0 前言
隨著焊接工業(yè)化水平的不斷提高，半自動(dòng)化、自動(dòng)化熔化極氣體保護(hù)焊(MIG／MAG)在制造業(yè)的應(yīng)用比例日益增加⋯。然而，熔化極氣體保護(hù)焊飛濺大、成形差等不足嚴(yán)重影響了其焊接質(zhì)量及進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。飛濺產(chǎn)生的原因不僅與外在因素有關(guān)，還與焊接過程中熔滴的過渡方式和焊接電弧的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系�；钚詣┑氖褂每梢杂行Ц纳迫鄣芜^渡方式、穩(wěn)定電弧、改善焊縫成形、降低飛濺等。目前，國(guó)內(nèi)活性焊接研究主要集中在TIG焊、電子束焊接、釬焊等方面，而尚未見對(duì)熔化極氣體保護(hù)焊采用活性焊接的報(bào)道，尤其是將納米活性劑應(yīng)用于熔化極氣體保護(hù)焊的研究幾乎沒有。
藥芯焊絲通過焊絲芯部熔劑在焊縫表面的鋪展可以有效改善熔化極氣體保護(hù)焊焊縫質(zhì)量，然而，藥芯焊絲的抗拉強(qiáng)度及挺度等遠(yuǎn)不及實(shí)心焊絲。而抗拉強(qiáng)度及挺度對(duì)于焊絲在焊接過程中均勻連續(xù)順暢的送進(jìn)極為重要。因此，開展活性熔化極氣體保護(hù)焊用實(shí)心焊絲的研究具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。
采用特殊的處理方法將納米活性劑擠壓在實(shí)心焊絲表面鍍銅層的孔隙中，使焊絲表面牢固地結(jié)合適量的活性元素。通過對(duì)比活性焊絲與未經(jīng)過特殊處理焊絲的工藝性，并借助焊接質(zhì)量分析儀和高速攝影儀研究活性劑對(duì)熔滴過渡形式的影響，對(duì)活性焊絲的焊接工藝性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。
1.1試驗(yàn)材料及制備
試驗(yàn)選取成分相同，僅表面處理方法不同的兩種鍍銅實(shí)心焊絲，1#焊絲經(jīng)過特殊表面處理并含有納米活性劑二氧化鈦，2#焊絲未經(jīng)過特殊處理且不含有納米活性劑。將鑫宇GHS-70焊絲生產(chǎn)所用的Ф5.0mm的鋼盤條連續(xù)經(jīng)過多次拉拔，焊絲直徑拉拔至Ф1.23mm，再將Ф1.23mm的焊絲進(jìn)行在線鍍銅，然后使其通過拋光定徑油，最終拉拔到Ф1.17mm。拋光定徑油由一定比例的植物油、動(dòng)物油及合成油混合而成，在焊絲拉拔中起到潤(rùn)滑與拋光的作用。制作1#焊絲使用的拋光定徑油含有1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的納米活性劑，2#焊絲使用的拋光定徑油則不含納米活性劑。
圖l為焊絲鍍銅后拋光定徑前的表面形貌。從圖中可以看出疏松的銅鍍層存在著大量孔隙，而且大部分孔隙大于2.5μm。圖2為活性劑顆粒掃描電鏡照片，可以看出顆粒尺寸均在30nm以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅鍍層中的孔隙，拉拔的過程中可以順利的填充在銅鍍層的孔隙中，并且達(dá)到牢固結(jié)合。焊接試板為低碳鋼Q235，尺寸為200mm×90mm×10mm。
1.2試驗(yàn)方法及設(shè)備 試驗(yàn)均采用平板堆焊方式，對(duì)1#含有適量活性劑的焊絲與2#沒有活性劑的焊絲進(jìn)行焊接工藝對(duì)比試驗(yàn)。所采用的焊接設(shè)備為OTC-500型氣保焊機(jī)及自動(dòng)焊接小車，焊接過程中，焊接機(jī)頭固定不動(dòng)，焊接試板隨著工作臺(tái)一起勻速移動(dòng)。 利用焊接質(zhì)量分析儀及高速攝影儀對(duì)這兩種焊絲的焊接電參數(shù)進(jìn)行采集，通過對(duì)這些電參數(shù)的對(duì)比分析，對(duì)焊絲的工藝性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，最終研究活性劑對(duì)焊接過程的影響。 表1為焊接試驗(yàn)的規(guī)范參數(shù)，電源極性為直流反接；高速攝像儀的拍攝速率為5000幀／秒，拍攝時(shí)間為5s；焊接分析儀的采樣時(shí)間為5s，電信號(hào)的時(shí)間分辨率為20μs，閥值電壓為10V，短路時(shí)間閥值為2ms。 2試驗(yàn)結(jié)果與分析 2.1焊絲的工藝性 在I=240 A，U=26 V焊接參數(shù)下，對(duì)1#和2#兩種焊絲進(jìn)行工藝性對(duì)比試驗(yàn)。圖3為采用兩種焊絲焊接的焊縫外觀形貌。 從圖3中可以看出，在焊縫外觀方面，加入活性劑的1#焊絲的飛濺量明顯小于未添加活性劑的2#焊絲，1#焊絲的飛濺顆粒大小顯著小于2#焊絲，1#焊絲焊縫表面的焊渣也明顯少于2#焊絲焊縫。同時(shí)，1#焊絲形成的熔池流動(dòng)性較好，故焊縫鋪展性較好，熔寬較大，余高也小于2#焊絲。 在焊接規(guī)范適應(yīng)性方面，1#焊絲較好，可以保證在較寬的規(guī)范范圍(180~280 A)內(nèi)保持電弧穩(wěn)定柔和，熔滴過渡平穩(wěn)，焊縫成形美觀，在過渡過程中很少產(chǎn)生飛濺，偶爾僅有小顆粒的飛濺。2#焊絲的焊接規(guī)范適應(yīng)性較差，只有在焊接電流240~270 A，電弧電壓在27~29V的規(guī)范范圍內(nèi)，能保證熔滴向熔池射流過渡。 2.2焊接過程的電參數(shù) 在相同的焊接規(guī)范I=240A，U=26V下，利用焊接分析儀對(duì)1#和2#焊絲焊接過程中的電參數(shù)進(jìn)行了采集。采集的電參數(shù)有電弧電壓、焊接電流。圖4 為1s時(shí)間內(nèi)所采集的電參數(shù)波形信號(hào)。 通過對(duì)圖4中的電流、電壓信號(hào)分別對(duì)比發(fā)現(xiàn)：這兩種焊絲的電參數(shù)波形都具有明顯的短路過渡特征，但短路過渡頻率不同，1#焊絲的短路過渡頻率明顯高于2#焊絲。通過統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，1#焊絲短路頻率約為42Hz，2#焊絲的短路頻率約為30 Hz，兩者相差近1/4。同時(shí)，直觀看1#焊絲的短路過程密集且均勻，很少出現(xiàn)間隔較長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)象；而2#焊絲的短路過程分散，且有相當(dāng)數(shù)量的短路間隔較長(zhǎng)時(shí)間。由于短路次數(shù)與熔滴過渡密切相關(guān)，所以短路次數(shù)在一定程度上反映了熔滴過渡的頻繁程度，從而影響熔滴顆粒的大小及飛濺顆粒的大小。熔滴過渡越頻繁、熔滴顆粒越小，焊接過程越穩(wěn)定，所產(chǎn)生的飛濺顆粒也越小。1#活性焊絲比2#普通焊絲的短路頻率較高、熔滴過渡較頻繁，所以1#焊絲的熔滴顆粒較小、飛濺顆粒較小、焊接過程較穩(wěn)定。 2.3焊接過程的熔滴過渡方式 圖5為兩種實(shí)心焊絲在I=240A，U=26V規(guī)范下熔滴過渡的高速攝影照片。從圖5a中可以看出，1#活性焊絲焊接時(shí)，熔滴尺寸細(xì)小，其末端頻繁地與熔池發(fā)生接觸短路，熔滴短路時(shí)間短，過渡頻率高，電弧穩(wěn)定燃燒。在圖5a的10張圖片中發(fā)生了2次短路。 從圖5b中可以看出，2#實(shí)心焊絲在焊接時(shí)熔滴顆粒較大，并隨著電弧的漂移而擺動(dòng)。電弧阻礙熔滴向熔池中過渡，使得熔滴不斷長(zhǎng)大，最后在重力的作用下與熔池接觸短路。在短路過渡末期發(fā)生頸縮爆炸，引起大顆粒的飛濺，降低焊接效率并惡化焊接工藝性能。 可見，在相同的焊接規(guī)范條件下，活性焊絲熔滴為細(xì)小顆粒過渡，飛濺很少。未加活性劑焊絲為大顆粒熔滴過渡，而且熔滴上撓，飛濺較大。活性焊絲的電弧范圍較大，弧根擴(kuò)展，熱量分布均勻舊。未加活性劑焊絲的焊接電弧較小，熱量集中。 活性劑有效地降低了熔滴的表面張力，所以在熔滴較小尺寸時(shí)重力即可以平衡表面張力，促使熔滴以細(xì)顆粒向熔池過渡；活性元素的電離電位較低，在溫度不算很高情況下能發(fā)生電離，產(chǎn)生帶電粒子，維持電弧燃燒。同時(shí)促使電弧收縮，電弧能量集中，熔滴以細(xì)滴狀過渡，有效減小了大顆粒飛濺。從高速攝影圖片觀察到，該種導(dǎo)電機(jī)制往往發(fā)生在短路過渡前小段時(shí)間，電弧亮度較暗是其明顯特征；活性劑能使電流電壓波形曲線擾動(dòng)減小，燃弧時(shí)間增大，熔滴過渡頻率提高，電弧擺動(dòng)幅度減小，穩(wěn)定性提高，從而使焊絲熔化系數(shù)提高，飛濺減小。 3 結(jié)論 (1)加入納米活性劑的焊絲的焊接規(guī)范適應(yīng)性好、熔池流動(dòng)性好、焊縫鋪展性好、余高低、焊縫成形美觀。在熔滴過渡過程中很少產(chǎn)生飛濺，偶爾僅有小顆粒的飛濺。 (2)加入活性劑焊絲熔滴細(xì)小、過渡平穩(wěn)、短路頻繁、電弧穩(wěn)定、飛濺小。 更多知識(shí)請(qǐng)關(guān)注河北鑫宇焊業(yè)有限公司微信公眾號(hào)： 
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