雙絲自動化焊接接頭組織及性能研究

尹加干　馬征征

摘要：通過采用手工焊、單絲自動焊、雙絲自動焊接三種工藝，對12mm的SMA490BW板材進行焊接，對比分析三種焊接接頭組織及力學性能。研究結果表明：雙絲焊接頭熱輸入小，接頭組織晶粒得到細化，拉伸性能略高于其他兩者，焊接效率相比提升40%。

關鍵詞：自動化焊接;雙絲;力學性能;效率

1前言

隨著工業化發展和市場競爭的日益激烈，提高勞動生產率已經成為各行各業的焦點問題。雙絲焊作為高效的焊接方法，是目前國際焊接研究和推廣的熱點之一，因其具有焊接速度高、熔敷率高、焊接質量好等優點而受到國內外焊接從業者的關注[1]。雙絲自動焊接技術是相對于傳統的半自動單絲焊接技術而言，它既保持了單絲焊接所擁有的優點[2]，同時還有熔敷效率高等單絲焊接所不具備的特點，既可以實現高速焊接，又可以實現高熔敷率焊接，具有高效、節能、焊接速度高、焊接熔敷率高、焊接質量好等優點[3-4]。

隨著工業產能的不斷提高，對焊接生產率提出了更為苛刻的要求，如何優質、高效實現部件的焊接制造，則成為了提高生產線產能進一步提升的關鍵。因此，本論文通過對比研究雙絲自動化焊接、單絲自動化焊接、手工焊接方法，對比分析各種對接接頭組織及力學性能，驗證雙絲自動化焊接優點。

2試驗方法

2.1試驗材料

本次試驗材料選用JIS G 3114制造的SMA490BW，規格為12mm的板材;焊接材料選用JM-55II焊絲，直徑為Φ1.2mm;保護氣體選擇氣體成分：Ar（80%）+CO2（20%）。

2.2試驗設備

采用IGM焊接機器人RTI330i進行自動焊接，焊接設備選用弗尼斯焊機TPS5000電焊機，焊接位置為平焊（PA）。

3焊接工藝及顯微組織

3.1焊接工藝

分別采用手工焊、雙絲焊設備雙絲自動焊、單絲焊設備單絲自動焊三種工藝進行焊接，選用最優工藝參數制備3組試件，每組各3件。

雙絲自動焊的打底層、填充層及蓋面層熱輸入量較單絲焊設備單絲自動焊少約5%～10%。從能量角度來看，采用雙絲焊設備進行雙絲焊接是最好的。

此外，雙絲焊在焊接速度方面較手工焊提高了一倍以上，故雙絲焊較手工焊在效率方面提高率達到100%;較雙絲設備單絲焊、單絲設備單絲焊在填充、蓋面時提高了60%以上，雙絲設備單絲焊、單絲設備單絲焊提高了至少40%。

3.2顯微組織分析

三種焊接接頭的微觀金相如圖3-1、3-2、3-3所示。從圖中可以看出，對接接頭焊縫區金相大都為先析鐵素體，晶內為上貝氏體（或粒狀貝氏體）、針狀鐵素體（側板條狀）和珠光體組織，粗晶區為上貝氏體和珠光體組織，母材為鐵素體和珠光體組織。

通過對比發現，手工焊接頭焊縫區組織不夠均勻，雙絲自動化接頭晶粒組織較手工焊、單絲自動化焊接晶粒組織更細小。

4力學性能

4.1拉伸試驗

三組試樣拉伸試驗結果顯示，所有接頭抗拉強度都達到了設計要求值。

通過對比分析，可知手工焊所制備接頭平均抗拉強度約為539MPa，雙絲焊設備雙絲自動焊所制備接頭平均抗拉強度約為548MPa，單絲焊設備單絲自動焊所制備接頭平均抗拉強度約為541MPa。可見雙絲焊接頭平均抗拉強度略高于單絲自動焊，高于手工焊接。分析與焊縫熱輸入有關，焊縫熱輸入小，組織晶粒細化，拉伸強度高。

4.2彎曲試驗

三組對接接頭彎曲試樣如圖4-1所示，均滿足力學性能試樣。

4.3維氏硬度

三組對接接頭維氏硬度檢測結果顯示，焊縫和熱影響區（HAZ）的硬度比母材高，但均在合理范圍內，最高硬度值位于焊接熱影響區內，最高硬度為200HV，低于標準規定的退火狀態下最高硬度值320HV。

5 結論及建議

通過對比SM490BW板材的手工焊、雙絲自動焊、單絲自動焊三種接頭進行了性能對比試驗，得到了如下結論：

（1）SM490BW焊接頭焊縫區金相大都為先析鐵素體，晶內為上貝氏體（或粒狀貝氏體）、針狀鐵素體（側板條狀）和珠光體組織，粗晶區為上貝氏體和珠光體組織，母材為鐵素體和珠光體組織;雙絲自動焊因熱輸入低，焊縫接頭組織細化。

（2）各種焊接方法、焊接材料所制備的接頭差異不大，其中手工焊所制備接頭平均抗拉強度約為539MPa，雙絲焊設備雙絲自動焊所制備接頭平均抗拉強度約為548MPa，單絲焊設備單絲自動焊所制備接頭平均抗拉強度約為541MPa，各焊接接頭彎曲性能全部合格。

（3）雙絲焊設備雙絲自動焊的打底層、填充層及蓋面層熱輸入量較單絲焊設備單絲自動焊少約5%～10%。雙絲焊較手工焊提高率達到100%，較雙絲設備單絲焊、單絲設備單絲焊提高了至少40%。

參考文獻

[1]李桓，粱秀娟，李幸呈.高效雙絲MIG/MAG脈沖焊系統及工藝[J].焊接，2005（10）：24—27.

[2]Lee W B，Hong S G.Carbide precipitation and high—temperature strength of hot-rolled high-strength，low—alloy steels containing Nb and Mo[J].Metall Mater Trans A，2002，33（6）：1689—1698.

[3]lover A G.The Influence of Cooling Rate and Composi～tion on Weld Metal Micro—structures in a C]MR and HSLA Steel[J].Welding Journal，1977，56（9）：225-2231.

[4] 中國機械工程學會焊接學會.焊接結構[M].北京：機械工業出版社.2001.