气体保护药芯焊丝电弧焊参数对低碳钢焊缝宽度和焊缝金属的拉伸性能的影响

1、应用科学学报10（8）:658 - 663，2010ISIN代码1812-5654 2010亚洲网络科学信息气体保护药芯焊丝电弧焊参数对低碳钢焊缝宽度和焊缝金属的拉伸性能的影响材料工程系，塞姆南大学，塞姆南，伊朗摘要：一般来说，焊接接头质量的在焊接过程中很大程度上受到焊接参数的影响。为了实现高品质焊接，几何形状和焊件的机械性能应得到准确的分析。本研究对焊缝宽度，对接焊缝金属力学性能，各种药芯焊丝电弧焊焊接参数影响下的实验结果进行了分析。在现代焊接工艺中，焊接电流，电压和焊接速度被选择作为可变参数，根据现在工业中的普遍情况，低碳钢的焊接中有很多焊接参数可以参照那些可变参数。在所有的试验中焊接电流

2、分别选为240安培、280安培、320安培，电弧电压分别选为26伏特,30伏特和34伏特及焊接速度分别选为40厘米每分，50厘米每分和60厘米每分。这项研究有助于提高根据焊缝的几何形状和焊缝拉伸性能而选择焊接工艺参数的准确性。关键词：药芯焊丝电弧焊，焊接参数，焊缝宽度，屈服强度，抗拉强度，热输入。简介 就像气体保护焊，药芯焊丝电弧焊焊接也是使用连续送丝填充金属熔池的过程。然而，在这个过程中，所提供的保护是在其内部的管状电极载流量。正是这种助焊剂，创建了一个对焊接渣，形成保护层，防止任何杂质进入的。额外的气体也可以起到保护的作用。 药芯焊丝电弧焊是气体保护焊在不断的发展中演变过来的。在不同的保护

3、气体的实验中，结果发现了在从一个管状的电极所提供的二氧化碳保护气体解决了以前遇到的问题。到1957年，电极和设备经过了提炼和改造，并且以下两种焊接已经在市场中推出，自我保护药芯焊丝电弧焊及气体保护药芯焊丝电弧焊。金属传输模式可以很好的说明金属是如何从电极过渡到工件上的。以下是金属气体保护焊传输模式：短路过渡，熔滴过渡，射流过渡，脉冲喷雾。该模式本身包含了许多因素，焊接电流，极性电极直径，电极组成，电极的延伸，保护气体都是变量，直接影响到金属传输模式类型。短路过渡：短路发生过渡时，电极与熔池接触。金属不通过电弧转移到对面工件上。该熔池和电极在每秒20至200次的范围内接触。在传输模式中，短路发生

4、在目前的最低范围内。由于其快速冷冻熔池，在行业中运用该模式一般需要加入薄片在焊接位置的外侧，和桥口根部的大开口处。 熔滴过渡：就像它的名字所看到的一样，熔滴过渡涉及的大型“水珠”状熔滴的过渡，或熔化金属滴形式转移到对面的弧消耗电极。所产生的下降的熔滴很大程度上受到重力的影响，限制了这种模式应用到平面位置的情况。对过渡的四个现象中，熔滴过渡一直被认为是最不可取的，因为它倾向产生高热，在一个焊缝表面产生飞溅。一个比较经济的利处是它能够产生高的沉积速率。这种技术需要更高的焊接电流。 射流过渡：在这种模式中，从消耗电极熔化的金属喷涂，或推动整个弧，用小液滴的形式喷射。这种模式要求DCEP的使用，以及使

5、用直流正电极，电流值高于目前最高临界值（170A）。由于电弧的拉力，克服了液滴重力。因此，这个过程可以用在任何特定条件下的焊接位置。这种模式降低了飞溅，提高沉积速率，减少焊后清理。由于这些原因，汽车行业更喜欢运用这种模式。 脉冲喷雾：脉冲喷雾是由动力来源实现，这种动力来源产生两种现象。前一个是保持水平不变，维持电弧，造成液滴形成电极上的一头。第二个是电流叠加脉冲振幅超过临界值时，使得其形成喷雾模式，达到更大的电流。与喷射过渡的优点相类似，其中包括更多的控制以防止失真，减少工件热输入而提高焊接质量。 选择正确的焊接方法和焊材是任何一个工程上保证最大成功的基础要素。如果不懂得关键特性和各种不同选择

6、所带来的益处，就不能做出最终的决定。气体保护药芯电弧焊独特的连续工艺使其能不断的应用在各种工业部门的钢材装配焊接上。例如包括建筑结构和基础结构工程，海上结构和管道。这些行业利用该工艺达到所需的焊接质量和焊接稳固性，而在焊接过程中不需要在使用外部气体的保护。由此提供了高效率连续送丝焊接的优点。简单来说，气体保护药芯电弧焊接结合了焊条电弧焊的柔性和熔化极气体保护焊高生产率的特点。因而，在气体保护焊不易实现和成本高的情况下气体保护药芯电弧焊还是和合乎使用的。近年来为满足更好的结构设计并提供更高的焊接性能，制造商和焊接制造业需要发展创新的方法来维持生产力的优势，而气体保护药芯电弧焊正提供了在那些情况下

7、的应用。 药芯焊丝电弧焊工艺在试验阶段使用的是一个完全自动化的过程，其中焊接电极通过导线管不断向焊缝区输入电流。助焊剂材料是在管芯。管子的外壳通过产生的电力来形成电弧，然后在消耗的过程中成为填充金属（阿罗莱尔等，2006）。最近的研究表明（易卜拉欣和石海特，1999，2000;萨迪克等，2001），在现有的焊接技术中药芯焊丝电弧焊相对于使用如手工金属电弧焊接（MMAW）和实心导线气体金属电弧焊接（气体保护焊）有许多优势。为预测变量对焊接工艺焊缝几何形状和质量的影响，研究人员使用了不同的技术（本尼昂丝等人，2005年，B组;薛等人，2005年;科雷亚等人，金等人，2002年，2003年,2005

8、年;庄和林堂，2002年）。 薛等人（2005年）提出机器人弧焊过程模糊回归建模方法的可能性。高强度低合金牌号（低合金高强度）钢边缘区的焊接参数优化以产生最大焊缝渗透是由穆斯塔法和海吉威（2006年）研究。帕拉尼和穆卢干（2007年）优化了工艺参数，在药芯焊丝电弧焊过程中获得所需的几何形状和焊缝不锈钢稀释层。另外，派克等人研究在高压钢焊缝实验中药芯焊丝电弧焊热输入对热裂和韧性的影响。（2008年）。贝拉苏布莱梅尼和古哈（1999年）就焊接大小对药芯焊丝电弧焊焊缝十字接头的疲劳寿命的影响进行了研究。由于使用应变能密度因子（SEDF）而导致透不足（LOP）缺陷。然而，拉伸低碳钢药芯焊丝电弧焊现有文

9、献中对焊接接头焊缝宽度的研究中对此现象有很多重要的解释。本研究的目的是分析工艺参数之间的关系，如在药芯焊丝电弧焊中焊缝几何形状和拉伸性能的关系。 材料与方法 根据在行业中的应用，焊接参数组合为低含碳0.17和含锰1.21的钢准备。为了研究焊接参数对焊缝熔宽的影响，将75x60x10毫米大小的金属板标本作为基础来提供一个单一的对接装置。 此外，在本研究拉伸试样中准备了25毫米厚度的板，并且被分为35份，每块板将被放置来提供一单V型槽对接配置槽角。槽内是1mm，而槽外是25mm。百分之百采用二氧化碳作为保护气体以保护熔池。此外，填充在1850药芯焊丝电弧焊自动焊接机的药芯焊丝在电流为0 - 550

10、A和电压为0 - 45V的范围内工作应该采用直径为1.6毫米的金属线（AWS中的分类为E70T5）。为了尽量减少焊接变形，实验测试板在焊接操作前应确定好位置。在这项研究中变量选择焊接电流（240安培，280安培，320安培），电弧电压（26伏特，30伏特,34 伏特）和焊接速度（40厘米/分，50厘米/分，60厘米/分），但是，像送丝速度，电弧距离，力矩等参数分别固定为8米/分，2.5毫米和15度。 焊接工艺后，在不同焊接条件下得到了测量后焊件的宽度，以评估焊接参数对焊缝几何形状的影响。此外，根据圆柱拉伸试件，焊件准备了符合ASTM E8M - 05准则的直径为12.5毫米和轨距长度为62.5

11、毫米的焊件。拉伸试验由20千牛达德克试验机进行，采用在欧哈巴福山有限公司制备的样品并在2009年期间在伊朗的塞姆南大学进行了测试。图1结果与讨论进行了不同的电弧电压，焊接电流和焊接速度相结合的实验，通过实验，焊缝宽度，UTS和焊缝屈服强度受到焊接参数影响的影响情况已经全部得出结论。 对焊缝宽度有影响的工艺参数：产生焊接效应的电流，电弧电压和焊接速度对焊缝宽度在图1 3中可以分析得到以及结果已载于表1。图1a - C中，因为电弧电压和焊接速度为固定的28 V和55厘米每分，焊缝宽度变化在焊接电流值分别为240A，280A，320A时不同，从图1和表1中可以看出，随焊接电流从240A升到320 A

12、焊缝宽度从15毫米显著下降到8毫米，这一现象与文献（坎南和穆卢干，2006年）相矛盾。见图，第2A - C中，焊接电流和焊接速度被设定为300A和55厘米/分钟。电压在34伏特和26伏特时，分别观察到最大和最小宽度值得为17毫米和9毫米。因此，可以清楚地观察到，随电弧电压从26V到34 V焊缝宽度逐渐增加。见图，第3A - C中，焊接电流和电弧电压分别确定为300伏特和28伏特。结果最大宽度值为15毫米，速度为40厘米/分钟，同时最小宽度值为7毫米时的速度为50厘米/分钟。焊接速度的增加达到一定值时，焊缝宽度开始减小，这是与文献（坎南和穆卢干，2006年）中叙述相同，在本研究中，到达一定的速度

13、为50厘米/分钟后这点焊缝宽度开始再次升高。结果清楚地表明，某些配置图中还有不完整的宽度。在1C号，2A和3B中，在这些样品中宽度值低于其他的焊接条件，使图1C号，2A和3B中不适合获得良好的焊缝。图第1B，2B和3C有分析得出似乎是最佳配置。宽度在这些样品中是良好的，完整的。过宽也是不必要的，只会导致材料的浪费，成本上升和生产重量增加的结果。这些都是意外的情况件，因此必须防止过度加宽。图2 图3 对焊缝拉伸性能影响的工艺参数为：对UTS焊接电流，电弧电压和焊接速度和焊缝屈服强度的影响被显示在图中。由悉尼科技大学研究中，图4-5清楚地表明了焊接电流增加到240A或320A电弧电压增加到26V至

14、34 V焊件的屈服强度显著下降。由悉尼科技大学提供的图6中表明，焊接速度提高到40毫米/分钟到60毫米/分钟焊缝屈服强度增加。根据焊缝区的观察，观察到微观结构变化，表明这种焊件的抗拉强度和屈服强度时增加的。根据公式1，药芯焊丝电弧焊焊接工艺参数变化和其带来的焊接热输入的变化的关系：其中 :H = 热输入 (KJ/mm) E = 电弧电压 (volts) I = 焊接电流（amp.） S = 焊接速度 (mm/min)改变热输入通常会影响焊缝的机械性能和金相组织。热输入影响焊缝的冷却速度。公式2给出了预热温度，热输入和冷却速率（凡德伯克，1999年）的关系。这两个变量（热输入，预热温度）进行相互

15、作用，还有其他如材料的厚度，比热，密度和热导率等也影响了冷却速度。图4图5图6其中: R = 冷却速度 (C/sec) T. = 预热温度 (C) H = 热输入 (KJ/mm)冷却速度是决定最终的微观结构和焊缝金属的机械性能的主要因素。由于无论是热输入的增加，对于一个给定的焊接金属（凡德伯克，1999），冷却速度的降低还是导致了形成马氏体成对的阶段，提高了焊缝区组织粗化体积分数。各工艺焊接热输入和拉伸性能的关系，可以方便的从文献（凡德伯克，1999年）中得知。在焊接电流为240A和焊接电压为28 V和焊接速度55厘米/分钟的条件下UTS和本研究中焊缝屈服强度最高值分别为520.2兆帕斯卡和357兆帕斯卡。 结论 根据低碳钢板自动焊接所取得的成果： 1：随着电压或药芯焊丝焊弧- G的焊接电流的增大抗拉强度和屈服强度有明显的减小，但焊件的焊接速度对拉伸性能的影响相对于其他参数是相反的。当焊接速度增加，焊缝强度也随之增加。 2：焊缝宽度从15毫米下降到8毫米，焊接电流增加到240A和320A之间。在焊接中，当前的最佳条件为：280A的焊接电流。 3：焊缝宽度从9毫米增加到17毫米，则焊接电压要增加到26V到34V。最佳的焊接电压为30V。 4：随着焊接熔宽减小焊接速度可达50厘米/分，这点后开始再度增加。最大的焊缝宽度为15毫米，同时焊接速度为4