4286ArCO2不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4286ArCO2不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,arco2,不同,气体,焊丝,保护,维护,焊接,工艺,研究,钻研,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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南 京 工 程 学 院毕业设计(论文)学生中期自查表姓 名秦立光学 号205080524指导教师 朱军专 业 材料成型及控制工程院(系部)材料工程学院毕业设计(论文)题目Ar/CO2不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究课题性质工程技术研究课题有无变化无 有 变化原因:任务书中要求目前应该已完成的工作: 查阅资料(相关文献资料15篇以上,其中英文文献至少2篇),英文资料翻译,撰写文献综述,撰写开题报告,研究实验方案,了解MIG焊焊接工艺,采取不同焊接参数进行试样制备,对所焊试样进行切割,腐蚀。观察熔深,熔宽并做好记录。并完成焊缝焊接性能分析。对所得的实验数据进行数据处理,初步得出各参数之间的关系。实际已完成的工作和取得的阶段性成果(未按时完成的说明原因): 已按时完成任务书中的工作,包括查阅资料,英文资料翻译,撰写文献综述,撰写开题报告,研究实验方案。了解MIG焊焊接工艺,采取不同焊接参数进行试样制备,对所焊试样进行切割,腐蚀。观察熔深,熔宽并做好记录。并完成焊缝焊接性能分析。对所得的实验数据进行数据处理,初步得出各参数之间的关系。下一步工作计划和研究内容: 分析微观组织与表面处理工艺之间的关系,总结实验结果,总结实验结果并进行原理分析,撰写毕业论文,修改毕业论文,提交毕业论文,准备答辩存在的困难、意见与建议: 对所遇问题的分析和解决能力有待提高。指导教师意见:指导教师签字: 年 月 日 南京工程学院 毕业设计任务书 材料工程 学院 材料成型与控制工程 ( 焊接 ) 专业 设 计 题 目 同气体药芯焊丝保护 焊接工艺研究 学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 教研室主任 发任务书日期 年 月 日 毕业设计任务书 - - 1 本课题是 采用药芯焊丝,利用 000 焊机, 通过在低碳钢 表面 利用 堆焊 ,对比 研究 体送气 下 焊接低碳钢的工艺特性 , 主要研究内容包括 堆焊方法 工艺试验 、堆焊组织和性能研究等。通过该课题研究,也可培养学生对科研过程和科研程序的了解。 论文 )的内容和要求 (包括技术要求、图表要求以及工作要求等 ): 1. 实验研究准备 熟悉 000 焊机 的操作 设计堆焊初步实验方案,后期再 修正、完善实验思路 2. 实验过程: 堆焊试样、堆焊焊缝成形对比测试、堆焊焊缝的性能和组织对比分析 不同气体焊 低碳钢 是否对 工艺特性与接头组织 有 影响 ,是否有规律可循 4. 初步熟悉设计和科研的一般程序 ( 1) 开题报告 ( 3000个汉字左右) ; ( 2) 有关课题的英文翻译资料 ; ( 3) 多组焊接样品 ( 4) 典型组织照片、性能数据和图表等 ; ( 5) 论文正文字数不少于 字,格式严格按照学校标准格式撰写,应有原始记录数据 。 1) 焊接手册 2) 电弧焊基础 3) 材料冶金学及成型工艺 4) 材料金相图谱 5) 国内期刊:焊接、焊接学报、焊接技术、电焊机、机械工程学报、有色金属学报 6) 国外期刊: 、 、 in 、 毕业设计任务书 - - 2 5. 毕业设计 (论文 )进度计划 (以周为单位 ): 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第一周 第二周 第 三周 第四周 第五八周 第九十 周 第 十一 周 第十二 十三周 第十四周 第十五周 第十六 周 查阅相关资料( 10 篇以上。英文文献至少 2 篇), 文献综述,翻译英文文献 , 制定实验研究方案 开题报告 工艺试验和试样制备 药芯焊丝 的 艺特征和焊缝特征作比较性研究 焊接性能 分析 数据处理与实验结果 毕业论文初稿 完成论文( 字以上)撰写 论文答辩 教研室审查意见: 室主任 年 月 日 学院审查意见: 教学院长 年 月 日 南京工程学院毕业设计开题报告课 题 名 称:Ar/CO2不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究 学 生 姓 名: 秦立光 指 导 教 师: 朱军 所 在 学 院: 材料工程学院 专 业 名 称:材料成型及控制工程(焊接方向) 南京工程学院2012年 3月 16日说 明1根据教育部对毕业设计(论文)的评估标准,学生必须撰写毕业设计(论文)开题报告,由指导教师签署意见、教研室审查,系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。4本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述,应不少于2000字,没有经过整理归纳,缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第4周完成,各系完成毕业设计开题检查后,应写一份开题情况总结报告。学士学位毕业设计(论文)开题报告学生姓名秦立光学 号205080524专 业材料成型及控制工程(焊接方向)指导教师姓 名朱 军职 称副教授所在学院材料工程学院课题来源自拟课题课题性质工程技术研究课题名称Ar/CO2不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究毕业设计的内容和意义1.主要内容本课题是以低碳钢为实验材料,研究在不同保护气体下采用药芯焊丝气保焊,采用堆焊的方式,来研究所得的焊缝成形,以及力学性能和组织等。因而需要在实验条件允许的条件下进行实验来获得准确的数据。2.意义本课题主要是让我们在认识熔化极气体保护焊接工艺的基础上,通过熔化极气体保护焊接试验,完成焊接接头试样的制备,并且对比使用不同保护气体下所获得焊接接头的组织与性能。这对于我们更深入地了解熔化极气体保护焊,理解不同保护气体下的电弧性能有很重要的现实意义。文献综述 1、 CO2气体保护焊的特点1 第一个特征是,采用卷在焊丝盘上,与母材相近材质的金属焊丝作为电极。焊丝即是电弧的一极,同时焊丝熔化后作为焊接金属的一部分与母材熔化金属共同形成焊缝,起到填充材料的作用。 第二个特征是,为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区,采用了CO2进行保护。气体是从喷嘴中流出,并且能够完全覆盖电弧及熔池。1.1 CO2焊的优点: (1)生产效率高,节省电能。CO2气体保护焊的电流密度大,可达100300 A/mm2,因此电弧热量集中,焊丝的熔化效率高,母材的熔透厚度大,焊接速度快,同时焊后不需要清渣,所以能够显著提高效率,节省电能。 (2)焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉,对于焊前的生产准备要求不高,焊后清理和校正工时少,所以成本低。 (3)焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低和CO2气体具有较强的冷却作用, 使焊件受热面积小。特别是焊接薄板时,变形很小。 (4)对油、锈产生气孔的敏感性较低。 (5)焊缝中含氢量少,所以提高了焊接低合金高强钢抗冷裂纹的能力。 (6)熔滴采用短路过渡时可用于立焊、仰焊和全位置焊接。 (7)电弧可见性好,有利于观察,焊丝能准确对准焊接线,尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。 (8)操作简单,容易掌握。1.2 CO2焊的缺点: (1)与手弧焊相比设备较复杂,易出现故障,要求具有较高的维护设备的技术能力。 (2)抗风能力差,给室外焊接作业带来一定困难。 (3)弧光较强,必须注意劳动保护。 (4)与手弧焊和埋弧焊相比,焊缝成形不够美观,焊接飞溅较大。1.3 CO2焊控制飞溅的措施:10 (1)焊接材料方面 材料方面原因产生焊接飞溅,是由于焊丝材料中含有C元素,一是由于保护气体具有氧化性。焊丝材料中的C元素如果在熔滴表面被氧化,一般是以气体的形式散失到电弧空间。然后Fe原子被氧化形成FeO后,一部分将流入熔滴内部,与熔滴内部的C元素发生作用,生成CO气体,CO气体不溶于液态金属而逐步聚集成气泡,当气泡聚集到足够大尺寸时,在熔滴内部受高温作用体积急剧膨胀,使熔滴爆裂,从而产生飞溅。 针对上述问题所能采取的措施是正确选用焊丝,限制焊丝含C量,选择有较多脱氧元素成分的焊丝进行焊接。另外还可以采用混合气体进行保护焊接,比如CO2+Ar混合气体,可以降低电弧气氛的氧化性,减少FeO的产生数量。 (2)工艺和规范方面 在熔滴自由过渡范围内,如果焊接规范参数的选择使熔滴呈现大滴过渡或排斥过渡,将形成较多的飞溅。在中等规范的混合过渡区,自由过渡和非正常短路过渡也会增加飞溅数量。 需要采取的措施有以下几种:文献综述 1)正确选择焊接电流,匹配合适的电压,尽可能避免排斥过渡形式。通常在小电流短路规范区产生的飞溅量较大。 2)焊枪倾角不超过20度,焊枪垂直时飞溅最小。 3)限制焊丝干伸长。 4)送丝速度均匀。 5)电源直流反接时飞溅小。2、 熔化极氩弧焊3、4 2.1 熔化极氩弧焊的原理与特点 熔化极氩弧焊在焊接原理上与CO2电弧焊相近,也是采用熔化极焊丝作为电弧的一极,从焊枪喷嘴中流出的气体对焊接区及电弧进行保护,焊丝熔化金属从焊丝端部脱落过渡到熔池,与母材熔化金属共同形成焊缝。 2.2 熔化极氩弧焊的优点 (1)与焊条电弧焊、CO2电弧焊、埋弧焊相比,熔化极氩弧焊可以焊接几乎所有的金属。既可以焊接碳钢、合金钢、不锈钢,还可以焊接铝及铝合金,铜及铜合金,钛合金等容易被氧化的非铁金属。这一点与TIG焊、等离子弧焊一致。 (2)与CO2电弧焊相比,熔化极氩弧焊电弧状态稳定,熔滴过渡平稳,几乎不产生飞溅,熔透也较深。 (3)熔化极氩弧焊直流反接焊接铝及铝合金,对母材表面的氧化膜有良好的阴极雾化清理作用。 (4)由于惰性气体本质上不与熔化金属产生冶金反应,如果保护条件稳妥,可以防止周围空气的混入,避免氧化和氮化。因此,在电极焊丝中不需要加入特殊的脱氧剂,使用与母材同等成分的焊丝即可进行焊接。 2.3 熔化极氩弧焊的缺点: (1)由于使用氩气保护,焊接成本比CO2电弧焊高,焊接生产率也低于CO2焊。 (2)焊接准备工作要求严格,包括对焊接材料的清理和焊接区的清理等。 (3)厚板焊接中的封底焊焊缝成形不如TIG焊质量好。3、 C02Ar混合气体作为保护气 3.1 Ar+CO2混合气体保护焊的主要优点5 Ar+CO2混合气体保护焊是一种新型的焊接方法,具有纯CO2和纯Ar气体保护焊的共同优点,又消除两者焊法的主要缺点,其电流密度大,热量集中;明弧、易于观察; 无渣、在多层焊时可省去清渣工序;焊接变形量小,当焊接薄板时,可减少修整工时,并有利于提高焊接质量和生产率;由于具有CO2焊的特点,电弧穿透力强,焊缝熔深大,可减少焊缝层数;由于电弧氧化气氛强,对油锈的敏感性小;焊后的热影响区(HAZ)狭窄,焊缝金属中含氢量低,焊缝的抗裂性能好,质量高。 3.2 Ar+CO2混合气体保护焊的主要缺点:8 气孔多、飞溅大为主要缺点。由于含有一定量的CO2,其在电弧作用下发生分解: CO2CO + O2生成的CO易形成一氧化碳气孔。同时,空气中的氮大量溶入焊接熔池金属,也易形成氮气孔。同时,上面的反应是吸热反应,消耗大量热能,从而引起弧柱及电弧斑点的强烈收缩,即使增大电流,弧柱及斑点直径也很难扩展。在短路过渡中,使电流上升峰值较大,引起熔滴液桥爆断,造成熔池金属的飞溅。 对于Ar+CO2混合气体保护焊的机械性能而言,由于CO2气体的加入,使熔池及电弧氧化气氛增加,冶金反应较纯氩气保护剧烈了许多。对油、锈的敏感性降低。同时,加入CO2气体后,使焊接接头的扩散含量很少,是一种公认的低氢焊法。文献综述由于熔池的搅拌作用也增强了许多。不易形成焊缝组织的区域偏析,机械性能从总体来说较纯CO2 保护焊和纯氩气保护焊有所提高。4、堆焊组织及性能 1)堆焊试验工艺要求 (1)堆焊前,将待焊接区域的油、锈、水等污物清理干净; (2)检查焊丝表面,不能附着水分; (3)电源极性采用直流反接; (4)过渡层堆焊前进行预热:14Cr1MoR及15CrMoR的预热温度为100150;16MnR不预热; (5)耐蚀层堆焊过程中控制道间温度100; (6)14Cr1MoR及15CrMoR堆焊后应立即进行消应力热处理; (7)堆焊环境温度5,空气相对湿度70; (8)施焊现场要有良好的防风设施,以防保护气体飞散而产生气孔、裂纹等焊接缺陷,当风速2m/s时,要预先采取适当的防风措施; (9)CO2保护气体纯度应在99.98以上; (10)试件尺寸为20mm10mm5mm。 2)焊缝的组织及性能研究2 (1)药芯焊丝CO2气体保护焊接接头显微组织分析 根据国内外大量研究资料表明,低合金高强钢钢焊接接头的组织相交主要是铁素体、珠光体和贝氏体相变,马氏体相变较少。可以发现:整个焊缝区金属的显微组织变化不大,晶粒细小且分布均匀。这是因为焊接时采用双面焊,使得焊缝正反面温度场分布相近。焊缝中有较多的针状铁素体(Acicular Ferrite,简称AF),对焊缝来说是比较好的组织,因为这种组织不仅能提高其强度,而且能显著提高其低温冲击韧度。因为针状铁素体比较细小,而且取向自由,呈大角度晶界,具有较强的抗裂纹扩展能力;又因针状铁素体板条之间为商角度晶界,针状铁素体含有离密度位错,微裂纹解理跨越针状铁素体要消耗较高的能量。因此,使焊缝中出现足够数量的针状铁素体是提高强韧性的关键。研究使用的药芯焊丝中添加了Mn、Q及Mo等合金元素。研究表明,焊缝中Mn、Cr和Mo的质量分数会影响焊缝中的显微组织。因为Mn、Cf和Mo能改变焊缝的相变动力学,。随着焊缝中Mn和Cr合金元素质量分数的增加。针状铁素体质量分数增加。Mo是铁素体稳定元素,焊缝中Mo质量分数小于0.45时,Mo质量分数的增加抑制焊缝中块状先共析铁素体,有利于针状铁素体形核。焊缝中Mo质量分数大0.45时,Mo促进M-A组元形成,出现侧板条铁素体。因此,焊缝中随着Mo质量分数增加,针状铁素体增加,而先共析铁素体减少。但焊缝中Mn、Q和Mo的质量分数都有一个最佳范围,焊缝中Mn质量分数超过1%会使原奥氏体晶粒粗大,不利于AF的形成;Cr含量达到1.0时促进针状铁素体形成的效果最佳;Mo含量大于1.49之后,随着含量增加针状铁素体数量将减少。 (2)焊接接头机械性能9 合金成分与冷却速度是决定焊接接头力学性能的主要因素,而焊接线能量的变化则通过改变这两个因素来影响接头的性能。一方面,焊接线能量增大会造成焊缝金属稀释率增大。研究表明,在其它条件不变的情况下,熔合比随焊接线能量增加而增大。因为焊接线能量的增加,熔深增大,母材熔化部分截面积增加;随着焊接线能量的增加,焊丝熔化量增大,焊缝截面积也增加。因而随着焊接线能 量的增大,熔合比增大。熔合比的增大直接导致焊缝金属稀释率的增大。对比母材和焊丝成分可以发现,母材的合金元素含量远远低于焊丝中合金元素的含量,所以焊接线能量的增大会直接造成焊缝金属中合金元素浓度的降低。而合金元素浓度的降低又会导致焊缝金属固溶强化效果及相变强化效果的降低。 另一方面,焊接线能量的变化直接影响焊缝冷却速度。随着焊接线能量增加,焊缝冷却速度增大。而焊缝冷却速度增大有利于焊缝中生成淬硬程度更大的组织,反之亦然。综合这两这两方面因素,焊接接头的抗拉强度表现出随着焊接线能量增加而逐渐变小的趋势。 实验结果表明:Ar+CO2混合气体保护焊比CO2焊的飞溅小,熔敷效率高;且Ar气比例越高,熔敷效率越高;当Ar气比例达到60%以上,熔敷效率增长幅度较大。焊接电流是影响熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率的主要因素,焊接电流越大,熔敷速度和熔敷系数越高。焊接电流在一定的范围内,熔敷效率保持较高水平。电弧电压和气体流量对熔敷效率影响较大,但对熔敷速度和熔敷系数影响不大;气体流量在较大的范围内,可获得较高的熔敷效率。混合气体配比、焊接电流、电弧电压和气体流量匹配合适,可以获得较高的熔敷速度、熔敷系数和熔敷效率。 参考文献【1】唐海南. 药芯焊丝CO2气体保护焊工艺研究. 装备制造技术,2009 【2】张良成,张敏. 药芯焊丝CO2气体保护堆焊在加氢产品制造中的应用. 焊接技术,2001【3】张建英,郭庆. Ar/CO2混合气在焊接工艺上的应用. 冶金动力,2001【4】熊震宇,张华. Ar/CO2混合气体保护焊焊缝几何形状的试验研究. 南昌大学学报(工科版),2001 【5】王小玲. Ar/CO2混合气体保护焊工艺试验与应用. 焊工之友,2001【6】侯亚芳,马鸣亮. CO2气体保护药芯焊丝堆焊不锈钢工艺及其应用. 焊接技术,2009 【7】陈长江. 药芯焊丝混合气体保护焊的熔敷特性研究. 热加工工艺,2006 【8】包恒亭,朱红强,苏继超.Ar/CO2气体保护焊工艺研究. 科技信息,2009【9】赵家炜. Ar/CO2混合气体保护焊在压力容器制造上的应用研究 .化工施工技术,1998【10】杨春利,林三宝. 电弧焊基础M 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2010【11】Compact visual control system for aligning and tracking narrow butt seams with CO2 gas-shielded arc welding De Xu & Zaojun Fang & Haiyong Chen & Zhiguo Yan &Min TanInt J Adv Manuf Technol DOI 10.1007/s00170-011-3873-6【12】Effect of Exothermic Additions on Heat Generation and Arc Process Efficiency in Flux-Cored Arc Welding Yeong-Do Park Namhyun Kang Steve H. Malene and David L. Olson METALS AND MATERIALS International, Vol. 13, No. 6 (2007), pp. 501509研究内容1设计、研究思路以低碳钢为实验材料,研究在不同保护气体下采用药芯焊丝气保焊,采用堆焊的方式,来研究所得的焊缝成形,以及力学性能和组织等2课题研究的主要内容1) 查阅资料,了解Fronius TPS 4000焊机的操作2) 了解半自动熔化极的焊接特点3)了解堆焊方法和过程4)设计初部实验方案,考虑是否选择中间层材料,完善实验思路5)实验过程:对焊接缺陷的影响分析焊缝区域组织分析、焊缝性能检测等所需实验条件:金相试样制备设备金相分析、扫描电镜分析仪、硬度试验机6)分析和总结:优化工艺参数,分析不同参数变化对组织和力学性能的影响7)初步熟悉设计和科研的一般程序3解决的关键问题 Ar/CO2不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究4预期成果(1)开题报告; (2)翻译一篇相关的英文文献; (3)多组焊接样品;(4)典型组织照片、性能数据和图表等;(5)完成一篇不少于1.5万字的论文。研究计划第一周 查阅相关资料(10篇以上。英文文献至少2篇)第二周 文献综述,翻译英文文献第三周 制定实验研究方案第四周 开题报告第五八周 工艺试验和试样制备第九十一周 药芯焊丝的Ar/CO2工艺特征和焊缝特征作比较性研究第十二周 焊接性能分析第十三周 数据处理与实验结果第十四周 毕业论文初稿第十五周 完成论文(1万字以上)撰写第十六周 论文答辩特色与创新指导教师意 见 指导教师签名: 2011 年 3月 16日教研室意 见 主任签名: 2011 年 3月 17日学院意见 教学院长签名: 2011年 3月 17日Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010ISIN 1812-5654 2010 Asia Network for Scientific Information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,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。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) 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。实验结果表明最佳的焊接电流为280A。3、 焊缝宽度随着电弧电压在26到34V间变化,从9mm增加到17mm。实验结果表明最佳的电弧电压为30V。4、 焊缝宽度在焊接速度增加到50cm/min这一过程时会下降,并且在到达这一点之后焊缝宽度会开始变大。实验结果表明最大的焊缝宽度为焊接速度取40cm/min时的15mm。 7导 师:朱军 答辩人:秦立光 专业:焊接技术 熔化极气体保护焊是一种明弧焊接,焊接过程中电弧及熔池的加热熔化情况清晰可见,便于发现问题与及时调整。保护气体是熔化极焊接的一个非常重要的因素,保护气体的性质与焊缝性能有很重要的关系。本实验对 接 的 工艺 进行了研究。分别 比较 了这两种不同保护气体的熔滴过渡形式,有无飞溅,焊缝成形,熔池形状和 力学性能 。针对这些现象上的不同,从焊接规范参数、电弧力和焊接时的氧化还原等方面给出了 解释 。 一、毕业设计流程 二、对比分析 1、熔滴过渡 焊接过程中观察到焊丝端部的熔滴逐渐长大到一定程度,并且随着焊丝的送进,端部的长大的熔滴与熔池接触形成短路,电弧瞬间全部熄灭。同时也会听到“噗噗”的爆破声,接着电弧重新引燃又接着重复上述的过程。 在 实验过程中观察到焊丝端部液体金属以直径细小的熔滴从焊丝尖端一个接一个向熔池过渡,速度很快,并发出滋滋的声音。 焊丝熔化速度角度解释熔滴过渡差异 在 滴尚未长大就与熔池短路,在表面张力和电磁收缩力的作用下,熔滴向母材过渡,形成短路过渡 。而 熔化极 氩弧焊的过渡形式是射流过渡,此时焊丝前端被削成铅笔状,熔滴从前端流出,以很细小的颗粒进行过渡 。 焊丝 的熔化速度由来自电弧的热输入量及焊丝的电阻产热所决定,大致与电弧电流成比例,能很好的表征出焊接的能量。 化速度的关系 接电流 与熔化速度的关系 图是凸曲线,右图是凹曲线,前者的斜率逐渐减小,后者的斜率逐渐增大。这说明 试样 焊缝成形 1 2 3 4 5 试样 焊缝成形 1 2 3 4 1、 2、 焊缝的熔透形状主要是指焊缝的横截面形状 , 一般分为弧形熔深、扁平形熔深和指状熔深。具有弧形熔深的焊缝的较能有效地改善机械性能 , 减少焊接过程中所产生的焊接缺陷 , 获得良好的焊接接头质量。用 护气体, 可以看到很明显的碗状熔深 。 射流过渡的熔池形状呈指状熔 深。 这时熔池在强烈的等离子流作用下(其速度高达几百米 /秒),同时熔滴脱离焊丝时的加速度也很大(高达几十吉到几百吉米 /秒)。由于等离子流和熔滴都是沿焊丝轴线方向冲向熔池,于是在熔池中心形成了犹如指状的熔深。 焊接规范参数角度解释熔池形状差异 电弧 焊焊接电压和焊接速度不变时,随着焊接电流的增大,熔深呈线性增大,而熔宽略有 增大 。 接电流与熔深的关系 与熔深的关系 随着电流的增加,作用在 化了焊缝成形,并产生大量飞溅;而在 电流达到图中的值时,就形成了射流过渡,电弧稳定,焊缝成形良好,飞溅极少 。 当 其他条件不变的情况下,随着焊接电压的增大,熔宽也随之增大,这是因为电弧电压增大后,电弧功率加大,热输入增大,弧长拉长,分布半径增大,是熔深和熔宽均增加。 与熔宽的关系 与 熔宽的关系 深 宽比的角度 解释熔池形状差异 深 宽比说明了焊接时能量的集中程度。深宽比大说明热输入小,能量集中程度不够。由此可以看出热输入跟焊缝的深宽比有很重要的关系 。 与 深宽比的关系 与 深宽比的关系 弧的热量才能传输给焊丝伸出的部分,这种周期性的短路过程降低了电弧对母材的热输入,使 缝成形没有 能量 的大小对于电弧形态也有影响,能量集中,电弧呈现束状穿透能力很强 。 用 时电弧电场强度较低,有利于电弧扩张,以产生跳弧现象,使得电弧成为锥状、焊丝端头成为铅笔尖状,而形成射流过渡特点。在 管电场强度增加,跳弧电流也增大,但仍可保持射流过渡状态。 而由 于弧被冷却,使得电弧电场强度 电弧难以扩张,也就是电弧被压缩,电弧集中地作用在熔池的底部的局部表面上,对熔滴产生排斥作用。 三、 熔滴和熔池内的碳在高温下被氧化生成 随温度升高,如果液体金属内部的 气体急剧膨胀会引起大量的细颗粒金属飞溅。而 不会与其他元素发生反应,因而在焊接过程中会很平稳。 于 短路过渡的初期,由于电磁收缩力的阻碍作用,同时由于短路时瞬间增大的电流使得熔滴在力和热的作用下飞溅出去;在短路过渡末期,颈缩小桥的爆断也会产生飞溅,这也是在焊接过程中听到“噗噗”声的原因。与 乎无飞溅。 少 飞溅的方法 通过 对比 现 此往 在 可改变纯 着 可细化熔滴 ,促进弧根的扩展 ,使飞溅逐渐减少 ,同时加入的 并且通过对比同组学生使用实芯焊丝进行焊接时的现象,使用药芯焊丝也能够很好的减少飞溅。这是因为药芯焊丝采用气 时药芯成分中含有稳弧剂,使得电弧稳定,熔滴过渡平稳,有效地减小飞溅。 四、小结 不仅因为短路过渡时小桥的爆断同时 时的焊接线能量为 用 滴在电弧力和表面张力作用下形成射流过渡,没有飞溅,此时的焊接线能量为 时熔深较浅;而用 缝表面成形良好,鱼鳞纹细腻。此时熔深较深,导致了 r+接可以 使焊缝表面成形良好,熔滴过渡平稳,有效减小飞溅以及降低焊缝与母材的硬度梯度。 谢谢各位老师! 南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者: 秦立光 学 号: 205080524 学院(系、部): 材料工程学院 专 业: 材料成型及控制工程(焊接技术) 题 目: 同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究 指导者: 评阅者: 2012 年 6 月 南 京 I 毕业设计说明书(论文)中文摘要 摘要: 本 文对 合理的焊接规范工艺参数 下 ;比较了这两种 不同保护气体 的熔滴过渡形式, 有无飞溅, 焊缝成形 ,熔池形状和 力学性能;针对这些 现象上的 不同,从焊接规范参数、电弧力和焊接时的氧化还原等方面 给出了 解释 。基于焊接工艺的角度,提出了采用 关键词: 熔化极保护焊; 熔滴过渡 业设计说明书(论文)外文摘要 r/n r O2 of a in of of of of to of of is on of of r + of 南京工程学院毕业设计说明书(论文) 录 前言 . 1 第一章 绪论 . 2 熔化极保护焊 . 2 熔化极保护焊原理 . 2 熔化极保护焊特点 . 2 熔化极保护焊的冶金特性 . 3 接规范参数的选择 . 4 滴过渡 . 6 弧力 . 8 溅产生的原因 . 11 少 飞溅的方法 . 11 的应用 . 13 r 气熔化极保护焊 . 13 r 气熔化极保护焊原理 . 13 r 气熔化极保护焊特点 . 13 r 气熔化极保护焊的焊接技术 . 14 滴过渡 . 15 r 气熔化极保护焊的应用 . 17 课题研究的内容及目的 . 17 课题研究的内容 . 17 课题研究目的 . 18 第二章 焊接材料与设备 . 19 样准备 . 19 料 . 19 体 . 20 接设备的选择 . 20 法 . 21 三章 熔化极保护焊 . 22 接实际 . 22 接参数 . 22 缝成形 . 22 滴过渡 . 24 池形状 . 24 学性能 . 24 第四章 熔化极保护焊 . 27 接实际 . 27 接参数 . 27 缝成形 . 27 滴过渡 . 29 池形状 . 29 学性能 . 29 第五章 和 熔化极保护焊工艺对比 . 31 池形状的影响因素 . 31 接规范参数 . 31 宽比 . 32 滴过渡形式 . 35 溅对比 . 36 弧焊产生飞溅的原因及危害 . 36 少飞溅的方法 . 36 学性能对比 . 37 度 . 37 第六章 结论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 41 1 前言 随着焊接科学与焊接技术的不断发展,焊接新方法和焊接新技术不断地涌现出来,如激光焊、搅拌摩擦焊等等。而这些最新的焊接方法由于不成熟或设备成本过高等诸多因素,并未得到广泛的应用。相反,传统的焊条电弧焊虽然具有设备简单,操作灵活等一系列优点,但是由于其生产效率低、劳动强度大,对操作人员要求高的因素限 制了本身的使用。在此情况下, 的焊接保护气应当具有低的电离势,即气体电离所需的电压。低的电离电压可以使气体容易电离,从而容易起弧,并同时保持电弧的稳定。好的焊接保护气还可以保护焊接熔池和熔滴不受大气侵蚀,保护气体对于影响焊接质量的其他气体起到了排斥作用,因此保护气体大多由惰性气体组成。纯 有高的导热性,产生的电弧较宽,焊缝也较宽。 焊接时产生的飞溅较大,而且焊接质量也不是很理想。 用 于焊接可以有效地保护熔滴和焊接熔池,提高焊接表面的光滑度,飞溅较少,但 且电弧不稳定。因此,这两种气体在单独用于焊接低碳钢时,都有各自不同的优缺点。 直困扰着焊接业的进一步发展。而 一步提高了焊接效率和焊接质量,同时减少了大量的飞溅,而且更重要的是它也大大降低了焊接成本。 应是焊接低碳钢的一种比较理想的保护气体。 但鉴于学校实验条件的限制,将混合气体焊接工艺的对比研究放到两个极端,改为研究纯 缝成形以及力学性能等方面的异同,并由这两个极端的对比得出混合气体保护与纯 缝成形及力学性能等的差异。并对出减少焊接飞溅的有效措施。 2 第一章 绪论 1 利用 电弧及熔化区母材进行保护的焊接方法称作“ 简称“ 第一个特征是,采用卷在焊丝盘上、与母材相近材质的金属焊丝作为电极。焊丝即是电弧的一极,同时焊丝熔化后作为焊接金属的一部分与母材熔化金属共同形成焊缝,起到填充材料的作用,如图 第二个特征是,为防止外界空气混 图 入到电弧、熔池所组成的焊接区,采用了 体是从喷嘴中流出,并且能够完全覆盖电弧及熔池。 与气体电弧焊方法相比, (1)生产效率高 ,节省电能。 可达 100300 A/此电弧热量集中 ,焊丝的熔化效率高 ,母材的熔透厚度大 ,焊接速度快 ,同时焊后不需要清渣 ,所以能够显著提高效率 ,节省电能。 (2)焊接成本低。由于 对于焊前的生产准备要求不高 ,焊后清理和校正工时少 ,所以成本低。 (3)焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低和 使焊件受热面积小。特别是焊接薄板时 ,变形很 小。 3 (4)对油、锈产生气孔的敏感性较低。 (5)焊缝中含氢量少 ,所以提高了焊接低合金高强钢抗冷裂纹的能力。 (6)熔滴采用短路过渡时可用于立焊、仰焊和全位置焊接。 (7)电弧可见性好 ,有利于观察 ,焊丝能准确对准焊接线 ,尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。 (8)操作简单 ,容易掌握。 成很强的氧化性气氛,使该方法表现出如下缺点和不足: (1)与手弧焊相比设备较复杂 ,易出现故障 ,要求具有较高的维护设备的技术能力。 (2)抗风能力差 ,给室外焊接作业带来一定困难。 (3)弧光较强 ,必须注意劳动保护。 (4)与手弧焊和埋弧焊相比 ,焊缝成形不够美观 ,焊接飞溅较大。 丝熔化速度非常快,为了保持电弧长度处于一定值,焊丝必须是连续快速向焊接区送进。由此原因,手工送丝实际上是不可能的,必须利用电机等驱动装置进行自动送丝。这也就把 通过对焊接条件的合理选择,以及随着焊接电压特性的不断改进,现在 钢铁材料焊接中不可缺少的一种重要焊接方法。 1. 合金元素的氧化与脱氧 2 ( 1)合金元素的氧化: 电弧高温作用下会分解: = 1 2 2)氧化反应的结果:氧化反应会使 等合金元素烧损,在 损最少。 、 4 ( 3) 入液态金属中的 溅的主要因素,同时 中将使焊缝金属的含氧量增加而降低力学性能 7。 2. 13 由于熔池表面没有熔渣覆盖, 而熔池 凝固较快。如果焊接材料和焊接工艺参数选择不当,可能会出现 气孔和氢气孔。 接规范参数的选择 一、焊接电流的选择 1 在保证母材焊透又不致烧穿的原则下,应根据母材厚度,接头形式焊接位置及焊丝直径正确选用焊接电流 。 2 焊接电流是确定熔深的主要因素。随着电流的增加,熔深和 熔 敷 度都要增加,熔宽也略 有增加。 3 送丝速度越快,焊接电流越大,基本上是正比关系。 4 焊接电流过大时,会造成熔池过大,焊缝成形恶化。 5 各种直径的焊丝常用的焊接电流范围见表 1 表 1接电流选择 焊丝直径 ( 接电流( A) 4990 50120 70180 90350 150500 二、 焊接电压的选择 为获得良好的工艺性能,应选择最佳的电弧电压,该值是一个很窄的电压区间,一般仅为 12V 左右。最佳的电 弧电压与电流的大小,位 置等因素有关。可参见表 1 5 表 1同焊接时电弧电压的选择 1 随电弧电压的增加,熔宽明显增加,而余高和熔深略有减少,焊缝机械性能有所降低。 2 电弧电压过高,会产生焊缝气孔和增加飞溅。电弧电压过低,焊丝将插入熔池,电弧不稳,影响焊缝形成 8。 三、焊接速度的选择 1 焊接速度过高,会破坏气体保护效果,焊缝成形不良,焊缝冷却过快,导致降低焊缝塑性,韧性。焊接速度过低易使焊缝烧穿,形成粗大焊缝组织。 2 半自动焊接时,焊接速度一般不超过 30 米 /时 。 四、气体流量的选择 1 气体流量直接影响气体保护效果。气体流量过小时,焊缝易产生气孔等缺陷 。 气体流量过大时,不仅浪费气体,而且焊缝由于氧化性增强而形成氧化皮,降低焊缝质量 9。 2 气体流量应根据焊接电流,焊接速度,焊丝伸出长度,喷嘴直径,焊接位置等因素考虑。当焊 接电流越大,焊接速度越快,焊丝伸出长度较长,喷嘴直径增大,室外焊接及仰焊位置时,应采用较大的气体流量。 3 当焊丝直径小于或等于 ,气体流量一般为 615 升 /分;焊丝直径大于 ,气体流量应取 1525 升 /分 10。 焊接电流 电弧电压( V) ( A) 平焊 立焊 仰焊 75120 1822 1822 130170 2026 1824 180210 2228 1826 220260 2536 / 6 滴过渡 12 熔滴是指在电弧焊时,从焊丝端头形成的,并向熔池过渡的滴状液态金属。 熔滴过渡是电弧焊时,焊丝端头形成的熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程。熔滴过渡形式有很多种:按短路与否,分为短路过渡和自由过渡;按熔滴的尺寸大小,分为大滴过渡和射流过渡等 。 据焊丝直径、焊接电流、电弧电压(电弧长度)及电源特点等焊接条件的不同,可以出现多种复杂的过渡,比如大滴状过渡、短路过渡、排斥过渡、颗粒状过渡、潜弧喷射过渡等,但并不是哪种过渡形式都可以用于焊接生产。 1. 短路过渡 实现熔滴短路过渡的基本条件是采取较细的焊丝( 以较小的电流在低的电弧电压下进行焊接。 如图 示,在电弧引燃的初期,焊丝受到电弧的加热而逐渐熔化,端部形成熔滴并逐渐长大(图中 1、 2),此时电弧向未熔化的焊丝中传递的热量 在逐渐减小,焊丝熔化速度下降,而焊丝仍然以一定的速度送进,在熔滴积聚到某一尺寸时,由于过分靠近熔池而发生短路(图中 3),这时电弧熄灭,电压急剧下降。熔滴短路在焊丝端头与熔池间形成短路液柱,短路电流开始增大,但由于焊机回路中串联有电感,短路电流是逐渐增加。在熔池金属表面张力和液柱中电流形成的电磁收缩力的作用下,使液柱靠近焊丝端头的部位迅速产生“颈缩”,称作“颈缩小桥”(图中 4)。当短路电流增加到一定数值时,在熔池金属和焊丝端部表面张力的拉伸配合下,“小桥”迅速断开,此时作用电压很快恢复到电源空载电压,并且由于 断开的空间仍然具有较高的温度,电弧又重新引燃(相当于接触引弧),而后电流逐渐降低(向稳定值靠近),又重新开始上述过程。 7 图 滴短路过渡过程 短路过渡焊接中,燃弧和短路反复而规则地进行着,每次短路后熔滴向熔池过渡一次,即使在小电流区也能实现平稳的过渡。 短路过渡的工艺特点如下: 1)短路过渡过程中燃弧与短路始终交替更换着。短路结束时,总伴随着轻轻的爆破声和少量的金属飞溅。燃弧时弧长较短,而短路时在焊丝与熔池间总是由 液态金属连接着。 2)短路过渡过程十分稳定。其原因是焊丝直径小,相对电流密度高,因此电弧燃烧稳定。另一方面,电弧电压低,以短路形式过渡,短路频率较高, 细焊丝为 130右,而 粗的焊丝为 50右。所以每短路一次过渡的金属量很少,有利于过渡过程稳定。 3)由于使用的焊丝直径小,电流密度高,所以电弧的能量集中,加热面积小,熔池也小,热影响区窄,所以工作变形小,特别适合于焊接薄板。 4)适应于全位置焊。 5)短路过渡时负载变化较大,所以对电源动特性有很高的要求,以便获得飞溅小和成形 好的稳定焊接过程。 2 颗粒过渡 于某一直径的焊丝,在电流增大到一定数值并配以适当的电弧电压,熔滴一较小的尺寸自由飞落进入熔池,把这种现象称作 8 颗粒过渡的特点是电流大,而电弧电压要根据焊丝直径选择。这样可以把颗粒过渡分为中丝细颗粒过渡和粗丝潜弧喷射过渡两种形式。 弧力 电弧对于焊接而言,不仅仅是一个加热源,同时也是一个力源。电弧力与焊接中表现出的熔池形态、熔深尺寸、熔滴过渡、焊缝成形等都有密切的关系,同时也是形成不规则焊 缝、产生成形缺陷、造成焊接飞溅的直接原因。由于焊接采用了较大电流,电弧力的表现是很突出的。 1. 电弧静压力(电磁收缩力) 由电工学知道,在两根相互平行导体中,通过同方向的电流时,导体间产生相互吸引的力,若电流方向相反,则产生排斥力。这个力的形成是由于一个导体中的电流在另一个导体的周围空间形成磁场,磁场间相互作用,使导体受到电磁力。因电流方向上的差异,电磁力表现为相互吸引或相互排斥 11。 当电流在一个导体中流过时,整个电流可看作由许多平行的电流线组成,这些电流线间将产生相互吸引力,使导体截面有收缩效应,示。对于固态导体,此收缩力不能改变导体外形,但对于液态或气态导体,其将产生截面收缩,如图 示,这种现象称作电磁收缩效应,所产生的力称作电磁收缩力或电磁力,这种情况在 弧焊熔滴短路过渡时表现最为突出。 图 体内的电磁力 图 态导体中电磁力的收缩效应 2.离子流力) 9 焊接电弧呈非等截面的近锥体,电磁收缩力在其内部各处分布不均匀,不同截面上存在压力梯度,靠近电极处的压力大,靠近工件处压力小 ,形成电弧静压力。电弧中的压力差使较小截面处(如图 A 点处)的高温粒子(中性粒子为主)向工件方向(如图 B 点处)流动,并有更小截面处的气体粒子补充道该截面上来,以及保护气氛不断进入电弧空间,从而形成连续不断的气流,称作等离子气流。由于等离子流力是高温粒子高速流动形成的,所以也称作电弧动压力。 电弧等离子气流在各种电弧焊方法中都有不同程度的表现,气流强度与电流值大小、电弧长度、电弧形态、电极状态有密切关系。 图 弧等离子气流的产生 电极上形成斑点时,由于斑点上导电和导热的特点,在斑点上将产生斑点力,一般有如下几种表现形式。 ( 1)带电粒子对电极的冲击力 阳极受到电子的冲击,阴极受到正离子的冲击。由于正离子的质量远远大于电子的质量,同时一般情况下阴极区压降大于阳极区压降,所以这种斑点力在阴极上表现较大,在阳极上表现较小。 ( 2)电磁收缩力 当电极上形成熔滴并出现斑点时,焊丝、熔滴及电弧中电流线的分布如图 示,熔滴和电弧空间的电流线都在斑点处集中,由于电磁力合力 的方向是由小截面指向大截面,所以在斑点处产生向上的电磁收 10 缩力,阻碍熔滴下落。通常阴极斑点比阳极斑点的收缩程度大,所以阴极斑点力也大于阳极斑点力。 图 点的电磁收缩力 图 滴短路产生的爆破力 爆破力存在于短路电弧焊接,当熔滴与熔池发生短路时,电弧瞬间熄灭,因短路时电流很大(短路电流有一个上升的过程),短路液柱中电流密度很高,在金属液柱中产生很大的电磁收缩力,使液柱中部变细,产生颈缩,电阻热使金属液柱小桥温度急剧升高,使液柱汽化爆断,此爆 破力可能使液柱金属形成飞溅。液柱爆断后电弧重新引燃,电弧空间的气体突然受高温加热而膨胀,局部压力骤然升高,对熔池和焊丝端头的液态金属形成较大的冲击力,严重时会造成飞溅。这一现象如图 爆破力主要存在于本组实验中的 造成短路过渡的主要原因。 熔化极富氩保护射流过渡焊接时,焊丝前端熔化金属形成连续细滴沿焊丝轴线方向射向熔池,每个熔滴的重量只有数毫克,在等离子气流驱动下,以很高的加速度(可达重力加速度的 50 倍以上)冲向熔池,到达熔池时其速度可达每秒几百米。这些细滴 带有很大的动能。该熔滴冲击力主要存在于本组实验的熔化极氩弧焊中,是造成射流过渡的主要原因。 11 溅产生的原因 1由冶金反应引起的飞溅 14 这种飞溅主要是 体造成的,由于 体具有强烈的氧化 性 ,焊接时熔滴和熔池中的碳元素被氧化生成 体,在电弧高温作用下,其体积急剧膨胀,逐渐增大的 体压力最终突破液态熔滴和熔池表面的约束,形成爆破,从而产生大量的细颗粒飞溅。 2极点压力引起的飞溅 这种飞溅主要取决于电弧的极性,采用正接焊接时,正离子飞向 焊丝末端,机械冲击力大,造成大颗粒飞 溅。 3熔滴短路时引起的飞溅 发生短路时,焊丝与熔池间形成液体小桥,由于短路电流的强烈 加热及电磁收缩力作用,使小桥爆断而产生细颗粒飞溅。 4非轴向熔滴过渡造成的飞溅 这种飞溅是在大滴过渡焊接时由于电弧的排斥力所引起的,熔滴形成大颗粒飞溅。 5焊接工艺参数选配不当引起的飞溅 这种飞溅是由于焊接电流、电弧电压、电感值等参数选配不当而引起的。 少飞溅的方法 1选配合理的焊接工艺参数 ( 1)选取适当的电弧电压在合适的电弧电压下施焊,飞溅量可 减到最 小。例如,当使用 丝焊接时,若 焊接电流为 220A,焊接速度为 30cm/弧电压调到 2728V 时,可使飞溅量减少 。 ( 2)选择合适的焊接电流在合适的焊接电流下施焊,飞溅最小。 当使用 丝焊接时,焊接速度为 30cm/接电流小于 280着焊接电流的增大,飞溅量也增加;但当焊接电流超过 280A 时,在一定范围内,随着焊接电流的增加飞溅量反而减少,在焊接电流250280A 区间内,熔滴以滴状过渡而产生大颗粒飞溅。 12 ( 3)选择合适的焊接速度,随着焊接速度加快,飞溅量也增加。 ( 4)选择合适的焊丝干伸长度当焊丝干伸 长度过长时,焊丝容 易产生过热而成段熔断。合适的焊丝干伸长度应为焊丝直径的 1012 倍。 ( 5)选择合适的焊接回路电感值采用合适的焊接回路电感数值, 可以调节短路电流增长速度,从而减少短路飞溅。 ( 6)掌握合适的焊枪角度由于焊枪角度后倾或前倾都会使飞溅 增多,所以焊枪角度应选择适宜。 2适当控制操作条件及调整焊接设备 ( 1)清理焊接部位。施焊前,应将焊接部位及其周围的铁锈、 污物等清理干净,以减少飞溅。 ( 2)焊丝进给必须保持稳定。焊丝最好使用成盘的焊丝,送丝 软管可能呈直线状态;用干燥的压缩空气将软管内 的灰尘、脏物等吹除;将粘附在送丝轮沟槽内的脏物清除干净;经常检查导电嘴前端是否粘附飞溅物;检查导电嘴磨损情况,若磨损严重则应及时更换。 ( 3)保证焊机输入接线及焊接地线连接良好。 ( 4)焊接电缆的长度必须合适,焊接电缆过长,会使飞溅量增 加。 ( 5)电源极性采用直流反接,反极性时飞溅量小,电弧稳定。 ( 6)尽可能避免在焊接过程中产生磁偏吹。 ( 7) 接用 新灌的 瓶内含有水分,直接用于焊接时不但易形成气孔,而且 易形成飞溅,所以气瓶内的水分应除 去。先将新灌气瓶倒立静置 12h,然后打开阀门把沉积在下部的自由状态的水排出,放水结束后,再将气瓶放正,在使用前仍须先放气 23掉气瓶上面部分可能含水的气体。 3采用 r 混合气体保护焊利用 0%保护气体,熔 滴呈细粒过渡,电弧燃烧稳定,飞溅量较少,焊缝外形美观,焊波细匀。 4在焊缝附近涂上适当滑石粉或石灰水涂层为防止少量的飞溅 不沾上工件,还可在焊缝附近涂上适当滑石粉或石灰水涂层,能有效地防止飞溅沾上工件。 13 主要用于焊接低碳钢及低合金 钢等黑色金属。还可用于耐磨零件的堆焊。铸钢件的焊补以及电铆焊等方面。目前已在汽车制造、机车和车辆制造,化工机械、农业机械、矿山机械等部门得到广泛应用。 r 气熔化极保护焊 r 气熔化极保护焊原理 4 如图 化极氩弧焊在焊接原理上与 是采用熔化极焊丝作为电弧的一极,从焊枪喷 嘴中流出的气体对焊接区及电弧进行 图 保护,焊丝熔化金属从焊丝端部脱落过渡到熔池,与母材熔化金属共同形成焊缝。 熔化极氩弧焊与 中以使用氩气的情况居多,也可以采用氩气与氦气的混合气进行保护。 r 气熔化极保护焊特点 与其他焊接方法相比,熔化极氩弧焊具有如下方面特点: ( 1)与焊条电弧焊、 弧焊相比,熔化极氩弧焊可以焊接几乎所有的金属。既可以焊接碳钢、合金钢、不锈钢,还可以焊接铝及铝合金,铜及铜合金,钛合金等容易被氧化的非铁金属。这一点与 离子弧焊一致。 14 ( 2)与 化极氩弧焊电弧状态稳定,熔滴过渡平稳,几乎不产生飞溅,熔透也较深。 ( 3)熔化极氩弧焊直流反接焊接铝及铝合金,对母材表面的氧化膜有良好的阴极雾化清理作用。 ( 4)由于惰性气体本质上不与熔化金属产生冶金反应,如果保护条件稳妥,可以防止周围空气的混入,避免氧化和氮化。因此,在电极焊丝中不需要加入特殊的脱氧剂,使用与母材同等成分的焊丝即可进行焊接 15。 熔化极氩弧焊也有如下几点不足: ( 1) 由于使用氩气保护,焊接成本比 接生产率也低于 ( 2)焊接准备工作要求严格,包括对焊接材料的清理和焊接区的清理等。 ( 3)厚板焊接中的封底焊焊缝成形不如 r 气熔化极保护焊的焊接技术 3 ( 1)焊前准备:检查设备、水、气、电路是否正常,各项参数是否调试妥当,为确保质量,对焊件及焊丝必须清理干净,用汽油、丙酮 等有机溶剂清洗焊件与焊丝表面的油污、氧化皮、水分和灰尘等,采用机械清理和化学清理进行氧化膜的清除。 ( 2)引弧:引弧前应提前 5气。多采用高频振荡引弧(或脉冲引弧)和接触引弧,最好是采用非接触引弧。 ( 3)焊接:为了得到良好的气体保护效果,在不妨碍视线的情况下 ,应缩短喷嘴到焊件的距离,采用短弧焊接,一般弧长 4枪与焊件角度的选择也应以获得好的保护效果,便于填充焊丝为准。焊接时,为了加强气体保护效果、提高焊缝质量,可采用如下措施:加挡板、扩大正面保护区、反面保护等。 15 ( 4)收弧:焊缝在收弧处要求不存在明显的下凹以及产生气孔与裂纹等缺陷。在收弧处应添加填充焊丝多使焊坑填满,这对于焊接热裂纹倾向较大的材料时尤为重要。 滴过渡 射过渡、亚射流过渡、脉冲过渡等,分别依据材质、焊件尺寸、焊接姿势而使用。 1. 短路过渡 是使用较细的焊丝在低电压、小电流下产生的一种可以利用的熔滴过渡方式,区别在于 且过渡过程稳定,飞溅少,适合进行薄板高速焊接或空间位置焊缝的焊接 17。 2. 喷射过渡 熔滴以小于焊丝直径的尺寸进行的过渡统称为喷射过渡。然而通过对过渡形态的细致观察,发现因焊丝材质的不同其熔滴过渡形态仍有差异,由此把 5。 (1) 射滴过渡 射滴过渡是指熔滴直径达到与焊丝直径相近时,电弧力使之强制脱离焊丝端头,并快速通过电弧空间 ,向熔池过渡的形式。 射滴过渡的主要特点为: 1)熔滴温度比大滴过渡和射流过渡时低。 2)因为熔滴温度低,所以焊丝的熔化系数较高。 3)焊接烟尘小。 4)焊接飞溅少。 5)焊缝成形好。 16 可以看出,射滴过渡是一种非常理想的熔滴过渡形式,应该加以利用。但是射滴过渡的电流区间过窄,电流大小又难以调节,所以连续电流的射滴过渡形式难以应用。 (2) 射流过渡 射流过渡指的是熔滴呈细小颗粒,沿焊丝的铅笔尖状的端头以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式 16。 射流过渡的主要特点如 下: 1)射流过渡的电弧形态如图 过目视观察,可以看到电弧分为两部分,外层为暗区呈钟罩形,内层为烁亮区呈锥形,焊丝端头呈铅笔尖状。 图 流过渡的电弧形态及受力特点 2) 射流过渡时熔滴过渡情况如图 电流大于 265滴尺寸突然变得很小,熔滴尺寸仅为焊丝直径的 30% 60%。而熔滴过渡频率却高达 200 个 /s 以上。 3)射流过渡焊接时,焊接过程比较平稳,无短路现象,飞溅极少,电弧声平稳、安静 6。 17 图 r 气熔化极保护焊的应用 可用于所有钢材、有死金属及合金的焊接,特别适合于化学性质活泼的金属及其合金
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