CN111805056A - 调控变极性cmt热输入的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开调控变极性CMT热输入的方法，改变参数EP/EN Balance的值，在一元化条件下，研究EP/EN Balance对铝合金热输入及接头成型的影响，对铝合金平板进行堆焊过程，可以得到表面没有缺陷，且具有金属光泽的堆焊接头。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，更加具体地说，涉及变极性CMT技术领域的CMT热输入焊接过程。
背景技术
冷金属过渡焊接技术(Cold Metal Transfer，CMT)是Fronius公司开发的一种先进的数字化一元化焊接技术，其主要优点为热输入低，焊接过程几乎无飞溅。CMT技术主要用于薄板和超薄板焊接、异种材料焊接以及低稀释率堆焊等。在2012年，该公司在直流CMT模式的基础上，研发了变极性CMT(Variable Polarity CMT，VP-CMT)焊接模式，VP-CMT是在直流CMT技术的基础上，增加了极性变换控制技术，极性变换瞬间完成，进一步的提升了CMT焊接过程的稳定性，低热输入以及无飞溅焊接，同时增强接头搭桥能力等优势。与直流CMT相比较，VP-CMT焊接过程增加一定周期的负极性过程，其焊接过程由可调正极性(Electrode Positive CMT，EP CMT)阶段和可调负极性(Electrode Negative CMT，ENCMT)阶段组成。如今，VP-CMT已被广泛应用和使用，但是对VP-CMT的研究还不完善，很少有研究报道关于EP/EN Balance参数(即一个周期内正负极比例个数)对接头形貌和热输入的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供调控变极性CMT热输入的方法，填补相关研究的空白，研究在一元化条件下，EP/EN Balance对铝合金堆焊熔滴过渡过程和热输入的影响。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
调控变极性CMT热输入的方法，在一个焊接周期内调整正负极性周期个数，以实现EP/EN Balance的调整，进行冷热交替，调控熔敷率和热输入。
而且，EP/EN Balance为-2—2。
而且，一个焊接周期内，EP/EN为-2时，正负极性周期个数分别为1个和13个；EP/EN为0时，正负极性周期个数分别为7个和7个；EP/EN为2时，正负极性周期个数分别为13个和1个。
本发明的技术方案在铝合金平板堆焊中的应用，以得到表面没有缺陷，且具有金属光泽的堆焊接头，随着EP/EN Balance增加，熔深和接触角增加，余高降低。
与现有技术相比，本发明主要弥补了通过改变参数EP/EN Balance的值，在一元化条件下，研究EP/EN Balance对铝合金热输入及接头成型的影响的空白。通过改变EP/ENBalance，可以改变正负极CMT的数量，从而调控接头热输入的范围；在变极性CMT焊接过程，包括正极阶段和负极阶段，正极阶段热输入明显高于负极阶段热输入，实现了“冷”和“热”的交替。随着EP/EN Balance增加，熔深和接触角增加，余高降低。
附图说明
图1为本发明中铝合金堆焊焊缝的形貌照片，其中1#为-2，2#为0，3#为+2。
图2为利用本发明技术方案得到的铝合金接头横截面形貌照片，其中(a)-2；(b)0；(c)2。
图3为本发明得到的铝合金接头熔深和余高的测试结果柱状图，其中1#为-2，2#为0，3#为+2。
图4为本发明技术方案的热输入的测试结果柱状图，其中1#为-2，2#为0，3#为+2。
图5为本发明中电流电压波形图，其中(a)-2；(b)0；(c)2。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明涉及的试验母材为铝合金6061，试件规格为300×150×4mm，焊丝选用ER4043。采用变极性CMT技术对4mm板厚的铝合金进行平板堆焊试验。试验设备选用CMT焊机为福尼斯公司的CMT Advanced 4000型焊机。EP/EN Balance分布取-2(一个周期内一个正极连续13个负极)，0(一个周期内连续7个正极然后连续7个负极)和2(一个周期内一个负极连续13个正极)，在一元化条件下，进行平板堆焊。
其主要实现步骤如下：
1.堆焊试验前用钢丝刷将铝板上的氧化膜去除，直到露出金属光泽，用酒精将施焊处表面各30-40mm范围内的油污和脏物清洗干净，氧化膜清除后，应在2h内施焊，以免再生成新的氧化膜；
2.设定焊接参数，送丝速度为5m/min，超声行走速度和焊枪总体行走速度均为0.3m/min，气体流量为20L/min；
3.堆焊过程，采用高速摄像机实时观察电弧形态和熔滴过渡行为，采样频率为2000fps，电弧形态采集系统示意图。
对尺寸为10mm×10mm×4mm的金相试样进行研磨和抛光，随后利用Keller试剂进行腐蚀，腐蚀时间约为1min.利用金相显微镜观察接头形貌，并测量熔深和余高。
如附图1所示，3个试样的焊缝均呈现银白色且具有金属光泽，表面光滑，鱼鳞纹分布均匀，试样2和试样3成形较好且并无飞溅产生；试样1在焊缝末端不连续，且在焊缝附近出现飞溅。如附图2所示，试样1、试样2和试样3的接触角分别为30、55和80，随着EP/ENBalance增加，接触角呈现递增趋势。如附图3所示，试样1、试样2和试样3的熔深分别为0.15mm、0.98mm和1.3mm；余高分别为4.5mm、4.3mm和3.8mm，可以看出，随着EP/EN Balance增加，接头的熔深增加，余高降低。
如图5所示，3个试样的VP-CMT焊接过程均包括EP和EN阶段。在EP阶段，焊丝为正极，电流从焊丝流向熔池。在EN阶段，焊丝是负极，电流方向与EP阶段相反，即从基板流向焊丝。电流极性转变均在短路过程完成。如图5所示，一个焊接周期内，EP/EN为-2时，正负极性周期个数分别为1个和13个；EP/EN为0时，正负极性周期个数分别为7个和7个；EP/EN为2时，正负极性周期个数分别为13个和1个。可以发现，一个焊接周期内，随着EP/EN Balance增加，正极性周期数量增加，负极性周期数量降低。在EN阶段，均出现不同程度的出现电弧“上爬”现象，导致大部分电弧能量用来熔化焊丝，增加了焊丝熔化系数，与EP阶段相比，在EN阶段，大部分的热量被用于熔化焊丝，作用于基板的热量相对较少，导致基板的熔化量降低。EN阶段为熔池和基板提供了一个相对的“冷却”过程，随着极性的转换，熔池经历了加热和冷却的循环往复过程。因此，VP-CMT可以通过调节一个焊接周期内EN和EP的数量调控熔敷率和热输入。
如图4所示，随着EP/EN Balance增加，试样1、试样2和试样3的EP和EN阶段热输入均呈现略微增加的趋势；同时可以发现，3个试样的EP阶段热输入约为260J/mm，EN阶段热输入约为150J/mm，EP阶段的热输入均明显大于EN阶段的热输入。因此，一个焊接周期内，正极性数量越多，一个焊接周期内热输入也就越大。随着EP/EN Balance增加，一个焊接周期内，EP的数量增加，在增加焊接热输入的同时，也延长了电弧作用基板时间.基板的熔化量增加，导致熔深增加；随着热输入增加，液态金属温度升高，焊缝金属的流动性和润湿能力增加，促进了液态金属在基板表面铺展.从而使得随着EP/EN Balance增加，接头的熔深增加、余高降低、接触角增加。
通过改变EP/EN Balance，可以改变正负极CMT的数量，从而调控接头热输入的范围；在变极性CMT焊接过程，包括正极阶段和负极阶段，正极阶段热输入明显高于负极阶段热输入，实现了“冷”和“热”的交替。随着EP/EN Balance增加，熔深和接触角增加，余高降低。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现本发明的技术方案，且表现出与本发明基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.调控变极性CMT热输入的方法，其特征在于，在一个焊接周期内调整正负极性周期个数，以实现EP/EN Balance的调整，进行冷热交替。
2.根据权利要求1所述的调控变极性CMT热输入的方法，其特征在于，EP/EN Balance为-2—2。
3.根据权利要求1所述的调控变极性CMT热输入的方法，其特征在于，一个焊接周期内，EP/EN为-2时，正负极性周期个数分别为1个和13个。
4.根据权利要求1所述的调控变极性CMT热输入的方法，其特征在于，一个焊接周期内，EP/EN为0时，正负极性周期个数分别为7个和7个。
5.根据权利要求1所述的调控变极性CMT热输入的方法，其特征在于，一个焊接周期内，EP/EN为2时，正负极性周期个数分别为13个和1个。
6.如权利要求1—5之一所述的调控变极性CMT热输入的方法在调控熔敷率和热输入中的应用。
7.如权利要求1—5之一所述的调控变极性CMT热输入的方法在铝合金平板堆焊中的应用，其特征在于，随着EP/EN Balance增加，熔深和接触角增加，余高降低。
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