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技术-焊接工艺评定和焊工认可中的熔敷金属过渡方式

熔滴是电弧焊时,在焊条(或焊丝)端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。熔滴过渡对焊接过程的稳定性,焊缝形成,飞溅及焊接接头的质量有很大的影响,因此了解这个问题对于掌握熔化极焊接工艺是很重要的。

依据ISO 4063金属熔滴向熔池过程的形式,大致可分为三种:滴状过渡-G、短路过渡-D、喷射过渡-S

为什么熔滴过渡会有上述这些不同的形式呢?这是由于作用于液体金属熔滴上的外力不同的缘故。在焊接时,采取一定的工艺措施。就可以改变熔滴上的作用力,也就使熔滴按人们所需要的过渡形式自焊条向熔池过渡。


一、熔滴过度的作用力

1. 熔滴的重力

任何物体都会因为本身的重力而具有下垂的倾向。平焊时,金属熔滴的重力起促进熔滴过渡作用。但是在立焊及仰焊时,熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡,成为阻碍力。


2. 表面张力

液体金属象其它液体一样具有表面张力,即液体在没有外力作用时,其表面积会尽量减小,缩成圆形,对液体金属来说,表面张力使熔化金属成为球形。

焊条金属熔化后,其液体金属并不会马上掉下来,而是在表面张力的作用下形成球滴状悬挂在焊条末端。随着焊条不断熔化,熔滴体积不断增大,直到作用在熔滴上的作用力超过熔滴与焊芯界面间的张力时,熔滴才脱离焊芯过渡到熔池中去。因此表面张力对平焊时的熔滴过渡并不利。

但表面张力在仰焊等其它位置的焊接时,却有利于熔滴过渡,其一是熔池金属在表面张力作用下,倒悬在焊缝上而不易滴落;其二当焊条末端熔滴与熔池金属接触时,会由于熔池表面张力的作用,而将熔滴拉入熔池。表面张力越大焊芯末端的熔滴越大。表面张力的大小与多种因素有关,如焊条直径越大焊条末端熔滴的表面张力也越大;液体金属温度越高,其表面张力越小,在保护气体中加入氧化性气体(Ar-O2 Ar-CO2)可以明显降低液金属的表面张力,有利于形成细颗粒熔滴向熔池过渡。


3. 电磁力

相相同,则这两根导体彼此相吸,使这两根导体相吸的力叫做电磁力,方向是从外向内。电磁力的大小与两根导体的电流的乘积成正比,即通过导体的电流越大,电磁力越大。

在进行焊接时,我们可以把带电的焊丝及焊丝末端的液体熔滴看做是由许多载流导体组成的。这样,根据上述的电磁效应原理,不难理解,焊丝及熔滴上同样受有四周向中心的径向收缩力,因此称之为电磁压缩力。电磁压缩力使焊条的横截面具有缩小的倾向,电磁压缩力作用在焊条的固态部分是不起作用的,但是对焊条末端部的液体金属来说却具有很大的影响,促使熔滴很快形成。在球形的金属熔滴上,电磁力垂直地作用其表面上,电流密度Z大的地方将在熔滴的细径部分,这部分也将是电磁压缩力作用Z大的地方。因此随着颈部逐渐变细,电流密度增大,电磁压缩力也随之增强,则促使熔滴很快地,脱离焊条端部向熔池过渡。这样就保证了熔滴在任何空间位置都能顺利过渡到熔化。

在焊接电流较小和焊接的两种情况下,电磁压缩力对熔滴过渡的影响是不同的。焊接电流较小时,电磁力较小,这时,焊丝末端的液体金属主要受到两个力的影响,一个是表面张力,另一个是重力。因此,随着焊丝不断熔化,悬挂在焊丝末端的液体熔滴的体积不断增大,当体积增大到一定程度,其重力足以克服表面张力的时候,熔滴便脱离焊丝,在重力作用下落向熔池。这种情况下熔滴的尺寸往往是较大的。这种大熔滴通过电弧间隙时,常使用电弧短路,产生较大的飞溅,电弧燃烧非常不稳。焊接电流较大时,电磁压缩力就比较大,相比之下,重力所起的作用就很小,液体熔滴主要是在电磁压缩力的作用下,以较小的熔滴向熔池过渡,而且方向性较强,不论是平焊位置或仰焊位置,熔滴金属在磁场压缩力的作用下,总是沿着电弧轴线自焊丝向熔池过渡。

焊接时,一般焊条或焊丝上的电流密度都比较大,因此电磁力是焊接过程中促使熔滴过渡的一个主要作用力。在气体保护杆时,通过调节焊接电流的密度来控制熔滴尺寸,是工艺上的一个主要手段。

焊接是电弧周围的电磁力,除了上述的作用以外,还能产生另外一种作用力,这就是由于磁场强度分布不均匀而产生的力。因为焊条金属的电流密度大于焊件的密度,因此在焊条上所产生的磁场强度要大于焊件上所产生的磁场强度,因此产生了一个沿焊条纵向的场力。它的作用方向是由磁场强度大的地方(焊条)指向磁场强度小的地方(焊件)所以无论焊缝的空间位置如何,始终是有利于熔滴向熔池过渡的。


4. 极点压力

在焊接电弧中的带电微粒主要是电子和正离子,由于电场的作用,电子线阳极运动,正离子向阴极运动,这些带电粒子撞击在两极的辉点上,便产生了。在直流正接时,阻碍熔滴过渡的正离子的压力。反接时阻碍熔滴过渡的是电子的压力。由于正离子比电子的质量大,所以正离子流的压力要比电子流的压力大。因此,反接时容易产生细颗粒过渡,而正接则不容易,这就是极点压力不同的缘故。


5. 气体的吹力

在手工电弧焊时,焊条药皮的熔化稍微落后于焊芯的熔化,在药皮末端形成一小段尚未熔化的“喇叭”形套管。套管内有大量的药皮造气剂分解产生的气体。

以及焊芯中碳元素氧化生成的CO气体,这些气体因加热到高温,体积急剧膨胀,并顺着未熔化套管的方向,以挺直(直线的)而稳定的气流冲去,把熔滴吹到熔池中去,不论焊缝的空间位置怎样,这种气流都将有利于熔滴金属的过渡。


二、熔滴过渡的形式:滴状过渡、短路过渡、喷射过渡。

1. 滴状过度

当电弧长度超过一定值时,熔滴依靠表面张力的作用可以保持在焊条(或焊丝)端部自由长大,当促使熔滴下落的;力(如重力,电磁力等)大于表面张力时,熔滴就离开焊条(或焊丝)自由过渡到熔池,而不发生短路。

滴状过渡形式又可分为粗滴过渡和细滴过渡。粗滴过渡就是熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过度的形式。由于粗滴过渡飞溅大,电弧不稳定,不是焊接工作所希望的。在焊接过程中熔滴尺寸的大小与焊接电流,焊丝成分,药皮成分有关系。

滴状过渡    滴状过渡

2. 短路过渡

焊条(或焊丝)端部的熔滴与熔池短路接触,由于强烈过热和磁收缩的作用使其爆断直接向熔池过渡的形式称为短路过渡。

短路过渡能在小功率电弧下(小电流,低电弧电压)实现稳定的金属熔滴过渡和稳定的焊接过程。所以适合于薄板或需低热输入的情况下的焊接。

短路过渡

3. 喷射过渡

熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式称为喷射过渡。熔滴的尺寸随着焊接电流的增大而减小。在弧长一定时,当焊接电流增大到一定数值后,即出现喷射过渡状态。这里需要强调指出的是产生喷射过渡除了要有一定的电流密度外,还必须要有一定的电弧长度(电弧电压)如果电弧电压大低(弧长太短)不论电流数值有多大,也不可能产生喷射过渡。

喷射过度的特点是熔滴细,过渡频率高,熔滴沿焊丝的轴向以告速度向熔池运动,并且有电弧稳定,飞溅小,熔深大,焊缝成形美观,生产效率高等优点。

喷射过渡


三、不同过渡方式在WPQR和焊工认可中的认可方式


1. 气保焊ISO 15614-1焊接工艺评定

实芯焊丝和金属芯焊丝时,短路过渡只认可短路过渡。


喷射过渡、脉冲过渡或滴状过渡认可喷射过渡、脉冲过渡和滴状过渡。



2. 气保焊ISO 9606-1焊工认可


短路过渡(131/135/138)认可其它过渡,反之不可。


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