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1、薄帶鋼的手工鎢極氬弧焊焊接試驗摘要手工鎢極氬弧焊是目前薄帶鋼連續(xù)生產(chǎn)中處理斷帶的主要手段之一,由于焊接接頭質(zhì)量較難控制,常發(fā)生焊后的二次斷帶,嚴重影響連續(xù)機組的生產(chǎn)。為測試、評價手工鎢極氬弧焊方法焊接薄帶鋼的焊接質(zhì)量,模擬現(xiàn)場焊接方法制備焊接試樣,對焊接接頭的形貌、組織、性能進行觀察、測試,探討了焊后二次斷帶的原因,為生產(chǎn)現(xiàn)場異常斷帶的的手工焊接質(zhì)量控制提供參考。關(guān)鍵詞薄帶鋼手工鎢極氬弧焊焊接接頭在薄帶鋼連續(xù)生產(chǎn)中,前后帶鋼頭尾的焊接采用自動焊接,應(yīng)用較多的是窄搭接縫焊[1~2]。斷帶是薄帶鋼連續(xù)生產(chǎn)中面臨的難題,由于斷帶位置不固
2、定,手工鎢極氬弧焊是目前生產(chǎn)中處理斷帶、實現(xiàn)帶鋼恢復(fù)連接的主要手段之一。手工鎢極氬弧焊焊接0.18~0.3mm的薄帶鋼的難度高,容易穿孔、搭接不良、波浪變形,采用斷續(xù)焊的方法也無法完全避免上述缺陷,焊縫成形、接頭質(zhì)量無法與自動窄搭接焊縫相比,焊接接頭區(qū)域再次斷帶的情況比較普遍,如何避免薄帶鋼手工焊接后的二次斷帶是生產(chǎn)上比較關(guān)注的問題。為測試、評價用手工鎢極氬弧焊方法焊接薄帶鋼的焊接質(zhì)量,模擬現(xiàn)場焊接方法制備焊接試樣,對焊接接頭的形貌、組織、性能進行觀察、測試,探討了焊后二次斷帶的原因,為生產(chǎn)現(xiàn)場異常斷帶的的手工焊接質(zhì)量控制提供參考
3、。1試驗方法帶鋼試樣的化學成分見表1。手工鎢極氬弧焊使用WSM-200脈沖弧焊電源焊接。厚度為0.181mm的薄帶鋼剪切成200mm×120mm尺寸的試板,搭接接頭焊縫高度為1~1.5mm。搭接接頭采用2種形式,第一種是單焊縫連續(xù)焊接,焊接參數(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)場相同,采用?1mmTIG-50碳鋼填充焊絲,焊接電流20~25A,焊接速度150~200mm/min;第二種是雙焊縫斷續(xù)焊接,焊接參數(shù)基本不變,焊接接頭的表面形貌如圖1。將單焊縫連續(xù)焊接試樣、雙焊縫斷續(xù)焊接試樣加工成帶雙肩的窄矩形試樣,如圖2,拉伸方向與焊縫成形方向垂直。拉伸試驗設(shè)
4、備為INSTRON5582型10噸電子拉伸試驗機。用表面拋光的Ф20mm鋼管作彎曲芯模,剪切成20mm×200mm的條狀焊接試樣繞彎曲芯模反復(fù)180°彎曲,使焊縫和熱影響區(qū)母材反復(fù)受張應(yīng)力和壓應(yīng)力,模擬生產(chǎn)線上的帶鋼連續(xù)繞各輥子反復(fù)彎曲穿帶的工況,記錄試樣開裂時的彎曲次數(shù)。金相試樣尺寸20mm×10mm,用Axiophot2顯微鏡觀察焊縫橫截面。表1帶鋼試樣的化學成分(質(zhì)量百分數(shù)%)CSiMnPSAl0.0350.0090.1930.0080.0080.05圖1雙焊縫斷續(xù)搭接焊的焊接接頭形貌a單焊縫連續(xù)焊接試樣b雙焊縫斷續(xù)焊接試樣
5、圖2焊接接頭拉伸試樣2、試驗結(jié)果分析討論2.1、拉伸結(jié)果厚度0.18mm的薄帶鋼在生產(chǎn)線上運行需承受最大約100MPa的張力。薄帶鋼焊接接頭試樣拉伸結(jié)果見表2,手工鎢極氬弧焊連續(xù)焊試樣a-1、a-2、b-1、b-2的拉伸斷口在母材熱影響區(qū)處,焊接接頭的極限強度達到413~434MPa之間;手工鎢極氬弧焊斷續(xù)焊焊接試樣c-1、c-2、d-1、d-2的拉伸斷口在母材熱影響區(qū)處,焊接接頭的極限強度達到400~419MPa之間。斷口都位于母材或熱影響區(qū)處說明該處是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。采用焊接接頭的極限強度都滿足生產(chǎn)線帶鋼的張力要求。從焊接
6、接頭外觀形貌看,薄帶鋼焊接后的試樣都有明顯波浪變形,由于采用填絲焊接,焊縫余高較高,高度1~1.5mm,因此焊接接頭在波浪變形區(qū)、焊縫余高處存在應(yīng)力集中區(qū)。應(yīng)力集中區(qū)對焊接接頭的受力分布有很大影響。采用寬板拉伸試驗,由于焊接變形引起的受力更不均勻,起始開裂位置在焊接接頭變形區(qū),如圖3。實際連續(xù)機組上手工焊接薄帶鋼時,波浪變形更加嚴重,帶鋼寬度、長度方向的急峻度偏高,局部受拉應(yīng)力的焊接熱影響區(qū)承受帶鋼寬度方向的幾乎全部張力,譬如,當帶鋼承受軋向9000N的張力,板寬1000mm方向均勻受力時的應(yīng)力為50MPa,而由于波浪變形和應(yīng)力集
7、中使板寬方向先受力的區(qū)域?qū)挾葍H100mm時,優(yōu)先受力的區(qū)域?qū)嶋H承受的應(yīng)力為500MPa,超過上述焊接接頭的極限載荷,因此,該區(qū)域成為起始開裂位置,并在穿帶過程中反復(fù)彎曲、擴展,導致斷帶。因此,焊接波浪變形是手工氬弧焊焊接薄帶鋼二次斷帶的重要原因之一。表2焊接接頭試樣拉伸結(jié)果編號厚度a(mm)寬度b(mm)極限載荷F(KN)極限強度Rm(MPa)備注a-10.181151.178434母材熱影響區(qū)處開裂a-20.181151.122413母材熱影響區(qū)處開裂b-10.181151.163428.母材熱影響區(qū)處開裂b-20.181151
8、.137419母材熱影響區(qū)處開裂c-10.181302.280419母材熱影響區(qū)處開裂c-20.181302.170400母材熱影響區(qū)處開裂d-10.181302.170400母材熱影響區(qū)處開裂d-20.181302.240413母材熱影響區(qū)處開裂