馬明豪　劉一博　王建峰　孫清潔

摘? ?要：焊接過程受水介質(zhì)的影響，電弧穩(wěn)定性較差，通過引入適當(dāng)?shù)某曊駝?dòng)，可提高電弧穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析超聲復(fù)合水下焊接和普通水下濕法焊接電流電壓（U-I）圖，結(jié)合高速攝像數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超聲作用使熄弧區(qū)和短路過渡區(qū)密集程度降低，穩(wěn)定燃燒區(qū)密集程度增加，實(shí)現(xiàn)了提高水下濕法焊接電弧穩(wěn)定性的目的。根據(jù)高速攝像拍攝結(jié)果，超聲輔助水下焊接比普通水下濕法焊接熔滴過渡頻率更低，電弧形態(tài)更均勻。

關(guān)鍵詞：水下? 超聲? 穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TG456.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（b）-0109-03

1? 引言

水下濕法焊接因?yàn)樗率┕さ奶厥猸h(huán)境，電弧穩(wěn)定性較差[1]，電弧存在“穩(wěn)定燃弧區(qū)”、“熄弧區(qū)”和“短路過渡區(qū)”[2]三類。超聲振動(dòng)是一種能量傳遞的載體，超聲振動(dòng)與普通水下濕法焊接[3]相結(jié)合，通過超聲的作用減少外界波動(dòng)對(duì)電弧的影響，減小電弧偏吹和電弧熄滅率，提高焊接質(zhì)量。本文通過對(duì)超聲復(fù)合水下焊接和普通水下濕法焊接電流電壓（U-I）圖配合高速攝像進(jìn)行測(cè)試和分析，研究超聲輔助水下濕法焊接電弧特性。

2? 材料信息

本實(shí)驗(yàn)采用的板材為E40鋼板，尺寸為200mm×20mm，厚度8mm，焊材選用CHT-T81Ni2藥芯焊絲，直徑D為1.2mm。焊絲成分與母材成分的比較如表1所示。

3? 試驗(yàn)方案及結(jié)果

3.1 焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在平板進(jìn)行堆焊，控制試驗(yàn)變量，進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。保持送絲速度及焊接速度不變，焊接電壓不斷升高，每組試驗(yàn)增加4V，按照超聲復(fù)合水下濕法焊接及常規(guī)水下濕法焊接加倍試驗(yàn)。使用電弧信號(hào)采集器，記錄50s內(nèi)的電流電壓變化數(shù)據(jù)，形成U-I圖。具體的焊接工藝參數(shù)如表2所示。

3.2 電壓-電流圖分析

焊接電壓-焊接電流循環(huán)圖根據(jù)電壓電流工作點(diǎn)的分布密度可以分析電弧的燃燒情況，通過分析電弧電壓和焊接電流的波動(dòng)情況，推斷焊接電弧的穩(wěn)定性。水下濕法焊接過程，水介質(zhì)環(huán)境以及水壓的影響，電弧不穩(wěn)定，除電弧穩(wěn)定燃燒階段，還會(huì)出現(xiàn)斷弧和短路過渡現(xiàn)象。在U-I圖中的近X軸區(qū)域?yàn)槎搪愤^渡區(qū)，近Y軸頂端的區(qū)域?yàn)橄ɑ^(qū)，中間部分為穩(wěn)定燃弧區(qū)。分析三個(gè)區(qū)域工作點(diǎn)的集中程度推斷電弧穩(wěn)定的程度。

圖1～8為24V～36V的電壓電流（U-I）循環(huán)圖。分為三個(gè)區(qū)域：熄弧區(qū)、穩(wěn)定燃燒區(qū)和短路過渡區(qū)域。隨著電壓的增加，熄弧區(qū)點(diǎn)的密度降低，當(dāng)焊接電壓大于28V時(shí)，隨著焊接電壓的增加，熄弧區(qū)點(diǎn)的密度增加;穩(wěn)定燃燒區(qū)域工作點(diǎn)密集程度隨著焊接電壓的增大先越來越集中，當(dāng)焊接電壓增大到32V時(shí)，穩(wěn)定燃燒區(qū)的工作點(diǎn)的密度隨著電壓的增大越來越離散。短路過渡次數(shù)隨著焊接電壓的增加逐漸減少，當(dāng)焊接電壓大于28V時(shí)，穩(wěn)定燃燒區(qū)域工作點(diǎn)密度更集中。

3.3 熔滴過渡頻率

飛濺會(huì)影響焊接電弧的穩(wěn)定性，水下濕法焊接的飛濺與熔滴過渡到熔池時(shí)的爆破力有關(guān)。熔滴過渡頻率越低那么焊接過程的電弧穩(wěn)定性就越高。圖9為熔滴過渡頻率與焊接電壓關(guān)系曲線。隨著焊接電壓的增加熔滴過渡頻率先減小后增加，焊接電壓在28～32V區(qū)間，熔滴過渡頻率都低于4Hz，之后隨焊接電壓的增加熔滴過渡頻率增加。對(duì)比常規(guī)水下濕法焊接，超聲輔助水下濕法焊接的熔滴過渡頻率更低，當(dāng)短路過渡頻率較高時(shí)，超聲作用效果更明顯。

4? 結(jié)語(yǔ)

分析各組焊接工藝參數(shù)下，超聲復(fù)合水下焊接和普通水下濕法焊接電流電壓（U-I）圖，研究穩(wěn)定燃弧區(qū)、熄弧區(qū)和短路過渡區(qū)三個(gè)區(qū)域工作點(diǎn)密度，隨著焊接電壓的增加，電弧穩(wěn)定燃燒區(qū)域的工作點(diǎn)密集程度先增加后減少，熄弧區(qū)和短路過渡區(qū)的工作點(diǎn)密集程度先減少后增加。超聲使熄弧區(qū)和短路過渡區(qū)工作點(diǎn)密度降低，穩(wěn)定燃燒區(qū)工作點(diǎn)密度增加，水下濕法焊接電弧穩(wěn)定性增加。研究熔滴過渡過程，隨焊接電壓增加，熔滴過渡頻率顯著降低，達(dá)到一定焊接電壓后熔滴過渡頻率增加?？傮w而言，超聲復(fù)合水下焊接熔滴過渡頻率低于普通水下濕法焊接方法的熔滴過渡頻率，超聲能夠提高焊接穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張博文，李吉. 水下焊接技術(shù)在我國(guó)海洋工程中的應(yīng)用分析[J]. 船舶物資與市場(chǎng)，2020（2）：19-20.

[2] 趙琛，沈杰，李思穎.水下核電機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2019（11）：94-98.

[3] 嚴(yán)春妍，吳立超，張可召，等.水下濕法多層焊接頭顯微組織和應(yīng)力分析[J].電焊機(jī)，2019（10）：22-27.