高强钢旋转电弧窄间隙焊工艺试验研究(2)
窄间隙焊接（NGW）技术在保留传统焊接方法优点的同时，能较理想地克服了上述缺点，在进行厚板焊接时具有明显优势。窄间隙焊接能够使焊缝横截面积大大减少，节约大量焊接材料，显著提高焊接生产效率，减少焊接残余变形及焊接残余应力，较高的熔池冷却速度和较低的线能量使焊缝组织相对细小，加上焊接热影响区的塑、韧性损伤降低，使接头的缺口韧性显著提高[ ]。由于焊接线能量小，可用于高强钢、细晶粒钢的焊接[ ]。在日本焊接界，甚至将窄间隙焊和激光焊并称为21世纪最适合于厚板焊接的两种方法[ ]。
日本、美国等工业发达国家焊接结构制造的实践证明，窄间隙熔化极气体保护焊接（NG-GMAW）是提高生产效率和焊接质量的有效的焊接方法之一，最适合于实际焊接生产[ ]。NG-GMAW的一个关键性难题是保证侧壁熔合，围绕这一难题国内外开发了多种具体方法，其中弯曲焊丝（电弧摆动）、高速旋转电弧和双丝方法是应用最多的3种方法。旋转电弧焊接工艺可以扩大电弧作用区域，明显改善焊缝侧壁熔透，还能提高焊丝熔化速度，促进熔滴过渡，提高熔化效率[ - ]。旋转电弧NG-GMAW技术最早出现在窄间隙厚板平焊工艺中，该技术开发的目的是解决窄间隙平焊时侧壁熔合不良以及根部未熔合等缺陷，现已经得到了广泛的应用。
1.2 旋转电弧NG-GMAW焊接的研究现状
1.3 高强钢的焊接研究现状
1.4 课题的研究内容和意义
本课题基于厚板装甲防护材料的焊接对高质量、高效率、低成本的要求而展开研究，进行675装甲钢旋转电弧窄间隙MAG焊接工艺试验，对旋转电弧NG-MAG在厚板高强钢结构件制造中的推广应用提供一定的理论意义和工程应用价值。
（1）分析试验研究旋转电弧窄间隙MAG焊的原理、方法及焊机设备。
（2）采用30mm675装甲钢进行高速旋转电弧窄间隙MAG焊接工艺试验，研究旋转电弧对焊接稳定性、焊缝成形的影响规律。
（3）研究675装甲钢旋转电弧NG-MAG焊接接头的微观组织及力学性能，揭示其影响规律，得到优质的焊接接头。
2 试验内容和研究方法
2.1 旋转电弧NG-MAG试验系统
本课题所采用的旋转电弧窄间隙熔化极气体保护焊接系统由焊机、焊炬、行走小车、旋转电弧控制器和其他气电辅助设备组成，如图2 1所示。焊丝通过送丝机构的四滚轮驱动装置，经过送丝软管，穿过焊炬的电机空心轴后从导电嘴偏心孔送出。保护气体由旋转电弧窄间隙焊接控制器控制，实现提前送气和滞后停气。焊接操作方式为自动气体保护焊，正常焊接时工件固定，焊炬通过行走小车沿直线行走。
A—送丝机构；B —焊炬；C—焊接小车；D —控制器；E— 焊机；F—气路系统
图2 1 旋转电弧窄间隙焊接系统
2.1.1 焊接电源和送丝系统
旋转电弧NG-MAG选用Fronius TPS 4000数字化脉冲MIG/MAG焊机。该焊机包括焊接电源和送丝系统。焊机性能参数见表2 1。对于气体保护焊，主要采用恒压外特性，利用电源自身的调节作用，能自动保持弧长稳定。TPS 4000型数字化焊机极大的柔性控制功能和智能化控制方法，能很好的满足NG-MAG需要。焊机采用回抽引弧，可以在基本无飞溅情况下达到可靠的一次引燃电弧。
表2 1 Fronius TPS 4000数字化脉冲MIG/MAG焊机性能参数[ ]
主电压 3×400±15%V
焊接电流范围 MIG/MAG 3~400A
TIG 3~400A
MMA 10~400A
工作电压 MIG/MAG 14.2~34.0V
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