刍议振动埋弧焊工艺技术

摘 要：作为一种在焊接过程中依靠在焊件上施加振动来改善焊接性能的新工艺——振动埋弧焊，越来越受到人们的青睐，并具有诱人的应用前景。本文主要结合工程中运用振动埋弧焊工艺技术进行厚板焊接的试验，就焊接变形、残余应力、热影响区、金相等方面进行探讨分析，并提出了自己相应的观点。

关键词：振动埋弧焊 焊接工艺 技术探讨

中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0067-01

在焊接领域中，埋弧焊是工程中应用最为普遍的一种自动电弧焊工艺，并能够有效地提高焊件的焊接性能，而振动埋弧焊是在振动时效基础上发展起来的一种新的焊接工艺，比传统的焊接工艺技术具有更诱人的应用前景。振动埋弧焊工艺技术主要是在正常焊接过程中，借助于外加的周期性的外力（激振力）并施加到焊件中，使焊件振动，从而达到减小热影响区、降低焊接残余应力、细化组织、提高焊接质量的目的。采用该工艺进行焊接是，还能够省去繁琐的后续工作，例如省去焊后消除应力处理，在一定程度上极大地缩短生产周期，降低生产成本。在常规焊接时，由于高温停留时间短，加热速度快、而后没有经过相应的后续处理随之自然冷却，这种不均匀加热和冷却过程必然导致焊接残余应力的产生，不利于提高焊件的质量。焊接残余应力不但可能本文分别做了常规埋弧焊接和振动埋弧焊接的试验，得到了相应的数据，并对这些试验数据进行比较分析，为最终优化振动埋弧焊工艺技术提供可靠保障。

1 试验过程与方法

本次试验中主要是采用钢A105做焊件，焊丝为直径2 mm的H08MnA，试验板尺寸比例为450 mm×200 mm×44 mm（52 mm），焊剂为OP122，采用带衬底U形坡口。将两试验板进行点焊后，背面加焊两块16 mm厚凹形拘束筋板，然后再安装在试验平台上。本实验中选用了上海东升焊接设备有限公司生产的焊机其型号为ZD5-1250。同时，采用直流反接以及单电源双丝埋弧自动焊方法。试验采用的振动调制设备为ZH-A振动调制焊接控制仪，属于为黑龙江海伦振动时效设备厂生产的，将振动加速度设定在0.6 g。用同样的工艺参数分别进行常规焊接和振动焊接，然后将试验数据进行对比分析。

2 振动对厚板变形的影响

由于本次试验主要考虑振动对厚板角变形、横向收缩变形、纵向

收缩变形的影响。如下图1为厚板试样的横向收缩变形曲线，图2为厚板试样的纵向收缩变形曲线。

由上图一可知，试板的横向收缩变形随着焊振动的增大而减小，起弧点的距离的增大，而常规焊接的变形和随焊振动几乎一致。因为，在焊接过程中焊点距起弧点的距离越远，所受到的力越小，焊接时受到振动的时间越短，从而其变形量就越小。由图二可知，由于薄板的拘束比厚板小，横坐标的负值位于薄板，从而使得薄板的纵向收缩变形较厚板的大。此外，离起弧点的距离越远，焊接时受到振动的时间越短，使减小变形的作用就越小，这也从另一个角度说明了随焊振动能减小变形的作用。因此，厚板和薄板上有振动时纵向收缩变形大约均只有无振动时的一半大小。

3 振动对厚板残余应力的影响

在焊接过程中，焊接残余应力应该是尽量避免的要素，因为焊接残余应力不但可能引起工艺缺陷，而且在一定条件下将影响结构承载能力与结构的加工精度、尺寸稳定性，诸如刚度。强度和受压稳定性。本实验主要是对常规焊接和0.6 g振动加速度焊接的钢板进行对比，并采用盲孔法进行应力测量。通过在焊接后的厚板上表面取八个点，将横向和纵向两个方向上对残余应力进行比较。在焊接中，引入焊振动以后，使得厚板上下表面的拉应力大小显著下降，残余应力分布有很大的改善。因为，在振动焊接时，振动导致产生了对熔池的搅拌作用力，有利于熔池散热，也加快了熔池与周围金属的热传递，从而极大地减少热影响区，并降低焊接残余应力。

4 振动对厚板金相组织的影响

关于振动对厚板金相组织的影响，从常规焊接后熔合线处金相和振动焊接后熔合线处金相的情况来看。常规焊接后熔合线处金相组织的致密度不高、不够均匀，晶粒较粗大，左侧焊缝中心处存在着大量柱状树枝晶组织，进而影响到整个焊件的力学性能。而引入振动后，组织变得更加均匀，晶体粒度较小，晶粒得到细化，这些组织均被击碎，组织分布趋于均匀，力学性能也得到一定的提高。经过分析可知，这些变化是由于焊接振动的产生，受机械振动激发液态金属不断冲刷柱状树枝晶的枝晶，并呈湍流状态的根部而使其断面不断缩小，在这些应力的联合作用下，枝晶根部也易产生较大的弯曲应力，同时柱状树枝晶在做受迫振动时，使得柱状树枝晶的甚至一些较细的柱状树枝晶折断。

5 结语

随着科学技术的发展，人们硅焊接工艺技术提出了更高的要求与标准，使之面临着新的挑战与机遇。而作为当今应用较广泛并具有其它焊接工艺无法比拟的优点的新型焊接工艺—— 振动埋弧焊，将会在焊接领域发挥着越来越重要的角色，并为企业带来巨大的经济效益。因为，采用振动埋弧焊工艺技术能够极大地省去了焊后消应力处理，从而缩短生产周期，降低生产成本。通过建立振动加速度、焊接热输入与残余最大主应力的相关性关系曲线，能够得出降低残余应力的最佳工艺，振动加速度选取在10～15m/s2范围内，可获得较低的残余最大主应力。此外，还能够有效的减低焊接变形和焊接残余应力，并且细化了晶粒，从而提高焊接的力学性能。

参考文献

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