电弧焊接机器人在汽车工业的许多焊接工艺中应用普遍。各种复杂三维外形的冲压组件都经过焊接机器人焊接，对这些五金冲压件的尺寸精度请求很高。实践上，五金冲压件的尺寸精度假如达不到请求，就会形成诸如焊缝根部间隙变化和GMAW（气维护电弧焊）焊丝目的位置的变动。这些变动常常会形成错位或熔穿等焊接缺陷，增加工人修复缺陷的时间。高速焊接能够显著进步工作效率，但是，焊接速渡过快会形成咬边、焊缝凸起、焊宽缺乏等缺陷，也同样增加焊后缺陷修复时间。
这些问题多数能够经过降低焊接速度，确保足够的焊缝宽度来处理。但是，当思索效率和本钱问题时，这种处理办法就行不通了。处理高速焊接上述问题的一种办法是经过调整熔透焊缝的外形：增加焊缝宽度。焊缝宽度增大会减少焊接不连续现象，改善焊缝质量，尤为合适焊接薄板。焊接质量也能够经过进一步减少焊接熔渣完成，由于熔渣会剥离焊缝涂覆层。
为了完成这些请求，日本神户钢铁公司（Kobe Stee）开发了一种新型GMAW焊丝：SE－A50FS，焊接时能构成较宽的焊缝，产生最少的熔渣。公司还研发了多种办法来控制它的焊接熔池特性。
GMAW焊丝的应用采用新型
GMAW焊丝所制造的焊缝外形美观，熔渣少，十分合适汽车工业和电子工业上薄板（2~4mm）边角的搭接接头和T型接头的焊接。该焊丝也适用于混合气体（Ar和CO2）焊接。
新型焊丝的设计理念
焊接熔池粘度低，有利于构成宽焊缝。氧和硫都能显著地减小熔池金属的粘度和外表张力。但是，这些元素也对焊缝产生不利影响。虽然能够经过在维护气中有认识地添加氧，但添加的氧元素也会使焊接电弧冷却和收缩，形成焊接电弧不稳定。此外，氧会与带有硅、锰等亲氧的元素反响, 生成包含二氧化硅和氧化锰的熔渣排出，大量集聚在焊缝外表。这些熔渣在焊缝外表停留，会损坏焊缝外观尺寸和涂覆性能。但是，添加的氧量较少又不会明显改善焊缝成形。
另一方面，众所周知硫能增加热裂纹的敏理性，常被以为是杂质。因而，应尽量防止在GMAW焊丝中添加硫元素。事实上，传统的GMAW焊丝都没有特意添加硫。但为了更大水平地减少熔池的粘度和外表张力，经过大量研讨在GMAW添加适量的硫也是可行的。
新型焊丝的主要特性是它的含硫量约0.06％，比传统的GMAW焊丝高出好几倍。硫的添加大大减少了焊接熔渣的构成，不像添加氧气那样会增加熔渣量。硫的添加不只减小了焊缝熔池的粘度和外表张力，而且还进步了熔池的对流（马兰各尼对流），改动了熔池的性质，进而取得各种好处。
高温裂纹敏理性，通常以为是添加硫的负面影响，随后会细致描绘，通常以为是两方面要素影响：1）冶金要素，比方包括硫在内的低熔点化合物的别离和析出；2）与凝固有关的宏观形态要素。新型焊丝的设计充沛思索了这两个要素。假如焊丝只限应用于薄板，则它比传统GMAW焊丝具有更好的抗热裂敏理性。
新型焊丝的特征
◆焊缝外形采用新型焊丝焊接的焊缝平均、开阔、平整，减少了后续机加工步骤, 焊缝平滑的端部也降低了应力集中。图1显现了熔敷高度（H）与焊缝宽度（W）比值（H/W）和电弧电压之间的关系。与传统GMAW焊丝（AWS A5.18 ER70S-6，JIS YGW12）相比，任何电弧电压下，新型焊丝的H/W比值都更小。
H/W比值越小，则焊缝越宽, 焊缝高度越低。此外，采用新型焊丝焊接焊缝时，即便电弧电压高于28伏特，也不会产生咬边缺陷。而采用传统的GMAW焊丝在相同的电弧电压下会产生咬边。 当焊接三维平面工件时，比方冲压成形的汽车板件，焊接电流和电弧长度会随着传统焊丝干伸长和目的位置的变化而变化。而采用新焊丝焊接时能防止这些干扰形成的失准。平滑平均的焊缝外形也便当了机器人示教的环境设定。图2显现了焊接电流和焊缝宽度之间的关系，图示焊接速度为70~130cm /min，搭接接头，板厚1.6~3.2mm。新型焊丝与传统GMAW焊丝相比，所制造的焊缝更宽。薄板焊接的一个重要问题是由于电弧力增加形成的熔透不连续。这种不连续是由于焊接速度增加形成焊脚长度不够，进步的电流又补偿了焊脚长度形成的。拟合根部间隙也需求进步电流，电流增加又会形成1.6mm厚度以下的钢板熔穿。但新焊丝构成的焊缝较宽，能提供足够的焊脚长度，在小熔敷低电流下也可弥合根部间隙。
◆根部间隙和尺寸偏向图3显现了搭接接头焊缝外形、焊丝目的位置和根部间隙之间的关系。和传统GMAW焊丝停止比拟，新型焊丝允许的根部间隙范围更宽，即便焊丝目的位置略微有些偏向，也不会影响焊缝成形。 察看较宽根部间隙的典型搭接接头焊缝横截面上，新型焊丝构成的焊缝具有更润滑的根部，且没有咬边，熔渣生成少传统的GMAW焊丝，熔渣堆积在熔池后部，稠密分散，固化。而新型焊丝的熔渣首先在电弧左近成球形凝聚，并经过电弧拖拉，凝聚物逐步增大并凝固，最终固化在熔池后部。但只要在熔池和熔渣界面的外表张力可控时才干构成这种熔渣。图4显现了固化后的熔渣形貌。传统的GMAW焊丝，熔渣不平均分散在焊缝外表，而新型焊丝的熔渣则集中在弧坑局部，很少构成在其它区域。熔渣的生成可能汇集成土包，构成一个带有优秀焊缝外观的小区域。传统GMAW焊丝（AWS A5.18 ER70S-3或G, JIS YGW17）和新型焊丝相比，传统GMAW焊丝的熔渣面积比为1/3~1/5，相对很低。新型焊丝的熔渣构成能够经过细微的敲打移出。焊缝上假如有熔渣残留会惹起钢板生锈，影响后续的钢板镀层。镀层主要是避免焊缝生锈，而熔渣会将涂层剥离，增加生锈的风险。新型焊丝的熔渣特性能够避免这一现象发作。
◆高速可焊性图5比拟了新型焊丝和传统焊丝的焊接速度和电弧电压的应用范围。每个范围都依据不同焊接条件和不同的焊丝肯定，测定条件是短路的飞溅数（少于100次/秒）在承受范围而且没有不规则焊缝构成，比方咬边或者焊瘤等缺陷。新型焊丝可以在高速条件下停止焊接，而传统的GMAW焊丝在高速焊接条件下会构成焊瘤或过多短路。 同时，在较低焊接速度下新型焊丝具有较大的电弧电压范围。在较高电压下，新型GMAW焊丝在避免产生咬边和焊瘤方面特别有效。图示结果显现即便焊接采用较长的电弧也能构成优秀的焊缝。换句话说，新型焊丝避免了熔滴过渡的短路，将飞溅量减小到十分低的程度。图6比拟了新型焊丝和传统焊丝在150cm/min的高速焊接条件下各自构成的焊接接头外形。采用传统焊丝会在焊缝起始位置构成焊瘤，而采用新型焊丝的焊缝外形平均，未构成焊瘤。焊瘤的构成可能是由于起弧时熔融金属电流受扰惹起的，这种干扰又被高速焊接进一步增强。通常，焊瘤能够经过起弧时焊枪前倾一定的角度停止预防。既然采用新型焊丝没有焊瘤构成，这样就防止了机器人示教的复杂过程和细致的环境设定，进一步便当了控制。新型焊丝在焊缝成形方面具有很大的优势，它不只能避免产生咬边和焊瘤，而且还能避免焊缝外形凸起、焊缝宽度缺乏以及焊缝收缩，而这些缺陷在高速焊接时都存在。这种焊接优势来自新型焊丝自身的内在特性，能采用较小的熔敷金属制造较大的焊缝。 抗热裂如前所述，SE－A50FS新型焊丝中特别添加了硫（S）。通常，硫能进步热裂纹的敏理性。因而，在焊接低碳钢和490MPa高强钢时，GMAW焊丝的硫含量通常被限制在0.030％以内。构成热裂纹最主要的缘由是焊缝金属凝固过程中，低熔点相从母材金属中别离出来，在液相中构成一条固相线，而固相线不能接受热变形的拉伸应力形成的。
如前所述，两种要素会影响热裂纹敏理性：1）冶金要素；2）形态要素。冶金要素包括低熔点杂质元素，比方硫、磷和硼等，在焊缝金属凝固阶段它们会在晶界上构成固相。添加大量的碳元素能够进步γ-相的构成，低熔点元素具有较低的溶解性。至于形态要素，（P/W）外形比过大的焊缝具有更大热裂纹敏理性，其中P代表焊缝厚度，W代表焊缝宽度。从薄板和厚板各自约束力和外形系数来看，薄板具有较低的热裂纹敏理性。厚板常用加速实验法考证硫元素对热裂纹敏理性的影响。如图7所示, 具有较大的外形系数（P/W）的焊缝段度容易引发热裂纹。厚板窄剖口焊接时焊缝层连续没有中缀地构成焊缝。图8显现了裂纹率（裂纹长度/焊缝总长度）和GMAW焊丝中硫含量的关系。结果标明，GMAW焊丝中硫的含量越高，裂纹率就越高。满足上述各种性能的最小硫含量应限制在0.05％以内。假如采用传统的GMAW焊丝，这样的硫含量，通常招致裂纹的产生，裂纹率在11％~20％之间。经过各种元素对热裂纹敏理性影响的研讨发现：碳元素比硫、磷和硼热裂纹敏理性更大。因而，新型焊丝应减少碳含量，以减少热裂敏理性。但碳含量的减少会使固液共存带变窄，δ相的百分数增加，招致硫的溶解率上升。因而，新型焊丝固然具有较高的硫含量，但裂纹率较低，在0%~2％之间。商用焊丝也经过同样的方式停止了检测，结果如图8中A、B和C的显现（裂纹率4% ~11％）。如图8所示，与商用GMAW焊丝相比，新型焊丝具有较小的裂纹率。 通常，关于薄板来说，它的外形因子比值（P/W）比厚板的外形因子比值更小。因而对具有较大的外形因子（P/W）的样本特地停止了另一项实验来评价热裂敏理性。在这项测试中，管道如图9所示的位置布置。焊接后对焊缝横截面目测检查裂纹。无论是传统的GMAW焊丝，还是新型焊丝在各种测试条件下都未发现裂纹。 新型焊丝采取了适宜的措施避免热裂纹的产生。从冶金学角度看，添加的硫元素增加了焊缝的热裂纹敏理性，但减少碳元素的含量能够补偿这一点。从形态学角度说，经过将焊丝只应用在薄板单道焊中能够将外形因子（P/W）坚持在较小。 焊缝金属机械性能熔敷金属具有足够的强度，能够到达490MPa。需求留意的是采用改良的GMAW焊丝，能够焊接590MPa强度的薄板，并取得足够的接头强度。 完毕语本文主要引见了新型焊丝SE-A50FS 的设计理念和根本特性。该焊丝具有良好的焊缝成形才能，可以保证在汽车工业中薄板的焊接质量。它能大大进步焊接消费率，并降低焊接缺陷率。随着汽车工业的竞争不时加剧，对技术、效率和焊缝质量的请求变得越来越严厉，因此也进一步促进了新型焊丝的普遍应用。
|
