不锈钢焊条熔滴过渡形态和工艺性评价

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1、不锈钢焊条熔滴过渡形态和工艺性评价中北大学焊接材料技术中心(太原市030051)王宝摘要不锈钢焊条的工艺稳定性一直是影响不锈钢焊条工艺性的主要因素,是衡量不锈钢焊条工艺质量的主要标志,为了对不锈钢焊条工艺稳定性做出评价,利用汉诺威弧焊分析仪对不锈钢焊条的焊接电参数进行测试,分析焊条渣壁过渡形态的倾向大小,研究发现,不锈钢焊条渣壁过渡倾向与短路概率、熔滴的短路频率有关,据此提出以短路概率和Σn(Us),短路频率N(T1)作为不锈钢焊条工艺性评价判据,评价不锈钢焊条的工艺稳定性。实际应用表明,这一方法,可以定量判断不锈钢焊条熔滴过渡形态和科学评价不

2、锈钢焊条工艺稳定性。关键词:不锈钢焊条汉诺威分析仪焊接电弧物理中图分类号:TG422.3过渡时出现熔滴桥接短路和发生爆炸飞溅的照片。而渣壁过渡时熔滴则十分细小,因此可以出现如图2a和图2b中的情况,在焊条的端部可以同时存在多个熔滴。由于熔滴细小,因此在熔滴过渡时,熔滴总是沿着套筒内的壁的一侧滑向熔池,图2c照片中看到的就是熔滴正向熔池过渡的情形。0前言不锈钢焊条由于焊芯特殊的热物理性能,焊接过程中引起焊条末段过热,导致工艺性能不稳定,不锈钢焊条工艺稳定性一直是不锈钢焊条的弊病,因此工艺稳定性的优劣是评价不锈钢焊条工艺质量的一个主要方面。对于不锈

3、钢焊条工艺水平进行定量评定,对于设计工艺性能优良的不锈钢焊条具有实际意义。近来作者尝试采用汉诺威焊接质量分析仪对于不锈钢焊条熔滴过渡形态进行分析,探讨定量判断不锈钢焊条熔滴过渡形态和科学评价不锈钢焊条工艺稳定性的方法。1不锈钢焊条熔滴过渡形态特征与工艺性1.1不锈钢焊条熔滴过渡形态高速摄影测试结果不锈钢焊条熔滴过渡形态基本类型有3种,一种是钛钙型渣系的粗熔滴短路过渡,再有是钛型渣系的渣壁过渡,另外有介于这两者之间的混合过渡形态[1]。图1和图2分别是钛钙型不锈钢焊条粗熔滴过渡和钛型渣系的渣壁过渡的高速摄影照片(摄影速度1000帧/s)。由这两组

4、照片对比可以清楚地看出它们的不同,粗熔滴过渡时熔滴十分粗大,它的尺寸可以大于焊芯的直径。图1a和图1b中照片药皮的外径为6.4mm,可以看出,熔滴的大小与药皮的外径接近,而焊芯直径为4mm,显然熔滴的尺寸超过了焊芯直径。由于熔滴粗大,过渡时与熔池桥接短路,常常引起爆炸飞溅,严重地恶化了工艺性。图1c和图1d分别为粗熔滴1.2不锈钢焊条的电弧电压、焊接电流波形特征图3、图4和图5是由汉诺威弧焊质量分析仪生成的不锈钢焊条熔滴短路过渡、渣壁过渡和混合过渡的电弧电压、焊接电流波形图。由波形图的对比可以直观地看出不锈钢焊条过渡形态的另外一些特征。粗熔滴过

5、渡时,熔滴是短路的,短路过渡的周期大约为每秒2～4次。而渣壁过渡时熔滴与熔池不发生短路,电压波形没有出现如图3陡降的情况,较细熔滴的过渡,形收稿日期:2008-04-30432008年第8期生产应用ProductionTheme成锯齿状波形,过渡频率大约为每秒7～9次,比粗熔滴时要高。应说明的是,渣壁过渡时熔滴不与熔池发生短路,这是渣壁过渡的最主要特征。在图2c中熔滴渣壁过渡的照片中看到的熔滴与熔池桥接的情形,实际上并不是发生短路,因为熔滴在发生桥接之前,在焊条套筒内的熔滴就已经和焊芯脱离了,只不过在套筒外面无法观察到。2不锈钢焊条电弧物理特性

6、参数分析2.1不锈钢焊条电压概率密度分布图的分析图6是由汉诺威焊接质量分析仪测试的3种典型熔滴过渡形态的电弧电压概率密度分布图。汉诺威弧焊质量分析系统原理及应用在文献[2,3]中曾经做了论述。图6中试验焊条样品TY102-B、JS-4和E308-12分别对应不同的熔滴过渡形态,依次为短路过渡、混合过渡和渣壁过渡。从图中可以看出,TY102-B焊条电压概率密度分布曲线呈双驼峰状,处在较小电压范围内的小驼峰状曲线描述的是熔滴短路阶段的概率密度分布,图中间的较大的电压范围的驼峰状曲线,描述的是电弧在燃弧阶段的电弧电压概率密度分布。图中E308-12渣

7、壁过渡的电压概率密度分布曲线具有以下特点:较小电压范围的驼峰几乎不出现,大驼峰状曲线对应的电压较高,曲线偏向图的右方;另外由于渣壁过渡存在熔滴过渡后电弧电压的跃升现象,在图的最右边往往存在着锯齿形高电压曲线。是否具有这些特征以及这些特征的显露程度是识别某种不锈钢焊条是否为渣壁过渡形态或该种不锈钢焊条渣壁过渡形态实现程度的重要标志。JS-4是具有混合过渡的电压概率密度分布图,其特征介于上述两者之间。图4为混合过渡电弧电压波形图,明显地看出它具有的短路过渡和渣壁过渡两种形态特征。由于焊接时渣壁过渡形态提高了焊条的名义电压,于是焊接电流减小,使得焊接

8、时焊芯电阻热大大降低,焊芯过热趋势减小,这是渣壁过渡使不锈钢焊条工艺稳定性提高的主要原因。另外名义电压的提高使得焊条熔化速度加快,减少了焊接电流对焊芯