自保护药芯焊丝立向下焊接熔滴过渡观察与分析

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1、第37卷第8期北京工业大学学报Vol．37No．82011年8月JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYAug．2011自保护药芯焊丝立向下焊接熔滴过渡观察与分析1，2111刘海云，李国栋，栗卓新，史耀武(1．北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124;2．太原理工大学材料科学与工程学院，太原030024)摘要:采用高速摄像方法对自保护药芯焊丝的熔滴过渡进行了观察分析发现，自保护药芯焊丝立向下焊接时的熔滴过渡模式为短路过渡、弧桥并存过渡、爆炸过渡和颗粒过渡，弧桥

2、并存过渡是其主要过渡形态．弧桥并存过渡形态包含弧桥并存爆炸过渡和弧桥并存表面张力过渡，前者的主要特征是桥的爆炸，后者则是液相桥和熔池接触，熔滴金属通过表面张力的作用进入熔池．随着电流增加，熔滴尺寸减小，过渡频率增大，弧桥并存过渡和爆炸过渡增加，短路过渡减少．关键词:自保护药芯焊丝;熔滴过渡;立向下焊接中图分类号:TG403文献标志码:A文章编号:0254－0037(2011)08－1212－05焊接材料的熔滴过渡对工艺性能和焊接接头质量具有重要影响，熔滴过渡的模式及其特征在一定程度上决定了焊接工艺性能和

3、焊接接头质量．自保护药芯焊丝可在不加保护气体的条件下形成质量良好的焊接接头，广泛应用于钢结构工程的野外焊接，特别是油气管线现场安装焊接．作为自保护药芯焊丝(FCAW)的重要物理特性，熔滴过渡对焊丝的工艺性能，特别是立向下焊接性能和焊接接头质量等具有很大影响．熔滴过渡的研究对自保护药芯焊丝工艺性和接头质量改进具有重要的理论指导作用．相对其他焊接材料，药芯焊丝熔滴过渡的研究尚处于起步阶段，并且多集中在气保护药芯焊丝领域．［1］［2］Fukuhisa和Muneharu等认为，CO2气保护药芯焊丝的熔滴过渡方式

4、基本上只有短路过渡、大滴过渡和细滴过渡3种方式．细滴过渡形成的熔滴是由渣、金属和渣包裹金属组成．细滴过渡形成的熔滴脱离焊丝［3］的方式是沿着滞熔的渣柱流下或者自由下落．李桓等认为，药芯焊丝熔滴过渡的特点是焊丝头与熔池［4］之间始终有半熔化状态的渣柱存在．余圣甫等认为，CO2保护碱性药芯焊丝熔滴过渡的形态为短路过［5］渡、粗熔滴排斥过渡和细颗粒过渡，所有过渡都是围绕所谓“渣柱”进行的．王宝等的观察分析证实，随着焊接参数的变化，CO2气体保护药芯焊丝可能形成排斥过渡、表面张力过渡和细熔滴过渡，在细熔滴过渡条

5、件下形成的渣柱对熔滴的过渡起着导向作用．［6］关于自保护药芯焊丝熔滴过渡的研究报道则较少．Fukuhisa认为，自保护药芯焊丝熔滴过渡有3种［7-8］模式:短路过渡、自由飞渡和短路不断弧过渡．栗卓新等认为，除了短路过渡、颗粒过渡和射滴过渡，自保护药芯焊丝还存在爆炸过渡，并且短路过渡应细分为短路非爆炸过渡、短路爆炸过渡和短路外摆过渡．对自保护药芯焊丝熔滴过渡的研究主要集中在平焊位置，立向下焊接时的熔滴过渡研究尚未见报道．用于长输管道野外焊接的自保护药芯焊丝必须具有优良的立向下焊接性能，因此，试验研究自保护

6、药芯焊丝立向下焊接时的熔滴过渡不仅填补了该研究领域的不足，而且可为改进立向下焊接等工艺性提供指导．本文采用高速摄像方法对自保护药芯焊丝在立向下焊接位置的熔滴过渡进行实验分析，提出了立向下焊接时的熔滴过渡模式，着重观察分析了弧桥并存过渡形成的原因．1试验材料及方法采用Hobart公司生产的型号为Fabshield81N1的自保护药芯焊丝，其焊丝断面形状为“O”型、直径为收稿日期:2009-10-28．作者简介:刘海云(1964—)，男，山西榆社人，副教授，博士研究生．第8期刘海云，等:自保护药芯焊丝立向下

7、焊接熔滴过渡观察与分析12132.0mm．焊机采用PSS5000KEMPPI直流弧焊机．试验选择3个焊接规范，见表1，其中编号2的规范为实际焊接时的最佳工艺参数．高速摄像拍摄速度为1000幅/s．高速摄像实验系统主要由高压氙灯背光光源、成像光路系统和摄像系统组成．为了拍摄立向下焊接时的熔滴过渡形态，设计了专门机构，焊枪沿垂直于试板的方向固定，焊丝横向垂直试板送进，试板通过自动送丝机构自下而上匀速运动．表1高速摄像实验焊接规范Table1Weldingparameterofhigh-speedphotog

8、raphyexperiment规范编号I/AV/V焊丝伸出长度/mm116022～2520～25221022～2520～25326022～2520～252熔滴过渡模式及其特征分析通过对高速摄像片的反复观察分析，自保护药芯焊丝立向下焊接的熔滴过渡形态主要表现为短路过渡、弧桥并存过渡、爆炸过渡、颗粒过渡．作为特殊过渡形态，大量弧桥并存过渡被观察到，是自保护药芯焊丝立向下焊接的主要过渡形态．爆炸过渡主要由于短路桥爆断引起，颗粒过渡出现的频率很低．