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摘要：自保护药芯焊丝是一种适用于野外作业的焊接材料，广泛用于焊接和维修船舶，钻井平台，石油管道和矿山机械等结构部件。碱性自保护药芯焊丝作为最常用的药芯焊丝，有望广泛用于对粘合性能有特殊要求的项目，例如对冷裂纹敏感性，高抗裂性，高温和低温冲击韧性的要求。然而，碱性自保护药芯焊丝的焊接工艺具有飞溅大，焊接工艺性能差，焊缝形成不良等缺点，在一定程度上限制了其在实际工程中的应用，碱性自保护药芯焊丝逐渐取代了焊条，用于现场焊接和维修自动化。
关键词：碱性自保护药芯；焊丝弧焊工艺；特征分析
研究表明，直流连接过程中液滴转变的非弯曲形式是细颗粒转变，而反转过程中液滴转变的非弯曲形式是排斥转变。连接到直流电或反相时的电流和电压会增加。在该范围内，液滴过渡的基本形态没有根本改变，但是液滴过渡的粒径，过渡频率，电弧稳定性和溅射速率均发生了显着变化。直流在较大的过程参数范围内在相反的方向上会有较大的飞溅。直接直流连接的过程性能优于直流反向连接的过程性能。
一、自保护药芯焊丝的保护机理
（一）造气保护
不建议在自屏蔽药芯焊丝的芯线中直接添加大量气体发生材料，或将大理石分解产生的二氧化碳用作保护气体，这是因为焊接会产生强烈的气流，阻碍液滴运动并形成大量液滴的核心。在实际生产的自保护填充药芯焊丝中，添加了一定数量的气体发生器，例如木粉，纤维素和碳酸盐，这些气体发生器分解形成CO2，H2，O2和H2O。在高温电弧的作用下，以恒定的速度从钢皮喷出到熔池中，在电弧周围形成气体保护层，以防止氮气，氧气和熔融液体进入融化的池塘。自屏蔽焊剂芯线焊剂中还添加了氟化物和轻金属，并且氟化钙，氟化钡和氟化锂的沸点相对较低，因此氟化钙，氟化钡和氟化锂被氟化了，常用作化合物。在2500°C，2137°C，1681°C和高电弧温度的作用下，在电弧周围形成了一层保护气体，隔离了空气并分别保护了熔滴和熔池。常用的轻金属主要是Al和Mg。由于Al和Mg的沸点分别在2467°C和1100°C较低，因此电弧的作用会使金属蒸发，形成金属蒸气，从而进一步保护了金属液滴和熔池。
（二）造渣保护
相对而言，炉渣保护是副作用最少的保护方法。当焊丝熔化时，形成熔渣，其可快速覆盖熔滴的表面并与熔滴发生冶金反应。防止氮气和氧气进入空气，并进行脱氧和反硝化。然后，熔渣与熔滴一起进入熔池，均匀地覆盖熔池的表面，并与熔池冶金反应。因此，当使用炉渣保护时，炉渣的物理性质更加严格。熔渣和金属之间的渗透能力应尽可能高，熔点，粘度和表面张力应适中。出色的防渣保护。
（三）合金元素的保护
目前，大多数自屏蔽药芯焊丝已用于现场施工，必须考虑风对自屏蔽药芯焊丝固有保护气氛的干扰。因此，通常与N和O元素具有某种亲和力。更有效的元素如Al，Mg，Zr，Ti和Si与N和O形成稳定的化合物，用于反硝化和脱氧。
二、国内药芯焊丝的研究现状及展望
我国对药芯焊丝的研究还为时不晚。
60年代，上海亚洲电极厂和北京电极厂与中州机械科学研究所，机械部机械科学研究所（当时的河南he河市）合作，并在北京理工大学工作。由于技术原因，无法进行药芯焊丝制造设备的研究。直到1988年，北京电极厂才引进了药芯焊丝生产线和相应的UK CORE WIRE系统。气体保护药芯焊丝的大量供应已经出现在国内市场。从1990年代初开始，从英国，美国，德国，日本和乌克兰进口了15条焊丝生产线，投资额为1035万美元。通过增加国产或自制的生产线设备，我国目前具有23条药芯焊丝的生产能力，共计33条生产线。按装机容量计算，年生产能力超过10，000吨。目前，国内药芯焊丝制造业的基本情况如下，没有多少公司可以维持正常生产。基本上，进行正常生产的公司如下。天津三鹰，年产约1000吨；北京宝钢，年产约600吨；北京低成本钢，年产约500吨；上海斯特瑞，年产约200吨；南京腊，年产武汉铁锚约200吨，与国外药相比，年产量不足100吨，品种少。对于芯线制造商而言，国内药芯焊丝类型很少，规格和型号不完整。长期质量稳定性差，同一型号不同批次的药芯焊丝的焊接工艺和焊接金属的力学性能差异很大。
三、试验方案
使用单变量方法，使用Q235钢板和高速相机研究基本的自保护药芯焊丝工艺参数对焊接工艺稳定性和焊缝几何尺寸的影响。焊接各种焊接参数，液滴质量转移的过程被记录下来，并使用电信号同步采集系统收集液滴质量中的电弧电压和焊接电流。一种转移过程，有助于分析焊接工艺参数对熔滴转移和焊接过程稳定性的影响。利用金相方法提取各种焊接参数下的焊接几何尺寸（熔体宽度，钢筋和焊接高度），并将焊接工艺参数与焊接几何尺寸对齐，建立非线性模型。
四、试验系统
焊接电源是林肯DC-400焊接机，它是一种高负载工业多功能电源，具有平坦的特性输出和突跳输出，并且广泛用于MIG焊接和助焊剂。该试验的焊接材料是具有自保护焊剂的焊丝，外部电源特性为平坦的特性输出。送丝系统选用LN-7恒速送丝机，扁平特征外部特征焊接机与恒速送丝系统相匹配。优点是可以通过改变焊丝进给速度来调节焊接电流。随着弧长的变化，它可能会更大。随着焊接电流的变化，电弧具有强大的自调节效果。
五、结果
首先，我们构建了适用于焊接含有碱性自保护焊剂的焊丝的焊接系统，并选择了合适的焊接机和工艺。其次，为了在碱金属自保护焊剂堆芯焊接中实现熔滴过渡传质过程的可视化检测和电信号的同步采集，使用了高速摄影机对熔滴过渡传质过程进行照相，以及一个基于信号采集设备软件和硬件系统的labview软件平台。
结语：当连接直流时，液滴过渡的非弯曲形式是微粒转变，而当直流反转时，液滴过渡的非弯曲形式是排斥转变。直流连接或反相不会改变液滴过渡的基本形式，因为电流和电压会在更宽的范围内变化，但会导致液滴过渡的粒度，过渡频率，电弧稳定性和飞溅率。在直流反向连接期间，以较大的更改过程间隔会发生大量飞溅，直流正向连接的处理性能优于直流反向连接的处理性能。必须采用JD-YGD3碱性自保护药芯焊丝（JD-YGD3（Z）DC Plus连接）。
参考文献：
[1]谢金龙.碱性自保护药芯焊丝弧焊工艺特征研究[D].兰州理工大学，2019.
[2]高海军，王晖，刘守恩，蒋小燕.自保护药芯焊丝工艺在油田工程中的开发及应用[J].金属加工（热加工），2014（16）：49-51.
[3]张曙红.自保护药芯焊丝电弧物理特性试验研究[D].太原理工大学，2014.