【摘要】：提出了通過焊絲自轉(zhuǎn)攪動熔池進(jìn)而細(xì)化焊縫組織的MAG焊接新方法.試驗(yàn)中采集了焊接過程電信號和熔池形態(tài),分析了焊絲轉(zhuǎn)速對低碳鋼表面堆焊接頭組織特征的影響.結(jié)果表明,焊絲自轉(zhuǎn)可以增加短路過渡的頻率,使焊接過程更穩(wěn)定,熔滴過渡近似熵的計算也證明焊接過程的穩(wěn)定性可以明顯地提高.利用鎢顆粒示蹤技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)焊絲自轉(zhuǎn)能夠顯著增加熔池金屬流動性,熔池寬度隨著焊絲自轉(zhuǎn)速度的改變先變大后變小,焊縫金相組織分析也證明熔池流動性的改變可以有效細(xì)化焊縫金屬晶粒,減少聯(lián)生結(jié)晶的生成.
【圖文】：

之下，提出的焊絲自轉(zhuǎn)式MAG焊可以通過熔滴旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來促進(jìn)熔滴的過渡(焊絲末端僅微小偏心，可忽略)，另外由于焊絲的自轉(zhuǎn)運(yùn)動，使得焊接過程與熔池的流動也發(fā)生了明顯的優(yōu)化，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)．試驗(yàn)中搭建了焊絲自轉(zhuǎn)式MAG堆焊焊接試驗(yàn)系統(tǒng)，通過試驗(yàn)過程中的電信號與熔池圖像采集系統(tǒng)、鎢顆粒示蹤試驗(yàn)等手段分析焊絲自轉(zhuǎn)速度對焊接過程的穩(wěn)定性、熔池行為的影響，輔以接頭微觀組織分析，為外加能量輔助熔焊技術(shù)探索新的道路．1試驗(yàn)系統(tǒng)及焊接試驗(yàn)試驗(yàn)系統(tǒng)由自主研制的焊絲自轉(zhuǎn)式MAG焊接設(shè)備和控制系統(tǒng)組成．圖1為焊絲自轉(zhuǎn)式MAG焊焊接過程示意圖，焊絲自轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)范圍為0～600r/min．焊接過程中主要采用堆焊的方式進(jìn)行，母材為Q235鋼板，焊絲為直徑1．2mm的H08Mn2-SiA，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2混合氣體，試驗(yàn)參數(shù)見表1．圖1焊絲自轉(zhuǎn)式MAG焊接過程示意圖Fig.1SchematicdiagramofautorotatingwireMAGweld-ing表1試驗(yàn)參數(shù)Table1Testparameters焊前設(shè)定電流I/A焊前設(shè)定電壓U/V焊接速度v/(mm·s－1)氣體流量q/(L·min－1)焊絲自轉(zhuǎn)速度n/(r·min－1)200216180～600試驗(yàn)中電信號與熔池圖像采集系統(tǒng)主要包括PCI1710UL采集卡、電流傳感器、電壓傳感器、圖像采集卡、工業(yè)CCD攝像機(jī)和復(fù)合濾光器(包括中心波長610nm、半帶寬10nm的窄帶濾光片和透過率

92焊接學(xué)報第38卷為10%的中性減光片)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖2所示．試驗(yàn)中也采用熔池鎢顆粒示蹤技術(shù)來表征熔池流動性的變化，從而分析焊絲轉(zhuǎn)速對熔池流動性的影響．圖2電信號與熔池圖像采集系統(tǒng)Fig.2Acquisitionsystemofelectricsignalandpoolimage2試驗(yàn)結(jié)果分析2．1焊絲轉(zhuǎn)速對焊接過程穩(wěn)定性的影響圖3為焊絲轉(zhuǎn)速為0r/min時的電流電壓波形圖，可見焊接過程中的過渡形式主要為短路過渡和射流過渡，其中電流峰值和電壓谷值相對應(yīng)處即為短路過渡階段．圖3電流電壓波形圖Fig.3Oscillogramofcurrentandvoltage隨機(jī)選取2000個信號點(diǎn)，將它們按照電壓值做升序排列，統(tǒng)計每一個跨度為1V的電壓范圍內(nèi)采集點(diǎn)的個數(shù)，從電壓最低側(cè)開始算起，在小電壓范圍內(nèi)找出頻率首次降至0．5%以下時的電壓數(shù)值，此電壓值即為短路閥值電壓．利用上述方法最終確定短路閥值電壓為14V．為了降低誤差，每個焊絲轉(zhuǎn)速都選取10000對相對應(yīng)的電流電壓值，得出焊絲轉(zhuǎn)速對短路頻率的影響關(guān)系曲線，如圖4所示．由圖4可以看出，隨著焊絲轉(zhuǎn)速的增加，短路過渡頻率明顯增加．與0r/min條件下相比，500r/min條件下的短路過渡頻率增加約8．3%．一般來說，，短路過渡頻率常作為衡量短路過渡穩(wěn)定性的標(biāo)志，短路過渡頻率越高，焊接過程越穩(wěn)定．因此，從這一角度來講，焊絲的旋轉(zhuǎn)因提高熔滴過渡頻率而增加了焊接過程的穩(wěn)定性．圖4焊絲轉(zhuǎn)速對短路過渡頻率的影響Fig.4Influenceofrotationspeedonshortcircuitingfre-quency焊接過程穩(wěn)定性的改善還可以通過計算近似熵來證明．近似熵方法是一種統(tǒng)計學(xué)方法，它的意義在于區(qū)分與時間相關(guān)序列的繁雜程度，以表征系統(tǒng)的穩(wěn)定性［5］．試驗(yàn)采用近似熵方法對焊接電流信號進(jìn)行分析，在選擇合適的近似熵計算模型和公式后，利用MATLAB

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