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1、SRJ60Fe焊条焊接工艺性研究?6?材料开发与应用2011年l0月文章编号:1003-1545(2011)05-0006-05SRJ60Fe焊条焊接工艺性研究丁永忠(中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471023)摘要:利用汉诺威焊接质量分析仪对SRJ60Fe焊条不同焊接电流下的焊接工艺性进行了分析评价,同时对945Fe焊条,ZS60A焊条与SRJ60Fe焊条在相同焊接条件下的焊接工艺性进行对比分析.利用焊接烟尘收集装置对SRJ60Fe焊条和ZS60A焊条的焊接发尘量进行了测量.结果表明,SRJ60Fe焊条的整体焊接工艺性良好,焊接发尘量与ZS60A焊条的相当.关键词:焊条;焊接工
2、艺性;汉诺威分析仪中图分类号:TG42文献标识码:A焊接材料的工艺性是焊接材料的重要性能,是焊接材料是否具有竞争力的决定性因素,因此如何对焊接材料工艺性进行测试和科学评价显得尤为重要.传统做法主要是依靠操作人员的感觉定性地来判定焊接过程或表面工艺质量的优劣.然而,这种感觉是很难比较,无法存储的,且根据操作人员的经验不同而不同,大大影响了测试结果的准确性与客观性.近几年,国内多家高校和研究机构,采用德国汉诺威大学发明的弧焊质量分析系统,借助现代计算机技术,对焊接过程的电压,电流信号可以进行2O万次/s实时采样,并经过内部处理,精确地提供焊接过程的大量的数据信息,为焊接过程中熔滴行为的分析提供了精
3、确快速的手段,为焊接材料工艺特性的科学评价提供了方便,快捷,有效的实用工具.1试验条件1.1实验设备及材料选用64.0mm的SRJ60Fe焊条,945Fe焊条和4,5.0ram的ZS60A焊条(ZS60A焊条为普通低合金钢焊条,其4,5.Omm的焊接规范与64.0mm的铁粉焊条的相同),试板材质为20mm厚的1OCrNi3MoV钢板,采用zx740OST弧焊整流器,极性为直流反接.采用德国汉诺威弧焊质量分析仪进行焊接电参数的测试,采用焊接烟尘收集装置进行焊条发尘量的测定.收稿日期:201104251.2试验方法为了评价SRJ6OFe焊条的焊接工艺性,利用汉诺威焊接质量分析仪,对64.0ram的
4、SRJ6OFe焊条在不同焊接电流下的工艺性进行评价分析,同时对945Fe焊条,ZS60A焊条与SRJ60Fe焊条焊接工艺性进行对比分析.试验均采用平板堆焊,采样时间长度设定为10s,电信号的时间分辨率为2Os,阈值电压为IOV;利用焊接烟尘收集装置对SRJ60Fe焊条,ZS60A焊条的焊接发尘量进行对比分析.2试验结果及分析2.1SRJ6OFe焊条不同焊接电流下的焊接工艺性图1为SRJ60Fe焊条进行不同焊接电流下的平板堆焊表面成形形貌,焊接熔深.表1为不同电流电弧电压概率密度参数值.f=17OAj=l8OAI-19OAJ=2ooAJ=210AI=220AI=23OA图I不同焊接电流的焊条成形
5、形貌焊接熔深第26卷第5期丁永忠:SRJ60Fe焊条焊接工艺性研究?7?表1SRJ60Fe焊条不同电流的电弧电压表23种焊条的电弧电压概率密度参数值概率密度参数值注1):s:标准差,指样本的变动范围及变动幅度;v:变异系数,表征样本值的稳定性和一致性.可以看出,随着焊接电流的增大,其焊接平均电弧电压也随之增大,焊缝铺展越来越宽,焊缝熔深越来越深.从焊缝成形来看,当焊接电流在170A一180A时,焊缝中间鼓起,铺展不够开阔,成形不好;当焊接电流在220A一230A时,焊缝铺展太宽,焊肉较薄,成形也不好;当焊接电流在190A一210A时,焊缝铺展较好,波纹细腻,熔深适中,成形较好.且表1的结果显示
6、,在200A,210A电流下焊接时,SRJ60Fe焊条的电压变异系数较小,说明其样本电压值比较平均,电压波动范围小,电弧稳定性好.因此,4,4.0mm的SRJ60Fe焊条的焊接电流在190A一210A较为合适.2.2SRJ60Fe焊条焊接工艺性对比分析选用945Fe焊条,ZS60A焊条与SRJ60Fe焊条进行对比试验分析,试验采用平板堆焊方法,利用汉诺威分析仪进行焊接参数的采集.2.2.1电压概率密度分布图分析图2,表2分别为焊条电压概率密度分布图和参数值.图2三种焊条的电压概率密度分布曲线可以看出,3种焊条的电压概率密度分布图均为双驼峰曲线,左边的小驼峰代表的是短路过渡阶段的电压概率,右边的
7、大驼峰代表的是正常燃弧阶段的电压概率.根据两驼峰间的最小概率密度电压值,可以将短路阶段与燃弧阶段区分开来.整个短路阶段的概率大小可以反映出短路过程在整个焊接测试过程中的比例.一般认为,电压概率密度分布图中,左侧的小驼峰所占的比例越小越好,也就是说短路次数少,电压大范围波动的次数就少,这样整体的电压就稳定;右侧的大驼峰区域越窄说明其电压越稳定,波动范围小.从图2中左边的小驼峰区域曲线还可看出,SRJ60Fe焊条的短路阶段在整个焊接过程中所占的比例较ZS60A焊条,945Fe焊条低,说明SRJ60Fe焊条在焊接过程中出现低电压短路过渡阶段的次数较少.3种焊条的右边大驼峰区域差别较大,SRJ60Fe
8、焊条的大驼峰区域较宽,有高电压(47V)出现,所以其平均电压最高,为27.52V;ZS60A焊条的大驼峰区域最窄,平均电压最低,为22.53V;945Fe焊条的居中,为22.70V.从电压变异系数看,由于SRJ60Fe焊条在焊接过程中出现低电压的频次较少,虽然其有高电压的出现,但其整体变异系数最小,为23.73.而对于ZS60A焊条,虽然其大驼峰区域最窄,但其出现低电压的频次较高,导致其变异系数最大,为25.03;945Fe焊条的居中,其电压变异系数为24.23.这说明3种焊条中,SRJ60Fe焊条有高电压情况出现,但由于其高电压,低电压出现的频次较低,所以它的电压变异系数较小,而ZS60A焊
9、条和945Fe焊条虽然没有高电压出现,但其低电压的瞬时短路次数过高,导致其电压变异系数较高.2.2.2电流概率密度分布图分析图3,表3分别为焊条电流概率密度分布曲线和参数值.可以看出,3种焊条的焊接电流概率密?8?材料开发与应用2011年1O月度分布曲线呈现出双驼峰型,正常燃弧时焊接电流值形成大驼峰,短路过渡大电流形成小驼峰.一般来说,焊接电流概率密度分布曲线中只存在大驼峰,且大驼峰越窄越集中,说明焊条的焊接电流越稳定.图3中3种焊条都星双驼峰曲线,说明其存在一定量的瞬时短路过渡形成的大电流情况,也就是图中的小驼峰范围.3种焊条的大驼峰概率密度较高,接近30%,且其大驼峰曲线基本重合,说明3种
10、焊条在正常燃弧时间的电流概率密度相当.而3种焊条瞬时短路过渡形成的大电流概率密度,SRJ60Fe焊条明显小于ZS60A焊条和945Fe焊条的,说明SRJ6OFe焊条在焊接过程中瞬时短路过渡发生几率小,形成大电流的次数少,因此在整个焊接过程中电流波动较小.同时焊接电流概率密度参数值也表明,SRJ60Fe焊条的电流变异系数最小,为4.35,而ZS60A焊条和945Fe焊条电流变异系数分别为6.64,6.80,均高于SRJ60Fe焊条的.由此说明,3种焊条中SRJ60Fe焊条的焊接电流稳定性最好.101蒜O?1O.O10.o01图33种焊条的电流概率密度分布曲线表33种焊条的电流概率密度参数值短路时
11、间()频数分布图见图4./ms/ms/ms(a)(b)(c)图43种焊条的短路时间频数分布图表43种焊条的短路时间概率密度参数值从图4可以看出,3种焊条的短路过渡特征有一定的差异.一般来讲,焊接过程的熔滴短路存在以下几种情况:一是短路时伴随有熔滴的过渡,且短路时间较长,称作为A型短路,这种情况在熔滴尺寸较大时出现;另一种是熔滴与熔池的瞬间接触短路,但不伴有熔滴过渡的情况,称之为B型短路,B型短路往往在A型短路之前连续频繁出现;最后一种是当熔滴尺寸很小时发生的短路过渡称之为C型短路,其特征是短路时间短,每次过渡的熔滴金属量小,发生的频率高3J.对碱性低氢型焊条而言,一般认为,小于3ms的短路过渡
12、为瞬时短路,也就是B型短路,大于12ms的粗大颗粒熔滴短路过渡为A型短路,而3ms一12ms的细小颗粒熔滴短路过渡为C型短路.相比较而言,SRJ60Fe焊条的短路时间频数分布图明显向左边集中,短路时间绝大多数集中在12ms以下,说明SRJ60Fe焊条短路过渡形态主要以熔滴颗粒度细小的c型短路为主,其短路过渡时间较短,过度频率高,而小于3ms的瞬时短路(B型短路)和大于12ms的粗大颗粒nUnUn一第26卷第5期丁永忠:SRJ60Fe焊条焊接工艺性研究?9?短路较少;945Fe焊条小于3ms的瞬时短路频次较高,其中小于lms的短路频次达到5次/秒,同时有少量大于12ms的粗大颗粒短路;ZS60A
13、焊条A,B,C型短路过程均有,其中小于3ms的瞬时短路和大于12ms的粗大颗粒短路也占到相当的频次.由此表明,SRJ6OFe焊条在焊接中以熔滴颗粒度细小,过渡频率高的C型短路为主,极少大颗粒飞溅,其电弧的稳定性很好.从焊条的短路时间概率密度参数值可以看出,SRJ60Fe焊条的平均短路时间最短,为4531.25txs,ZS60A焊条的平均短路时间最长,为7622.41Ixs,945Fe焊条的短路时间居中,为4851.35Ixs.ZS60A焊条的平均短路时间是SRJ6OFe焊条的1.7倍,这是因为ZS60A焊条焊接中短路时间较长的粗大颗粒短路占有相当大的比例,而SRJ60Fe焊条焊接中是以短路时间
14、较短的细颗粒短路为主.而从短路时间变异系数看,SRJ60Fe焊条的变异系数最小,这也说明其在焊接过程中整体工艺比较稳定.燃弧时间()频数分布图见图5.T/ms/n(a)(b)图53种焊条的燃弧时间频数分布图表53种焊条的燃弧时间参数统计值从图5中可以看出,3种焊条的燃弧时间分布较广,在0一lOOms内都有.ZS60A焊条的平均燃弧时间最长,为31285.71lxs,说明其熔滴形成,长大过程所需时间较长,熔滴较为粗大,这与其短路时间频率图分析结果一致,熔滴短路过渡以A型短路过渡为主.SRJ60Fe焊条平均燃弧时间居中,为29785.71txs,整体燃弧时间较短,说明熔滴的短路过渡频率较高,燃弧时
15、间被短路过渡所分割,而其变异系数最小,为78.42,表明其燃弧时间波动性较小,为C型短路特征.945Fe焊条的平均燃弧时间最小,为27000s,这是因为945Fe焊条以短路时间极短的瞬时短路为主,燃弧时间都被频率较高的瞬时短路过渡所分割,没有较长的燃弧时间,这点从焊条的燃弧时间频数分布图上也可看出,其大于80ms的燃弧时间基本没有,而小于lOms的燃弧时间频次较高.可见,焊条的燃弧时间参数与短路时间参数一样,都可以用来评价熔滴颗粒度大小以及短路过渡T2/ms(c)的形态.此3种焊条中,SILI60Fe焊条主要呈C型短路过渡形态,熔滴颗粒度较细,短路过渡频率较高,工艺性优良.2.3焊条的发尘量S
16、RJ60Fe焊条和ZS60A焊条试验前均经过450C,保温2h的烘焙,并降至IO0C保温备用,试验时直接从保温箱中取出施焊.SRJ60Fe焊条发尘量为9.57g/kg,ZS60A焊条发尘量为9.09g/.试验结果表明,虽然SRJ60Fe焊条药皮增厚,且药皮中含有60%(W)的铁粉,但与ZS60A焊条相比,焊条焊接的发尘量与其相当,没有明显的增加.3结论(1)SRJ60Fe焊条的焊接电流为190A一210A时较为合适.SRJ60Fe焊条以C型短路为主,熔滴颗粒度较细,短路过渡频率较高,其电流,电压波动范围小,整体焊接工艺性良好.(2)SRJ6OFe焊条与ZS60A焊条焊接时的发尘量相当.参考文献
17、:1DietrichRehfelch.Computer-aidedqualityassurance(CAQ)ofA1-MIGweldingwithAnalysatorHall一条一mn且一z匕=:=:一条匡芎皿柏J,上加占_圳圳眦加【.n?lO?材料开发与应用2011年lO月23nover.2003汽车焊接国际论坛论文集C.北京:机械工业出版社,2003:39-50.王宝.药芯焊丝CO:气体保护焊电参数.2003汽车焊接国际论坛论文集C.2003:183.186.王宝.焊接电弧物理与焊条工艺性设计M.北45,京:机械工业出版社,1998.安藤宏平,长谷川光雄.焊接电弧现象M.北京:机械工业出版
18、社,1985.王宝,等.汉诺威焊接材料工艺性分析系统在焊接领域中的应用J.焊接,2006(10):1518.StudyonWeldingUsabilityofSRJ60FeElectrodeDINGYong.zhong(LuoyangShipMaterialResearchInstitute,Luoyang471023,China)Abstract:Inthepaper,weldingusabilityofSRJ60FeelectrodeindifferentweldingeulTentwasevaluatedonAnalysatorHarmo-ver,andtheweldingusabiht
19、yofelectrodes945Fe,ZS60AandSRJ60Feunderthesanleweldingconditionswaseampare&TheweldfumequantityofStLI60FeelectrodeandZS60Aelectrodewasdetectedbyusingtheweldfumecollectiondevice.Thefe-sultsshowthatthewholeweldingusabilityofSRJ6OFeelectrodeisgood,anditsweldfumequantityisequivalentwithZS60Ae.1ectrod
20、e.Keywords:Electrode;Weldingusability;AnalysatorHannver(编辑:房威)(上接第5页)5YuaMT,TopperaTH,DuQuesnayaDL,eta1.Theeffectofcompressivepeakstressonfatiguebehav.iourJ.InternationalJournalofFatigue,1986,8(1):915.6SilvaFS,CrackclosureinadequacyatnegativestressratiosJ.InternationalJournalofFatigue,2004,26:241252
21、.7S讧vaFS.Theimportanceofcompressivestresseson89fatiguecrackpropagationrateJ.InternationalJour-halofFatigue,2005,27:14411452.HsuTzuYin,WangZhirui.FatiguecrackinitiationatnotchrootundercompressivecyclicloadingJ.ProcediaEngineering,2010(2):91100.ElberW.FatiguecrackclosureundercyclictensionJ.Engineering
22、FractureMechanics,1970,2(1):3744.Low-cycleFatigueBehaviorofLarge-sizeDissimilarSteelWeldedTube.plateStructureXUEGang,WANGRen-fu,DENGWan-ping(LuoyangShipMaterialResearchInstitute,Luoyang471023,China)Abstract:BasedontheFEManalysisofthedistributionandvarietyofthestressandstrainsofthelarge-sizedissimila
23、rsteelweldedtube?platestructureundercyclicloading,thelocationoffatiguecrackinitiationofthisstructurewerepredicted,andlow-eytiefatiguetestwasperformedtoverifythepredictionandtostudythecrackspropagatingpaths.Theresultsindicatedthattheweldtoeslinkedtothetwosurfacesoftheplatewerethepositionswiththepeakv
24、aluesofthemaximumstressandthestressam-plitude.Theplasticdeformationsinthefirstloadingcycleintroducedthetensilecompressiverepeatedstresscycleattlleweldtoesduringthesubsequentloadingcycles.Itinducedthefatiguecracksinitiatingattheweldtoeslinkedtothetwosurfaccsoftheplaterespectively.Afterinitiatingfromt
25、heSurfaces,thecrackspropagatedalongthefusionlineswithashortdistancethenturnintothebasemetalinthesectionsve/ticaltotheSurfaces.Thedepthofthecrackinitiatingfromthecompressedsurfacewasshorterthantheonefromthetensionedsurfaee.Keywords:Tubeplatestructure;Dissimilarsteelwelding;Low-cyclefatiguebehavior(编辑:房威)