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1、毕业设计（论文）外文翻译 专 业 名 称 焊接技术与工程班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 熊 震 宇2013年3月25CO2气体保护焊焊丝中微量元素对焊接飞溅的影响1 引言CO2气体保护焊接在20世纪50年代就已经发展起来了，通过改善焊接强度和耗材已发展成为主流的一种电弧焊接方法。然而，由于在焊接过程中会产生大量的飞溅，即使是现在有改善过的由程序控制的焊接，它生成的飞溅仍然是一个问题。研究焊丝成分对焊接电弧现象的影响已经报道过并表明，在二氧化碳气体保护焊在焊丝中降低碳的含量并增加钛的含量有限制短路和减少飞溅的好处。然而仍不能表示不用再减少焊接飞溅程度。作者通过高频脉冲CO2气体保
2、护电弧焊接方法也实现了减少焊接飞溅，但是，即使有该焊接方法，通过焊丝成分来减少焊接飞溅也是必不可少的。因此，本文就减少CO2气体保护焊的飞溅，调查了在焊丝中添加Ti，REM（稀土类金属），Ca和K来改变电弧模式和减少焊接飞溅。2 实验方法2.1 应用材料表1为在实验焊丝中用到的化学成分。所用到的焊丝是在市场上可买到的规定为YGW11，,12和15在JIS3312中，焊丝直径为1.2mm，每组加入微量的Ti，REM，Ca或者K到YGW11焊丝中去，表2表示的是实验中要用到的焊接钢板的化学成分。为了检查Ti在钢板中对焊接短路和飞溅的影响，在钢板表层中Ti的用0.01%，0.07%和0.14%的堆焊
3、代替标记为B1，B3，B4，用再实验中。堆焊中，两层焊接参数为，电流300A电压30V焊接速度40cm/min，Ar-5%CO2气体保护。用于堆焊的钢板厚度大约为8mm。为了舍弃那些表面状态影响了的焊材，不平坦部分被切割掉用然后再用于实验中。据推测，比起SM490，焊丝中随Si和Mn的增加，B1，B3和B4的钢板中会有大量的Si和Mn，并且Cu的含量的增加会导致镀铜金属丝表面焊缝金属的稀释。此外，O含量的增加，是由于Ar-5CO2作为保护气体中活性氧溶解在固溶体中引起的。表1焊丝中的化学成分表2堆焊层和钢板中的化学成分2.2 焊接条件表3为标准焊接条件。焊接试验的电源由晶闸管整流而成，电源特性
4、为恒压的平特性。焊接参数有电流300A，电弧电压33V，焊接速度为40cm/min。有100%的CO2作为焊接保护气体。表3标准焊接条件2.3 评价方法焊接飞溅由钢板上的飞溅物产生的量来评价，在铜制成的收集箱的内部来收集使整个飞溅散落在收集箱里，在该状态的电弧电压低于平均电压的一半水平定为短路，所以电弧在该状态的短路时间比上整个焊焊接时间即为短路时间比。所以，焊丝作为电弧特性的评价参数，测量了熔滴过渡的临界电流值成为MAG焊喷射过渡，（Ar-20%CO2保护气体，30V的焊接电压）。图1是用一个高速视频相机观测记录的电弧现象，对熔滴过渡和熔池的行为模式观察钢板形是由两个侧和从斜上方与焊接执行方
5、向。拍摄由一个高速视频摄像机，用f4-200毫米镜头，在拍摄速度为1000帧/秒和1 / 12000秒的快门速度，使用nd400滤波器。图1对于复合电弧的实验装置现象3 实验结果和推理3.1 CO2气体保护焊飞溅产生机理在CO2气体保护焊中，电弧模型之所以会成柱形是因为气体解离和二氧化碳气体的吸收反应热导致电弧收缩，使熔滴集中在底部。正是因为，相比MAG焊用的Ar气是单原子分子是主要成分，电弧底部的熔滴本身就很剧烈，CO2气保焊向上的强烈磁用力掐丝尖。导致熔滴粗大而且不稳定。特定的二氧化碳气体保护电弧焊，飞溅发生的过程中，在焊接电流为250350 A从这些现象可以大致分为两种如图2。观察图2中
6、使用的焊接电流和焊丝分别为300 A和W3这通常用于高电流CO2气体屏蔽电弧下焊接。a)显示的烈性中焊接金属在液滴和熔池期间散落在电弧中导致短路。这类情况在用较低的电弧电压时经常可见。b) 显示中的类型液滴吹向上由于电弧力，它往往具有较高的电弧电压诱导液滴发生剧烈的抖动。从上面的检查，可以推断，飞溅现象产生的影响是由很大的短路和电弧焊接造成的。图2在CO2焊接中的溅射过程3.2 Ti含量对飞溅产生的影响图3显示了电弧电压之间的关系和大量的飞溅时产生的钛含量在电极的变化。在焊接电流300A时，良好的焊接电弧电压范围为3135 V，在这整个合适的电弧电压范围，焊接飞溅量用含Ti有0.2 %的焊丝产
7、生Ti远小于与焊丝含Ti低于0.01%和0.08%。此外，在这个适当的电弧电压的范围内，随着电弧电压上升，短路的时间比和飞溅量产生表现出降低的趋势。图3在焊丝的Ti含量对飞溅的影响3.3 焊丝中REM，Ca和K的增加对飞溅的影响图4示出了电弧电压之间的关系和所示的焊接产生的飞溅量，电流为300 A时加入REM，钙，钾微量。该图中的虚线表示W3焊丝加入0.2%的Ti产生的飞溅量。当焊丝加入REM和Ca时飞溅物产生量远远大于W3焊丝，当电弧电压在31 V到7 V之间时。这种增加微量元素REM和Ca导致的飞溅的差异发生在短路时的高电弧电压区域，这是跟电弧本质有关。另一方面，当电压为29 V到33 V
8、之间时在焊丝中添加K飞溅量产生明显减小，这跟短路的本质有关。图4焊丝中微量元素对飞溅的影响3.4 短路比和飞溅产生的关系检查液滴和熔池之间短路对飞溅的影响（即飞溅发生的主要原因）。图5示出了与标准的焊接条件下的短路的时间之间的比率和飞溅发生量的关系。与含的Ti低于0.01 %焊丝相比短路比减少2.6%，Ti 0.08 %的焊丝短路比减少1.6%，Ti为0.2%的焊丝短路比减少0.8%。在焊丝中用带有Ca和REM的W5和W6焊丝，短路比会更低，即低0.3%。随着焊丝中Ca和REM的增加，当短路比减小时产生的飞溅量也减少。事实证明，这与井的报告得出的结论相同。只要焊丝限制Ti的含量，通过限制短路将
9、有效地减少飞溅，并且这推测出为什么表2（a）会限制飞溅。然而，在焊接中随着REM和Ca的添加，短路时间比会减小但飞溅并没有减少。在W3线使用的焊接中对于飞溅大于0.5毫米直径的颗粒，产生速度为1.5克/分钟，这是整个飞溅量散量的50%。同时，在焊接中随着W5、W6焊丝使用Ca和REM添加量的增加，飞溅速度增加到4.3克/分钟和5.2gmin，分别为飞溅散落全量的70%到75%这表明，减少飞溅，这不足以抑制图2（a）飞溅的生成。进一步调查的表明随焊丝的Ti含量的增加，短路时间之比降低。了解短路的发生机制，这是掌握液滴和熔池行为的关键。因此，为了展开了区分Ti含量作用在熔滴和熔池所测量的短路比与在
10、不同钢板和焊丝之间的不同Ti含量所导致的飞溅影响。所得到的结果在图6和图7中所示。当钢板中Ti含量低于0.01%时，短路比和飞溅量随Ti含量的增加而下降。另一方面，当焊丝的Ti含量高于0.01 %，在钢板的Ti含量的增加引起的短路时间比值飞溅量会增加。当焊缝金属中Ti含量的变化从两个钢丝和钢板侧，良好的相关性可以发现飞溅产生量和焊缝金属的Ti含量的关系。这表明飞溅产生的决定因素是Ti含量对熔池内而不是在熔滴。因此，观察焊接电弧低于0.01和0.04的焊缝金属，通过使用一个高速视频摄像机进行比较。从一个观察的例子如图8所示。此比较表明，当焊缝金属的Ti含量高，熔池的振动受抑制，进而距离的使液滴和
11、熔池保持，使短路不可能发生。它是假定的钛氧合性能强的氧浓度降低在熔池的诱导的表面张力的增加的表面层，进而对熔池振荡的约束，并且作为一个短路产生的阻力的结果。图5短路比和飞溅产生的关系图6在焊缝金属Ti含量和短路比的关系图7焊缝金属中Ti含量与飞溅的关系图8在焊缝金属Ti含量对电弧的影响3.5 电弧形态对飞溅的影响在CO2气保焊中，在焊丝中增加K元素会减小短路比同时也减小飞溅。相反，添加REM 和Ca表现出一种倾向，导致大量飞溅量的增加，尽管引起的短路时间比降低。图9显示CO2气保焊利用基电极导线进行，加有K的W3，加有REM的W5，W7。焊丝添加有K的CO2气保焊的电弧状态，W5，表明的趋势，
12、具有比基本焊丝更好的弧柱，W3，和熔滴过渡本身的稳定。另一方面，焊丝添加有REM的弧柱，W7，比一般的焊丝的弧柱要长，W3，和诱导熔滴方向与振动的变化。此外，还有许多案件在其中观察到的图2 b）型飞溅发生液滴本身是分散的电弧力。这表明，减少飞溅物的产生，重要的不仅是控制图2 a）类型的飞溅发生所造成的短路，而且图2 b）型由偏转电弧引起的飞溅发生和摇动的液滴。这是很难的定量评价CO2气体保护焊的电弧模式，但在MAG焊接中（的Ar- CO2的混合气体），它能够评价由传输模式的液滴变化的差异（从熔滴转移到喷射）。在MAG焊接式中（Ar-20CO2），添加的K-焊丝，W5，使之有可能焊接电流比一般丝
13、降低40 A，W3，改变传输模式喷转移，而在REM - 和Ca添加的焊丝，W6和W7，使得有必要使用的焊接电流50 A到70 A之间，分别增加，改变传输模式喷射。图10示出在MAG焊接和CO2气体保护焊中产生的飞溅物的量与用于改变传输模式的临界电流之间的关系。当MAG传输模式的临界电流下降时，CO2气体保护焊的飞溅量也下降。这表明在CO2气体保护焊是熔滴过渡稳定可以用MAG焊接中传输模式的临界电流来间接评估。然而，K，Ca和REM添加焊丝的传输模式上变化，在MAG焊接的喷射上需要进一步研究。图9添加有REM，K和不做处理的焊丝对熔滴转移的影响图10 MAG喷射转移电流和CO2气保焊飞溅的关系4
14、 结论研究了电弧状态和组成焊丝的元素对减小CO2气保焊飞溅的影响。以下是具体介绍：大部分的焊接飞溅是由于在短路和引弧时低电流产生的熔滴破碎造成的，然而也有很多飞溅是由于高电流电弧力造成的。焊丝中添加Ti可能会通过抑制晃动的熔池和短路来减小飞溅量。焊丝中添加K可能是通过稳定电弧和改善熔滴过渡来减小飞溅量。焊丝中添加REM和Ca使得电弧变长，故导致猛烈摇晃液滴以及的圆弧方向的的变化相当大，并引起飞溅量的增加。参考文献1 Agusa, K. and Yamauchi, N., Effect of minor element in base metal and shield gas. Quarterl
15、y Journal of Japan Welding Society, 1981, 50(11), 1066-1074. (in Japanese)2 Arai, T., Rokujo, M., Yamada, T. and Suga, T., Spattering in CO2 arc welding. Quarterly Journal of Japan Welding Society, 1983, 1(2), 279-284. (in Japanese)3 Kataoka, T., Ikeda, R, Sakaguchi, S., Yasuda, K. and Amano, K., De
16、velopment of ultra-low spatter CO2 arc welding method, This is a paper presented at a conference, in National Meeting of Japan Welding Society, 2002, 70, 28-29. (in Japanese)4 Yamauchi, N. and Agusa, K., A state of the report of minor element effect on the gas shielded arc welding phenomena in Japan. Quarterly Journal of Japan Welding Society, 1981, 50(11), 1051-1065. (in Japanese)
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