评估自保护药芯焊丝焊接过程的稳定性

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：作者通过对自保护药芯焊丝电弧物理特性试验进行的分析，发现熔滴过渡过程的均匀稳定是减少飞溅、维持焊接过程稳定的主要因素。

1.自保护药芯焊丝焊接过程稳定性的评价判据

近年对自保护药芯焊丝焊接过程稳定性的评价问题开展过一些研究，提出了一些评价自保护药芯焊丝焊接过程稳定性的有价值的观点和方法[22，23]。作者通过对自保护药芯焊丝电弧物理特性试验进行的分析，发现熔滴过渡过程的均匀稳定是减少飞溅、维持焊接过程稳定的主要因素。

焊接过程的稳定性可以由电弧电压和焊接电流变异系数反映出来。分析表8-3的试验结果可知：试验焊丝Hobart-0和JINQIAO-0的焊接过程稳定性都比较好，Hobart-0焊丝电弧电压和焊接电流变异系数分别是ν（U）=7.77%，ν（I）=12.47%，JINQIAO-0焊丝电弧电压和焊接电流变异系数分别是ν（U）=7.72%，ν（I）=14.45%，都是比较低的；而试验焊丝ht20-1、ht20-2和ht20-3测试时的焊接过程不够稳定，变异系数ν（U）=10.59%～11.55%，ν（I）=20.46%～23.24%，两者均比较高。这说明电弧电压和焊接电流变异系数反映了实际焊接过程的稳定性，参考文献[23]提出用电弧电压和焊接电流变异系数评价自保护药芯焊丝焊接过程稳定性是有道理的。然而有些时候用电弧电压和焊接电流变异系数来评价自保护药芯焊丝焊接过程的稳定性实际上并不可行，如以ht25-180、ht-2和ht25-3三个样品为例，其电弧电压的变异系数并不高，只有ν（U）=7.02%～7.55%，似乎可以得出焊接过程的稳定性很高的结论，但根据上面进行的试验表明，其焊接过程的稳定性是较差的，因此电弧电压变异系数不能反映实际工艺过程的稳定性，而ht25-180、ht-2和ht25-3三个样品的焊接电流变异系数却很高，ν（I）=20.10%～24.01%，明显地反映出焊接过程不稳定的特征。这是由于ht25-180、ht-2和ht25-3样品焊接过程不发生短路，电压的波动较小，使电弧电压变异系数变低，显然自保护药芯焊丝焊接时在不发生短路的情况下，电弧电压变异系数难以反映实际焊接过程的稳定性，而焊接电流的变异系数的大小却对过程稳定性的反映比较灵敏。一般条件下自保护药芯焊丝焊接时不发生短路，汉诺威分析仪难以提供更多的电弧物理特征信息，焊接过程的不稳定性通过焊接电流变异系数的变化而凸现出来。

显然焊接电流变异系数最能反映焊接过程的稳定性，因此自保护药芯焊丝可以由汉诺威分析仪直接提取的焊接电流变异系数ν（I）作为判据，通过比较焊接电流变异系数值的大小，定量地判断和评价同类型不同厂商产品的焊接过程稳定性的差异；另外对于同一种焊丝也可以根据不同焊接参数下电弧电压和焊接电流变异系数值的变化，作为选择焊接参数的重要参考和依据，对焊接参数进行调整和优化。

对不同的自保护焊丝，在一定的焊接参数下同样可以用焊接电流概率密度分布叠加图直观地比较焊接过程稳定性，焊接电流概率密度分布曲线越集中，表明焊接过程的稳定性越好；对于同一种焊丝，可同时将不同焊接参数试验结果进行叠加，用电流概率密度分布曲线直观地为选择合理的焊接参数提供重要参考。

2.自保护药芯焊丝焊接过程稳定性的评价案例

对在研制过程中的三种自保护药芯焊丝样品进行焊接工艺性的评价，样品名称编号分别是bjut2、bjut3、bjut4，另选此前试验时表现比较好的Hobart-0样品作为参照，试验条件与前述自保护药芯焊丝进行的试验条件相同。

图8-66、图8-67分别是bjut2、bjut3、bjut4以及Hobart-0样品电弧电压、焊接电流概率密度分布叠加图。实际测试结果见表8-5。

由图8-66看到，bjut2、bjut3、bjut4三种试验焊丝都不同程度地存在短路行为，bjut3焊丝存在着明显的低电压概率密度分布，同时也分布着高电压概率。由图8-67看到，Ho-bart-0曲线分布十分集中，bjut2、bjut3、bjut4三种试验焊丝电流概率密度分布曲线与Ho-bart-0曲线相比都比较分散，其中biut3焊丝样品电流概率密度分布曲线最分散，与图8-66中的biut3曲线相对应。由图8-67可以直观地做出判断，Hobart-0焊丝焊接时过程的稳定性最好，其次是bjut2和biut4，bjut3焊丝焊接稳定性最差。

图8-66和图8-67相比较，后者更直观地表现出不同焊丝焊接电流概率密度分布特征，因此可以用焊接电流概率密度分布叠加图直观、定性地对不同自保护药芯焊丝的焊接稳定性做出定性评估。

图8-66 比较自保护药芯焊丝焊接过程稳定性的电弧电压概率密度分布叠加图

图8-67 比较自保护药芯焊丝焊接过程稳定性的焊接电流概率密度分布叠加图

由表8-5自保护药芯焊丝电弧物理特性参数的测试结果看出：Hobart-0焊丝电弧电压、焊接电流的标准偏差分别为1.85V和26.72A，电弧电压、焊接电流的变异系数分别是7.77%和12.47%，是试验的几种焊丝中数值最低的；测试的bjut2、bjut3、bjut4三种试验焊丝电弧电压的标准偏差和变异系数值比Hobart-0焊丝稍大些，但差别并不是非常大，而焊接电流的标准偏差的差别十分明显，bjut2、bjut3、bjut4三种试验焊丝与Hobart-0焊丝相比，焊接工艺稳定性差距很大。

表8-5 自保护药芯焊丝焊接电弧物理特性参数的测试结果

下面再举一个直流正接时的焊接过程稳定性的评价案例。

对Bpz、Hpz和Htpz三个自保护药芯焊丝样品采用直流正接进行测试，评价其稳定性，得到的焊接电弧物理特性参数的测试结果见表8-6。图8-68是三种焊丝样品电弧电压、焊接电流波形图，三种焊丝焊接电流概率密度分布图如图8-69所示。

对比Bpz、Hpz和Htpz三个自保护药芯焊丝样品电弧电压、焊接电流波形图（图8-68）可以看出，Bpz焊丝电弧电压和焊接电流曲线的波动比Hpz和Htpz焊丝大一些。对于自保护药芯焊丝来说，电流概率密度分布图最能直观地表现焊丝焊接过程的稳定性，由图8-69可以直观地看出，Bpz焊丝电流概率密度分布曲线比Hpz和Htpz焊丝都分散，可以定性地判断Bpz焊丝焊接时稳定性较差。由表8-6看出，Bpz焊丝电弧电压的标准偏差和变异系数，特别是焊接电流标准偏差和变异系数，比Hpz和Htpz焊丝高得多。