实芯焊丝气体保护焊焊接熔深特性的研究

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

实芯焊丝气体保护焊焊接熔深特性的研究

【摘要】随着自动化焊接设备的推广，弧焊机器人的应用越来越广泛。其配备的焊接电源有着手工焊接电源所不能比拟的性能。可能与手工焊操作存在差异，此背景下，以神钢弧焊机器人，逆变式UC500焊接电源为依托，采用Ar、CO2、Ar+CO2作为保护气体，研究了实芯焊丝气体保护焊在不同的气体配比、焊接电流情况下对熔深的影响。

【关键词】弧焊机器人 逆变焊接电源 实芯焊丝 熔深 混合气

1、前言

好的焊接保护气应当具有低的电离势，即气体电离所需的电压。低的电离电压可

以使气体容易电离，从而容易起弧，并同时保持电弧的稳定。好的焊接保护气还可以保护焊接熔池和熔滴不受大气侵蚀，保护气体对于影响焊接质量的其他气体起到了排斥作用，因此保护气体大多由惰性气体组成。

纯CO2是一种比空气重的气体。它有高的导热性，产生的电弧较宽，焊缝也较宽。CO2有较强的氧化性，它焊接时产生的飞溅较大，而且焊接质量也不是很理想。Ar气也是一种比空气重的气体。它用于焊接可以有效地保护熔滴和焊接熔池，提高焊接表面的光滑度，飞溅较少，但Ar气所产生的电离弧较窄，对工件、焊丝的焊前清理要求较高，对油锈特别敏感，且成本较高。因此，这两种气体在单独用于焊接低碳钢时，都有各自不同的优缺点。

CO2与Ar气的混合，使两种气体在焊接时的优势得到了充分的发挥，同时又避免了各自的劣势。Ar气成分改善了焊接表面的质量，减少了CO2气带来的飞溅。而CO2成分又使电弧的稳定性得到增强，热传导得到了提高，从而增加了焊接材料的机械性能。Ar-CO2混合气是一种比较理想的焊接保护气。但是同一焊接电流等参数情况下，不同的配比对熔深是否有影响，对此做了本次试验。

试验条件：

电压为神钢机器人标准匹配电压，气流量为25L/min，干伸长度22mm，焊接速度30cm/min。同一焊接电流时，将Ar+CO2混合气体中Ar气的比例分别由0%调至100%分为六组进行试验，研究不同混合气配比下熔深的情况。

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

试验大体分为四组，焊接电流分别为200A、250A、300A、350A。同时研究同一混合气配比不同电流对熔深的影响。

2、试验设备及方法

2.1试验设备及材料

试验设备为神钢ARCMAN—MP机器人，焊机为UC 500自动焊接电源。电源极性为直流反接型。焊丝为实芯焊丝，牌号神钢MG-51T，型号ER50-6。焊丝直径1.2mm。试板为Q235号钢，尺寸为125mm X80mm X20mm。钢半尺一把、偏口钳一把、8倍照明放大镜、气体流量配比计一台、Ar气一瓶、CO2一瓶。 2.2试验方法

实验前，将试板表面打磨光滑，清除表面铁锈及油污等。

试验时，用U型嵌将试板固定，调整好指定配比的混合气，分别于200Ａ、250A、300A、350A的焊接电流下，于试板中央焊接100mm焊缝。配比气分别为：Ar100%、Ar80%+CO220%、Ar60%+CO240%、Ar40%+CO260%、Ar20%+CO280%、CO2100%.

在同一配比气体下，采用不同的焊接电流进行平敷焊，焊后用白色记号笔填写实验数据，并在收弧端30mm处使用锯床进行切割。采用5%硝酸+95%酒精混合溶液进行端面腐蚀，利用8倍照明放大镜进行熔深测量，并记录结果进行分析。

如下图所示：图1为焊接后整体效果图。

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

图 1 平铺焊接后整体图

3、测量结果及分析

用8倍照明放大镜测量熔深后记录在下表中(熔深单位mm）

表 1 熔深测量记录表

图2——图32为焊缝横切面的腐蚀熔深图和分析图。

随着电流的增加，熔深也增加。这是众所周知的事情，但是是按照什么样的曲线增加呢？线性曲线还是无任何规律的曲线，或者有一定规律的折现？

数据分析如图所示：

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

图 2 图 3 图 4 图 5

表 2 纯CO2时不同电流熔深

图

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纯CO2时不同电流熔深曲线

纯CO2焊接时，熔深整体上与电流增加为一条直线，但线性不太明显，斜率较小。

图 7 图 8 图 9 图 10

表 3 Ar20%+CO280%时不同电流熔深

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

图

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Ar20%+CO280%时不同电流熔深曲线

Ar20%+CO280%时：熔深大体上与电流增加为一条直线，大体成线性比例。斜率较Ar60%+CO240%时接近。

图 12

图 13 图 14 图 15

表 4 Ar40%+CO260%时不同电流熔深

图 16 Ar40%+CO260%时不同电流熔深曲线

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

Ar40%+CO260%时：熔深大体上与电流增加为一条直线，大体成线性比例。斜率比Ar60%+CO240%时稍小。

图 17 图 18 图 19 图 20

表 5 Ar60%+CO240%时不同电流熔深

图 21 Ar60%+CO240%时不同电流熔深曲线

Ar60%+CO240%时：熔深大体上与电流增加为一条直线，大体成线性比例。斜率比Ar80%+CO220%时稍小。

图 22 图 23 图 24 图 25

表 6 Ar80%+CO220%时不同电流熔深

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

图 26 Ar80%+CO220%时不同电流熔深曲线

Ar80%+CO220%时：熔深与电流增加为一条直线，几乎成线性比例增加，且斜率较大，熔深增加速度较快。

图 27 图 28 图 29 图 30

表 7 纯Ar时不同电流熔深

实芯焊丝在不同配比混合气(Ar+CO2)状态下对熔深的影响

图 31 纯Ar时不同电流熔深曲线

纯Ar气焊接：300A电流以前，熔深与电流几乎为线性比例增加。但是，300A到350A时，斜率发生了很大的变化，熔深陡然上升。

分析：Ar+CO2保护气中，CO2混合比例大于约30%时，无法实现喷射过渡，固随其比例增大，线性斜率减小。但由于其CO2本身特性，熔深较为客观，但飞溅率大，成型不美观。

图32为：不同配比气同一电流下熔深

图32 不同配比气同一电流下熔深

图32分析：

保护气体采用氩气时，它们不与液态金属发生冶金反应，只起保护焊接区使之与空气隔离的作用。与CO2气保焊相比，电弧燃烧稳定，熔滴过度平稳、安定，无激烈飞溅。这种方法特别适用于铝、铜、钛等有色金属的焊接。焊丝化学成分通常应和母材的成分相近,但有些情况下,为了满意地进行焊接并获得满意的焊缝金属性能,需要采用与母材成分完全不同的焊丝。其焊丝在使用前必须经过严格的化学或机械清理,清除表面的油脂。

纯Ar焊接不锈钢、低碳钢及低合金钢时，液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属润湿性差，焊缝两侧容易形成咬肉等缺陷。由于电弧阴极斑点不稳定，产生阴极飘移现象，使得电弧根部不稳定，会引起焊缝熔深及焊缝成形不规则。另外，纯Ar做保护气体时，焊缝形状为蘑菇形(亦称指形)，这种熔深的根部往往容易产 …… 此处隐藏：3096字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……