焊丝自转式MAG焊焊接过程与接头组织分析

发布时间：2020-03-23 14:36

【摘要】：提出了通过焊丝自转搅动熔池进而细化焊缝组织的MAG焊接新方法.试验中采集了焊接过程电信号和熔池形态,分析了焊丝转速对低碳钢表面堆焊接头组织特征的影响.结果表明,焊丝自转可以增加短路过渡的频率,使焊接过程更稳定,熔滴过渡近似熵的计算也证明焊接过程的稳定性可以明显地提高.利用钨颗粒示踪技术可以发现焊丝自转能够显著增加熔池金属流动性,熔池宽度随着焊丝自转速度的改变先变大后变小,焊缝金相组织分析也证明熔池流动性的改变可以有效细化焊缝金属晶粒,减少联生结晶的生成.
【图文】：

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之下，提出的焊丝自转式MAG焊可以通过熔滴旋转产生的离心力来促进熔滴的过渡(焊丝末端仅微小偏心，可忽略)，另外由于焊丝的自转运动，使得焊接过程与熔池的流动也发生了明显的优化，具有独特的优点．试验中搭建了焊丝自转式MAG堆焊焊接试验系统，通过试验过程中的电信号与熔池图像采集系统、钨颗粒示踪试验等手段分析焊丝自转速度对焊接过程的稳定性、熔池行为的影响，辅以接头微观组织分析，为外加能量辅助熔焊技术探索新的道路．1试验系统及焊接试验试验系统由自主研制的焊丝自转式MAG焊接设备和控制系统组成．图1为焊丝自转式MAG焊焊接过程示意图，焊丝自转速度的调节范围为0～600r/min．焊接过程中主要采用堆焊的方式进行，母材为Q235钢板，焊丝为直径1．2mm的H08Mn2-SiA，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气体，试验参数见表1．图1焊丝自转式MAG焊接过程示意图Fig.1SchematicdiagramofautorotatingwireMAGweld-ing表1试验参数Table1Testparameters焊前设定电流I/A焊前设定电压U/V焊接速度v/(mm·s－1)气体流量q/(L·min－1)焊丝自转速度n/(r·min－1)200216180～600试验中电信号与熔池图像采集系统主要包括PCI1710UL采集卡、电流传感器、电压传感器、图像采集卡、工业CCD摄像机和复合滤光器(包括中心波长610nm、半带宽10nm的窄带滤光片和透过率

熔池图像,采集系统,电信号

92焊接学报第38卷为10%的中性减光片)，构成结构如图2所示．试验中也采用熔池钨颗粒示踪技术来表征熔池流动性的变化，从而分析焊丝转速对熔池流动性的影响．图2电信号与熔池图像采集系统Fig.2Acquisitionsystemofelectricsignalandpoolimage2试验结果分析2．1焊丝转速对焊接过程稳定性的影响图3为焊丝转速为0r/min时的电流电压波形图，可见焊接过程中的过渡形式主要为短路过渡和射流过渡，其中电流峰值和电压谷值相对应处即为短路过渡阶段．图3电流电压波形图Fig.3Oscillogramofcurrentandvoltage随机选取2000个信号点，将它们按照电压值做升序排列，统计每一个跨度为1V的电压范围内采集点的个数，从电压最低侧开始算起，在小电压范围内找出频率首次降至0．5%以下时的电压数值，此电压值即为短路阀值电压．利用上述方法最终确定短路阀值电压为14V．为了降低误差，每个焊丝转速都选取10000对相对应的电流电压值，得出焊丝转速对短路频率的影响关系曲线，如图4所示．由图4可以看出，随着焊丝转速的增加，短路过渡频率明显增加．与0r/min条件下相比，500r/min条件下的短路过渡频率增加约8．3%．一般来说，，短路过渡频率常作为衡量短路过渡稳定性的标志，短路过渡频率越高，焊接过程越稳定．因此，从这一角度来讲，焊丝的旋转因提高熔滴过渡频率而增加了焊接过程的稳定性．图4焊丝转速对短路过渡频率的影响Fig.4Influenceofrotationspeedonshortcircuitingfre-quency焊接过程稳定性的改善还可以通过计算近似熵来证明．近似熵方法是一种统计学方法，它的意义在于区分与时间相关序列的繁杂程度，以表征系统的稳定性［5］．试验采用近似熵方法对焊接电流信号进行分析，在选择合适的近似熵计算模型和公式后，利用MATLAB

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