药芯焊丝在大焊接参数下的工艺性评估

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：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。

1.大焊接参数下药芯焊丝工艺性的评价参数的选择

在正常的焊接条件下，对于直径为1.2mm的焊丝，采用310～350A的大电流施焊时，肯定要设置30V以上的高电压，才可能获得稳定的焊接过程，这时熔滴比较细小，过渡时不与熔池发生短路。但在这样的条件下进行测试，不能方便地获取电弧物理特性的数据信息。为了进一步探讨在更大参数条件下对药芯焊丝工艺性的评价，需要通过试验确定进行大参数工艺性评定的焊接参数，即在采用310～350A的大电流条件下，还要使熔滴形成短路的过渡，以获取丰富的电弧物理特征信息，进行工艺性的评价。

为了确定进行大参数工艺性评定的焊接参数，设计了这样的试验^[9]：将预设送丝速度由204dm/min提高到210dm/min，实际焊接电流平均可以达到330A左右，为了选择测试时合适的电弧电压，在预设电压为20～31V的范围进行试验。测试的电弧电压、焊接电流波形如图6-26所示，设置的焊接电压分别为30、26、25、24、23、22、21V和20V，依次降低。测试得到的焊接电弧物理特性参数见表6-6。由图6-26和表6-6看出：当电弧电压设置达到和超过28V的时候，焊接时不发生短路，短路频率趋于零，电弧电压和焊接电流波形波动最小，电弧电压和焊接电流的变异系数也最低；随着设置的电压的减小，至26V时开始出现偶然的短路；电压设置25、24V时，才发生较多的短路；当设置电压为23V时发生较密集的短路，短路频率达到33.2s^-1，电弧电压和焊接电流的变异系数也明显增大；当设置电压为21V时，短路频率（T₁＞1ms）最高，达到47.4s^-1，短路周期的变异系数为41.46%；如再进一步降低电压到20V时，焊接过程出现极不稳定的情况，从电弧电压和焊接电流波形图看得最明显，电弧电压和焊接电流的变异系数最大，短路周期的变异系数比电压设置为21、22V和23V时都大。

图6-26 在大电流条件下设置不同的电压时电弧电压、焊接电流波形图（撷取0～2s，送丝速度210dm/min）

a）30V b）26V c）25V

图6-26 在大电流条件下设置不同的电压时电弧电压、焊接电流波形图（撷取0～2s，送丝速度210dm/min）（续）

d）24V e）23V f）22V g）21V h）20V

表6-6 大电流条件下改变电压时焊接电弧物理特性参数的测试结果[9]

（续）

注：DW100药芯焊丝，焊丝直径φ1.2mm，预设送丝速度210dm/min；分析仪设置：最小短路时间T_1min=1000μs，短路时间组宽ΔT₁=100μs，短路周期组ΔT_c=500μs，阈值电压U_th=18V。

图6-27和图6-28分别是在预设电压为31～20V时得到的电弧电压和焊接电流的概率密度分布叠加图。从图6-27看出电压为20V时小驼峰曲线处于最高的位置，短路概率最大，还出现明显的高电压分布，表明过程极其不稳定，而随着电压的提高，小驼峰曲线逐渐降低，28V时短路概率已经很小，电压更高时，小驼峰曲线几乎消失。从电流概率密度分布曲线（图6-28）看出，预设电压为20～22V时，图的左边曲线出现明显的小电流概率的分布，随着电压的提高，焊接电流曲线逐渐收敛。

图6-27 在大电流条件下设置不同电压时电弧电压概率密度分布叠加图

送丝速度：210dm/min；电压设置：20～31V。

根据电弧电压、焊接电流波形图和电弧电压、焊接电流概率密度分布图的试验结果，可以初步确定：对于直径φ1.2mm的钛系药芯焊丝，在设置电压21～22V、送丝速度210dm/min、电流不小于310A的条件下，可以尝试对钛型药芯焊丝进行焊接工艺性评价。

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。

CO₂气体保护焊大电流条件下三种药芯焊丝电弧物理特性参数测试结果见表6-7，可以看出：DW100焊丝平均短路频率最高，其次是KH-71T焊丝，HS502焊丝平均短路频率最低；对于反映焊接过程稳定性的短路周期变异系数的测试结果是，DW100焊丝最小，KH-71T焊丝居中，HS502焊丝最大，说明DW100和KH-71焊丝短路分布比较均匀，而HS502焊丝均匀性比较差。

图6-28 在大电流条件下设置不同电压焊接电流概率密度分布叠加图

送丝速度：210dm/min；电压设置：20～31V。

表6-7 CO₂气体保护焊大电流条件下三种药芯焊丝电弧物理特性参数测试结果[9]

注：焊丝直径φ1.2mm，预设电压21.5V，送丝速度/210dm/min；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6-7中的测试结果说明：在21.5V/330A大参数下对焊丝焊接过程稳定性的评价结果与24.5V/190A小参数和25V/300A较大参数下得到的结果相比，虽然绝对值有较大的变化，但几种被测试的焊丝短路周期变异系数变化的趋势大体上是一致的；DW100样品焊丝在24.5V/190A小参数、25V/300A较大参数和21.5V/330A大参数下得到的测试结果都是最好的，HS502样品在三种不同的焊接参数下测试的短路周期变异系数ν（T_c）数据都比较高，表明工艺性较差，而KH-71T样品介于两者之间。

应该指出，作者在一定的试验条件下得到的上述结果不能够作为普遍的结论来认识，事实上不同厂商的同类焊接材料产品很多，表现出的工艺特性不尽相同，每种产品所适应焊接参数也不一样，在一定的焊接参数下的评价结果可能不完全反映在另一种焊接参数下的情况。本书所介绍的案例中得到怎样的测试结果并不重要，重要的是利用汉诺威分析仪对CO₂气体保护焊药芯焊丝进行工艺性分析和评价时所做的研究与探索本身具有的实际意义。

药芯焊丝在大焊接参数下的工艺性评估

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