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合金高强度钢氩弧焊电流研究

时间:2016-03-03来源: 作者: 点击: 340次


               青岛理工大学汽车与交通学院

韩旭东 姜良超 李传友 殷凡青

摘要:通过改变焊接电流的大小对不同的高碳钢进行焊接实验,分别从焊接接头力学性能、热裂纹产生的敏感性、焊缝形状、结晶分析、残余变形和应力等方面对焊接接头的质量进行研究分析,认为在焊接高碳钢时,采用较小的焊接电流或较少的线能量输入,能获得较高质量的焊接接头。

关键词焊接电流   高强度钢   氩弧焊     焊接接头质量

    对于氩弧焊高强度钢焊接接头质量,有两种主要的分歧意见:其一是,焊接接头焊缝边缘产生裂纹的原因是“没有选用大的焊接电流”;其二是,要避免焊接裂纹,应选用较小的“焊接电流”。本文在实验基础上,对电流大小与焊缝质量的关系进行了分析研究。

1、氩弧焊基本原理

   氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术。又称氩气体保护焊。氩弧焊技术是在普通电焊的基础上,利用氩气对金属焊接材料进行保护,基本原理是在电弧焊的周围通上氩气保护气体,将空气隔离在焊区之外,防止焊区的氧化,因此可以焊接不锈钢、铁类金属。

1.1电特性参数

(1) 焊接电流 

钨极氩弧焊的焊接电流通常是根据工件的材质、厚度和接头的空间位置来选择的(如下表1所示),焊接电流增加时,熔深增大,焊缝的宽度和余高稍有增加,但增加很少,焊接电流过大或过小都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。

 

1     不同直径钨极的允许焊接电流范围

 

电源种类

           不同钨极直径的允许焊接电流(A

12mm

3mm

4mm

5mm

6mm

交流

20100

100160

140220

200280

250300

直流正接

65150

140180

250340

300400

350450

直流反接

1030

2040

3050

4080

60100

 

(2)电弧电压 

     钨极氩弧焊的电弧电压主要是由弧长决定的,弧长增加,电弧电压增高,焊缝宽度增加,熔深减小。电弧太长电弧电压过高时,容易引起未焊透及咬边,而且保护效果不好。但电弧也不能太短,电弧电压过低、电弧太短时,焊丝给送时容易碰到钨极引起短路,使钨极烧损,还容易夹钨,故通常使弧长近似等于钨极直径。

(3)焊接速度 

焊接速度增加时,熔深和熔宽减小,焊接速度过快时,容易产生未熔合及未焊透,焊接速度过慢时,焊缝很宽,而且还可能产生焊漏、烧穿等缺陷。手工钨极氩弧焊时,通常是根据熔池的大小、熔池形状和两侧熔合情况随时调整焊接速度。
1.2
其他参数

(1)氩气流量、喷嘴直径、喷嘴与工件间的距离选用:

如下图表2所示

         表2   氩气流量、喷嘴孔径、喷嘴与工件间的距离

焊接方法

合适的氩气流量/L.min-1

喷嘴孔径/mm

喷嘴与工件间距离/mm

钨极氩弧焊

325

520

512

熔化极氩弧焊

1050

30

815

(2)钨极伸出长度 

 钨极伸出长度的选择不能过长或过短:喷嘴与焊件间的距离过长,则保护效果变差;过短,不但影响施焊,还会烧坏喷嘴。故喷嘴与焊件的距离以10mm为宜,最多不应超过15-18mm。而钨棒伸出长度为3-5mm较佳。
    (3)气体保护方式及流量 

钨极氩弧焊除采用圆形喷嘴对焊接区进行保护外,还可以根据施焊空间将喷嘴制成扁状(如窄间隙钨极氩弧焊)或其他形状。一般惰性气体背部充气保护的气体流量范围为0.542Lmin。对管件内充气时,应当留出适当的出气口,以防止焊接时管内气体压力过大。在根部焊道焊接结束前的2550mm,要保证管件内内充气体压力不能过大,以便防止焊接熔池吹出或根部内凹。并且应使背面保护气体(氩气)从下部进入,挤压空气使其从上排出,并使气体出口远离焊缝。

 

2、焊接电流大小与焊接接头的强度关系实验   

2.1焊接电流与焊接接头力学性能的关系,如下表35所示:

 

  3Cr W8手工氩弧焊

IA

Mpa

Mpa)平均

50

368

60

360

70

354

80

338

 

5Cr Ni Mo手工氩弧焊

IA

Mpa

Mpa

Mpa)平均

60

330

100

324

150

306

190

298

 

 

W18Cr41.5手工氩弧焊

 

I焊(A

焊缝质量差异

70

X光合格,保护好,成型均匀。

90

X光合格,色较深,成型较好。

200

X光合格,色深保护差。焊缝不均,焊漏高。

2.2分析

根据以上实验数据,氩弧焊高强度钢,选用较小的电流,可以减少结构应力和变形,减少焊接热裂纹,提高焊接接头的质量和疲劳强度。

1.从热裂纹产生敏感性看,当焊接电流较大时,材料吸收的热量多,热作用时间变长,合金元素烧损增多,使得氧化现象加重,在晶界处容易聚集杂质和低熔共晶物,固态晶体偏析局部溶化,容易产生裂纹。              

2.从焊缝形状、结晶方向看,当焊接电流增大,焊接速度相应增大,容易形成窄焊缝,产生中心线热裂纹;

3.当焊接电流增大,焊接速度较慢时,熔池宽浅,产生焊缝表面裂纹。

4.从残余变形和应力的角度来看,氩弧焊的局部加热会导致焊接热循环作用下接头热胀冷缩不均匀,产生残余变形和应力,当焊接电流增大,电热功率增大,材料加热面宽,熔池增大,焊缝收缩变形随焊缝截面积增大而增大。

3.结论

 本文通过对实验数据的研究分析并结合相关理论关系得出以下结论:在氩弧焊高强度钢焊接过程中,若选用小的焊接电流能够获得高品质焊接接头,即提高焊接接头的力学性能,提高焊接接头抗疲劳强度;若选用较大的焊接电流,焊接接头容易出现裂缝、偏析等不良现象。

[参考文献]

[1].《实用焊工手册》.孙景荣.2007.03.化学工业出版社.

[2].《焊工安全技术》.朱兆华,郭振龙.2005.06.化学工业出版社.

[3].《焊接技师技术问答》.李淑华,王申.2005.07.国防工业出版社.

[4].《金属工艺学》. 邓文英.2008. 高等教育出版社.

[5].《熔焊原理及金属材料焊接》. 英若采.2005.10.机械工业出版社.

作者简介:韩旭东,男,副教授,研究生,从事与机械相关的教学与科研工作。地址:青岛理工大学汽车与交通学院,青岛经济技术开发区嘉陵江东路777号。邮编:266520.E-mail:hanxudong@qtech.edu.cn

A high strength steel argon arc welding

Han xudong  Jiang liangchao Li chuanyou Yin fanqing

( Automobile And Traffic Faculty OfQingdaoTechnological University)

Abstract:   By changing the size of the welding current for different high carbon steel welding experiments, respectively from the sensitivity of the welded joint mechanical properties, thermal cracking, weld shape, crystal analysis and residual deformation and stress analysis on the quality of the welding joint was studied in welding of high carbon steel, the smaller the welding current or less energy input, can obtain high quality of welded joint.

Key words:Welding current  High strength steel Argon    arc welding   Weld quality       

 

 

 

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