葛佳棋，湯旭祥，萬升云，鐘奎

中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇常州 213011

1 序言

當(dāng)前，熔化極氣體保護(hù)焊在軌道車輛生產(chǎn)中仍占據(jù)很高的應(yīng)用比例[1]，而在其他工業(yè)制造領(lǐng)域，熔化極氣體保護(hù)焊也是機(jī)器人自動化焊接的主要方法[2]。焊接過程中連續(xù)送絲的工作模式，可使焊接生產(chǎn)效率大大提高。

熔化極氣體保護(hù)焊焊槍前端的焊嘴包括噴嘴和導(dǎo)電嘴等重要部分，噴嘴與導(dǎo)電嘴之間絕緣，負(fù)責(zé)向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣，導(dǎo)電嘴負(fù)責(zé)將焊接電流傳遞給焊絲，并且焊絲能均勻連續(xù)地從導(dǎo)電嘴內(nèi)孔通過。不同焊接設(shè)備廠商生產(chǎn)的焊嘴結(jié)構(gòu)各有區(qū)別，焊接效果方面也存在一定差異。本文選用熔化極氣體保護(hù)焊生產(chǎn)中常用的3種不同結(jié)構(gòu)的焊嘴，在相同工藝參數(shù)下開展焊接試驗(yàn)，從焊縫成形、飛濺率、熔敷速率等方面進(jìn)行對比分析與評價，為焊接企業(yè)在選擇不同結(jié)構(gòu)焊嘴時提供一定的參考依據(jù)。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用的3種焊嘴結(jié)構(gòu)及實(shí)物分別如圖1、圖2所示，其中3種焊嘴結(jié)構(gòu)編號為A、B、C。A焊嘴中導(dǎo)電嘴通過螺紋與電極座聯(lián)接在一起，并且通過絕緣套將導(dǎo)電嘴與噴嘴絕緣；B和C焊嘴的導(dǎo)電嘴均帶有軸肩，放置在噴嘴內(nèi)孔后，導(dǎo)電嘴上端再放置電極座，電極座與噴嘴通過螺紋聯(lián)接。從圖1中可看出，3種焊嘴內(nèi)導(dǎo)電嘴至噴嘴端部的距離，以及噴嘴內(nèi)腔體積均存在明顯的不同。

圖1 3種焊嘴結(jié)構(gòu)示意

分別將3種焊嘴裝載在熔化極氣體保護(hù)焊焊槍進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊槍型號為Abicor Binzel AUT 501D，焊接電源采用林肯Powerwave SE500，搭載FANUC焊接機(jī)器人進(jìn)行自動焊。在厚度為10mm的20鋼板進(jìn)行100mm長焊縫的堆焊，焊絲使用φ1.2mm的ER70S-6，保護(hù)氣為80%Ar+20%CO2，氣體流量為18L/min。電弧電壓設(shè)置為26V，焊接速度為8mm/s，焊接時焊槍高度保持一致，在不同的焊接電流下，開展工藝試驗(yàn)。

圖2 3種焊嘴的實(shí)物

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 焊縫成形及熔深對比

3種焊嘴焊接時實(shí)際的焊接電流見表1。由于3種焊嘴的導(dǎo)電嘴至噴嘴口的距離存在不同，導(dǎo)致焊接過程中實(shí)際的焊接電流存在微小差異。隨著焊接電流的增加，焊縫的寬度和余高均逐漸增加，各焊縫成形良好，無明顯氣孔、裂紋缺陷，焊縫長度范圍內(nèi)寬度和余高無明顯波動。在各電流條件下3種焊嘴獲得的焊縫宏觀金相照片見表2，將各條焊縫的熔深進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

表1 3種焊嘴焊接時的焊接電流

表2 3種焊嘴在不同焊接電流下所得的焊縫宏觀金相

從表3中可觀察到，在小電流（145A，160A）和大電流（360A）條件下，3種焊嘴焊得的熔深比較接近，分別為1mm和5mm，在大多數(shù)電流條件下，C焊嘴可獲得最大熔深。

表3 3種焊嘴在不同焊接電流下得到的焊縫熔深

3.2 飛濺對比

焊前對試板重量進(jìn)行測量，每塊試板堆焊一道焊縫后再次測量試板重量，通過焊接持續(xù)時間和送絲速率計(jì)算消耗的焊絲重量。其中，飛濺損失的重量可通過焊前試板重量與消耗的焊絲重量之和減去焊后試板重量計(jì)算獲得。3種焊嘴在不同焊接電流下通過計(jì)算獲得的飛濺率見表4。隨著焊接電流的增加，3種焊嘴焊接時的飛濺率均逐漸增加，其中C焊嘴在大部分焊接試驗(yàn)中表現(xiàn)出最高的飛濺率。觀察C焊嘴的導(dǎo)電嘴，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)孔直徑較大，φ1.2mm焊絲穿過該導(dǎo)電嘴時，過于寬松，因此分析認(rèn)為產(chǎn)生較高飛濺是由于焊絲和導(dǎo)電嘴缺少穩(wěn)定接觸，導(dǎo)致焊接電弧不穩(wěn)定引起的[2]。另外，從3種焊嘴的剖面圖可看出，C焊嘴內(nèi)腔體積最大，在相同氣體流量的條件下，C焊嘴焊接時保護(hù)氣的出氣速度最慢，氣流不集中，對電弧的保護(hù)效果略差于其他兩種焊嘴。A焊嘴的內(nèi)腔最小，氣流集中，在相同電流條件下，A焊嘴焊接時的電弧范圍最小。

表4 3種焊嘴在不同焊接電流下的飛濺率

3.3 熔敷速率對比

通過焊前和焊后試板的重量差值與焊接持續(xù)時間相比，計(jì)算單位時間3種焊嘴焊接時的焊絲熔敷速率，結(jié)果見表5。A焊嘴與C焊嘴焊接時焊絲的熔敷速率基本一致，而B焊嘴的焊絲熔敷速率低于其他兩種焊嘴。分析其原因，B焊嘴焊接過程中實(shí)際的焊接電流值要高于其他兩種焊嘴，因此在電弧燃燒過程中，焊絲從導(dǎo)電嘴伸出至電弧之間的長度要短于其他兩種焊嘴。根據(jù)焊絲干伸長和熔敷速率之間的關(guān)系可知[3]，焊絲干伸長越短，其熔敷速率也越低。

表5 3種焊嘴在不同焊接電流下的焊絲熔敷速率

4 結(jié)束語

采用3種不同結(jié)構(gòu)的焊嘴進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)，通過對比焊縫的成形、焊縫熔深、飛濺率和熔敷速率，分析3種焊嘴的焊接性能，得出以下結(jié)論。

1）3種焊嘴焊接時，隨著焊接電流的增加，焊縫的寬度和余高均逐漸增加，焊縫成形良好，無明顯氣孔、裂紋缺陷，焊縫長度范圍內(nèi)寬度和余高無明顯波動。

2）3種焊嘴中，C焊嘴可獲得最大熔深，同時由于C焊嘴中導(dǎo)電嘴內(nèi)徑公差較大，與焊絲接觸不穩(wěn)定，因此飛濺最多。

3）A焊嘴與C焊嘴焊接時焊絲的熔敷速率基本一致，B焊嘴由于在焊接過程中焊絲干伸長最短，因此熔敷速率低于其他兩種焊嘴的焊接。