焊丝药芯成分对熔滴行为的影响

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：在一定的试验条件下，不同焊丝表现出不同的熔滴行为特征归根结底是由焊丝自身的因素决定的，而焊丝结构和钢皮成分一定时则主要决定于药芯成分。改善碱性药芯焊丝的工艺性，在药芯成分的设计上主要应注意三方面的问题，即稳定电弧、细化熔滴和调整好熔渣。国内有的研究者认为降低药芯粉的熔点，使药芯与钢皮的熔化保持一致，会有利于稳定电弧和改善工艺性。提高药芯成分的软化温度可以加入CaO、Al2O3等高熔点的氧化物，但应该适量。

在一定的试验条件下，不同焊丝表现出不同的熔滴行为特征归根结底是由焊丝自身的因素决定的，而焊丝结构和钢皮成分一定时则主要决定于药芯成分。碱性药芯焊丝的药芯成分含有多量的碱性氧化物，这一渣系组成决定了碱性渣具有较大的表面张力，并使碱性药芯焊丝具有粗熔滴过渡的基本属性，其次碱性药芯焊丝中氟化物的存在，使其焊接时稳弧性也不及钛型药芯焊丝，这是碱性药芯焊丝共有的特性，客观上增大了碱性药芯焊丝工艺性设计的困难，当采用CO₂气体保护焊时，其焊接工艺性更难以保证。

改善碱性药芯焊丝的工艺性，在药芯成分的设计上主要应注意三方面的问题，即稳定电弧、细化熔滴和调整好熔渣。由于碱性渣中含有多量氟化物，单纯地采取常规的加入稳定电弧物质的措施很难取得实效，实际上熔滴行为特征对电弧稳性的影响最大，对电弧现象的大量实际观察表明，熔滴在焊丝端部的激烈活动引起在熔滴上的弧根同样激烈地运动，从而影响电弧的稳定性。非激烈活动的相对平静的熔滴行为是维持电弧稳定的最重要的条件，因此从焊丝设计的角度出发，稳定电弧的问题归结到如何降低熔滴的表面张力、改善熔滴过渡形态这一根本问题上。很多研究结果证实^{[4，5，7，9]}在MgO-SiO₂-CaF₂组成的碱性渣系中，适当减少CaF₂的量，增大氟硅酸钠的加入量（质量分数不超过16%），能够有利于减小熔滴的表面张力，使熔滴细化、过渡频率增大、飞溅减小，工艺性得到改善。参考文献[8]的作者研制了一种MgO-氟化物-SiO₂-TiO₂渣系的混合气体保护药芯焊丝，指出用一部分氟硅酸钠取代萤石，当MgO为22%（质量分数，后同）左右、CaF₂为6%、Na₂SiF₆为9%时，熔滴细化，飞溅降低，电弧稳定。

硅铁、锰铁、铝镁合金能够明显降低熔滴的氧含量，随着脱氧剂含量的增大，熔滴变粗，熔滴过渡频率减少；LiF熔点低，焊接时少量的LiF能明显地改善电弧的稳定性；加入多种氟化物，可以在电弧过程的不同温度段形成气体保护，降低氢的分压，从而利于克服氢气孔，并降低熔敷金属的扩散氢；同时，采用多种复合氟化物有利于调整渣的黏度、熔点和流动性。

全位置焊接性一直是碱性药芯焊丝工艺性的突出问题之一，通过调整药芯成分、提高脱氧成分，例如提高铝镁合金加入量、降低熔池金属氧含量，能够减小熔池金属的流动性，明显改善其立焊性能^[7]。国内有的研究者认为降低药芯粉的熔点，使药芯与钢皮的熔化保持一致，会有利于稳定电弧和改善工艺性。但作者认为这一观点还有待进一步探讨，因为根据作者对国外工艺性较好的碱性药芯焊丝样品进行的试验，焊接过程中在焊丝端部保持着较长的渣柱，对于减小熔滴的飘动、稳定电弧和改善焊丝工艺性十分有利。熔渣软化温度的控制是渣柱能否形成、保持合适的长度并在电弧过程中得以维持的基本条件，为了保证在焊接时形成长短合适、稳定的渣柱，必须使药芯成分中的造渣成分具有合适的软化温度和渣的黏度。药芯的渣中CaO、Al₂O₃含量的增大，使渣的凝固点提高。

不采用CO₂气体保护焊而采用富氩混合气体保护焊，不但可以改变电弧的介质条件，从而稳定电弧，而且能较容易地形成细熔滴过渡，因此采用富氩混合气体保护是碱性药芯焊丝稳定焊接过程的重要工艺技术措施之一。

图7-41所示为YC508-3样品在焊丝端部的熔体呈连续细滴过渡的情况，过渡的细滴不像是金属熔滴，而像是熔渣滴，显然这种情况说明熔体的软化温度较低，当渣柱还没来得及形成时，熔渣已经熔化掉了，这是该焊丝不能形成渣柱的原因。因此对于YC508-3样品设计药芯成分时，应该提高药芯成分的软化温度。提高药芯成分的软化温度可以加入CaO、Al₂O₃等高熔点的氧化物，但应该适量。图7-42a所示为加入CaO等高熔点的氧化物过多，造成渣柱过长的案例，由图看出，由于渣柱过长，导致当渣柱进入熔池后还不能熔化。图7-42是同一种样品的另一组表现熔点过高时形成过长渣柱的高速摄像照片，从图中看到，第4帧照片渣柱从焊丝端部脱离，完整地落在母材上，这一现象说明渣柱还没来得及熔化，尚处于固态，所以在脱离焊丝后形状几乎没有改变，如果渣柱已经是熔融状态的话，它应当在脱离焊丝后逐渐收缩成球形，至少自身的形状应该有所变化。

图7-41 焊丝端部的熔体（熔渣）呈连续细滴的过渡

样品名称：YC508-3碱性药芯焊丝，φ1.6mm；设置焊接参数：28V/65dm/min，直流反接；保护气体：80%Ar+20%CO₂；拍摄速度：1200f/s。

图7-42 显示药芯焊丝渣柱过长的照片

样品名称：06581#碱性药芯焊丝，φ1.6mm；设置焊接参数：28V/50dm/min，直流反接；保护气体：80%Ar+20%CO₂；拍摄速度：1200f/s。

焊丝药芯成分对熔滴行为的影响

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