求热处理工艺 图 双电极石墨型堆焊焊条及单弧焊工艺研究
摘要：介绍了双电极焊条单弧焊工艺，研究了双电极石墨型堆焊焊条。由于石墨型焊条药皮中含有大量的石墨与合金元素，焊条药皮具有导电性，在对石墨型双电极焊条施加电压时，焊条易被击穿。因此，重点研究了双电极之间电阻及焊芯间距对双电极焊条电弧形态、电弧电压及对焊缝成形的影响。试验采用云母片作绝缘剂，用水玻璃粘接。试验结果表明，对于药皮重量系数为58.7%的#2×φ4 mm石墨型双电极焊条，在两芯间距为1.4-1.7mm，焊接电流为180~220A的工艺条件下进行焊接，焊缝成形、力学性能较好。
关键词：石墨型双电极堆焊焊条；单弧焊；两芯间距；绝缘剂
多年来，各国的焊接工作者致力于堆焊焊接的研究，并取得了很大进展。像焊条电弧焊的多条焊、三相焊；埋弧焊、气体保护焊中的双丝焊，都可以不同程度地提高焊接生产率。这些方法，都是工件接电源的一极，焊条接另一极，电弧在焊条与工件之间进行燃烧。这使焊接节能、提高熔敷效率、降低稀释率、改善热影响区的性能等受到一定制约。而双电极单弧堆焊焊条焊接工艺是另一种高效节能的电弧焊方法，具有被焊工件不接电源、工件上不存在活性斑点区、熔合比小等特点，其熔敷速度高、消耗电能低，在堆焊领域有广泛的应用前景。
1 双极焊条单弧焊的基本原理
双电极单弧电弧焊工作原理如图1所示。双芯单弧电弧焊中，工件不接电源，焊条的两焊芯分别接电源的两极。电弧在两焊芯之间燃烧，形成单一电弧。电弧可以在空间的任何位置引燃和燃烧。焊接过程中对母材加热的热量主要来自熔滴和电弧，由于焊条与工件之间的距离可以在一定空间内调节，因此电弧对母材的热输入可以在一定的范围内调节，以获得不同熔合比的焊缝。熔合比较小的焊缝，工件的焊接变形和应力较小。由于电源的输出功率主要用来加热、熔化焊条，因此可以达到提高焊接生产率的目的。
由于单芯电弧焊工件作为电源的一极，必然存在活性斑点区、热量集中、局部温度很高，熔化母材较多形成熔合比大的熔池，消耗电能多。双电极焊条单弧焊则是利用焊条双电极端部产生熔滴热和电弧热，将工件熔化而进行焊接的。对母材热输入除调节焊接电流、焊接速度外，还可调节焊条离工件之间的距离。由于母材熔化量少，降低了熔合比，从而减小焊接变形和焊接应力。
2 试验材料与方法
试验所用的双电极单弧堆焊焊条的外观如图2所示。双电极单弧堆焊焊条是使用特制的模子先压住半边焊条，再粘合成电极焊条，两焊芯之间相互平行且绝缘。焊接时，用特制的焊钳夹持两焊芯端部，焊钳两钳口分别与电源的两极连接。试验所用焊条药皮类型为石墨型，焊芯材质为H08A，规格为φ4.0mm×400mm，两焊芯间距1.2~2.5mm，焊条药皮质量系数为58.7%。
因为石墨型药皮含有大量的石墨和合金元素，药皮具有较强的导电性，所以解决双芯间的绝缘问题是研究的重点之一。试验是用云母片作绝缘剂!用水玻璃做粘接剂。双电极焊条中作绝缘剂和粘接剂的云母与水玻璃质量比为1:0.36， 其厚度控制在0.5~2mm之间。粘接后室温晾干，然后再300℃烘干1h。双芯之间电阻要达到绝缘要求。
采用在平板上堆焊的方法研究焊条工艺性能，双电极焊条药皮套筒端部与工件间距离为5~10mm，试验用母材为Q235钢板， 试板尺寸为250mm×80mm×20mm。焊前，用砂轮将试板表面打磨干净，防止铁锈、油污影响焊接质量。焊条应经过150℃×1h烘干。试验用焊机为ZX7-400S IGBT逆变焊机，外特性为恒流带外拖。其空载电压78~80V，试验焊接电流为160~220A。试验过程中，用高速摄影系统对电弧进行观察。
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