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Journal of Applied Sciences 10(8):658-663.2010
ISIN 1812-5654
@2010 Asia Network for Scientific Information
低碳鋼藥芯焊絲氣保護焊接參數(shù)對
焊縫寬度和焊縫金屬拉伸性能的影響
H.R.Ghazvinloo and A.Honarbakhsh Raouf
摘要:焊縫質量很大程度上受焊接過程參數(shù)的影響。為了獲得高質量的焊縫,焊縫的幾何形狀和力學性能必須要求精確。目前研究強調實驗條件下分析了不同藥芯焊絲氣體保護焊焊接參數(shù)對于焊縫寬度和拉伸性能的影響。由于工業(yè)上高的利用率,因此選取焊接電流,焊接電壓和焊接速度作為變量;焊接材料使用低碳鋼。所有實驗的焊接電流選取240A,280A和320A,電弧電壓選取26,30和34V,焊接速度選取40,50,和60cm\min。本實驗的結果有利于選擇合適的焊接過程參數(shù)來獲得良好的焊縫成形和拉伸力學性能。
關鍵詞:藥芯焊絲氣體保護焊,焊接參數(shù),焊縫寬度,屈服強度,拉伸強度,熱輸入
引言
藥芯焊絲氣體保護焊應用在實驗條件下士全自動的過程,在這一過程中,管狀焊絲作為電極持續(xù)地加入到焊接區(qū)域。熔融材料在管材的中心處。管材的外部引導電流形成電弧然后熔化形成填充金屬。近來的研究表明:藥芯焊絲氣體保護焊較普通的焊接技術有很多的優(yōu)勢:可以使用實芯焊絲例如手工電弧焊和熔化極氣體保護焊。為了研究焊接過程中變量對于焊縫幾何形狀和焊縫質量的影響,研究人員采用了不同的技術來進行。提供了在機器人焊接過程中使用模糊還原方式在熔滴成形的可能性。用最優(yōu)的藥芯焊絲氣體保護焊焊接參數(shù)來使在低合金高強鋼中的焊接滲透達到最大。利用最優(yōu)的過程參數(shù)來獲得理想的焊縫成形以及通過藥芯焊絲氣體保護焊過程來進行不銹鋼的電鍍稀釋。同藥芯焊絲氣體保護焊的熱輸入對于韌性的影響通過EH鋼來進行。Balasubramanian和Guha研究了焊接尺寸對于藥芯焊絲氣體保護焊十字形焊縫疲勞極限的影響。未焊透缺陷是通過拉伸能量密度因素來定義的。然而,有確切的關于使用藥芯焊絲氣體保護焊方法獲得的焊接試驗拉伸性能和低碳鋼接頭的焊縫寬度的數(shù)據(jù),這在一些著作中是可以查到的。目前研究的目的是調查在使用自動化藥芯焊絲氣體保護焊焊接時低碳鋼接頭的過程參數(shù),焊縫成形以及拉伸性能之間的關系。
材料及方法
由于工業(yè)上高的利用率,焊接材料是含碳量0.17%和含Mn1.21%的低碳鋼。為了測試焊接參數(shù)對于焊縫寬度的影響,金屬樣本采用尺寸為75*60*10mm作為基本的金屬材料從而提供單一的焊縫外形。
同樣,該實驗中的拉伸測試的樣本采用25mm板厚并且切割成多塊金屬板,然后在每一塊板上開角度為60度的單V形坡口。焊縫根部面為1mm厚同時根部開口為25mm。高純的CO2氣體被用作保護氣體用來保護熔池。另外,作為填充金屬的藥芯焊絲的直徑為1.6mm(AWS的分類為E70T5),用在焊接參數(shù)范圍從焊接電流0-550A,焊接電壓范圍為0-45V的FCAW焊機上。為了減小焊接扭曲變形,在焊接開始之前實驗測試用的金屬板被固定在夾具上。在這次實驗中選中的變量為焊接電流(240,280,320A),電弧電壓(26,30,34V),然后焊接的速度為(40,50,60cm/min)。同時,其他的過程參數(shù),例如焊絲熔敷速率,電弧距離,焊槍角度分別地被設置為8m/min,2.5mm和15度。
焊接完之后,不同焊接條件下的焊件的寬度的獲得是經(jīng)過嚴格測量的,其目的就是為了精確評估焊接過程參數(shù)對于焊縫成形的影響。同時,從焊件中準備的直徑分別為12.5mm和62.5mm的圓柱體拉伸樣品的標準長度尺寸與ASTM E8M-05的規(guī)定相一致。拉伸試驗是在一個能力極限為20KN的DARTEC測試機器上進行的。所使用的樣品是從Oghabafshan Co中準備的,并且這些測試在2009在伊朗的伊朗大學進行的。
結果和討論
所有試驗中所選用的不同的電弧電壓,焊接電流,焊接速度的組合以及焊縫寬度,UTS和焊縫的屈服強度都被嚴格測量。
過程參數(shù)對于焊縫寬度的影響:焊接電流,焊接電壓以及焊接速度對于焊縫寬度的影響可以從圖1-3中看出。并且試驗的結果被制成了表格,其結果如圖1a-c中的表1所示。當電弧電壓被設定在28V,焊接速度被設定在55cm/min時。焊接電流分別為240,280和320A時的焊縫寬度的變化可以從圖1和表1中看出。當焊接電流從240A升為320A時,焊縫寬度從15mm到8mm有一個顯著的下降,這個觀察到的現(xiàn)象與Kannan和Murugan在2006年的著作中所描述的現(xiàn)象正好相反。在圖2a-c中,當焊接電流和焊接速度分別被設定為300A和55cm/min時,隨著焊接電壓從34V變到26V,可以觀察到焊縫寬度從最大的17mm到了最小的9mm。所以,隨著電弧電壓從26V升到34V,可以很明顯地觀察到焊縫寬度的增長。在圖3a-c中,焊接電流和電弧電壓分別被設定為300A和28V時,當焊接速度為40cm/min時焊縫的最大寬度為15mm;當焊接速度為50cm/min時,焊縫的最小寬度為7mm。由此可以得出,隨著焊接速度的增加焊縫寬度是不斷減小的,這點可以很方便地從Kannan和Murugan在2006年的著作中得出。本次試驗得出的確切數(shù)據(jù)為50mm/min,并且在再一次超過這個點之后,焊縫寬度開始增加。試驗結果清晰地顯示出在圖12,2a和3b中有不完整的焊縫寬度。這些樣本中的焊縫寬度尺寸比其他的樣本的要小。因而當焊接條件與圖1c,2a和3b相似時,卻不能得到好的焊縫成形。圖1b,2b和3c看起來就是最適宜的外形結構。焊縫寬度尺寸在這些樣本中是良好完整的。超出范圍的是不必要的情形,其造成的結果就是材料的浪費,成本的提高以及生產(chǎn)重量的增加。這些都是不理想的情況,所以有必要阻止超出范圍的情況。
過程參數(shù)對于焊縫拉伸力學性能的影響:焊接電流,電弧電壓,以及焊接速度對于UTS和屈服極限的影響可以從圖4-5中看出來。如圖中所示:當焊接電流從240A升到320A時或者隨著電弧電壓從26V加到34V時,在焊件的屈服強度上有一個顯著的下降。根據(jù)圖6所示,隨著焊接速度從40mm/min提升到60mm/min焊縫的屈服強度有一個顯著的提高。焊件拉伸力學性能和屈服強度的提升可能與焊接區(qū)域的圍觀組織變形有關。根據(jù)公式1,藥芯焊絲氣體保護焊的焊接參數(shù)的變化與焊接熱量的輸入的關系為:
H=60EI/1000S
其中:H=熱輸入(KJ/mm)
E=電弧電壓(V)
I=焊接電流(A)
S=焊接速度(mm/min)
改變焊接熱輸入會影響到焊件的機械性能和冶金組織。焊接熱輸入影響焊縫熔池形成速率。等式2顯示了預熱溫度,熱輸入和熔池形成速率的關系(Funderburk,1999)。這兩個變量(焊接熱輸入和預熱溫度)與其他的參數(shù):材料厚度,特性溫度,密度以及導熱性能,影響熔池形成速率的關系為:
R正比于1/(T0H)
其中:R=熔池形成速率(C/Sec)
T=預熱溫度(C)
H=熱輸入(KJ/mm)
熔池形成速率是決定焊接金屬最終微觀組織和機械性能的基本因素。一旦熱輸入增加,對于某一給定的焊接金屬來說熔池形成速率就會下降(Funderburk,1999)。大部分的馬氏體組織和雙生相組織會減少,焊接區(qū)域微觀組織的晶粒粗化現(xiàn)象會增加。焊接過程中的熱輸入與拉伸力學性能的關系可從Funderburk在1999年的著作中得到。該實驗在焊接參數(shù)為20A,28V和55cm/min,氣壓為520.2和357MPa的條件下獲得的最大的屈服強度數(shù)據(jù)。
結論
本試驗采用藥芯焊絲氣體保護焊,焊接材料為低碳鋼,根據(jù)所獲得的實驗結果:
1、 在藥芯焊絲氣體保護焊中電弧電壓或者焊接電流的增加會導致焊件的屈服強度的顯著下降,但是焊接速度對于拉伸力學性能的影響與其他的過程參數(shù)對于焊件的拉伸力學性能的影響正好相反。當焊接速度增加時,屈服強度也隨之增加。
2、 焊縫寬度隨著焊接電流在240到320A間變化,從15mm下降到8mm。實驗結果表明最佳的焊接電流為280A。
3、 焊縫寬度隨著電弧電壓在26到34V間變化,從9mm增加到17mm。實驗結果表明最佳的電弧電壓為30V。
4、 焊縫寬度在焊接速度增加到50cm/min這一過程時會下降,并且在到達這一點之后焊縫寬度會開始變大。實驗結果表明最大的焊縫寬度為焊接速度取40cm/min時的15mm。
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