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1、 E屋1翻桔沿&存阿 MAG焊中的駝峰焊道形貌與臨界焊接速度 胡志坤武傳松 （山東大學(xué)材料連接技術(shù)研究所，濟(jì)南 250061 ） 摘要：開展了高速M(fèi)AG焊接工藝試驗(yàn)，根據(jù)焊縫成形出現(xiàn)的駝峰焊道，獲得相應(yīng)的臨界焊 速。比較了不同焊速和同一焊速、不同焊接電流時駝峰焊道中相鄰“波峰”的間距，確定了駝峰 焊道的變化規(guī)律及產(chǎn)生趨勢。由同一駝峰焊道“波峰”和“谷底”處的橫斷面照片進(jìn)一步明確了 駝峰焊道的形貌特點(diǎn)。研究了焊接電流、焊接電壓、保護(hù)氣體成分等工藝參數(shù)對 MAG焊臨界焊 接速度的影響。 關(guān)鍵詞：高速M(fèi)AG焊，駝峰焊道，臨界焊接速度 0?前言 當(dāng)前，制造業(yè)的快速發(fā)展和市場

2、競爭的日益激烈對生產(chǎn)效率提出了更高的要求。焊接作為制 造業(yè)中重要的成形手段，其效率的提高直接影響到最終產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和市場競爭力。提高焊接 效率的一個重要方面就是提高焊接速度。 但常規(guī)焊接工藝在焊接速度提高時會出現(xiàn)焊縫成形缺陷 （咬邊或駝峰焊道形貌）［1-3］。尤其是駝峰焊道的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。通過實(shí)驗(yàn)研究駝 峰焊道的產(chǎn)生和變化規(guī)律對進(jìn)一步認(rèn)識進(jìn)而避免這種焊接成形缺陷有重要意義。 通過研究各個焊 接參數(shù)對高速焊接臨界焊接速度的影響， 可以優(yōu)化高速焊接工藝方案， 最大程度地發(fā)揮MAG焊接 工藝的作用，對焊接效率的提高會產(chǎn)生積極的影響。本文在這方面進(jìn)行了探索。 1. 高速M(fèi)

3、AG焊中的駝峰焊道形貌 高速M(fèi)AG焊接工藝實(shí)驗(yàn)，所用焊接電源型號為 YD-350RF2HGE，試驗(yàn)臺由計(jì)算機(jī)控制。焊 接時焊槍固定，工作臺帶動工件勻速運(yùn)動。焊接工藝條件如下：焊絲直徑 1.2 mm，保護(hù)氣體為 Ar+8%CO 2,總流量為14 L/min，噴嘴到工件距離 20 mm，焊接電流為350A，電弧電壓27 V，焊 接試件為6 mm厚度的低碳鋼板，板上堆焊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在焊接速度小于或等于 1.00m/min 時焊縫成形仍然良好（圖 1a）,焊接速度為1.05m/min時出現(xiàn)了咬邊（圖 1b）,在焊接速度達(dá)到 1.30m/min時開始出現(xiàn)駝峰焊道（圖 1c）,并且隨著焊接速

4、度的提高，相鄰駝峰的間距逐漸變小， 說明形成駝峰的趨勢增強(qiáng)（不同焊接速度下相鄰駝峰間距如表 1所示）。 *高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（ No. 20050422027） 2 lu因租純  W 圖1焊接速度對焊縫成形的影響（焊接電流 350 A） Fig 1 The effect of welding speed on weld bead formation (welding current 350 A) (a) 1.00 m/min, (b) 1.05 m/min, (

5、c) 1.30 m/min, (d) 1.35 m/min, (e) 1.40 m/min, (f) 1.45 m/min, (g)1.50 m/min, (h) 1.60 m/min 在圖1 （g）和（h）所示的位置將試樣剖開，經(jīng)加工和處理后得到駝峰焊道的“波峰”和“谷 底”處的橫斷面照片，如圖 2，3所示。 4 B國藹技楚竟在線 圖2 MAG 焊縫駝峰焊道的“波峰”和“谷底” Fig 2 Tran sverse sect ions of the MAG weld show n in Fig. 1(g) (weldi ng speed 1.50 m/mi n) (a

6、) Hump (at A-A), (b) Valley (at B-B) 圖3 MAG焊縫駝峰焊道的“波峰”和“谷底” Fig 3 Tran sverse sect ions of the MAG weld show n in Fig. 1(h) (weldi ng speed 1.60 m/mi n) (a) Hump (at C-C), (b) Valley (at D-D) 由圖2和圖3可以發(fā)現(xiàn)，駝峰焊道“波峰”和“谷底”處的熔深與熔寬基本相同，但焊縫余 高部分相差較大。在駝峰焊道“波峰”處，堆積較多的熔敷金屬，高于母材的部分截面近似成圓 形。在“谷底”處，熔敷金屬量較少，

7、但焊道仍然高于母材表面，高于母材的部分呈拋物線形。 在駝峰焊道的“波峰”和“谷底”處都伴有明顯的咬邊現(xiàn)象 保持其他參數(shù)不變，僅將電流由 350A變?yōu)?00A時，在焊接速度達(dá)到 1.07m/min時焊縫成 形仍然良好，在焊速達(dá)到 1.35m/min時開始出現(xiàn)駝峰焊道形貌，焊接速度繼續(xù)增大到 1.60m/min 時相鄰“波峰”間距的變化如表 1所示。 5 E -hfc M宀L込 l-U Sil SH 4X IE JQ IZ匸兌 圖2焊接速度對焊縫成形的影響 （焊接電流300 A） 6 # Fig 2. The effect of we

8、lding speed on weld bead formation (welding current 300 A) (a) 1.30 m/min, (b) 1.35 m/min 表1不同焊速時駝峰間距 Table 1 The spaci ng betwee n two adjace nt humps un der differe nt weld ing speeds Weldi ng speed Spac ing betwee n two adjace nt humps (mm) (m/mi n) 350 A 300 A 1.60 30.0 35.2 1.50 34.0

9、 56.5 1.45 43.0 58.0 1.40 45.0 60.0 1.35 47.0 65.0 1.30 60.0 - 表1中的數(shù)據(jù)顯示，在焊接電流為 300A時，駝峰焊道中的相鄰“波峰”間距也是隨著焊接 300A 速度的降低而增高。對于同樣的焊接速度，焊接電流為 350A時對應(yīng)的“波峰”間距要比 時的小，說明在其他參數(shù)保持不變的條件下，電流的增大會增強(qiáng)駝峰焊道的形成趨勢。所以，單 純成比例地增大焊接電流與焊接速度無法實(shí)現(xiàn)高速電弧焊。 2. MAG焊的臨界焊接速度 所謂臨界焊接速度是不出現(xiàn)焊接缺陷的最大焊接速度，影響焊接速度的因素很多，下面主要

10、rl-i aw ? "宀于L 占士 l-U Sil SH 4X IE A. IZ匸兌 從焊接電流，焊接電壓，保護(hù)氣體成分三個方面來分析。 2.1電流對臨界焊接速度的影響 在保持焊接電壓等焊接參數(shù)不變的前提下，僅改變焊接電流，通過大量試驗(yàn)測得不同參數(shù)下 的臨界焊接速度。 在實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定焊接電壓為 27V，噴嘴高度為 20mm，保護(hù)氣體為 Ar+8%CO 2 （總流量為 14L/min ），焊接電流依次取 270A，300A，320A，350A，得到的臨界焊速如表 2所示。表2中數(shù) 據(jù)顯示，在其他條件固定時，臨界焊速隨著焊接電流的增大而減小。 表2焊接電流與臨界焊速的關(guān)系 Tabl

11、e 2 The relati on ship betwee n the weld ing curre nt and critical weldi ng speed Weldi ng Curre nt （A） 275 300 320 350 Critical weldi ng speed（ m/min） 1.10 1.07 1.05 1.00 2.2電壓對臨界焊接速度的影響 在實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定焊接電流為 300A，噴嘴高度為 20mm，保護(hù)氣體為Ar+8%CO 2 （總流量為 14L/min ），焊接電壓依次取 25V，27V，30V，得到的臨界焊速如表 3所示。 表3焊接電壓

12、與臨界焊速的關(guān)系 Table 3 The relati on ship betwee n the weldi ng voltage and critical weldi ng speed Weldi ng V oltage （V） 25 27 30 Critical weldi ng speed（ m/min） 1.20 1.07 1.05 試驗(yàn)結(jié)果表明，其他條件固定時，臨界焊速隨著焊接電壓的增大而減小。 由于焊接電流與焊接電壓的乘積即為焊接時的總能量， 所以電流和電壓對焊接速度的影響又 可歸結(jié)為焊接總能量對焊接速度的影響，即：在除電流、電壓外的其他焊接參數(shù)不變的前提下，

13、 臨界焊接速度隨著焊接總能量的增加而降低。 2.3保護(hù)氣體成分對臨界焊接速度的影響 在試驗(yàn)中，設(shè)定焊接電流為300A，電壓27V，噴嘴高度為20mm，氣體流量相同（均為14L/min） 但成分不同，保護(hù)氣體分別選用Ar+8%CO 2, Ar+20%CO 2和純CO2,得到的焊接速度如表 4所示。 7 山禺羯裁論丈在線 表4保護(hù)氣體成分與臨界焊速的關(guān)系 Table 4 The relati on ship betwee n the composti on of shieldi ng gases and critical weld ing speed The compo

14、sti on of shieldi ng gases Ar+8%CO 2 Ar+2O%CO 2 Pure CO2 Critical weldi ng speed (m/min) 1.07 1.20 1.35 所以，在以Ar+CO 2做保護(hù)氣體的MAG焊中，隨著CO?比例的增加，臨界焊接速度逐漸增大， 在保護(hù)氣體為純CO2氣體時，雖然焊接過程中的飛濺較大，但其臨界焊接速度也達(dá)到最大值。這 主要是因?yàn)榕cAr相比，CO2可以較大程度的降低熔池液態(tài)金屬的表面張力，增強(qiáng)了熔池金屬與母 材的潤濕性，有利于熔池金屬在母材表面的鋪展，從而可以在較大的焊速下避免咬邊或駝峰焊道 等缺陷的產(chǎn)生。

15、 3. 結(jié)論 (1) 高速M(fèi)AG焊過程中，當(dāng)其他參數(shù)不變時，駝峰焊道中相鄰“波峰”間距隨著焊接速度 的升高而降低，說明焊接速度越高越易產(chǎn)生駝峰焊道；駝峰焊道中相鄰“波峰”間距隨焊接電流 的增加而減小，單純增加焊接電流并不能提高焊接速度。 (2) 駝峰焊道的橫斷面照片顯示，在駝峰焊道中， “波峰”和“谷底”處的熔深、熔寬大致 相同，并且都伴隨著明顯的咬邊現(xiàn)象，但“波峰”處的金屬熔敷量比“谷底”處多，兩者高出母 材部分的形狀相差也較大。 (3) 在其他焊接參數(shù)不變的條件下，臨界焊接速度隨著焊接電流(焊接電壓相同)的升高 而降低；在Ar+CO 2做保護(hù)氣體的MAG焊中，臨界焊接速度隨著 CO

16、?氣體的體積比的升高而增大， 在保護(hù)氣體為純CO?氣體時臨界焊接速度值達(dá)到最大。 參考文獻(xiàn) [1] Savage F, Nipples E F, Agusa K. Welding Journal, 1979; 58:212s [2] Tusek J. Welding Review International 1996, 15(8) : 102-105 Nguyen T C, Wechman D C, Johnson D A, Kerr H W. Science and Technology of Welding and Joining, 2005; 10:447 8 [□國迂殳

17、 Hump ing Bead Morphology and Critical Weldi ng Speed in High-Speed MAG Weldi ng Hu Zhik un, Wu Chua nsong (Sha ndong Uni versity, I nstitute of Materials Joi nin g, Ji nan 250061) Abstract High-speed MAG weldi ng experime nts were con ducted, the corresp onding critical weldi ng speed was

18、obta ined through observ ing the hump ing beads of weld formatio n. The spaci ng of adjace nt humps un der differe nt weldi ng velocities and same weldi ng velocity but differe nt weld ing curre nts was compared. The cha nging regularity and the gen erat ing tendency of hump ing bead are determ i

19、n ed. the morphology characteristics of the hump ing bead were further an alyzed based on the tran sverse secti on photos of the “ hump” and the “ valley ” in a hump ing bead. The effects of the parameters in cludi ng weldi ng curre nt, weldi ng voltage and the compositi ons of shieldi ng gases on the critical weldi ng speed of MAG weldi ng were in vestigated. Key words high-speed MAG weldi ng, hump ing bead, critical weldi ng speed 9