焊接电流和保护气体对大电流MAG 焊焊缝成形的影响

1、.焊接电流和保护气体对大电流MAG 焊缝成形的影响提要在相同线能量下, 研究了焊接电流与不同组元保护气体(A r、He、CO 2、O 2) 对大电流MA G 焊焊缝成形的影响。结果表明, 随着电流的增大, 焊缝表面由光亮平滑变为发黑起皱; 焊缝截面熔池形状由指状过渡为锥形, 再发展为盆形。用无He 保护气体, 熔池形状大电流时为蘑菇形, 小电流时为指状, 都不理想;大电流情况下, 含He 的混合气体调节范围较宽, 且焊缝熔池形状比较理想, 这使大电流时选用气体配比比较容易, 只要保证电弧形态和熔滴过渡稳定即可, 所以含He 的保护气体适于大电流的MA G 焊接。主题词活性气体保护焊焊缝剖面1前

2、言大电流熔化极气体保护焊(MA G) 是在传统MA G 焊的基础上发展起来的一种新型、快速、高效的气体保护焊技术。其特点是采用平外特性电源, 特殊的焊枪, 双驱动快速送丝机构, 多元保护气体和大干伸长, 在保证焊接质量的前提下, 将焊丝熔化速率比常规MA G 焊提高2 3 倍, 大幅度提高了生产率。目前, 大电流MA G 焊技术已经应用于造船业、钢结构工程、汽车制造、机械工程、罐体结构、潜艇和坦克制造等1 3 。文献 4, 5 的研究结果表明, 采用少氦或无氦混合保护气体作保护, 在大电流区间得到的旋转射流过渡形式极不稳定, 焊接过程飞溅大, 焊缝成形恶劣, 因此限制了使用焊接电流, 从而限制

3、了熔敷率的进一步提高。所以, 为了能发挥大电流MA G 焊的优点, 本文研究了保护气体的种类和电流的变化对焊缝成形的影响规律, 为推动该技术的应用提供试验依据。2试验材料和试验方法利用自行研制的大电流MA G 焊接系统在8mm 厚的Q 235 钢表面进行堆焊, 焊接过程中保持线能量不变, 焊接速度为55 90cm öm in, 保护气体为A r、He、CO 2、O 2 组成的二元、三元、四元保护气体, 气体流量为50L öm in。焊接后先观察焊缝的外观质量, 然后截取金相试样, 用硝酸酒精腐蚀后观察焊缝断面的形状。3试验结果及分析3. 1电流和保护气体对焊缝外观质量的影响

4、图1 图5 为相同线能量下, 保护气体和电流对焊缝外观质量的影响。图1焊缝外形(1) 保护气体为(75% 的A r + 25% 的CO 2) 时的焊缝形态(见图1)。(a) 320 340A、31V(b) 480 500A、45V图2焊缝外形(2) 保护气体为(63% 的A r + 2% 的CO 2 +35% 的He) 时的焊缝形态(见图2)。(a) 270 290A、33V(b) 490 510A、42. 5V(c) 560 580A、50V图3 焊缝外形(3) 保护气体为(68% 的A r + 30% 的He +2% 的O 2) 时的焊缝形态(见图3)。(a) 260 280A、31. 5

5、V(b) 470 490A、42V(c) 580 600A、48. 5V图4 焊缝外形（4) 保护气体为(78% 的A r + 6% 的CO 2 +15% 的He + 1% 的O 2) 时的焊缝形态(见图4)。(a) 270 290A、32V(b) 510 530A、42V(c) 690 710A、48. 5V图5焊缝外形(5) 保护气体为(65% 的A r + 8% 的CO 2+26. 5% 的He + 0. 5% 的O 2 ) 时的焊缝形态(见5)。 (a) 360 380A、34. 5V (b) 480 500A、42. 5V(c) 630 650A、48V在焊接电流较小时焊缝表面平滑而

6、且光亮, 随着电流的增大,焊缝表面逐渐变黑, 并且伴随有起皱现象。保护气体对焊缝外观质量的影响表现在无He 时, 熔宽减小和表面光亮平滑度变化程度都比有He 时要小得多。这主要是因为He 具有高的电离能, 所以其电弧电压高, 电弧能量大, 电弧形态发生变化, 电弧相对氩弧向外扩展。随着He 含量的增加, 因He 的散热作用强烈, 对电弧产生冷却作用而使电弧收缩, 加之随着电流的增大, 电流通过电弧本身所具有的磁场使电弧产生的收缩增加, 两者的综合作用, 使得焊接熔池的宽度减小。熔宽在有O 2 和CO 2 的情况下, 比无O 2 和CO 2 时的要小一些, 这主要是因为O 2 的加入克服了电弧的

7、阴极漂移作用, 使焊接过程中的电弧稳定, 熔宽减小; CO 2 则在焊接过程中分解成CO和自由氧, 使得电弧冷却而使电弧收缩引起熔宽减小。另外, 随着电流的增大, 熔滴的过渡形式发生改变, 逐渐由滴状过渡转变为轴向射流过渡、摆动射流和旋转射流过渡。熔滴过渡形式的改变, 使保护气体对熔池的保护功能变差, 氧化程度增加, 导致表面发黑。从上述试验结果及对其所作分析可知, 大电流MA G 焊时, 电流相对较小时的焊缝外观质量, 要优于大电流时的外观质量。3. 2电流和保护气体对焊缝断面形状的影响图6 图10 为相同线能量下, 保护气体和电流对焊缝断面形状的影响。图6焊缝断面形态(1) 保护气体为(7

8、5% 的A r + 25% 的CO 2) 时的焊缝断面形态(见图6)。 (a) 320 340A、31V (b) 480 500A、45V(2) 保护气体为(63% 的A r + 2% 的CO 2 +35% 的He) 时的焊缝断面形态(见图7)。图7焊缝断面形态 (a) 270 290A、33V (b) 290 510A、42. 5V (c) 560 580A、50V图8焊缝断面形态(3) 保护气体为(68% 的A r + 30% 的He +2% 的O 2) 时的焊缝断面形态(见图8)。 (a) 260 280A、31. 5V (b) 470 490A、42V (c) 580 600A、48.

9、 5V (4) 保护气体为(78% 的A r + 6% 的CO 2 +15% 的He + 1% 的O 2 ) 时的焊缝断面形态(见图9)。图9 焊缝断面形态 (a) 270 290A、32V (b) 510 530A、42V (c) 690 710A、48. 5V(5) 保护气体为(65% 的A r + 8% 的CO 2 +26. 5% 的He + 0. 5% 的O 2) 时的焊缝断面形态(见10)。图10焊缝断面形态 (a) 360 380A、34. 5V (b) 480 500A、42. 5V (c) 630 650A、48V由图6 可知, 在不采用He 的保护气体焊接时,得到的焊缝熔池形

10、状在小电流和大电流时分别为“指状”和“蘑菇状”, 这种形状在一般情况下是不希望的。在焊接电流较小时, 熔滴过渡形式为滴状过渡, 所以形成“指状”熔池的熔深很小, 容易引起未熔合。随着电流的增大, 发生轴向射流过渡, 焊缝熔池的形状随之变为“蘑菇形”, 熔深增大。在有He 的情况下焊接, 焊接电流较小时得到的焊缝熔池形状和无He 时相似, 随着电流的增大, 熔滴过渡形式变化, 形成“蘑菇形”或“锥形”焊缝熔池, 熔深增大。当电流继续增大, 熔滴过渡形式为旋转射流过渡, 故熔深又变小, 这时熔池的形状变为“盆形”, 也就是说,当焊接电流较大时, 得到的熔池形状是比较理想的。 另外, 在有He 的情

11、况下, 随着电流的增加, 焊接热影响区变窄, 这样对接头组织、成分和性能的均匀性都有利; 无He 时的热影响区大小, 随电流增加的变化则不大。 比较图7 和图8 可以看出, 在(A r + He) 的保护气体中加入O 2 时, 焊缝的余高大于加入CO 2 时焊缝的余高, 这可能是由于He 所占比例的减少的缘故。比较两种四元气体的熔池形状可以看出, 在a、b 两种焊接参数下, 图10 的熔池形状都好于图9,只在c 时熔池形状才比较接近, 也是比较理想的形状。图10 的保护气体就是T. I. M. E 气体, 在电流为500A 左右时, 焊缝熔池的形状还是可以接受的,而使用其他气体时, 电流在500A 左右时的熔池形状就比较差。4结论焊接电流和保护气体的种类主要影响大电流MA G 焊的电弧行为和熔滴过渡行为, 从而引起焊缝外观质量和焊缝熔池断面形状的改变。通过以上试验和分析得出如下结论:(1) 无论保护气体是否含He, 小电流时焊缝