焊接參數(shù)對(duì)焊縫成形尺寸的影響

焊接參數(shù)對(duì)焊縫成形尺寸的影響

單帶埋弧形焊接的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間、良好的工作條件和少量焊接空間。因此,該工藝在造船、鍋爐及其他金屬結(jié)構(gòu)制造中得到應(yīng)用,但是實(shí)際焊接時(shí),對(duì)焊接設(shè)備精度、裝配質(zhì)量、焊接參數(shù)及網(wǎng)壓波動(dòng)等方面要求較嚴(yán)格,而上述諸因素波動(dòng)程度較大,反面成形質(zhì)量不易保證,因而這種新工藝的應(yīng)用還受到一定限制。筆者以16MnR鋼板為例,對(duì)焊接參數(shù)和工藝因素對(duì)單面埋弧焊雙面成形質(zhì)量的影響規(guī)律進(jìn)行研究,以利于該工藝的推廣應(yīng)用。1焊接參數(shù)的確定為了研究焊接參數(shù)對(duì)單面焊雙面成形尺寸的影響規(guī)律,必須確定一定板厚、一定材料時(shí)雙面成形的最佳焊接參數(shù),即:電弧電壓、焊接電流和焊接速度。在此基礎(chǔ)上變化其他參數(shù)就可找出影響規(guī)律。1.1墊板規(guī)格和表面溫度試驗(yàn)設(shè)備采用MZ-1000型埋弧焊機(jī);焊絲選用!4mm的H08MnA;焊劑采用HJ431。焊接試板為16MnR鋼板,4種不同規(guī)格為:6mm×100mm×1000mm,8mm×100mm×1000mm,10mm×100mm×1000mm,12mm×100mm×1000mm。焊前需對(duì)焊劑烘干,焊絲和鋼板要進(jìn)行除油污和去銹處理。襯墊采用方槽銅墊板+焊劑,強(qiáng)迫冷卻成形方式。墊板規(guī)格如圖1所示。方槽墊板優(yōu)于圓弧形成形槽墊板,其焊縫對(duì)中要求低、焊劑敷放均勻、反面成形好。1.2板厚對(duì)焊接速度的影響通過(guò)對(duì)4種規(guī)格試板的單面埋弧焊雙面成形試驗(yàn),確定了1組正反面成形均良好的焊接參數(shù),見表1。其中電弧電壓U、焊接電流I,焊接速度v及坡口間隙c與板厚δ的關(guān)系如圖2所示。從圖2中可知,U與δ,I與δ,c與δ是隨δ增加而增加,v與δ是隨δ增加而減小?？梢姾附訜彷斎胧请S板厚增加而增加,因此熔寬和熔深也隨之增加,從而使正反面成形良好。表1和圖2給出的參數(shù)變化范圍均可使焊縫獲得良好成形。表1給出的數(shù)據(jù)可作為焊接參數(shù)對(duì)正反面成形影響的中間值或基準(zhǔn)參數(shù)。2正反面成形試驗(yàn)以δ=10mm的16MnR鋼板為例,改變電弧電壓、焊接電流及焊接速度三者之一,而保持其他條件不變進(jìn)行試驗(yàn),分析U,I,v對(duì)正反面成形的影響。2.1焊接電流對(duì)焊接效果的影響試板的基準(zhǔn)試驗(yàn)參數(shù)為U=39~41V,I=200~750A,v=28m/h,c=2.5~3.5mm。只改變焊接電流,其他參數(shù)不變。焊接電流每變化50A焊1組試件,共焊5組試件。焊后分別測(cè)量焊縫正面熔寬B,余高H和焊縫背面熔寬B′,余高H′。各項(xiàng)數(shù)據(jù)平均值見表2。其焊縫熔寬、余高與焊接電流的關(guān)系如圖3所示。由圖3可見,隨焊接電流增大,弧柱直徑增大,由于焊件組對(duì)間隙較大,使電弧潛入熔池深度增大,這樣電弧斑點(diǎn)移動(dòng)范圍受到限制,因而使正面熔寬變化較小,并隨電流增大、鐵液流入反面熔池量增加,使正面熔寬略有減小。隨焊接電流增大,對(duì)熔池輸入熱量和電弧斑點(diǎn)壓力增加,焊絲熔化量增多,使熔深增加。在背面則表現(xiàn)為熔寬增加,但由于正面熔寬的限制,背面熔寬增加到一定值后變化漸緩。隨焊接電流增大,焊絲熔化量增多,在正面熔寬近于不變時(shí),使正面余高增大。同時(shí)由于背面焊縫體積亦增大,因而正面余高增量減小。隨焊接電流增大,電弧吹力及液態(tài)金屬重力有所增加,背面焊劑熔化量增多且被排斥的體積加大,使背面余高增大。增大到一定程度時(shí)由于受到成形槽的限制無(wú)法再增大,只能在一定范圍波動(dòng)。總之,要想使焊件完全焊透,獲得理想的雙面焊縫,應(yīng)該采用較大的焊接電流,但并不是越大越好,電流過(guò)大會(huì)使正面焊波粗糙不均勻、出現(xiàn)咬邊,而且焊縫金相組織粗大、熱影響區(qū)加寬、力學(xué)性能變差。因此,確定焊接電流時(shí)宜選下限為好。2.2焊縫熔寬、熔寬與電弧電壓的關(guān)系試板的基準(zhǔn)試驗(yàn)參數(shù)同前,只改變電弧電壓,其他參數(shù)不變。電弧電壓每變化2V焊1組試件,共焊4組,分別測(cè)量B,H,B′,H′值,各項(xiàng)數(shù)據(jù)平均值見表3,焊縫熔寬、熔深與電弧電壓的關(guān)系曲線如圖4所示。由圖4可見,隨電弧電壓增高,電弧功率加大、工件輸入熱量有所增加,同時(shí)電弧拉長(zhǎng),電弧斑點(diǎn)活動(dòng)范圍變寬,工件熔化面積增大,從而導(dǎo)致焊縫正面熔寬增加。隨著電弧電壓增高,電弧的輻射作用加強(qiáng),使焊縫背面熔寬略有增加。而焊絲熔化量稍有減少,造成焊縫背面余高有所減小。總之,電弧電壓主要影響熔寬,不像焊接電流要求那樣嚴(yán)格,但電弧電壓過(guò)高會(huì)產(chǎn)生咬邊缺陷。因此,電弧電壓要與焊接電流相匹配。2.3焊接速度的關(guān)系試板的基準(zhǔn)焊接參數(shù)同前。只改變焊接速度,保持其他參數(shù)不變,焊接速度每增加3m/h就焊1組試件,共焊5組。焊后分別測(cè)量B,H,B′,H′值,各項(xiàng)數(shù)據(jù)平均值見表4,由表繪出的熔寬、余高與焊接速度的關(guān)系曲線如圖5所示。由圖5可知,隨著焊接速度增加,焊接熱輸入減小,因而金屬熔敷量減少,從而導(dǎo)致焊縫正、背面熔寬減小。但背面焊縫熔寬變化緩慢。隨著焊接速度的增加,也使正、背面的余高減小,其原因是金屬熔敷量減少,即熔池體積變小。但背面余高要比正面大,這是由于焊接時(shí)工件間隙較大,致使背面熔池體積比正面大。通過(guò)上述試驗(yàn),得出了電弧電壓、焊接電流、焊接速度對(duì)焊縫正背面形狀的影響規(guī)律。實(shí)際焊接時(shí)這3個(gè)參數(shù)是相互配合、相互制約的。一般在增大焊接電流時(shí)往往要提高電弧電壓,這樣才能保證增大熔深的同時(shí)增大熔寬;在提高焊接速度時(shí)也要增大焊接電流和電弧電壓,以保證獲得較好的焊縫尺寸。3熔寬及余高隨焊接速度的變化規(guī)律(1)隨著焊接電流增加,正面焊縫熔寬幾乎不變,而余高增加;背面焊縫熔寬和余高逐漸增加,受到成形槽限制在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。(2)隨著電弧電壓增加,正面焊縫熔寬明顯增加,余高有所減小;背面焊縫