6.2.2较大焊接参数下药芯焊丝工艺性的评价

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：在实际生产中，使用直径为φ1.2mm的药芯焊丝进行CO2气体保护焊时经常采用300A以上的大参数，不仅生产效率高，而且焊接工艺性好。

1.较大焊接参数下药芯焊丝工艺性的评价判据

随着焊接参数的增大，熔滴过渡形态由排斥过渡逐渐转变为表面张力过渡，在更大的焊接参数下熔滴转变为细熔滴过渡。细熔滴过渡时，熔滴变细，过渡均匀，电弧稳定，飞溅减小，焊丝综合工艺性能优良，达到理想的工艺状态。在实际生产中，使用直径为φ1.2mm的药芯焊丝进行CO₂气体保护焊时经常采用300A以上的大参数，不仅生产效率高，而且焊接工艺性好。事实上药芯焊丝CO₂气体保护焊可以选择的焊接参数的范围较宽，根据不同的工况条件，有时需要用小于200A的较小参数，相当多的时候则采用300A左右或更大的电流施焊，因此对焊丝工艺水平的评价除了在小参数下进行外，还需要在更接近生产条件的大参数下进行。实际上不同牌号的焊丝，最适用的焊接参数有时是不相同的，在小的焊接参数下对焊丝工艺性的评价结果不一定反映某种焊丝在大参数焊接时的情况。

作者进行的试验表明，直径为φ1.2mm的药芯焊丝在28V/240A的大参数下施焊时，由于短路次数明显减少，汉诺威分析仪统计得到的电弧物理特性参数之间的差别也难以表现出来。当焊接参数增大到35V/340A时，由于没有短路发生，汉诺威分析仪不能直接获得焊丝电弧物理特性的有关数据信息，因此只有设定的某焊接参数发生较多的短路的情况下，才可能用汉诺威分析仪反映出更多的电弧物理特性信息，才可能对各焊丝工艺性进行定量分析和评价。

为此在采用较大电流的同时，设置较低的电压，使焊接时产生密集短路。根据这一思路，设置了电弧电压25V、焊接电流300A的测试参数，测试的焊丝样品为DW100、DWE711，试验名称编号分别为DW10025和TWE25，测试时实际采用的送丝速度为201dm/min。

图6-21和图6-22分别为两种测试焊丝的电弧电压、焊接电流波形图，图6-23为短路周期频率分布图。焊丝样品DW10025和TWE25的电弧物理特性参数测试结果见表6-4。

图6-21 药芯焊丝CO₂气体保护焊电弧电压、焊接电流波形图（一）

焊丝样品：DW10025；设置参数：25V/300A。

图6-22 药芯焊丝CO₂气体保护焊电弧电压、焊接电流波形图（二）

焊丝样品：TWE25；设置参数：25V/300A。

图6-23 药芯焊丝CO₂气体保护焊周期时间频率分布图

a）DW10025（DW100） b）TWE25（DWE711）

分析仪设置：短路时间组宽ΔT₁=100μs，短路周期组宽ΔT_c=500μs，最小短路时间T_1min=1000μs，阈值电压U_th=18V。

表6-4 25V/300A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：焊丝直径φ1.2mm，测试时间10s；分析仪设置：短路时间组宽ΔT₁=100μs，短路周期组宽ΔT_c=500μs，最小短路时间T_1min=1000μs，阈值电压U_th=18V。

由图6-21和图6-22看出，两种焊丝在测试的时间内虽然都发生了比较均匀的短路，但仔细观察也不难看出它们之间的差别，前者波形的分布比后者更均匀些。由图6-23看出，DW10025焊丝短路周期频率分布十分集中，并且分布在图的左面，而TWE25焊丝则靠右分布且比较分散，这表明DW10025焊丝平均短路周期短且频率很高。由表6-4的统计数据看到：DW10025焊丝大于1ms的短路频率f_sc比TWE25焊丝的高，而DW10025焊丝的短路周期（29.01ms）比TWE25焊丝的（36.59ms）短很多；对于反映过程均匀性的短路周期变异系数ν（T_c），TWE25焊丝为64.24%，DW10025焊丝仅为33.49%，DW10025焊丝的短路周期变异系数明显低于TWE25焊丝。

在28V/240A、32V/320A较大参数下，两种焊丝的实际焊接工艺试验和高速摄影都证明了DW100焊丝的工艺性有良好的表现。对照两种焊丝电弧物理特性参数的测试结果，表明在设定的25V/300A参数下，两种焊丝电弧物理特性参数的测试结果与焊接实际工艺试验和高速摄影观察的结果相一致。试验表明在设定的35V/300A参数下，与小焊接参数（24.5V/240A）下一样，同样可以用短路周期变异系数作为判据，对钛系焊丝在较大焊接参数下进行工艺性的评价。

2.较大焊接参数下药芯焊丝工艺性的评价案例

现列举DW100、KH-71T、HS502焊丝在较大参数下工艺性的测试实例。测试样品相应的名称编号分别为DW10025、KH-71T25、HS502-1。测试条件：预设电弧电压25V，送丝速度201dm/min，CO₂气体流量18～20L/min，焊接速度35cm/min，测试采样时间20s，试板材料为Q235钢，尺寸400mm×120mm×10mm。试验重复多次。

图6-24是三种试验焊丝撷取6.0～7.0s电弧电压、焊接电流的波形图，其电弧物理特性参数的测试结果见表6-5。

图6-24 药芯焊丝较大参数下CO₂气体保护焊电弧电压、焊接电流波形图

a）DW10025 b）KH-71T25 c）HS502-1

焊接参数：焊接电压25V，送丝速度201dm/min。

由图6-24可以看出，在25V低电压和300A较大电流条件下，三种焊丝都呈现比较均匀的短路，直观看DW100焊丝的短路波形比较密集。对照表6-5中大于1ms短路频率f_sc数据看出，DW10025焊丝的短路时间大于1ms的短路频率最高为34.4s^-1，KH-71T25焊丝为30.3s^-1，而HS502-1焊丝只有24.4s^-1。从图6-24看到HS502-1焊丝在6.8～7.0s时间段内发生异常的情况，影响过程的稳定性。

表6-5 25V/300A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：焊丝直径φ1.2mm，测试采样时间20s；分析仪设置，短路时间组宽ΔT₁=100μs，短路周期组宽ΔT_c=500μs，最小短路时间T_1min=1000μs，阈值电压U_th=18V。

图6-25是在焊接参数为25V/300A时由汉诺威分析仪生成的DW10025、KH-71T25和HS502-1焊丝短路周期频率分布叠加图，可以直观地反映熔滴短路周期频率分布特点。

表6-5中DW10025焊丝的短路周期只有29.01ms，是测试的三种焊丝中短路周期最短的，由短路周期频率分布图可以看出，曲线分布相对比较集中于图的左侧，而HS502-1焊丝的短路周期分布得比较分散，短路周期也最长，为40.61ms。

图6-25 药芯焊丝CO₂气体保护焊熔滴短路周期频率分布叠加图

焊丝样品：DW10025，KH-71T25和HS502-1，φ1.2mm；焊接参数：25V/300A；分析仪设置：短路时间组宽ΔT₁=100μs，短路周期组宽ΔT_c=20000μs，最小短路时间T_1min=1000μs，阈值电压U_th=18V。

与表6-3中在24.5V/190A小参数下的测试结果相比，表6-5中在25V/300A较大参数下测试三种焊丝的短路周期变异系数ν（T_c）的绝对值明显地减小，但相对各焊丝短路周期变异系数减小的趋势大体是一致的，DW100焊丝和HS502焊丝短路周期变异系数ν（T_c）分别为33.47%和56.66%，分别是测试的三种样品中ν（T_c）最大的和最小的。

由以上的试验可以做出这样的判断：在预设电弧电压25V、焊接电流300A的参数下，可以以短路周期变异系数ν（T_c）作为较大参数下药芯焊丝焊接工艺稳定性的评价判据，对焊丝进行工艺性的评价。就作者所介绍的部分案例而言，其结果与在24.5V/190A小参数下的测试结果大体上一致。

6.2.2较大焊接参数下药芯焊丝工艺性的评价

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