多丝埋弧焊焊接规范对焊缝形状影响的研究

1、2009年度珠江钢管论文发布会征文钢管多丝埋弧焊焊接规范对焊缝形状的影响因素 黎剑峰番禺珠江钢管有限公司 2009.12需要解决的几个问题及目的n问题： 1）焊接规范与焊缝熔深的关系； 2）焊丝填充速度与焊接电流的关系； 3）焊接规范与焊缝余高的关系； 4）影响焊缝宽度的主要因素。 n目的： 探讨并试图弄清焊接规范对焊缝形状的影响规律，建立焊接规范和焊缝形状各影响因素之间的相互关系的数字模型，从而建立焊接参数专家系统，为生产服务。一、关于前人的研究单丝焊的基本规律 二、关于焊缝熔深的研究 焊接比线能量提出的背景n研究内容：讨论焊接过程中焊接参数（I，U，）之间的匹配和焊缝形状（特别是熔深）的关

2、系。n我们有这样的经验：）焊接薄板：小参数，否则可能烧穿；）焊接厚板：大参数，否则可能焊不透。n可以推测： 1）一定板厚必然对应的一定的焊接规范； 2）板厚和焊接规范之间应存在一个比较稳定的比例关系； 3）此比例关系应在未焊透和烧穿之间存在一个最佳范围。二、关于焊缝熔深的研究 焊接线能量与比线能量的概念n焊接线能量： Q = IU/ 线能量Q已将焊接三参数全部包括。n一定板厚对应一定焊接规范的比例关系可用焊接线能量与板厚之比来表示。 q = Q/tn鉴于q与线能量有关，定义为比线能量。 可以看出，q越大,Q也越大，即焊接规范越大,熔深则越深,甚至会烧穿工件。 二、关于焊缝熔深的研究 比线能量与

3、熔深的关系n对于未预热焊缝，熔深与比线能量的关系满足: H = 20q+17 H = 20q+17 H熔深比例,即焊缝熔深占工件厚度的百分比,% 因此，焊接参数一确定，就可知道线能量Q，也就知道比线能量q，从而可以很方便的对焊缝熔深进行预测。二、关于焊缝熔深的研究 最佳焊接比线能量n一般情况下，预期的焊缝熔深是： 内焊：达到壁厚的5560%， 外焊：达到壁厚的6575%。 线能量过大，会恶化焊缝接头性能，甚至烧穿。 线能量过小，易产生缺陷，甚至焊不透，。 内焊最佳比线能量范围：1.62.2 KJ cm-1mm-1， 外焊最佳比线能量范围：2.22.8 KJ cm-1mm-1。二、关于焊缝熔深的

4、研究 比线能量与熔深的关系式的应用n确定最佳比线能量后，可按下式确定线能量： Q = qt 注：厚壁管开有坡口，可将坡口处的深度折算成一半厚度。 n线能量确定以后，如何选择参数： 各丝电流：I1：I2：I3：I4 = 1：0.600.75： 0.500.65：0.400.55； 各丝电压：前后递增，在2842V之间变化。n一个合适工艺除考虑熔深以外，还应考虑焊缝形状、焊缝和热影响区性能等综合因素的影响。三、关于焊缝余高的研究 焊缝形状示意图焊缝填充金属由焊缝填充金属由 坡口金属坡口金属和和焊缝余高焊缝余高两部分组两部分组成，来源于成，来源于焊丝焊丝的过渡（供给）。的过渡（供给）。三、关于焊缝余

5、高的研究 焊丝的送丝方式n送丝方式有两种：一是等速送丝，二是变速送丝。 等速送丝：采用开环控制方式，焊丝始终以预定的速度恒速送进。 变速送丝：采用闭环控制方式，如果遇到外界对弧长的干扰，通过强迫改变焊丝送进速度来恢复弧长，焊丝始终以变化的速度送进。但是在任何一个时间段，其平均送丝速度应是一个稳定值，否则焊接无法顺利进行。n不管是直流还是交流，焊接电流必须要稳定。否则焊接将无法正常进行，这也说明不管采用何种电源，焊丝的送丝速度必须是一个比较稳定的数值。三、关于焊缝余高的研究 焊丝消耗的规律n焊丝的消耗量主要取决于焊接电流的大小，而与电弧电压的高低、电源的性质（用直流或用交流）关系不大。n焊接电流

6、越大，送丝则越快，消耗的焊丝则越多，填充的金属也越多，反之亦然。焊丝牌号焊丝牌号单位送丝速度，单位送丝速度，mm Amm A-1-1 min min-1-14.04.03.23.2H08AH08A2.02.03.13.1H08MnAH08MnA2.32.33.63.6H10Mn2H10Mn22.52.53.93.9H08CH08C2.92.94.54.5三、关于焊缝余高的研究 焊丝消耗的规律n不同牌号和不同直径的焊丝，其焊接送丝速度是不相同的。 原因：电阻不同。焊接时用于加热和熔化焊丝的热量主要分别来自电阻热和电弧热。电阻越高，电阻热也越高，焊丝的预热作用越强，焊丝的熔化速度加快，为保证正常的

7、电弧燃烧，焊丝的送进速度也必然加快。n相同牌号的焊丝，虽然直径不同，但在相同的焊接电流下，焊丝的熔敷体积（或质量）基本一致。 对采用不同极性（直流或交流）电源、不同直径焊丝的多丝焊来说，估算焊丝的消耗将变得非常简单。焊丝牌号焊丝牌号单位送丝速度，单位送丝速度，mm Amm A-1-1 min min-1-14.04.03.23.2H08AH08A2.02.03.13.1H08MnAH08MnA2.32.33.63.6H10Mn2H10Mn22.52.53.93.9H08CH08C2.92.94.54.5三、关于焊缝余高的研究 焊丝消耗（供应）的计算n焊丝供应量（M丝）： M丝丝 = SIA/

8、M丝 - 单位长度的焊件焊丝供应量，g m-1 ； S - 单位送丝速度，mm A-1 min-1 ； A - 焊丝截面积 ，mm2 ； - 焊丝密度，取7.85g cm-3n可将公式简化为： M丝丝 = 0.29KI/ K- 焊丝系数，取值见表 焊丝牌号焊丝牌号K KH08AH08A0.700.70H08MnAH08MnA0.800.80H10Mn2H10Mn20.850.85H08CH08C1.01.0三、关于焊缝余高的研究 焊缝金属（焊丝需求）的计算n焊缝接头熔敷金属（焊丝需求）体积的 计算方法，可用下式进行表述： V敷敷 = 1000（1/2 bh1 +2/3 ac） V敷 - 焊缝熔

9、敷金属体积，mm3m-1； b - 坡口宽度，mm； h1- 坡口深度，mm； a - 熔宽，mm； c - 余高，mm；余高坡口焊缝金属由焊缝金属由余高余高和和坡坡口口两部分金属组成两部分金属组成三、关于焊缝余高的研究 焊丝供应的计算n消耗的焊丝，除了有一小部分损失外（约5%），大部分通过电弧过渡形成接头的熔敷金属。n焊丝供应的由下式确定： V供供 = SIA/ V供 消耗的焊丝体积，mm3m-1； - 焊丝熔敷效率，取0.95。 焊丝供应的简化公式： V供供 = 34.6 KI/ 余高坡口焊缝金属由焊缝金属由余高余高和和坡坡口口两部分金属组成两部分金属组成三、关于焊缝余高的研究 影响焊缝余

10、高的因素n焊丝供需关系应保持平衡，即： V供 = V敷，即满足等式： 34.6 KI/= 1000（1/2 bh+2/3 ac） n焊缝余高c，除了与焊接规范有关外，还与焊件坡口形式和焊缝宽度有关。n焊接规范一旦确定，要控制焊缝的余高，就必须控制坡口的形状。n在具体控制焊缝余高的计算过程中，熔宽a可以作为一个近似常数进行处理（见右表）。板厚，mm焊缝宽度，mm备注101617内焊取下限，外焊取上限121718141820162022182022202022四、关于焊缝宽度的研究 n在相同的焊接规范下，焊丝间距对焊缝宽度有着重要的影响， 在一定范围内，随着焊丝间距拉大，焊缝将有一定程度的变宽，余高降低，反之亦然。n一般情况下，将焊缝宽度控制在1625mm，并满足一定的焊缝形状系数要求，在1.32.0之间。n对于正常的焊接规范，一定的板厚基本对应着一定的焊缝宽度。n焊丝的后倾角也有关系，后倾角加大，缝宽增大。一般范围为-535。五、应用事例 六、结论 1）焊接比线能量概念的提出，为研究焊接规范对埋弧焊缝形状及尺寸的综合影响，提供了有效的途径。2）试验发现，焊接比线能量与熔深基本呈成线性关系变化。焊接过程中，焊接规范应满足比线能量在一定的范围内，