2.大焊接参数时焊丝工艺性的评价案例选择试验编号为DW100、KH-71T、HS502的三种药芯焊丝样品，在设置电压21.5V、送丝速度210dm/min条件下进行CO2气体保护焊工艺性测试，采用ZB-500型CO2气体保护焊机，利用携带焊枪的自动行走小车进行CO2气体保护焊自动焊接，气体流量20L/min，试板材料为Q235钢，尺寸为400mm×130mm×12mm，试验重复多次，列出其中三次的数据，测试采样时间10s。......
2023-06-30
药芯焊丝在小焊接参数下的工艺性评价
【摘要】：对三种焊丝样品的高速摄影照片的观察证实熔滴短路周期变异系数ν能够反映CO2气体保护焊时药芯焊丝焊接过程的稳定性，可以作为评价药芯焊丝CO2气体保护焊时焊丝工艺性的判据。
1.药芯焊丝工艺性的评价判据
在小焊接参数（24.5V/190A）下，熔滴为排斥过渡。排斥过渡时熔滴粗大，当电压设置不高时会有短路过程出现。一般认为，熔滴的短路引起的电爆炸飞溅是使焊丝工艺性变差的主要原因，由此导致以下的结论：短路概率的大小就成为衡量焊接工艺性的主要因素。但是通过高速摄影对熔滴排斥过渡进行观察，发现大熔滴激烈动荡，甚至导致大熔滴的飘离飞溅，严重破坏焊接过程的稳定性，是药芯焊丝排斥过渡时工艺质量变差的主要因素。频繁密集的短路往往反映平稳的熔滴短路过渡行为，而较少的不均匀分布的短路波形反映了熔滴激烈活动、甚至发生熔滴飘荡、飞离焊接区的情况。
高速摄影观察到的这一情况为准确判读焊接电弧物理特性参数提供了试验依据，这表明，频繁、密集和均匀的短路波形并不意味着短路电爆炸飞溅概率的增大，而恰恰表明熔滴过渡过程的均匀稳定，是工艺性优良的表现。图6-12和图6-13是两种焊丝样品的电弧电压、焊接电流波形图，可以看到DW100焊丝短路过程比较密集，且分布均匀，而DWE711焊丝短路较少，且分布不均匀，这两种波形反映出焊丝焊接时熔滴过渡过程的均匀性和稳定性不同，也反映了焊丝工艺性的差别。
为了描述两种焊丝焊接时熔滴过渡过程的均匀性和稳定性，在预设电压24.5V、预设送丝速度88dm/min、焊接电流约为190A时进行测试（焊接速度28cm/min，CO2气体流量18L/min），得到的相关数据见表6-2。统计时设定18V以下电压为短路，设置最小短路时间T1min=1ms，表中列出了大于1ms平均短路时间T1、大于1ms的平均短路频率fsc、熔滴短路周期Tc、熔滴短路周期的变异系数ν（Tc）的数据。
表6-2 24.5V/190A焊接参数下药芯焊丝CO2气体保护焊电弧物理特性参数
注：焊丝直径φ1.2mm；分析仪设置：短路时间组宽ΔT1=100μs，短路周期组宽ΔTc=500μs，最小短路时间T1min=1000μs，阈值电压Uth=18V。
由表6-2可以看出，DW100-4焊丝大于1ms的短路频率比DWE711-4焊丝高得多，相应的熔滴短路周期也短得多，DW100-4焊丝的短路周期变异系数ν（Tc）为59.71%，比DWE711-4焊丝的76.46%低很多。短路周期变异系数ν（Tc）反映熔滴过渡的均匀性和稳定性，短路周期变异系数ν（Tc）越大，表示焊丝焊接时熔滴过渡周期之间差别较大，熔滴过渡过程的均匀性和稳定性较差。作者注意到以短路周期时间分布来评定焊接过程的稳定性的研究[8]，并有理由赞同用周期时间统计分布的平均标准偏差作为不同分布之间相互比较的依据。显然在CO2气体保护焊时，使用φ1.2mm钛系药芯焊丝，在24.5V/190A小参数下，可采用短路周期的变异系数ν（Tc）作为判据评价熔滴过渡均匀性和稳定性。平均短路周期变异系数ν（Tc）由汉诺威分析仪可以直接提取，这样使得对焊丝工艺性的评价十分简便实用。
2.小焊接参数下药芯焊丝工艺性的评价实例
下面选择DW100、KH-71T和HS502三种规格为φ1.2mm的药芯焊丝样品，测试比较其CO2气体保护焊时的焊接工艺性。
测试条件：设置焊接参数为24.5V/190A，CO2气体流量18L/min，试板材料为Q235钢，尺寸400mm×120mm×10mm，试验重复多次，测试采样时间20s。表6-3列出DW100、KH-71T和HS502三种焊丝样品短路周期变异系数ν（Tc）和相关电弧物理特性参数的测试结果。图6-17～图6-19分别为DW100、KH-71T和HS502三种焊丝样品的电弧电压、焊接电流波形图。图6-20是CO2气体保护焊短路周期频率分布图。
表6-3 较小焊接参数下药芯焊丝CO2气体保护焊电弧物理特性参数测试结果
注：分析仪设置短路时间组宽ΔT1=100μs，短路周期组宽ΔTc=20000μs，最小短路时间T1min=1000μs，阈值电压Uth=18V。
图6-17 DW100-4焊丝CO2气体保护焊电弧电压、焊接电流波形图
图6-18 KH-71T-8焊丝CO2气体保护焊电弧电压、焊接电流波形图
图6-19 HS502-3焊丝CO2气体保护焊电弧电压、焊接电流波形图
由图6-20短路周期频率分布图看出，DW100-4焊丝的短路周期频率分布（图6-20a）最为集中，而HS502-3焊丝的短路周期频率分布（6-20c）最为分散。由表6-3的数据可以看出，DW100焊丝的熔滴过渡周期时间比KH-71T焊丝和HS502焊丝的都短，短路频率比较高（从波形上看出），并且它的短路周期变异系数ν（Tc）比KH-71T焊丝和HS502焊丝的都小。
图6-20 CO2气体保护焊短路周期频率分布图
a）DW100-4 b）KH-71T-8 c）HS502-3
注：短路周期组宽ΔTc=5000μs。
对这几种焊丝的高速摄影照片进行观察能看出：DW100焊丝焊接过程熔滴过渡最均匀稳定，KH-71T焊丝稳定性较差，而HS502焊丝熔滴在过渡过程中发生强烈飘动变形，过渡过程不稳定。对三种焊丝样品的高速摄影照片的观察证实熔滴短路周期变异系数ν（Tc）能够反映CO2气体保护焊时药芯焊丝焊接过程的稳定性，可以作为评价药芯焊丝CO2气体保护焊时焊丝工艺性的判据。
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