探究电弧旋转电弧焊接工艺

论文导读：镜镜头（500倍）逐区进行观察，注意识别各区的金相组织特征，并画出草图。得出相关实验结论并加以论述。通过观察宏观金相进行对比，可发现随着焊接电压的增加焊缝熔宽增加。当焊接电压较低时，液态金属在母材表面明显铺展不开，焊道两侧过渡很陡，两侧焊道根部较易产生未熔合的缺陷。随着焊接电压的增加液态金属在母材表面的铺展
摘 要：为解决侧壁熔合问题，旋转电弧窄间隙MAG 焊被提出，本文针对旋转频率为0Hz～3Hz 的低速旋转电弧焊接工艺进行深入研究，通过在平板堆敷焊中采用控制变摘自：学术论文格式www.7ctime.com
量法，发现并总结焊接电压、焊接电流对焊接工艺的影响规律。本文研究得到的相关结论，可以为以后进一步研究旋转电弧MAG 焊接工艺在窄间隙焊接工艺等提供相关参考。
关键词：旋转电弧；MAG焊；焊接工艺；焊后组织等

一、旋转电弧实验平台搭建及实验方法介绍

本实验主要依托特种焊接重点实验室研发的新型旋转电弧焊炬。该焊炬的发明目的在于克服了现有旋转电弧焊炬中存在的缺点，提供了一种采用双偏心转动芯方式，使得旋转原点最大程度向下移动，最终可实现旋转原点位于窄间隙坡口内部，增加了焊丝与窄间隙侧壁之间的角度，改善焊接效果的窄间隙焊接装置。本实验应用的焊炬为该系列发明的初期产品，能够实现平板堆焊实验，转速可调节。该焊炬的工作原理如下：单片机控制空心电机带动双偏心转动芯，进而驱动导电杆和导电嘴绕设定的旋转原点做双锥摆转动，由于在柔性电缆的约束下，导电嘴整体只做公转，不自转；焊丝由导电嘴送出，与窄间隙侧壁接触后引燃电弧，进行焊接，采用常规紫铜气保焊导电嘴并配合无自转的旋转摆动，导电嘴磨损与常规气保焊大体相同，提高了该设备的运转稳定性及使用寿命。

二、焊接电压对旋转电弧焊接工艺的影响

在旋转电弧焊接工艺中由于焊丝旋转带动电弧转动从而带来了一些未知因素，焊接电压对旋转电弧焊接工艺的影响有待进一步考证，本实验中选择在短路过渡范围内，通过对比实验总结随着焊接电压的变化实验参数设计：查阅焊接工艺参数表，直径0.8mm的焊丝短路过渡时的焊接电流范围为60-150A，焊接电压范围为：18-24V。经过对实验设备的调试焊接电流选为110A，旋转频率选为0.3Hz，送进速度选为

1.2mm/s，该组实验的具体参数如下表：

焊前准备为：用百叶片配合钢丝刷打磨掉板材表面的氧化皮，分隔好每道焊缝的施焊区间，为了减轻上一道焊缝余热的下一道焊焊缝组织的影响，每道焊缝间距为：25mm。待到上一道焊缝空冷至室温再开始下一道施焊。平板堆焊的每道焊缝长度约为：60mm。
焊后用钢丝刷将每道焊缝表面的杂质打磨掉，露出金属光泽，由于焊缝成形质量好坏关系到焊件的质量好坏，会影响焊件的使用性能。焊缝必须保证形状均匀稳定，成形连续。试验中通过对焊缝表面成形的连续性和堆高、熔宽的稳定性进行评价来划分不同的焊缝表面成形得分区间[25]。根据焊缝正面成形，将焊缝成形好坏划分为4个得分区间，如表2所示根据评分细则，为所焊的7道焊缝打分，相比较选出得分最高的一道焊缝，该焊缝的焊接电压为23V。比对CO2气保焊焊接电压与焊接电流配比的经验公式在采用110A焊接电流时，焊接电压的合适区间是：18.4V～22.4V，可见旋转电弧的引入对经验公式有着一定的影响。接下来通过金相分析，进一步研究。
金相分析实验步骤如下：①利用线切割机，在成形焊缝上分段划线，分割开来，使其露出相应的截面组织。打磨金相，抛光，浸蚀，制作好金相试样。②在金相显微镜下观察制作好的金相试样：首先进行焊缝宏观形貌及金属组织分析。用低倍镜镜头（放大50倍）观察焊缝区及热影响区全貌，可以清楚地看到焊缝组织呈现铸造组织形态，再用高倍镜镜头（500倍）逐区进行观察，注意识别各区的金相组织特征，并画出草图。得出相关实验结论并加以论述[25]。
通过观察宏观金相进行对比，可发现随着焊接电压的增加焊缝熔宽增加。当焊接电压较低时，液态金属在母材表面明显铺展不开，焊道两侧过渡很陡，两侧焊道根部较易产生未熔合的缺陷。随着焊接电压的增加液态金属在母材表面的铺展情况逐渐改善，焊缝表面堆高逐渐平稳，热输入逐渐增加，热影响区面积逐渐增大，焊道宽度逐渐增大，当电压过大（与焊接电流不成比例）时，焊道成形变差，堆高不连续，焊道两侧可见飞溅，焊道宽度不均匀，为进一步阐述焊接电压对旋转电弧焊接工艺的影响情况，特别选取了实验中成形较好的两道焊缝（23V，110A；24V，110A），在高倍镜头下（500倍）观察微观金相试样，重点观察焊缝组织缺陷，熔合区组织过渡，焊缝区与热影响区组织特点，比对金相图谱指导下一步对焊接实验参数的优化。
通过对熔合线附近的微观金相的观测可以发现，在紧邻熔合线的热影响区中一部分铁素体具有魏氏组织形态，魏氏组织的出现说明焊接线能量过大，热影响区过热。在紧邻熔合线的焊缝区中晶粒呈等轴晶均匀分布，晶粒大小基本均匀。可见旋转电弧可使热输入均匀作用于母材，减弱了局部应力集中现象。

三、焊接电流对旋转电弧焊接工艺的影响

根据上一组实验中所得的结果，理想的焊缝参数为焊接电压23V，焊接电流110A。为进一步研究焊接电流对旋转电弧焊接工艺的影响，在110A的左右各取3个电流参数，设计一组实验参数，同样采用控制变量法。实验具体参数如表3所示。
进过实验观测发现，当焊接电流过小（80A，90A）时，引弧较困难，在旋转电弧焊接过程中极易出现断弧现象，电弧的旋转加大了电弧的不稳定性，电弧挺度不够，造成焊缝成形很差，堆高不连续。焊接电流过小，热输入明显不足，加之旋转电弧有分散焊接热量的趋势，所以更加容出现未熔合，未焊透的倾向。随着焊接电流的增加，电弧挺度明显改善，电弧稳定性变好，当焊接电流过大（140A）时，由于电流的增大，焊丝熔化速率增大，但焊接电压和送进速度不变，熔宽变化很小，所以焊缝堆高明显增大，焊接熔敷效率降低，热输入的增加引起了焊接过程中飞溅的增大。实验的7道焊缝的宏观效果如图所示：
从该组实验的宏观金相图可以发现，随着焊接电流的增大，焊道熔深的增加并不明显，分析原因主要是因为在熔滴过渡为短路过渡的情况下一般熔深都比较浅，加之电弧的旋转会使焊接热输入均匀的平铺在焊道上，基本不存在局部过热，避免了指状熔深。焊缝余高的增加较为明显，当电流过大，电压较小时焊道两侧的过渡很陡。
四、结论
在旋转频率为0Hz～3Hz的低速旋转电弧焊论文导读：免了指状熔深的出现。参考文献：杨春利，林三宝.电弧焊基础.哈尔滨工业大学出版社，2003：152-158.殷树言.气体保护焊工艺基础.机械工业出版社刘翠霞.基于正交试验旋转电弧传感器焊缝跟踪工艺参数的优化.电焊机.2010（6）.40-6赵博，范成磊，杨春利，等.高速旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形的分析.焊接学报.200
接工艺中，焊接电压的变化对焊缝熔宽的影响比较明显，通过调节焊接电压可以有效控制焊缝宽度及焊后热影响区面积，此外适当加大焊接电压可以使焊缝两端与母材过渡更平缓。焊接电流的变化对焊缝成形的影响主要体现在焊缝堆高上，但对焊缝熔深的影响较弱。由此可见旋转电弧焊接工艺可以获得宽而浅的熔深，焊缝成形系数较大，熔合线基本呈水平状，有效避免了指状熔深的出现。
参考文献：
杨春利，林三宝.电弧焊基础.哈尔滨工业大学出版社，
2003：152-158.
殷树言.气体保护焊工艺基础.机械工业出版社
[3]刘翠霞.基于正交试验旋转电弧传感器焊缝跟踪工艺参数的优化.电焊机.2010（6）.40-6
[4]赵博，范成磊，杨春利，等.高速旋转电弧窄间隙MAG 焊焊缝成形的分析.焊接学报.2008，29（9）：109-112.
[5]B. Zhao， C. L. Fan， C. L. Yang. Characteristics of the Electrode Melting Phenomena in Narrow Gap MAG High-rotating-speed Arc Welding. Rare Metals. 2007，（sl）：291-295.