药芯焊丝产品质量稳定性评价案例分析

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：如果以药芯焊丝T1＞1ms平均短路时间的变异系数ν作为判据，那么五种焊丝质量稳定性的评价结果是GC-4焊丝稳定性最好，其次是YJ502、KFX、DW201，YOBART最差。

应用汉诺威分析仪和“焊接材料工艺质量分析与评价系统”软件测试DW201、GC-4、KFX、YOBART、YJ502五种药芯焊丝产品的质量稳定性^[10]，焊丝规格均为1.2mm，每种焊丝取五个不同批次的样品进行CO₂气体保护焊试验，用汉诺威分析仪对焊接过程电参数进行测试，试验采用时代公司产ZP7-400型逆变CO₂气体保护焊机，极性为直流反接，水平位置平板堆焊，测试采样时间为30s，预设焊接电流为210A，电压为25V，焊接速度28cm/min，CO₂气体流量为18L/min，焊丝伸出长度为16mm，试板材质为Q235钢，尺寸为450mm×120mm×12mm。

1.焊接电流的测试及分析

由汉诺威分析仪提取的DW201、GC-4、KFX、YOBART、YJ502五种试验焊丝五个批次的焊接平均电流I以及统计出的短路电流概率n（I_s）的数据见表9-9。

焊丝产品的不稳定现象会通过焊接电弧物理特性参数的变化反映出来，其中焊接平均电流的变化表现十分明显。由表中的数据看出：GC-4焊丝平均电流最大为211.3A，最小为204.6A，相差较小，约为7A；而KFX、YOBART、HY502三种焊丝五个批次的平均电流相差均超过10A；YOBART焊丝五个批次中最大平均电流为207.2A，最小平均电流为192.1A，平均电流的变化幅度达到约15A。这说明每种焊丝不同程度地存在着不稳定的情况，GC-4焊丝不稳定程度最小。

焊接过程中平均电流的大小与熔滴短路行为有关，当熔滴短路行为的概率较大时，短路大电流的概率也就增大，大电流出现的概率越多，则焊接平均电流相应增大（短路电流设定为相当平均电流的两倍）。焊接过程中的不稳定会明显地反映到短路电流的概率上来，因此测试时短路大电流概率的变化灵敏地反映了焊丝质量的稳定性。

由表9-9看出：GC-4焊丝五个批次中短路电流概率n（I_s）最大值为1.37167%，最小值为1.11564%，差异较小；而YOBART焊丝的短路电流概率最小为0.4517%，最大为1.39485%，两者之间相差悬殊，两批次焊丝平均电流的差异也很大。每种焊丝五个批次短路电流概率n（I_s）的波动程度可以用它们的变异系数ν[n（I_s）]来表示，变异系数值越大，表示波动程度越大，焊丝的稳定性越差。由表9-9可看出：GC-4焊丝短路电流概率的变异系数值最小，不到10%，表明焊丝不同批次间差异最小，焊丝稳定性最好；YOBART焊丝短路电流概率变异系数值最大，测试的稳定性相对最差；其他三种焊丝的变异系数值接近，稳定性介于GC-4焊丝和YOBART焊丝之间。

表9-9 药芯焊丝CO₂气体保护焊焊接电流特征信息统计数据^[10]

图9-36和图9-37分别是汉诺威分析仪测试得到的五个批次的YOBART焊丝和GC-4焊丝焊接电流概率密度分布叠加图。图中曲线概率较高的部分表示电弧正常燃烧时焊接电流的概率，它对应的焊接电流大体在200A左右。图左面小电流对应的曲线反映熔滴在短路后电弧重燃时电流的概率，曲线中部较平缓的部分以及右面曲线下降的部分描述了熔滴短路产生的大电流概率密度分布，焊接过程中熔滴短路越少，这部分的曲线位置越靠下，出现大电流的概率越小，如果焊接过程没有短路发生，曲线则向中间收敛。

由图9-36和图9-37对比可以看出，GC-4焊丝五条曲线重现性明显要好于YOBART焊丝。

2.短路时间的测试与分析

汉诺威分析仪可以提供焊接过程中熔滴短路时间的相关数据。图9-38和图9-39分别是五个批次的GC-4焊丝和YOBART焊丝的短路频率分布叠加图，可以看出五条曲线出现了波动情况，反映了不同批次的同种焊丝的不稳定性。YOBART焊丝波动比较明显，而GC-4焊丝则波动幅度不大，相对比较缓和。两图之间对比可以直观地看出两种焊丝样品稳定性的差异。

表9-10统计的是五种焊丝五个批次焊接时T₁＞1ms平均短路时间的数据（统计的短路时间没考虑T₁≤1ms的瞬时短路时间）。T₁＞1ms短路时间一般反映焊接时熔滴与熔池接触短路过渡的时间。短路时间T₁是重要的焊接电弧物理特性参数，比较不同批次焊丝的短路时间统计数据可以评估焊丝的不稳定性。

图9-36 五个批次YOBART焊丝的电流概率密度分布叠加图

图9-37 五个批次GC-4焊丝的电流概率密度分布叠加图

图9-38 五个批次GC-4焊丝的短路时间频率分布叠加图

注：设置T₁组宽为200μs。

图9-39 五个批次YOBART焊丝的短路时间频率分布叠加图

注：设置T₁组宽为200μs。

表9-10 药芯焊丝T₁＞1ms平均短路时间统计结果（单位：ms）

焊接过程中同一品种不同批次焊丝短路时间的波动程度同样可以用变异系数值来反映。根据表9-10中的数据计算得到的各焊丝T₁＞1ms平均短路时间的变异系数见表9-11。由表9-11的数据看出DW201焊丝和YOBART焊丝的平均短路时间变异系数值比较大，分别为2.96%和5.05%，而GC-4焊丝最小，变异系数值仅为0.42%，表明GC-4焊丝的稳定性最好。

如果以药芯焊丝T₁＞1ms平均短路时间的变异系数ν（T₁）作为判据，那么五种焊丝质量稳定性的评价结果是GC-4焊丝稳定性最好，其次是YJ502、KFX、DW201，YOBART最差。这一结果与以短路电流概率的变异系数ν[n（I_s）]为判据时得到的测试结果是一致的。

表9-11 药芯焊丝T₁＞1ms平均短路时间的变异系数

3.药芯焊丝产品稳定性评价判据

药芯焊丝产品质量的不稳定会通过各焊接电弧物理特性参数有所表现，对焊接材料稳定性的评价除去采用T₁＞1ms平均短路时间的变异系数ν（T₁）和短路电流概率的变异系数ν[n（I_s）]为判据以外，还可以采用其他电弧物理特性参数的变异系数作为判据，对焊接材料稳定性进行准确的评价，例如短路电压概率的变异系数ν[n（U_s）]、短路周期的变异系数ν（T_c）等。

4.应用系统软件测试药芯焊丝产品质量稳定性

上一小节介绍的焊接材料产品质量稳定性的检测，无论是采用不同批次药芯焊丝短路电流概率变异系数ν[n（I_s）]，还是以T₁＞1ms的平均短路时间的变异系数ν（T₁）为判据，或者是采用其他的电弧物理特性参数为判据，如短路电压概率变异系数ν[n（U_s）]以及平均短路周期时间的变异系数ν（T_c）等，对药芯焊丝产品稳定性进行定量评价，有些数据需要由分析仪提取瞬时值经过计算后得到，过程比较烦琐费时，因此在实际生产中不便应用。

“焊接材料工艺质量分析与评价系统”软件包含产品质量稳定性测试的功能。采用该软件使焊接材料质量稳定性的检测变得方便实用，免去任何计算过程，只要简单的操作便可完成测试的工作。

下面介绍应用“焊接材料工艺质量分析与评价系统”软件对GC-4、YOBART、YJ502和KFX焊丝稳定性测试的例子。

应用“焊接材料工艺质量分析与评价系统”软件时，首先打开主界面窗口，打开“稳定性测试”窗口，输入测试条件信息后，单击“浏览”按钮将一次性提取的多个批次的电弧电压和焊接电流瞬时值数据导入软件；单击“数据处理”后，即可得到多个批次样品的平均电弧电压、平均焊接电流、短路电压概率、短路电流概率等数据列表；单击“稳定性测试”按钮，即可得到多个批次样品稳定性评价结果。

稳定性评价结果以短路电压变化率（变异系数）和短路电流变化率（变异系数）（%）的大小来表示。同时用折线图直观显示多个批次焊丝焊接时短路电压概率和电流概率的变化情况。

图9-40～图9-43所示分别是GC-4、YOBART、YJ502和KFX焊丝稳定性测试结果显示窗口。