双丝自动化焊接接头组织及性能研究

尹加干　马征征

摘要：通过采用手工焊、单丝自动焊、双丝自动焊接三种工艺，对12mm的SMA490BW板材进行焊接，对比分析三种焊接接头组织及力学性能。研究结果表明：双丝焊接头热输入小，接头组织晶粒得到细化，拉伸性能略高于其他两者，焊接效率相比提升40%。

关键词：自动化焊接;双丝;力学性能;效率

1前言

随着工业化发展和市场竞争的日益激烈，提高劳动生产率已经成为各行各业的焦点问题。双丝焊作为高效的焊接方法，是目前国际焊接研究和推广的热点之一，因其具有焊接速度高、熔敷率高、焊接质量好等优点而受到国内外焊接从业者的关注[1]。双丝自动焊接技术是相对于传统的半自动单丝焊接技术而言，它既保持了单丝焊接所拥有的优点[2]，同时还有熔敷效率高等单丝焊接所不具备的特点，既可以实现高速焊接，又可以实现高熔敷率焊接，具有高效、节能、焊接速度高、焊接熔敷率高、焊接质量好等优点[3-4]。

随着工业产能的不断提高，对焊接生产率提出了更为苛刻的要求，如何优质、高效实现部件的焊接制造，则成为了提高生产线产能进一步提升的关键。因此，本论文通过对比研究双丝自动化焊接、单丝自动化焊接、手工焊接方法，对比分析各种对接接头组织及力学性能，验证双丝自动化焊接优点。

2试验方法

2.1试验材料

本次试验材料选用JIS G 3114制造的SMA490BW，规格为12mm的板材;焊接材料选用JM-55II焊丝，直径为Φ1.2mm;保护气体选择气体成分：Ar（80%）+CO2（20%）。

2.2试验设备

采用IGM焊接机器人RTI330i进行自动焊接，焊接设备选用弗尼斯焊机TPS5000电焊机，焊接位置为平焊（PA）。

3焊接工艺及显微组织

3.1焊接工艺

分别采用手工焊、双丝焊设备双丝自动焊、单丝焊设备单丝自动焊三种工艺进行焊接，选用最优工藝参数制备3组试件，每组各3件。

双丝自动焊的打底层、填充层及盖面层热输入量较单丝焊设备单丝自动焊少约5%～10%。从能量角度来看，采用双丝焊设备进行双丝焊接是最好的。

此外，双丝焊在焊接速度方面较手工焊提高了一倍以上，故双丝焊较手工焊在效率方面提高率达到100%;较双丝设备单丝焊、单丝设备单丝焊在填充、盖面时提高了60%以上，双丝设备单丝焊、单丝设备单丝焊提高了至少40%。

3.2显微组织分析

三种焊接接头的微观金相如图3-1、3-2、3-3所示。从图中可以看出，对接接头焊缝区金相大都为先析铁素体，晶内为上贝氏体（或粒状贝氏体）、针状铁素体（侧板条状）和珠光体组织，粗晶区为上贝氏体和珠光体组织，母材为铁素体和珠光体组织。

通过对比发现，手工焊接头焊缝区组织不够均匀，双丝自动化接头晶粒组织较手工焊、单丝自动化焊接晶粒组织更细小。

4力学性能

4.1拉伸试验

三组试样拉伸试验结果显示，所有接头抗拉强度都达到了设计要求值。

通过对比分析，可知手工焊所制备接头平均抗拉强度约为539MPa，双丝焊设备双丝自动焊所制备接头平均抗拉强度约为548MPa，单丝焊设备单丝自动焊所制备接头平均抗拉强度约为541MPa。可见双丝焊接头平均抗拉强度略高于单丝自动焊，高于手工焊接。分析与焊缝热输入有关，焊缝热输入小，组织晶粒细化，拉伸强度高。

4.2弯曲试验

三组对接接头弯曲试样如图4-1所示，均满足力学性能试样。

4.3维氏硬度

三组对接接头维氏硬度检测结果显示，焊缝和热影响区（HAZ）的硬度比母材高，但均在合理范围内，最高硬度值位于焊接热影响区内，最高硬度为200HV，低于标准规定的退火状态下最高硬度值320HV。

5 结论及建议

通过对比SM490BW板材的手工焊、双丝自动焊、单丝自动焊三种接头进行了性能对比试验，得到了如下结论：

（1）SM490BW焊接头焊缝区金相大都为先析铁素体，晶内为上贝氏体（或粒状贝氏体）、针状铁素体（侧板条状）和珠光体组织，粗晶区为上贝氏体和珠光体组织，母材为铁素体和珠光体组织;双丝自动焊因热输入低，焊缝接头组织细化。

（2）各种焊接方法、焊接材料所制备的接头差异不大，其中手工焊所制备接头平均抗拉强度约为539MPa，双丝焊设备双丝自动焊所制备接头平均抗拉强度约为548MPa，单丝焊设备单丝自动焊所制备接头平均抗拉强度约为541MPa，各焊接接头弯曲性能全部合格。

（3）双丝焊设备双丝自动焊的打底层、填充层及盖面层热输入量较单丝焊设备单丝自动焊少约5%～10%。双丝焊较手工焊提高率达到100%，较双丝设备单丝焊、单丝设备单丝焊提高了至少40%。

参考文献

[1]李桓，粱秀娟，李幸呈.高效双丝MIG/MAG脉冲焊系统及工艺[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] 中国机械工程学会焊接学会.焊接结构[M].北京：机械工业出版社.2001.