芻議振動埋弧焊工藝技術(shù)

摘 要：作為一種在焊接過程中依靠在焊件上施加振動來改善焊接性能的新工藝——振動埋弧焊，越來越受到人們的青睞，并具有誘人的應(yīng)用前景。本文主要結(jié)合工程中運(yùn)用振動埋弧焊工藝技術(shù)進(jìn)行厚板焊接的試驗(yàn)，就焊接變形、殘余應(yīng)力、熱影響區(qū)、金相等方面進(jìn)行探討分析，并提出了自己相應(yīng)的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：振動埋弧焊 焊接工藝 技術(shù)探討

中圖分類號：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0067-01

在焊接領(lǐng)域中，埋弧焊是工程中應(yīng)用最為普遍的一種自動電弧焊工藝，并能夠有效地提高焊件的焊接性能，而振動埋弧焊是在振動時(shí)效基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的焊接工藝，比傳統(tǒng)的焊接工藝技術(shù)具有更誘人的應(yīng)用前景。振動埋弧焊工藝技術(shù)主要是在正常焊接過程中，借助于外加的周期性的外力（激振力）并施加到焊件中，使焊件振動，從而達(dá)到減小熱影響區(qū)、降低焊接殘余應(yīng)力、細(xì)化組織、提高焊接質(zhì)量的目的。采用該工藝進(jìn)行焊接是，還能夠省去繁瑣的后續(xù)工作，例如省去焊后消除應(yīng)力處理，在一定程度上極大地縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。在常規(guī)焊接時(shí)，由于高溫停留時(shí)間短，加熱速度快、而后沒有經(jīng)過相應(yīng)的后續(xù)處理隨之自然冷卻，這種不均勻加熱和冷卻過程必然導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，不利于提高焊件的質(zhì)量。焊接殘余應(yīng)力不但可能本文分別做了常規(guī)埋弧焊接和振動埋弧焊接的試驗(yàn)，得到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，為最終優(yōu)化振動埋弧焊工藝技術(shù)提供可靠保障。

1 試驗(yàn)過程與方法

本次試驗(yàn)中主要是采用鋼A105做焊件，焊絲為直徑2 mm的H08MnA，試驗(yàn)板尺寸比例為450 mm×200 mm×44 mm（52 mm），焊劑為OP122，采用帶襯底U形坡口。將兩試驗(yàn)板進(jìn)行點(diǎn)焊后，背面加焊兩塊16 mm厚凹形拘束筋板，然后再安裝在試驗(yàn)平臺上。本實(shí)驗(yàn)中選用了上海東升焊接設(shè)備有限公司生產(chǎn)的焊機(jī)其型號為ZD5-1250。同時(shí)，采用直流反接以及單電源雙絲埋弧自動焊方法。試驗(yàn)采用的振動調(diào)制設(shè)備為ZH-A振動調(diào)制焊接控制儀，屬于為黑龍江海倫振動時(shí)效設(shè)備廠生產(chǎn)的，將振動加速度設(shè)定在0.6 g。用同樣的工藝參數(shù)分別進(jìn)行常規(guī)焊接和振動焊接，然后將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

2 振動對厚板變形的影響

由于本次試驗(yàn)主要考慮振動對厚板角變形、橫向收縮變形、縱向

收縮變形的影響。如下圖1為厚板試樣的橫向收縮變形曲線，圖2為厚板試樣的縱向收縮變形曲線。

由上圖一可知，試板的橫向收縮變形隨著焊振動的增大而減小，起弧點(diǎn)的距離的增大，而常規(guī)焊接的變形和隨焊振動幾乎一致。因?yàn)?，在焊接過程中焊點(diǎn)距起弧點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，所受到的力越小，焊接時(shí)受到振動的時(shí)間越短，從而其變形量就越小。由圖二可知，由于薄板的拘束比厚板小，橫坐標(biāo)的負(fù)值位于薄板，從而使得薄板的縱向收縮變形較厚板的大。此外，離起弧點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，焊接時(shí)受到振動的時(shí)間越短，使減小變形的作用就越小，這也從另一個(gè)角度說明了隨焊振動能減小變形的作用。因此，厚板和薄板上有振動時(shí)縱向收縮變形大約均只有無振動時(shí)的一半大小。

3 振動對厚板殘余應(yīng)力的影響

在焊接過程中，焊接殘余應(yīng)力應(yīng)該是盡量避免的要素，因?yàn)楹附託堄鄳?yīng)力不但可能引起工藝缺陷，而且在一定條件下將影響結(jié)構(gòu)承載能力與結(jié)構(gòu)的加工精度、尺寸穩(wěn)定性，諸如剛度。強(qiáng)度和受壓穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)主要是對常規(guī)焊接和0.6 g振動加速度焊接的鋼板進(jìn)行對比，并采用盲孔法進(jìn)行應(yīng)力測量。通過在焊接后的厚板上表面取八個(gè)點(diǎn)，將橫向和縱向兩個(gè)方向上對殘余應(yīng)力進(jìn)行比較。在焊接中，引入焊振動以后，使得厚板上下表面的拉應(yīng)力大小顯著下降，殘余應(yīng)力分布有很大的改善。因?yàn)?，在振動焊接時(shí)，振動導(dǎo)致產(chǎn)生了對熔池的攪拌作用力，有利于熔池散熱，也加快了熔池與周圍金屬的熱傳遞，從而極大地減少熱影響區(qū)，并降低焊接殘余應(yīng)力。

4 振動對厚板金相組織的影響

關(guān)于振動對厚板金相組織的影響，從常規(guī)焊接后熔合線處金相和振動焊接后熔合線處金相的情況來看。常規(guī)焊接后熔合線處金相組織的致密度不高、不夠均勻，晶粒較粗大，左側(cè)焊縫中心處存在著大量柱狀樹枝晶組織，進(jìn)而影響到整個(gè)焊件的力學(xué)性能。而引入振動后，組織變得更加均勻，晶體粒度較小，晶粒得到細(xì)化，這些組織均被擊碎，組織分布趨于均勻，力學(xué)性能也得到一定的提高。經(jīng)過分析可知，這些變化是由于焊接振動的產(chǎn)生，受機(jī)械振動激發(fā)液態(tài)金屬不斷沖刷柱狀樹枝晶的枝晶，并呈湍流狀態(tài)的根部而使其斷面不斷縮小，在這些應(yīng)力的聯(lián)合作用下，枝晶根部也易產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，同時(shí)柱狀樹枝晶在做受迫振動時(shí)，使得柱狀樹枝晶的甚至一些較細(xì)的柱狀樹枝晶折斷。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們硅焊接工藝技術(shù)提出了更高的要求與標(biāo)準(zhǔn)，使之面臨著新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。而作為當(dāng)今應(yīng)用較廣泛并具有其它焊接工藝無法比擬的優(yōu)點(diǎn)的新型焊接工藝—— 振動埋弧焊，將會在焊接領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的角色，并為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)?，采用振動埋弧焊工藝技術(shù)能夠極大地省去了焊后消應(yīng)力處理，從而縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。通過建立振動加速度、焊接熱輸入與殘余最大主應(yīng)力的相關(guān)性關(guān)系曲線，能夠得出降低殘余應(yīng)力的最佳工藝，振動加速度選取在10～15m/s2范圍內(nèi)，可獲得較低的殘余最大主應(yīng)力。此外，還能夠有效的減低焊接變形和焊接殘余應(yīng)力，并且細(xì)化了晶粒，從而提高焊接的力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱政強(qiáng)，陳立功，倪純珍.振動焊接工藝的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].焊接，2003（5）.

[2] 張國福，宋天民，尹成江，等.機(jī)械振動焊接對焊縫及熱影響區(qū)金相組織的影響[J].焊接學(xué)報(bào)，2001（3）.