無鍍銅焊絲MAG焊接工藝性能定量化分析研究

方乃文

摘要： 以ER506N無鍍銅焊絲為研究對象，對其進行飛濺、導(dǎo)電嘴磨損、發(fā)塵、抗銹性能等工藝性能進行定量測定，利用求解標(biāo)準(zhǔn)差及相對標(biāo)準(zhǔn)差，評價無鍍銅工藝對焊接工藝性能的影響。試驗結(jié)果表明：無鍍銅焊絲具有飛濺小、焊接煙塵小、導(dǎo)電嘴磨損量小、抗銹性優(yōu)良等特點，并且該測試方法能夠?qū)o鍍銅焊絲進行客觀定量的評價。

關(guān)鍵詞： 無鍍銅焊絲； 飛濺； 導(dǎo)電嘴磨損； 抗銹性； 焊接煙塵

中圖分類號： TG422.3

Abstract： Taking the ER506N noncopper coated wire as the research object，the performances of welding spatter， tip abrasion， generating dust and rustresisting property are quantitatively determined.The influence of electroless copper process on welding performance is evaluated by solving standard deviation and relative standard deviation.The experimental results show that the noncopper coated process has the characteristics of litter spatter，

lower welding fume， less tip abrasion and excellent rustresisting property，etc. And this method can objectively evaluate the noncopper welding process.

Key words： noncopper coated wire； spatter； tip abrasion； rustresisting； welding fume

0 前言

目前，氣體保護焊焊絲通常采用表面鍍銅的工藝防止焊絲表面氧化銹蝕，但鍍銅焊絲生產(chǎn)過程中存在較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，并且在焊接過程中，銅煙霧會對焊工的身體造成傷害；而無鍍銅焊絲在使用過程中，焊工可避免吸入銅煙霧而造成身體傷害，并且減少了鍍銅工序，可以降低生產(chǎn)成本、減輕對環(huán)境的污染。

送絲性能也是許多鍍銅焊絲的一個弱點。在焊接過程中，焊絲表面銅屑會脫落，堆積起來從而導(dǎo)致送絲異常和停工。為了避免這個問題，20世紀(jì)80～90年代，許多焊材供應(yīng)商推出無鍍銅焊絲，然而由于種種原因，沒有被市場接受，例如易銹蝕、導(dǎo)電嘴磨損嚴(yán)重等[1]。經(jīng)過多年的發(fā)展進步，如今的無鍍銅焊絲生產(chǎn)工藝已基本趨于成熟。

基于對無鍍銅焊絲的焊接工藝及電弧特性進行大量測試，并對測試結(jié)果進行解標(biāo)準(zhǔn)差及相對標(biāo)準(zhǔn)差并對其工藝性能進行分析，結(jié)果表明無鍍銅焊絲在抗銹性、飛濺率、煙塵量、導(dǎo)電嘴磨損方面均具有較優(yōu)異的性能。

1 試驗材料及焊接工藝參數(shù)

1.1 試驗材料

試驗用ER506N無鍍銅焊絲，焊絲直徑為1.2 mm，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2。

1.2 焊接設(shè)備及焊接工藝參數(shù)

試驗用焊接設(shè)備采用TransPuls Synergic 4000 Fronius 型數(shù)字化焊機，配合焊接機器人使用。焊接工藝參數(shù)見表3。試驗方法參照團體標(biāo)準(zhǔn)T/CWA 0001—2016[2]及國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25776—2010[3]。

2 焊接工藝性試驗

2.1 飛濺率試驗

將尺寸為300 mm×50 mm×20 mm的低碳鋼板放置在厚度大于3 mm的紫銅板上，在紫銅板上放置一個用約1 mm厚的紫銅薄板圍成的高400 mm的圓筒，其周長為1 500～2 000 mm，以防止飛濺物散失。試驗在圓筒內(nèi)進行，在試板上焊接三道，每道長280 mm，兩個焊道相距10 mm以上，焊接過程中焊槍應(yīng)盡量不擺動。焊前稱量焊絲質(zhì)量，焊后再稱量焊絲質(zhì)量、飛濺物質(zhì)量，稱量精確至0.01 g，按公式（1）計算飛濺率。

2.2 導(dǎo)電嘴磨損試驗

試驗選用鉻鋯銅材質(zhì)的導(dǎo)電嘴；試驗在兩塊尺寸為300 mm×200 mm×20 mm低碳鋼板上進行，在每塊試板上焊接十道，每道長280 mm，焊接過程中焊槍應(yīng)盡量不擺動。

焊前稱量導(dǎo)電嘴重量，焊后再稱量導(dǎo)電嘴重量，稱量精確至0.01 g，按公式（2）計算導(dǎo)電嘴磨損率。

2.3 發(fā)塵量試驗

焊接發(fā)塵量試驗采用抽氣捕集法進行。試驗裝置為一個直徑約為500 mm，高約600 mm，體積約為0.12 m3的半封閉容器，其示意圖見圖1。

試板尺寸為300 mm×200 mm×20 mm。每組試驗焊接三道，每道長280mm，兩個焊道間距10 mm以上， 試驗前稱量焊絲質(zhì)量，精確至0.1 g。將三張慢速定量濾紙及裝有約5 g脫脂棉的紙袋同時放入干燥皿中干燥2 h以上，然后分別迅速用1/10 000分析天平稱量質(zhì)量。試驗前擦凈測塵裝置的筒體和大小錐體的內(nèi)壁，然后用吹風(fēng)機吹干。

將試板及焊槍放在筒體內(nèi)，然后將一張濾紙放在小錐體開口處的銅網(wǎng)下面并緊固大小錐體。接通冷卻水，開動真空泵，打開二通活塞，抽氣量調(diào)節(jié)到5 m3/h，觀察U型水壓計的水壓差是否正常，筒體內(nèi)應(yīng)為負壓，然后進行施焊。焊接過程中，焊槍應(yīng)盡量不擺動。停焊后繼續(xù)抽氣5 min，關(guān)閉二通活塞，打開小錐體取下集塵濾紙折疊后單獨放在小紙袋中保存。用稱過質(zhì)量的少量脫脂棉擦凈小錐體內(nèi)壁的塵，將帶塵的棉花放回原處。重復(fù)上述操作，焊完三道后打開小錐體帽，用剩余的脫脂棉擦凈大筒體和大小錐體內(nèi)壁上的塵，將帶塵的棉花放回原處。為了避免混入飛濺顆粒，大筒體下部180 mm處以下不擦。endprint

將帶塵脫脂棉及濾紙一同放入干燥皿中，干燥時間與稱量原始質(zhì)量前的干燥時間相同，然后進行第二次稱重，并稱量焊后焊絲的重量。按公式（3）計算焊接發(fā)塵量。

2.4 抗銹性試驗

將焊絲盤最外層焊絲放掉后放置在工作倉尺寸為350 mm×400 mm×500 mm的恒溫恒濕箱中，將其工作環(huán)境設(shè)置為溫度（45±1）℃，相對濕度（85±1）%，工作時間設(shè)置為72 h；在恒溫恒濕箱工作倉中，焊絲應(yīng)放置在非金屬托盤上，以隔絕由于緩霜在工作倉底部形成的水，并避免焊絲直接接觸安置在工作倉上方的水蒸氣釋放口，72 h后觀察最外層焊絲銹蝕部分面積占最外層焊絲總面積的比例即銹蝕率G（%）。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 飛濺率試驗結(jié)果及分析

表4及圖2a列出了飛濺率試驗結(jié)果：無鍍銅焊絲飛濺率穩(wěn)定，均沒超過5%。無鍍銅焊絲在焊接過程中，熔滴更為細小，大顆粒飛濺也少。焊絲由于無鍍銅，氧易于浸入熔滴，使熔滴表面張力減小。而由于焊接電弧穩(wěn)定及熔滴細小，熔滴過渡也更為規(guī)則，大顆粒飛濺將急劇減少。通過高速攝像觀察表明，無鍍銅焊絲熔滴過渡頻率高、規(guī)則性好，且熔滴細小，無鍍銅焊絲端頭上脫離的熔滴直徑更小，這也正是飛濺減少的原因。

3.2 導(dǎo)電嘴磨損試驗結(jié)果及分析

表4及圖2b列出了導(dǎo)電嘴磨損率試

驗結(jié)果，可以看出，導(dǎo)電嘴磨損量較小，這是由于無鍍銅焊絲表面沒有鍍銅層，從而減少了導(dǎo)電嘴與鍍銅層之間的摩擦。同時也沒有銅屑的堵塞，保證了送絲過程的穩(wěn)定性。

3.3 發(fā)塵量試驗結(jié)果及分析

表4及圖2c列出了發(fā)塵量試驗結(jié)果，試驗結(jié)果離散型很小，趨于集中。實心焊絲焊接煙塵中主要物質(zhì)是金屬氧化物和金屬蒸氣，焊接過程中的煙霧大多數(shù)來自于填充金屬，因此焊絲表面鍍的銅不可避免在焊接過程中的形成焊接煙塵，成為煙塵中的主要且有毒物質(zhì)。

3.4 抗銹性試驗結(jié)果及分析

表4及圖2d列出了抗銹性試驗結(jié)果，試驗結(jié)果同樣離散型很小，均在40%左右。實心焊絲表面鍍銅主要是為了防銹，但在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)鍍銅焊絲的防銹性能并不理想。經(jīng)仔細觀察常?？吹藉冦~焊絲腐蝕是從鍍銅層下的鐵基表面首先開始的，在外部鍍銅層形成的點狀銹斑下早已有更大的銹斑。造成這種情況的根本原因在于鍍銅層不僅不能防止鐵基焊絲發(fā)生電化學(xué)腐蝕，反而會加劇這種趨勢。Cu（Cu2+/Cu）的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為0.337 V，而Fe的（Fe2+/Fe）的電極電位為-0.440 2 V，前者比后者高0.777 2 V，一旦發(fā)生電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)e反而會優(yōu)先腐蝕。因此表面鍍銅僅僅相當(dāng)于一種機械保護層，只有在焊絲表面致密無孔的條件下才能達到防銹目的。

4 結(jié)論

（1）無鍍銅焊絲具有焊接飛濺率低、焊接煙塵小且無銅煙塵、導(dǎo)電嘴磨損率小、抗銹性優(yōu)異等優(yōu)點，且無鍍銅焊絲生產(chǎn)過程無鍍銅工序，減輕對環(huán)境的污染。

（2） 經(jīng)過對無鍍銅焊絲的焊接工藝評價測試方法的試驗驗證，該方法可以應(yīng)用到對無鍍銅焊絲焊接工藝性的測試。

參考文獻

[1] Frant Tessin Bruno Schwarz 無鍍銅焊絲引領(lǐng)未來的焊接技術(shù)[C].鋼結(jié)構(gòu)焊接國際論壇，2006：105-109

[2] 中國焊接協(xié)會.無鍍銅焊絲：第3部分：分類和型號：T/CWA 0001—2016[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016：12.

[3] 全國焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. 焊接材料焊接工藝性能評定方法：第3部分：評定方法：GB/T 25776—2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011：6.endprint