细丝双弧埋弧焊的材料工艺选择及调整

1、细丝双弧埋弧焊的材料工艺选择及调整简述了细丝双弧埋弧焊接方法的原理和持点，测定了该方法不同参数焊接时的熔化系数和熔敷系数，得出了焊缝截面与焊接电流的回归方程，研究并解决了不同的焊接参数与材料匹配的焊接接头关于强韧匹配方面的问题。1细丝双弧埋弧焊的原理及特点细丝双弧埋弧焊的原理如图1所示。根据两根焊丝间距的不同，其方法有共熔池法和分离电弧(即不共熔池)法两种，两者均可提高生产率。前者特别适合焊丝掺合金堆焊或焊接合金钢；后者能起前弧预热、后弧填丝及后热作用，以达到堆焊或焊接合金钢不出裂纹和改善接头性能的目的。后者早在上世纪50年代初前苏联就用于不预热堆焊。w(C)为0.5%0.8%的火车轮缘，其专

2、用轮缘焊机已有批量生产，国内也有该类设备，但应用很少；前者的应用更是未见报道。图I班丝双弧埋弧煌接原理示意图焊接电源娉接电源细丝双弧埋弧焊除具有细丝单弧埋弧焊熔化系数高、节约用电等特点外，还有以下几个方面的特点：(1)生产率高。由于两个电源供两个电弧同时焊接，比单丝单弧埋弧焊生产率高1倍。例如用350A细丝双弧埋弧焊代替粗单丝单弧埋弧焊，其熔敷率比为10.5/6.4,可提高生产率65%以上。(2)裂纹倾向小：一般情况下，焊接w(C)高的母材或厚板都要预热以减小裂纹倾向。细丝双弧埋弧焊比细丝单弧埋弧焊裂纹倾向更小，焊接w(C)0.8%的钢无需预热。在焊接厚度为2450mm的14MnN邸时不预热来

3、见裂纹。甚至采用合理的材料和工艺匹配不预热焊接24mm厚的D6AC高强钢(强度1350MPa成分与45CrNiMo相近)时也未见裂纹。(3)接头力学性能好：细丝双弧埋弧焊双弧前后由列，焊丝间距为25-35mm这样可造成有利的窄长温度场和双峰循环，可以降低熔池的最高温度，减少过热程度和热影响区宽度，提高热影响区韧性，还增加熔池冷却时的t8/5和t8/3,前者可改善焊缝组织性能，后者可减小裂纹倾向、另外前焊丝起预热和打底作用，后焊丝起调整成分和后热作用，由此可见，细丝双弧埋弧焊是改善焊接接头性能的好方法。(4)焊接熔合比较小：由于细丝双弧埋弧焊每个电弧电流比粗丝焊接时小，熔深减小，其熔敷金属量与熔

4、化母材之比要比单丝埋弧焊大得多，因此熔会比小，可为控制焊缝成分、减小焊接高碳钢和合金钢的裂纹倾向，改善焊缝性质创造条件。2双丝焊的熔化系数及熔敷系数的测定一般情况下，手工焊及粗丝自动焊的熔化系数及熔敷系数各自的变化范围不大，而细丝自动焊由干电流变化范围宽，加上电阻热的作用，熔化系数及熔敷系数的变化大，所以熔化系数及熔敷系数的确定就成为选定焊接工艺的基础。为此采用日本材料SM49OC(相当14MnNb与H08MnE旱丝+SJ1O1焊剂匹配，测定了2mm双丝埋弧焊的熔化系数及熔缴系数(由总电流及总熔敷计算)，并由此计算出了相应的损耗率。试验结果如表1所示。由表1可以看出，焊接电流越大，熔化系数及熔

5、敷系数越大，与其它的资料1介绍的焊接方法（如图2）相比较，其熔化系数只略低于药芯焊丝CO训律接电流/A几种常用焊接方法熔化系数比较CO表1熔化系数及熔敷系数的测定结果序号在径/mm,电流1/A电压11/V1烙化系数/g(Ah)”熔敷系数/g(A*h)-1TT_228014215.714.4，122220J9,损耗率5.B%-2300J5.815,42-222204?r_1布悟率4.7%3-12380的16.S662320,411II3损耗率3.2%4-12260%j14.013.64-22200L号13.1粗耗率0_3电流与熔化系数和焊丝熔化量与熔敷截面的关系电流与熔化系数和焊丝熔化量与熔敷截

6、面的关系可由表1试验结果计算出不同焊接工艺参数时的熔敷截面FH（表2）。由此看出，焊接电流越大，熔化系数及熔敷系数越大，焊丝熔化量越大，另外，一定的焊丝熔化量在一定焊接速度下所形成的熔敷截面也就越大。表2-熔融微画4的计算结果电流/Aiioo.220240260280300T如340360,380焰化系数/g,（A-0J310.149Q.1450.1400.1570158,0.1536.15BH.0.16310.168117m/h)|0330930.412&4,0.5230.5680.5880.6630.7380.812Fm沁=15.0m/h)0.224a2810-29513110.3730.

7、4050.419a4的0.519Q579&(山=2(k7ti/k)OJ62I晨诩0,2109.2260,271i0.2940.3041344;03840.420F*沁=24.3M/h)0.13810173aIM0J920.230a2500：石9D.2920.3250.3584船形焊角焊缝的参数选择单丝焊船形焊角焊缝已有一些参考数据的介绍，双丝双弧焊的参数选择还无资料可查。根据前面的熔化系数与熔敷截面的关系做出初步选择并与现有资料进行比较，见表3。表3无坡口弟焊缝的单隹焊舂号数据及双丝双弧焊的舞故选定（船形焊）比较南K/em焊丝直径/mm题斤卅/cn?焊接电流/A电诚电压/V婵接速度/m*h-f

8、0.620,18450*47534-364Qi0.8245.0.32475-525575-625675*72534-3634-3632-34283032LO24150.547=25650700725-77534-36343632-34202325L24!150.72|475-525725r775775-82534-3636-38.36-381420IS1.02（承丝）0.5Q280+260P38+4025LOl2（双丝）0-50200+30038+402QL22（双丝）0,72380+32038十40201.42（双丝）0*78380+34038+4020由表3可以看出，在所选参数范围内，双丝

9、焊有可能满足无坡口角接更大尺寸一次成形的要求。而且用于5m制丝，小的电流和同样的速度或用同样的电流、较快的速度也可达到同样的焊脚尺寸。5焊接工艺的调整对不同焊接参数计算的由熔敷系数计算熔敷截面和由焊缝截面实测的熔敷截面进行比较（表4）。可以看出两者大体相近，一般偏小的多，因此根据计算选出的焊接参数试验后还要做适度调整。另外由于熔敷系数计算熔敷截面规律性较强，采用线性回归的方法可得出下列公式，相关系数均在0.99以上，由此可在选定电流和焊接速度后求出焊缝熔敷截面，也可根据焊脚尺寸或坡口形式计算出焊缝熔敷截面（FH）、焊接速度（vH）和焊接电流（IH）。由实测的焊缝熔敷截面得出的回归公式，相关系数

10、只在0.95左右，但总体仍与计算熔敷截面得出的相近，故不推荐。vH1iOOrhh时：FH1=0.0025IH1-0.48（1）vH2=15m/h时：FH2=0.0016IH2-0.18（2）vH3=20m/h时：FH3=0.00111H30.13（3）vH4=24m/h时：FH4=0.0010IH4-0.12（4）6焊接接头的性能焊接接头性能主要由母材和焊接材料成分确定，在母材和焊接材料成分一定的情况下，焊接参数对焊接接头性能的影响很大，这时焊缝成分由熔合比Y确定，丫又与焊接参数有关。在焊缝成分一定的情况下，仅与焊缝的冷却速度（由板厚、接头形式、焊接方法和工艺参数确定）有关。而热影响区的性能则

11、主要由母材成分确定，在母材成分一定的情况下，则由t8/5来确定。1裳4不同焊接参数时计算短敷域面和实测熔敷假面比较序号1电流-7A，婢效系数/g*（A*卜尸总电施急热检人/J,on-1培败祗面/cm1/AGm阳F*F打fin1260f2M|116I46064.946.3316|28,60.75Q*7D0330.570.41G.33（计算）0.38（翔）1118022014.450070.650.436,531.10.860.940.620,460.45。38（计算）。:31实测）3300+22。,15.452071452.438.032.30.960.81Q.680.580,500.41&42

12、（计算）0.35（宴侧）4i380+32015.67001如5圾941.4L38Ih320.930.730.680.490.58（计算）0,翁僮潮6.1焊接参数对焊接接头各区硬度的影响不同焊接参数的焊接接头各区硬度试验结果见表5。由3-1-3-4比较：除母材外的各区硬度随焊接速度的减小而降低。由3-1与1-1、3-2与1-2、3-3与1-3和3-4与1-4比较：在焊接速度vH相同时，除母材外，各区硬度基本随焊接电流减小而增加。还可看出其硬度分布是不均匀的，熔合区硬度最高，焊缝及热影响区次之，母材最低。但焊接电流相同时，在vH降到10.7m/h,焊缝硬度还低于母材，甚至热影响区的低值区的硬度也低

13、于母材。分析其原因，可能是由于焊接热输入增加后，焊缝的冷却速度减小，后丝的后热处理效果得到进一步加强所致。衷5不同焊接修歌时焊接接去各区硬度（HV）试验结果（平均值）母材硬度热影响区硬度热影响区宽/mm熔合区硬度缝度漂硬焊接参数一Zw/A股/mh13-1179,32072.52152面C70024.33-2-11176.8r2063.02091178.370020.73417T51874.02031947Q0503-4-174.7一17L25,0_1X7163,t_70010.7ri-i17101X7.32.5194197.150024.311-2171,3-197.4207一200J6500

14、20,71-3169.3195.53.521819850015.01-4163.31934.020638850010.716.2不同焊丝匹配焊接接头的性能为了进一步研究选材，便于做冲击的试件，也为了探索用于对接和熔透角焊缝的可行性，进行了对接模拟试验和熔透角焊缝模拟试验。母材为厚度50mm的14MnN版材；焊接材料选用了三种组合：H08C（相当于H08Mn2微量V,B,Ti）+HO8ESJ101;H08E+H08MnESJ101;H08Mn日H08MnESJ101。坡口形式：65度V形，深度13mm,计算截面FH=1.30cm2。焊接方祛：细丝双弧埋弧焊所选焊接参数希望一次焊满。工艺参数为：I

15、H1=38OA,IH2=360A;UH1=38MUH左4OVvH=10.7m/h;热输入为48.6J/cm+48.4J/cm,焊接试验结果证明可一次焊满FH=1.30cm2的对接或熔透角焊缝。模拟对接接头性能试验结果如表6所示。表6就性强度及型性试验绪果接头及材料匹配丫试件/mm温度4!恸门（平均）VEw/%困/平均）模报对辕H傀E+MoactSJIGTWxl口600,而赢;对接H08E+HO&MnE+SJ1OJ10x10-35280.07334键也对接可阻防1EtH而MrrE十10x10-3592接头及材料匹配软件“6/MPfi/MFa1&（我）电(%)模飒接型E+HQSC+SJKH6646

16、4452668模拟对接MOSE+SI101100.68一西3382_2053模拟对隹HOSMnE4HAMnE+SH0110.0；76；579W2571|由表6可以看出：所选3种匹配中H08E+HO8C-SJ1O俐H08MnEH08MnESJ101两者韧性及塑性相近，前者屈强比和韧强比低，强度高，但都能达到技术要求并有相当的余量。H08日HOSMnESJ1O1匹配只是屈强比与H08日H08OSJ1O1相近，但其它性能指标均低于前两种，并且达不到技术要求。7结论通过试验结果分析，可以得出以下结论：(1)细丝焊由于熔化系数高于粗丝焊，在同一焊接电流时生产率高于粗丝焊，但一般粗丝焊电流大，所以实际生产率高。细丝双弧埋弧焊由于总电流可达到甚至超过粗丝焊，因而生