雙絲間接電弧焊電弧特性及熔滴過渡研究.pdf

1、隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，如何提高電弧焊的生產(chǎn)率、焊接質(zhì)量以及拓展其應(yīng)用領(lǐng)域成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)電弧焊工藝由于熔敷系數(shù)低，使其提高焊接生產(chǎn)效率受到了一定限制，合理分配電弧熱在母材和焊絲的熱能比成為近年來電弧焊的重要研究方向。雙絲間接電弧氣體保護(hù)焊是一種新的焊接工藝，屬于熔化極氣體保護(hù)焊，焊接過程電弧在工件與焊絲間燃燒，雙絲間接電弧焊電弧形成于兩焊絲端部；其接線方式不同于傳統(tǒng)電弧焊，雙焊絲分別與電源的正負(fù)極相接，雙絲均為熔化極，電弧能量

2、主要熔化焊絲，只有很少一部分電弧熱量用于熔化母材，因此其熔敷速度高，電能利用率高；由于母材幾乎沒有電流通過，該方法還具有熔合比小、焊接應(yīng)力和變形小的特點(diǎn)，是一種具有良好應(yīng)用前景的高效焊接工藝。
　　 雙絲間接電弧焊焊接設(shè)備異于傳統(tǒng)電弧焊焊接設(shè)備。本文首先對(duì)雙絲間接電弧焊設(shè)備的關(guān)鍵部件焊槍進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。雙絲間接電弧焊，電弧形態(tài)直接影響熔深和焊接接頭質(zhì)量。間接電弧的本質(zhì)與傳統(tǒng)電弧焊相同，其形態(tài)受諸多因素影響。本文圍繞主要工藝參數(shù)及

3、磁場對(duì)間接電弧形態(tài)影響規(guī)律開展研究，并對(duì)不同電弧形態(tài)下焊接熔深的變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究借助的主要設(shè)備和儀器包括FASTCAMSuper-10KC高速攝像系統(tǒng)、Agilent54624A數(shù)字示波器、LZ-630數(shù)字特斯拉計(jì)、自行設(shè)計(jì)外部勵(lì)磁設(shè)備及NBC-350型逆變式CO2氣體保護(hù)焊電源等；采用的試驗(yàn)材料為Φ1.2mm的H08Mn2SiA焊絲，3mm厚的Q235試板，保護(hù)氣體為Ar及與CO2的混合氣體，試驗(yàn)方法為平板堆焊。
　

4、　 在對(duì)焊槍的設(shè)計(jì)中，主要對(duì)焊槍部件結(jié)構(gòu)、聯(lián)結(jié)方式及保護(hù)罩氣室結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬。焊槍設(shè)計(jì)中綜合考慮兩焊絲的對(duì)中性、與導(dǎo)電嘴之間的相互絕緣、形狀尺寸的靈活性、工藝可達(dá)性、送絲阻力及氣體的保護(hù)效果等諸方面，以保證焊接過程穩(wěn)定；利用有限元分析的方法對(duì)不同形狀保護(hù)罩出口處及罩內(nèi)區(qū)域的氣體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了模擬計(jì)算。研究結(jié)果表明，圓柱形內(nèi)氣室保護(hù)罩的保護(hù)氣體流場可減小出口處氣流紊亂程度，但出口處氣體流速和氣流壓力都很低，保護(hù)效果受限；收縮

5、形內(nèi)氣室保護(hù)罩的保護(hù)氣體流場容易在保護(hù)罩出口處形成湍流，使空氣混入而降低保護(hù)效果；變截面形狀內(nèi)氣室的保護(hù)罩既有效地改善了出口處氣流紊亂現(xiàn)象，又能增加氣體流速和氣流壓力，是一種較理想的保護(hù)罩內(nèi)氣室設(shè)計(jì)。決定變截面保護(hù)罩內(nèi)氣室結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)是圓柱形柱面高度h及收縮處坡度θ，研究表明h、θ分別設(shè)計(jì)為20mm及45°為宜。
　　 對(duì)雙絲間接電弧特性的研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雙絲間接電弧焊陰極焊絲熔化速度遠(yuǎn)大于陽極，二者與其焊絲送進(jìn)速度相等是間接電

6、弧穩(wěn)定燃燒的前提，在送絲速度發(fā)生微小變化的情況下，由電弧的自調(diào)節(jié)作用，能使電弧恢復(fù)和保持穩(wěn)定燃燒，但送絲速度與熔化速度相差較大時(shí)，電弧將不穩(wěn)定甚至斷弧。
　　 影響雙絲間接電弧氣體保護(hù)焊焊絲熔化及熔深的主要工藝參數(shù)包括焊絲伸出長度L、兩焊絲夾角α、兩焊絲交點(diǎn)到工件距離d、焊接電流I、電弧電壓U、焊接速度v及選用的保護(hù)氣體成分等。在其它焊接參數(shù)相同條件下，焊絲伸出長度越大，焊絲熔化速度越大，這主要是由于電阻熱的原因，本文研究選用的

7、焊絲伸出長度為10mm；隨著兩焊絲夾角變小，電磁收縮力增大，間接電弧形態(tài)變細(xì)變長，焊接熔深增加，同時(shí)夾角的變化還會(huì)對(duì)電弧靜特性產(chǎn)生影響。試驗(yàn)研究表明夾角選為20°～40°為宜；兩焊絲交點(diǎn)到工件的距離對(duì)焊接熔深大小有決定性影響，隨著距離的減小對(duì)間接電弧機(jī)械壓縮作用增大，熔深增加。試驗(yàn)表明，兩焊絲交點(diǎn)到工件距離選擇在6～8mm時(shí)，易于獲得較大的焊接熔深；隨焊接電流的增加，焊接熔深增加，但增加至一定值時(shí)，電弧出現(xiàn)分散現(xiàn)象而導(dǎo)致熔深減??；隨電弧

8、電壓的增加熔深變化不大，熔寬增加較明顯；焊接速度為10mm/s-11mm/s時(shí)有利于獲得較大的焊接熔深；保護(hù)氣體中加入CO2可使電弧變收縮，電弧熱量變集中，焊接熔深增加，但當(dāng)CO2比例在50％以上時(shí)，飛濺量增加，焊接過程不穩(wěn)定，75％Ar+25％CO2為較理想的保護(hù)氣體組分。
　　 雙絲間接電弧中帶電離子的運(yùn)動(dòng)軌跡決定了電弧的形態(tài)，本文對(duì)雙絲間接電弧焊焊接電流產(chǎn)生的自身磁場分布狀態(tài)進(jìn)行了研究，并對(duì)xoz面內(nèi)各點(diǎn)的自磁場強(qiáng)度進(jìn)行了

9、計(jì)算和測量。利用外加磁場改變電弧內(nèi)部離子運(yùn)動(dòng)的軌跡，以改變電弧形態(tài)進(jìn)而改變?nèi)凵?。研究指出?duì)間接電弧施加橫向磁場時(shí)，隨正橫向磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，電弧變得細(xì)長，焊接熔深增加；施加縱向磁場時(shí)，電弧發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電弧繞軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)半徑與磁場大小有關(guān)。隨外加縱向正磁場強(qiáng)度增加，焊接熔深略有減??；隨外加縱向負(fù)磁場強(qiáng)度增加，焊接熔深也略有減小。
　　 雙絲間接電弧焊的熔滴過渡形式包括大滴過渡、短路過渡、射滴過渡和射流過渡。由示波器記錄不同過渡形

10、式下電弧電壓及焊接電流變化可知，射流過渡時(shí)焊接過程較穩(wěn)定，可獲得良好焊縫成形。雙絲間接電弧焊其射流過渡的臨界電流值決定于工藝參數(shù)，在一定參數(shù)下，兩焊絲夾角的減小及保護(hù)氣體成分中CO2含量的增多使得射流過渡臨界電流值降低，而焊絲長度的增加則使臨界電流值升高。在一定的焊接工藝參數(shù)下施加橫向磁場，隨正向磁場強(qiáng)度增加熔滴直徑變小，熔滴過渡頻率增加；而隨反向磁場強(qiáng)度增加，熔滴變大，過渡頻率降低。施加縱向正、負(fù)磁場，熔滴脫離絲極其運(yùn)動(dòng)軌跡分別向陰陽