脉冲双熔敷极焊条电弧焊熔深与扩散氢研究

摘要

双熔敷极焊条电弧焊是一种先进的焊接方法。其焊接电弧形成于两焊芯端部，不同于传统焊条电弧焊方法中电弧形成于工件与焊条之间，该方法改变了被焊工件的焊接热循环，具有熔敷效率高、节约电能、工件上不存在活性斑点区、熔合比可调范围广等特点。将脉冲电源应用于双熔敷极焊条电弧焊，通过增大焊接接头熔深、减少焊缝扩散氢含量来提高焊缝质量，具有很大的现实意义。
　　 本文在保证焊缝成型初步确定焊接时脉冲参数的基础上，运用正交试验结合层次分析法对脉冲双熔敷极焊条电弧焊脉冲参数对焊缝熔深的影响进行了分析，并试验研究了各脉冲参数数值的变化对熔深的影响规律，获得了脉冲参数的优化组合，保证焊缝具有较大的熔深和熔合比。论文还研究了除脉冲参数外其他焊接工艺参数，如焊接速度、燃弧端到工件的距离、运条方式、焊条倾角、焊条运行中两焊芯的相对位置等对脉冲双熔敷极焊条电弧焊焊缝成型，特别是焊缝熔深的影响，观察对比了有无脉冲焊接条件下焊接接头的显微组织。并运用排液扩散氢测定法，测定了不同焊条在不同焊接条件下焊缝中的扩散氢含量。为脉冲双熔敷极焊条电弧焊的推广应用提供更多技术参考。
　　 通过四因素三水平正交试验确定了频率f、峰值电流Ip、基值电流Ib和占空比D四个脉冲参数对焊缝熔深的影响程度，影响程度由大到小的次序为峰值电流→频率→占空比→基值电流。结合层析分析法计算出f、Ip、Ib和D四因素每个取值水平对焊缝熔深的影响权重大小为W=(0.12020.08650.1057，0.14130.11100.1850，0.02070.02160.0202，0.05770.05910.0707)。脉冲电源应用于双熔敷极焊条电弧焊利于增加焊缝熔深。峰值电流230A-240A，频率3.3Hz-3.7Hz，占空比48％-52％，基值电流160A-175A，焊后可获得较大熔深。脉冲频率、峰值电流、基值电流和占空比分别为3.5Hz、230A、160A和50％是脉冲参数的优化组合，焊缝具有较大熔深和熔合比。
　　 其他焊接工艺参数对焊缝熔深也有影响。焊接速度和燃弧端到工件表面的距离h对焊缝熔深影响较大，焊接过程中应适当压低电弧，h为4mm为宜。在一定范围内，随着焊接速度的增加，焊缝熔深先增大后减小。焊接速度在4.5mm/s-6.3mm/s范围内，采用直线形运条法，焊条倾角保持50°-70°，两焊芯纵列焊接，焊后能够获得相对较大熔深。焊接接头显微组织观察发现，在基本相同的热输入条件下，脉冲电源焊接比无脉冲焊接时焊缝区晶粒较为细小，过热区范围较窄，魏氏组织中铁素体针片形成脆弱面相对较少。
　　 焊缝中扩散氢测定结果表明，焊接过程脉冲电流施加与否对E4303传统单芯焊条电弧焊熔敷金属扩散氢含量影响不大。TE4303双熔敷极焊条电弧焊熔敷金属的扩散氢含量比E4303传统单芯焊条电弧焊降低；施加脉冲电流时TE4303双熔敷极焊条电弧焊熔敷金属扩散氢含量比无脉冲时有所减少，表明脉冲双熔敷极焊条电弧焊比单芯焊条电弧焊焊缝并不增氢。增加TE4303双熔敷极焊条药皮中大理石含量或减少其中的有机物，可以降低熔敷金属中扩散氢的含量。