任軍，陳晨，佘應(yīng)堂

1．江蘇大西洋焊接材料有限責(zé)任公司 江蘇啟東 226200

2.四川大西洋焊接材料股份有限公司 四川自貢 643000

3.自貢大西洋焊絲制品有限公司 四川自貢 643000

1 序言

CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲因其具有焊接工藝性能佳、電弧穩(wěn)定、飛濺少、脫渣容易、焊縫成形美觀、全位置焊接工藝性能優(yōu)良，以及熔敷速度高等優(yōu)點(diǎn)，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化焊接，使其廣泛應(yīng)用于各種級(jí)別高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接，以及船舶、機(jī)械制造、容器、石油化工及橋梁等鋼結(jié)構(gòu)的焊接。隨著藥芯焊絲使用范圍的不斷擴(kuò)大，使用場(chǎng)景和要求不斷增多，用戶對(duì)藥芯焊絲的工藝性能不斷提出更高的要求。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過程中，客戶時(shí)常向我們反饋各個(gè)廠家焊絲的送絲性能有差距。送絲性能差的焊絲在焊接過程中容易阻塞卡斷，導(dǎo)致焊縫成形效果差，降低生產(chǎn)效率，若是出現(xiàn)在關(guān)鍵焊縫處甚至可能產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致工件損傷，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1，2]。為了對(duì)焊絲的送絲性能優(yōu)劣進(jìn)行科學(xué)且直觀的判斷，對(duì)焊接過程中影響藥芯焊絲送絲能力的4個(gè)方面（焊接電流、電弧電壓、送絲阻力與送絲速度）進(jìn)行檢測(cè)并采集數(shù)據(jù)。通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，量化判斷焊絲的送絲性能，并對(duì)不同送絲性能焊絲的合縫和表面形態(tài)進(jìn)行對(duì)比，分析藥芯焊絲送絲性能的影響因素。

2 試驗(yàn)材料與方案

藥芯焊絲分為兩種類型，即有縫型和無縫型。有縫型藥芯焊絲制造工藝有鋼帶法和盤圓法兩種；無縫型藥芯焊絲制造工藝有鋼管法和在線焊合法兩種。鋼帶法相較其他幾種制造工藝，具有生產(chǎn)技術(shù)成熟、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)，因而被眾多藥芯焊絲生產(chǎn)廠商采用。在鋼帶法工藝的實(shí)際生產(chǎn)過程中，藥芯焊絲會(huì)經(jīng)過軋制和拉拔工序[3]。由于軋輥和模具經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用后會(huì)出現(xiàn)變形和磨損，因此會(huì)導(dǎo)致藥芯焊絲的圓度、線徑偏差變大，鋼帶對(duì)接邊不平整，甚至出現(xiàn)焊絲表面劃傷現(xiàn)象，這些問題都會(huì)使藥芯焊絲送絲性能變差。為了對(duì)藥芯焊絲送絲性能進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，通過試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)藥芯焊絲在焊接過程中的焊接電流、電弧電壓、送絲阻力和送絲速度，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

試驗(yàn)中的焊接材料選用江蘇大西洋焊接材料有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱江蘇大西洋）生產(chǎn)的兩個(gè)不同批次、焊絲φ1.2mm的E71T-1C產(chǎn)品，另外選擇用戶反饋送絲良好的外資品牌φ1.2mm的E71T-1C產(chǎn)品，將焊接電流設(shè)置為220～240A，電弧電壓設(shè)置為27～29V，CO2保護(hù)氣體流量控制為15～18L/min，將焊絲伸出長(zhǎng)度控制為15～20mm，整個(gè)試驗(yàn)過程中不調(diào)整送絲輪壓緊力。E71T-1C藥芯焊絲焊接過程中的焊接電流、電弧電壓、送絲速度及送絲阻力，通過德國(guó)GEO公司生產(chǎn)的焊絲焊接測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試。如圖1所示，線盤上的焊絲被旋轉(zhuǎn)輥引導(dǎo)，以確保焊絲能準(zhǔn)確地進(jìn)入驅(qū)動(dòng)輥的溝槽。驅(qū)動(dòng)輥被安裝在懸掛的鉸接板上，焊絲向前運(yùn)動(dòng)時(shí)使鉸接板向后做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并施加一個(gè)與力傳感器的送絲力相等的壓力功率，以牛頓為單位顯示在控制箱上。

圖1 焊絲焊接測(cè)試裝置

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 送絲試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析

分別對(duì)3組E71T-1C焊絲進(jìn)行2次焊接試驗(yàn)，通過對(duì)焊接過程進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)試，顯示焊絲的送絲阻力F、焊接電流I、電弧電壓U、送絲輥前的焊絲速度s2和焊接處的焊絲速度s3。其中，焊絲1和焊絲2為江蘇大西洋生產(chǎn)的E71T-1C藥芯焊絲，焊絲3為外資品牌的E71T-1C藥芯焊絲。3組焊絲的實(shí)時(shí)焊接記錄波形如圖2～圖4所示（因版面限制，波形圖僅截取部分）。對(duì)焊接記錄波形圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，3組焊絲試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)見表1～表3。由表1～表3可知，焊絲3的實(shí)際送絲情況最好，焊絲1次之，焊絲2最差。

從圖2～圖4可看出，在焊接過程中E71T-1C藥芯焊絲的送絲阻力值在一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，不同焊絲送絲阻力的波動(dòng)幅度不同，且不同焊絲的阻力值差異巨大。在焊接電流、電弧電壓的波動(dòng)幅度不大，且基本一致的情況下，3組焊絲的送絲阻力明顯不同。送絲速度s2波動(dòng)幅度不大，送絲速度s3的波動(dòng)幅度不僅明顯大于s2的波動(dòng)幅度，而且送絲速度s3的標(biāo)準(zhǔn)差比s2大，說明焊絲在送絲輥前的速度是較為平穩(wěn)的，而焊接處的送絲速度s3波動(dòng)較大，速度不穩(wěn)定，且與觀測(cè)到的實(shí)際焊接過程中的送絲狀態(tài)表現(xiàn)一致。因此，焊接處的送絲速度s3能直觀地反應(yīng)焊絲送絲性能的優(yōu)劣。送絲阻力、焊接電流、電弧電壓、送絲速度s2和s3不僅相互關(guān)聯(lián)，而且存在對(duì)應(yīng)的關(guān)系。從圖3中焊絲2-1可明顯地看出其中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在一段焊接時(shí)間內(nèi)送絲阻力波動(dòng)增大，并且3組焊絲的焊接電流都在220～240A之間，變化不大，標(biāo)準(zhǔn)偏差相近；電弧電壓都在27～29V之間，變化不大，標(biāo)準(zhǔn)偏差相近，對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的焊接電流、電弧電壓、送絲速度s2和s3都出現(xiàn)了明顯波動(dòng)，其中送絲速度v3波動(dòng)最為劇烈。

圖2 焊絲1的實(shí)時(shí)焊接記錄波形

圖3 焊絲2的實(shí)時(shí)焊接記錄波形

圖4 焊絲3的實(shí)時(shí)焊接記錄波形

從圖2～圖4、表1～表3可看出，3組焊絲分兩次測(cè)量送絲阻力，相差不大，焊絲1兩次測(cè)試的平均阻力分別為10.330N、10.473N，焊絲2兩次測(cè)試的平均阻力分別為12.182N、11.335N，焊絲3的兩次測(cè)試的平均阻力分別為17.701N、16.553N。本次試驗(yàn)中自產(chǎn)的兩個(gè)焊絲配方相同且采用同一生產(chǎn)工藝制造，對(duì)比樣品的生產(chǎn)工藝也基本相同，而測(cè)試出來的送絲阻力存在較大差異，測(cè)試的最大送絲阻力與最小的相差7.371N，送絲阻力的波動(dòng)超過50%。3組焊絲測(cè)量的送絲速度s2為9.246～9.388m/min，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.25～0.33，說明送絲輥前的送絲速度穩(wěn)定。從表1和表3可看出，送絲速度s2和s3的極值相差不大，但是送絲速度s3波動(dòng)程度明顯大于送絲速度s2。從圖2a、圖2b和表2可看出，送絲速度s3波動(dòng)劇烈，且標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到1～1.27，送絲性能較差。本試驗(yàn)中，將3組焊絲的送絲阻力進(jìn)行對(duì)比，焊絲1最小，焊絲2居中，焊絲3最大，且3組焊絲的標(biāo)準(zhǔn)偏差也是依次增大，由此可知，送絲阻力也不能作為判斷焊絲送絲性能優(yōu)劣的依據(jù)。綜上所述，焊絲送絲阻力不能客觀評(píng)價(jià)藥芯焊絲的送絲性能，而通過測(cè)量焊接處的送絲速度s3能夠有效地評(píng)價(jià)藥芯焊絲的送絲性能。

表1 焊絲1送絲試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)

表2 焊絲2送絲試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)

表3 焊絲3送絲試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)

3.2 藥芯焊絲的合縫與焊絲表面分析

由于藥芯焊絲的送絲性能受焊絲表面質(zhì)量、焊絲合縫情況和縫口的影響較大[4，5]，所以采用放大鏡對(duì)3組焊絲截面的形狀和焊絲縫口狀態(tài)進(jìn)行觀察，如圖5所示。

圖5 焊絲縫口和焊絲截面

通過放大鏡對(duì)3組藥芯焊絲的截面和縫口進(jìn)行觀察，3組藥芯焊絲合縫處的鋼帶平整，無明顯的錯(cuò)邊，鋼帶對(duì)接情況規(guī)則，縫隙寬度大小合適，說明3組焊絲的合縫情況良好；焊接截面顯示焊絲填充藥粉均勻，鋼帶壁厚均勻，焊絲圓度良好，與樣品焊絲的合縫和封口基本無差別。由此說明，江蘇大西洋生產(chǎn)的E71T-1C藥芯焊絲的合縫和縫口質(zhì)量良好，同時(shí)證明這兩個(gè)方面不是影響E71T-1C藥芯焊絲送絲性能的主要因素。

排除焊絲合縫和縫口兩個(gè)因素，對(duì)焊絲的表面質(zhì)量進(jìn)行觀測(cè)，在相同放大倍數(shù)下拍攝照片，焊絲的表面形態(tài)如圖6所示。由圖6可看出，焊絲3的表面平整度最好，表面的的微觀劃痕少且淺，焊絲1次之，焊絲2的劃痕最重，劃痕密集且劃痕的寬度大。與測(cè)試焊絲的送絲性能結(jié)果進(jìn)行對(duì)照比較，發(fā)現(xiàn)影響E71T-1C藥芯焊絲送絲性能的主要因素是焊絲的表面質(zhì)量。

圖6 焊絲表面形態(tài)

藥芯焊絲在生產(chǎn)過程中由于軋輥、模具產(chǎn)生不均勻磨損，或藥芯焊絲成形設(shè)備和拉絲設(shè)備有抖動(dòng)時(shí)，都會(huì)對(duì)焊絲的表面質(zhì)量造成影響。因此在藥芯焊絲生產(chǎn)中，拉拔潤(rùn)滑劑充填在模具和焊絲之間，降低它們之間的摩擦系數(shù)，減小模具的磨損，使拉拔更加流暢。良好的潤(rùn)滑劑應(yīng)使焊絲在成形、拉拔過程中潤(rùn)滑良好，模具的磨損變小，且在焊絲表面附著均勻，能改善焊絲表面質(zhì)量。為了提高和保障藥芯焊絲的送絲性能，必須對(duì)藥芯焊絲生產(chǎn)過程中的軋輥、模具、設(shè)備、生產(chǎn)工藝進(jìn)行全方位的控制，才能有效地提高和保障藥芯焊絲的送絲性能。

4 結(jié)束語

通過測(cè)量3組焊絲的送絲阻力、焊接電流、電弧電壓與送絲速度，并對(duì)焊絲合縫、縫口和焊絲表面微觀狀態(tài)進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論。

1）通過測(cè)量焊絲的送絲阻力，不能客觀評(píng)價(jià)藥芯焊絲的送絲性能，而通過測(cè)量焊接處的焊絲速度波動(dòng)，可有效地評(píng)價(jià)藥芯焊絲的送絲性能，并與實(shí)際相符合。

2）焊絲表面微觀狀態(tài)是影響藥芯焊絲送絲性能的關(guān)鍵，表面平整度好、微觀劃痕少的焊絲送絲性能良好。在嚴(yán)格控制藥芯焊絲生產(chǎn)工藝，確保E71T-1C藥芯焊絲合縫情況良好，合縫縫隙大小合適，焊絲圓度良好，以及線徑符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，焊絲表面的微觀形態(tài)是影響焊絲送絲性能的關(guān)鍵因素。