焊接参数对焊缝成形尺寸的影响

焊接参数对焊缝成形尺寸的影响

单带埋弧形焊接的优点是节省了生产时间、良好的工作条件和少量焊接空间。因此,该工艺在造船、锅炉及其他金属结构制造中得到应用,但是实际焊接时,对焊接设备精度、装配质量、焊接参数及网压波动等方面要求较严格,而上述诸因素波动程度较大,反面成形质量不易保证,因而这种新工艺的应用还受到一定限制。笔者以16MnR钢板为例,对焊接参数和工艺因素对单面埋弧焊双面成形质量的影响规律进行研究,以利于该工艺的推广应用。1焊接参数的确定为了研究焊接参数对单面焊双面成形尺寸的影响规律,必须确定一定板厚、一定材料时双面成形的最佳焊接参数,即:电弧电压、焊接电流和焊接速度。在此基础上变化其他参数就可找出影响规律。1.1垫板规格和表面温度试验设备采用MZ-1000型埋弧焊机;焊丝选用!4mm的H08MnA;焊剂采用HJ431。焊接试板为16MnR钢板,4种不同规格为:6mm×100mm×1000mm,8mm×100mm×1000mm,10mm×100mm×1000mm,12mm×100mm×1000mm。焊前需对焊剂烘干,焊丝和钢板要进行除油污和去锈处理。衬垫采用方槽铜垫板+焊剂,强迫冷却成形方式。垫板规格如图1所示。方槽垫板优于圆弧形成形槽垫板,其焊缝对中要求低、焊剂敷放均匀、反面成形好。1.2板厚对焊接速度的影响通过对4种规格试板的单面埋弧焊双面成形试验,确定了1组正反面成形均良好的焊接参数,见表1。其中电弧电压U、焊接电流I,焊接速度v及坡口间隙c与板厚δ的关系如图2所示。从图2中可知,U与δ,I与δ,c与δ是随δ增加而增加,v与δ是随δ增加而减小。可见焊接热输入是随板厚增加而增加,因此熔宽和熔深也随之增加,从而使正反面成形良好。表1和图2给出的参数变化范围均可使焊缝获得良好成形。表1给出的数据可作为焊接参数对正反面成形影响的中间值或基准参数。2正反面成形试验以δ=10mm的16MnR钢板为例,改变电弧电压、焊接电流及焊接速度三者之一,而保持其他条件不变进行试验,分析U,I,v对正反面成形的影响。2.1焊接电流对焊接效果的影响试板的基准试验参数为U=39~41V,I=200~750A,v=28m/h,c=2.5~3.5mm。只改变焊接电流,其他参数不变。焊接电流每变化50A焊1组试件,共焊5组试件。焊后分别测量焊缝正面熔宽B,余高H和焊缝背面熔宽B′,余高H′。各项数据平均值见表2。其焊缝熔宽、余高与焊接电流的关系如图3所示。由图3可见,随焊接电流增大,弧柱直径增大,由于焊件组对间隙较大,使电弧潜入熔池深度增大,这样电弧斑点移动范围受到限制,因而使正面熔宽变化较小,并随电流增大、铁液流入反面熔池量增加,使正面熔宽略有减小。随焊接电流增大,对熔池输入热量和电弧斑点压力增加,焊丝熔化量增多,使熔深增加。在背面则表现为熔宽增加,但由于正面熔宽的限制,背面熔宽增加到一定值后变化渐缓。随焊接电流增大,焊丝熔化量增多,在正面熔宽近于不变时,使正面余高增大。同时由于背面焊缝体积亦增大,因而正面余高增量减小。随焊接电流增大,电弧吹力及液态金属重力有所增加,背面焊剂熔化量增多且被排斥的体积加大,使背面余高增大。增大到一定程度时由于受到成形槽的限制无法再增大,只能在一定范围波动。总之,要想使焊件完全焊透,获得理想的双面焊缝,应该采用较大的焊接电流,但并不是越大越好,电流过大会使正面焊波粗糙不均匀、出现咬边,而且焊缝金相组织粗大、热影响区加宽、力学性能变差。因此,确定焊接电流时宜选下限为好。2.2焊缝熔宽、熔宽与电弧电压的关系试板的基准试验参数同前,只改变电弧电压,其他参数不变。电弧电压每变化2V焊1组试件,共焊4组,分别测量B,H,B′,H′值,各项数据平均值见表3,焊缝熔宽、熔深与电弧电压的关系曲线如图4所示。由图4可见,随电弧电压增高,电弧功率加大、工件输入热量有所增加,同时电弧拉长,电弧斑点活动范围变宽,工件熔化面积增大,从而导致焊缝正面熔宽增加。随着电弧电压增高,电弧的辐射作用加强,使焊缝背面熔宽略有增加。而焊丝熔化量稍有减少,造成焊缝背面余高有所减小。总之,电弧电压主要影响熔宽,不像焊接电流要求那样严格,但电弧电压过高会产生咬边缺陷。因此,电弧电压要与焊接电流相匹配。2.3焊接速度的关系试板的基准焊接参数同前。只改变焊接速度,保持其他参数不变,焊接速度每增加3m/h就焊1组试件,共焊5组。焊后分别测量B,H,B′,H′值,各项数据平均值见表4,由表绘出的熔宽、余高与焊接速度的关系曲线如图5所示。由图5可知,随着焊接速度增加,焊接热输入减小,因而金属熔敷量减少,从而导致焊缝正、背面熔宽减小。但背面焊缝熔宽变化缓慢。随着焊接速度的增加,也使正、背面的余高减小,其原因是金属熔敷量减少,即熔池体积变小。但背面余高要比正面大,这是由于焊接时工件间隙较大,致使背面熔池体积比正面大。通过上述试验,得出了电弧电压、焊接电流、焊接速度对焊缝正背面形状的影响规律。实际焊接时这3个参数是相互配合、相互制约的。一般在增大焊接电流时往往要提高电弧电压,这样才能保证增大熔深的同时增大熔宽;在提高焊接速度时也要增大焊接电流和电弧电压,以保证获得较好的焊缝尺寸。3熔宽及余高随焊接速度的变化规律(1)随着焊接电流增加,正面焊缝熔宽几乎不变,而余高增加;背面焊缝熔宽和余高逐渐增加,受到成形槽限制在一定范围内波动。(2)随着电弧电压增加,正面焊缝熔宽明显增加,余高有所减小;背面焊缝