英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

探测两线串联埋弧焊接HSLA钢时焊接电流对焊缝质量的影响

D. V. Kiran1 , B. Basu2 , A. K. Shah2 , S. Mishra3 and A. De*1

串联双丝埋弧焊（SAW-T）涉及应用两根焊丝形成一个单一焊池，一根焊丝沿着焊缝引导另一根焊丝。在SAW-T中，焊接电流对焊缝形状和焊缝的强度起着很大作用。作者在此提出了对SAW-T工艺的实验和计算机研究，遵循中心复合可旋转设计的概念用于设计实验试验。最终的焊缝宽度和余高显示出对尾部电流的敏感性，而穿透率主要受铅电流的影响。使用有限元法进行运动尺度传热分析，计算的焊接曲线并用相应的实验数据验证。计算出的焊缝金属的凝固速度随着焊接电流的增加而下降，相应的样品焊缝针状铁素体百分数降低和较低的焊接强度。

关键词：串联埋弧焊，实验研究，焊接几何，力学性能，数值模拟

介绍

串联双丝埋弧焊（SAW-T）是能够在较高的焊接速度下具有较高的熔敷速度。与传统的单线SAW相比^[1-2]，在SAW-T中，两根焊丝是独立的通过导线连接DCEP和跟踪线到脉冲AC（同时）控制正负两者脉冲），以避免电弧爆炸.^[2-5]由于同时发生引线和引线电极线的溶解进入单一焊池，SAW-T可以提供更大的以更快的速度和减少的联合填充时总体热量输入。

但是，SAW-T优化过程参数由于存在大量独立过程变量的是非常具有挑战性的这些包括焊接速度（v），引线电流（IL），持续时间（T.T，tT）和正负峰值电流脉冲（IzT，I {T），线间距（D）电极延伸部分（EL，ET）。虽然传统的参数研究报告SAW工艺，^[6-10]类似于SAW-T的研究罕见^[11,12]近期，基于经验的方法模糊规则，^[13]灰色关联分析，¹⁴人工神经网络13,15和neurowavelet数据包方法^[15,16]也用于组织气体参数研钨弧，^[13]激光气体金属电弧（GMA）混合^[14]和GMA^[15,16]焊接工艺。虽然每一个这些研究固有地包括大量的事实，然而让人感兴趣的实验是几乎不存在的。 任何参数的影响都不是孤立的，例如焊接电流影响焊接接头属性。在某种程度上，这些研究是似乎旨在探索可行性，这些经验路线在预测焊接接头属性基于实验研究单独与大量的输入变量。与这样的经验路线相反，数值过程模型被发现更适合热传导的基本理解和结果熔焊温度场^【17】这种型号报告为常规单线GMA18-22和SAW23-27处理，不费力数字模拟两线SAW-T遇到开放文学由于SAW-T承诺有所增强沉积速率，从而提高生产率当然，提高定量知识是很重要的通过验和建模手段。作者在此作出努力去了解主要是焊接电流对焊缝的影响。在双线SAW-T过程中的联合属性，该总体动机是实行一套受控制的实现焊珠的敏感性导线和导线上的尺寸和接头强度并开发可靠的过程模拟模型利用测量结果和相应的焊接条件作为参考。这是设想的一个过程模拟模型，基于科学原理，不会对物质和过程保持特定。

表1母材和填充金属的化学成分，wt％

相似的经验方法，能够减少焊接设计过程中的时间和耗时的试错试验.¹⁷因此，焊缝焊缝样品的控制组在HSLA钢板的特殊级别制造，主要用于船舶结构在制造过程中有越来越多的沉积需求。实验条件是基于中心电容式设计方法设计的，²⁸便于减少在所需的实验总数中，特别是大量的独立过程变量。引线和电线电流对焊缝形貌和接头强度的影响进行了广泛的研究。使用商业有限元方法软件SYSWELD进行双丝串联埋弧焊工艺的三维（3D）瞬态热传递分析。计算焊缝尺寸用相应的实验结果验证。报道了焊接电流对冷却速率计算值的影响。计算的冷却速率进一步以定性方式与焊接强度相关。

试验

表1概述了底板的化学成分和填充线用于所有实验。该每个样品HSLA钢底板的尺寸确认为7806360612毫米（厚度）。三纵在每个样品板中制作凹槽（45u）槽上样品珠的横向距离相等焊缝。线间距离，导线和尾线延伸（伸出）分别保持在20,25和所有实验均为35 mm。导线总是轨道线垂直倾斜18u与焊接方向相反。表2描绘独立的过程变量及其范围被认为构建实验设计矩阵。过程变量的工作范围是决定基于大量的试验实验。决定了五十个不同的实验组合基于两级，五级，中级复合可旋转设计，附加实验极点和重点在中心点。该参数组合的总数包括25532）因子，265（510）轴向（最上和最低水平）和8个中心（0级）点。该

设计矩阵以无量纲形式构思每个变量确认为28夕〜2：3784|frac12;2| X{（XmaxzXmin）={frac12;XmaxXmin时？（1）其中Xmax，Xmin和Xi分别表示特定的最大值，最小值和编码值独立参数。 焊接尺寸和在每个实验中测量极限拉伸强度点。 测量焊缝尺寸横截面经抛光和蚀刻后2％nital解决方案。 所有焊缝均匀拉伸试样（规格长度y25mm，宽度和厚度y6mm）用于焊接接头强度的测量根据ASTM E8M，并在pc接口的Instron中进行测试3369机器的十字头速度为5 mm min21。数值模型

虽然实验结果能够相关具有最终尺寸的过程参数它们的焊接接头的机械性能法提供定量信息温度场和焊接热的演变焊池及其周边经历的循环。这是数字建模的主要动机目前工作中的SAW-T工艺。进行3D瞬态热传导分析以模拟SAW-T工艺中的能量铅和弧弧以两种形式应用单个体积热源术语为29,30：Qi〜6 | 31 = 2fiPigP | P1 = 2aibiciexp {3xa2{3y2B2{3z2C2（2）其中g指过程效率，下标对应于引线（i; L）和引线（i; T）弧。来自引线和轨迹弧的电弧功率（Pi）分别计算为PL〜VL | IL和PT〜VT | IT，其中IL，VL和IT，VT是指电流和电压对应于引导线和跟踪弧。有效线路电流，IT计算为IT〜（IzT | tžT）z（I {T |t{T）

（TžT zt{T）（3）哪里，T和I {指正负脉冲，和tžT和t{T参考相应的时间长短empi的值。

表2焊接工艺参数及其限值

图1 数值模拟的示意图解域SAW-T工艺常数，

fL和fT（在等式（2）中）被认分别为aL，bL，cL和aT，bT，cT，其在方程（2）中是固有的，并且是必需的定义体积热源的形状通过简单的分析计算估计。第一，由于铅和轨迹两者的存放量考虑到相应的电极线的估计送丝速度。沉积体积，在过多的V型槽，被认为是形成钢筋具有抛物线截面。的宽度体积热源（即bL或bT）被认为是等于估计的加固宽度。深度的热源（即cL或cT）被认为是相等的到V型槽的深度。热源的长度（即aL或aT）假设为两倍相应的宽度（即bL或bT）。这样，体积热源的几何参数为事先以独特的方式计算，即使没有任何有关最终焊接尺寸的先验知识。此外，体积热源的校准或调谐也避免了一直被认为的参数早期研究人员需要.

图1示意性地示出了解域和用户定义的方案来说明电极通过离散添加在焊池中进行金属丝金属沉积在计算领域的新一组元素考虑焊缝进行对称分析界面沿着V形槽的中间对称平面。在图1，M1，M2和M3是设想为已经存储在以前的材料时间步长，尚未沉积（即禁用的元件）并且以当前时间步长（即新近）沉积活化元件）。该时间步进和新元素的激活方案以这样的方式同步，两个分开每一组新的元素（M3）将被激活步骤对应于铅和试验的沉积电线（图1）。因此，新激活的元素对应的导线将始终遵循相同的跟踪线和后者将相同也在已经沉积的材料（M1）上（图1）。工件和电极的热物理性质材料分配给M1和M3组元素分别。指定为M2的元素被分配具有非常低的导热性值，使得与大气（绝热体）相同。该新元素（M3）在熔化时始终被激活温度（1510摄氏度）。

结果与讨论

图2a-d表示焊接宏观图沉积后的横向焊接部分导线和导线分别为两种不同焊接条件。图2a和c描绘了几乎V型槽的60-70％被沉积物填满从引线电极线。图2a和c也表示在根后的小的不完全融合铅丝沉积，无法修复充分通过轨迹线的沉积。比较的图图2a和c示出了当IL从300增加到435 A，沉积物的宽度和渗透率为增强了8〜8〜9〜9mm，7〜15〜7〜7mm分别。图的比较。图2a和b描绘了这一点来自轨迹电极线的沉积已经导致了用最终的焊珠完成焊缝的填充宽度穿透度和加固高度为16〜3,8〜6和1〜3mm。此外，比较图。图2b和d描绘了使用恒定轨迹线电流560A，铅电流从300增加到435A增强了最终的胎圈宽度，穿透力加强高度为15〜55〜16〜3mm，为8〜58〜6mm，0〜7〜1〜3mm。

图3描述了引线电流IL的影响和焊接接头尺寸上的有效跟踪电流IT。观察到胎圈宽度的最终值，渗透和加固高度得到增强10，90和21〜9％，因为IL从30增加在560A的恒定IT下达到590A。类似地，在a常数IL为435A，珠宽度和穿透率增强了44和2〜6％IT从386增加到一倍到735 A.这些结果表明更强的影响IT与电极的程度相比较线沉积和所得到的珠宽度加固高度。 IL的影响更强与IT相比，焊接池的程度渗透率，特别是IT价值较低也在图中显而易见。

图4显示了引线电流IL的影响有效跟踪电流IT对抗拉强度和在所有焊缝样品中测得的伸长率根据ASTM E8M。 在参数范围内在这里考虑，IL和IT的增加倾向于降低极限拉伸强度（UTS）并增强百分比伸长率特性。 例如，在a恒定IT为560 A，UTS从713减少到675MPa，伸长率提高从23到25，因为IL从300增加到590 A.类似地，在435A的恒定IL，UTS是IT增强后，从727降至675兆帕86〜735A。伸长率提高从22到238，IT从386增加到576 A数IL为435 A

图5描绘了所测量的比较（左）和相应的计算（右）焊池横截面。 区域加热1510uC（由红色表示）和1510和之间727uC。 5分别考虑熔融和热影响区。 图5显示珠尺寸的计算值相当好与相应的测量结果一致虽然模型无法预测缺乏在实际焊缝中显而易见的渗透。

图2 a，c通过只有铅; b，d通过引线和尾线2焊缝横截面的宏观图：IT=5560 A，t zT= 5001044 s，VL=528 V，V=T530 V，D=520 mm，EL=525 mm，ET=535 mm和S5=12225 mm s=21，IL=5300A（对于a，b）和435A（对于c，d）

图6描绘了计算出的冷却速率值在800和500uC之间（T8 / 5）三种不同的值的IT为386,560和735A，恒定IL为435A每种情况下，所描绘的值代表平均值在熔池中计算出的十一点的冷却速度如图1所示。 5（右）。 观察到冷却随着信息技术的增长，速度下降，这归因于在更大的焊接值下增加焊池容积当前。 图6还描绘了测量值针状铁素体（AF）的面积分数对应每个冷却速度。 值得注意的是每个AF区域分数也是相同测量的平均值十一点如图1所示。 5（左）在特定的焊缝横截面。 焊缝微观结构显示AF相分数降低剩余相的粗化，如晶界

铁氧体（GBF）随IT的增加而增加。 测量的AF区域

图3 引线电流（IL）和引线电流的影响（IT）焊缝宽度（W），穿透度（P）和加强度高度（H）。 上标L和T表示独占IL和IT的影响

图4 引线电流（IL）和引线电流的影响（IT）对UTS的伸长率和伸长率的影响焊缝。 上标L和T表示独占IL和IT的影响。

图5 计算和测量的焊接横截面的比较。 过程参数对应于IL5435A并且对应于图6的其余部分。

分数从79％至5％（3〜78％）降至72％〜5％（plusmn;4〜92），最后为60〜8％（plusmn;5〜32）计算出的冷却速度为11〜25℃，s21（〜64℃），7〜75uC s21（plusmn;0.03）和6〜5uC s21（plusmn;06）。焊缝金属组织之间的相似关系33并测量AF面积分数34C-Mn钢相当成分的冷却速度早些时候也有报道。两线波控埋弧焊（SAW-T）提供了显着使用的可能性较高的焊接速度本身就比较复杂控制与传统单线SAW相比处理。 目前的工作报告了一个实验和建模试图实现铅的影响焊道上电迹线流在焊道形态上和联合实力在小二线串联HSLA钢的埋弧焊工艺。 焊缝珠的形态和接合强度实现对焊接电流的变化非常敏感，特别是线路电流。 导热转移分析涉及应用两个体积热源，这是一个独特的定义方式而不需要有最终的先验知识焊接尺寸，对应于导线和轨迹焊弧。 这项研究报告显着不同于以前的一些尝试13-16哪里只有经验路线被设想为足够实现大量流程的影响焊接接头属性变量。 在这里描绘可以合理地控制一组实验的工作表明重要工艺参数的影响焊接接头属性。 随后，这些量化数据被用于开发可靠的过程模型可以预测瞬态温度场，演化的焊池和冷却速度，以及它们的可能性对联合属性的后果。

图6计算冷却速率和相应测量针状铁素体（AF）的面积分数作为IT的函数。计算冷却速率和测量的AF区域分数是图11中11个数据点的平均值。5。工艺参数IL=5435 A，t 2T= 5001044 s，VL=528 V，T=530 V，D=520 mm，EL=525 mm，ET=535 mm，S=512〜225mm s。

结论

焊接电流会影响SAW-T焊缝尺寸及其机械性能，例如拉伸强度和百分比伸长率为典型等级常用于船舶结构的HSLA钢。即 实验研究如下中央复合材料可旋转设计理念允许显着减少总数实验用大量独立输入变量不牺牲一般性的实验结果。3D传热分析也是如此，使用两个体积的新颖应用开发热源术语来解释焊弧对应于引线和跟踪电极线。该估计热源项的形状和尺寸使用关节几何和预期量电极材料沉积从铅和痕迹给定焊接电流和焊接设置的电速度。对于给

全文共9121字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[143623]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word