在 2006 年的著作中所描述的现象正好相反。在图 2a-c 中，当焊接电流和焊接速度分别被设定为 300A 和 55cm/min 时，随着焊接电压从 34V 变到 26V，可以观察到焊缝宽度从最大的 17mm 到了最小的 9mm。所以，随着电弧电压从 26V 升到 34V，可以很明显地观察到焊缝宽度的增长。在图 3a-c 中，焊接电流和电弧电压分别被设定为 300A 和 28V 时，当焊接速度为 40cm/min 时焊缝的最大宽度为 15mm；当焊接速度为 50cm/min 时，焊缝的最小宽度为 7mm。由此可以得出，随着焊接速度的增加焊缝宽度是不断减小的，这点可以很方便地从 Kannan 和 Murugan 在 2006 年的著作中得出。本次试验得出的确切数据为50mm/min，并且在再一次超过这个点之后，焊缝宽度开始增加。试验结果清晰地显示出在图 12,2a 和 3b 中有不完整的焊缝宽度。这些样本中的焊缝宽度尺寸比其他的样本的要小。因而当焊接条件与图 1c,2a 和 3b 相似时，却不能得到好的焊缝成形。图 1b,2b 和 3c 看起来就是最适宜的外形结构。焊缝宽度尺寸在这些样本中是良好完整的。超出范围的是不必要的情形，其造成的结果就是材料的浪费，成本的提高以及生产重量的增加。这些都是不理想的情况，所以有必要阻止超出范围的情况。 过程参数对于焊缝拉伸力学性能的影响：焊接电流，电弧电压，以及焊接速度对于UTS 和屈服极限的影响可以从图 4-5 中看出来。如图中所示：当焊接电流从 240A 升到320A 时或者随着电弧电压从 26V 加到 34V 时，在焊件的屈服强度上有一个显著的下降。Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information4 根据图 6 所示，随着焊接速度从 40mm/min 提升到 60mm/min 焊缝的屈服强度有一个显著的提高。焊件拉伸力学性能和屈服强度的提升可能与焊接区域的围观组织变形有关。根据公式 1，药芯焊丝气体保护焊的焊接参数的变化与焊接热量的输入的关系为： H=60EI/1000S 其中： H=热输入（ KJ/mm） E=电弧电压（ V） I=焊接电流（ A） S=焊接速度（ mm/min） 改变焊接热输入会影响到焊件的机械性能和冶金组织。焊接热输入影响焊缝熔池形成速率。等式 2 显示了预热温度，热输入和熔池形成速率的关系（ Funderburk,1999） 。这两个变量（焊接热输入和预热温度）与其他的参数：材料厚度，特性温度，密度以及导热性能，影响熔池形成速率的关系为： R 正比于 1/(T0H) Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information5 Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information6 其中： R=熔池形成速率（ C/Sec） T=预热温度（ C） H=热输入（ KJ/mm） 熔池形成速率是决定焊接金属最终微观组织和机械性能的基本因素。一旦热输入增加，对于某一给定的焊接金属来说熔池形成速率就会下降（ Funderburk,1999） 。大部分的马氏体组织和双生相组织会减少，焊接区域微观组织的晶粒粗化现象会增加。焊接过程中的热输入与拉伸力学性能的关系可从 Funderburk 在 1999 年的著作中得到。该实验在焊接参数为 20A,28V 和 55cm/min，气压为 520.2 和 357MPa 的条件下获得的最大的屈服强度数据。 结论 本试验采用药芯焊丝气体保护焊，焊接材料为低碳钢，根据所获得的实验结果： 1、 在药芯焊丝气体保护焊中电弧电压或者焊接电流的增加会导致焊件的屈服强度的显著下降，但是焊接速度对于拉伸力学性能的影响与其他的过程参数对于焊件的拉伸力学性能的影响正好相反。当焊接速度增加时，屈服强度也随之增加。 2、 焊缝宽度随着焊接电流在 240 到 320A 间变化，从 15mm 下降到 8mm。实验结果表Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010 ISIN 1812-565