焊条电弧焊中熔滴过渡的影响因素

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：焊条电弧焊的熔滴过渡是焊条端部形成的熔滴通过电弧空间向熔池的转移过程。焊条电弧焊的熔滴过渡形态可分为短路过渡、渣壁过渡、喷射过渡与爆炸过渡。影响焊条电弧焊熔滴过渡的因素及其影响方式主要有如下方面。

焊条电弧焊的熔滴过渡是焊条端部形成的熔滴通过电弧空间向熔池的转移过程。

焊条电弧焊的熔滴过渡形态可分为短路过渡、渣壁过渡、喷射过渡与爆炸过渡。一些焊条在不同条件下往往具有多种过渡形态。

短路过渡是焊条端部熔滴与熔池短路接触，由于强烈过热或磁收缩的作用，使熔滴爆断而直接向熔池过渡的方式，碱性焊条和细直径焊条常用这种过渡方式。渣壁过渡是焊条端部熔化金属沿药皮套筒壁面向熔池过渡的一种形式，具有细熔滴和非短路的特点。喷射过渡是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方式。爆炸过渡是焊条端部的熔滴或正通过电弧空间的熔滴，因其中气体膨胀，熔滴爆炸而形成的过渡方式，这种过渡带有强烈飞溅，严重恶化焊接工艺性，是要求避免的过渡方式。

熔滴作用力主要有重力、电弧力（电磁收缩力、斑点压力等）、熔滴爆破力与电弧气体吹力等。大电流时电弧力起主要作用，小电流时重力与表面张力起主要作用。熔滴作用力决定熔滴过渡形态而弧焊电源、焊条与焊接参数决定熔滴作用力。

影响焊条电弧焊熔滴过渡的因素及其影响方式主要有如下方面。

1.弧焊电源外特性

焊条电弧焊时，一般是工作在电弧静特性的水平段上，采取下降外特性的弧焊电源便可以满足系统稳定性要求。

陡降的弧焊电源在电弧长度变化时，焊接电流静态偏差小，焊接参数稳定，电弧弹性好。但是电源外特性陡度过大时，短路电流偏小，造成引弧困难、电弧推力弱、熔深浅、熔滴过渡困难。如果弧焊电源外特性过于平缓时，短路电流过大，飞溅增大，电弧不够稳定，电弧弹性也差，所以焊条电弧焊应采用缓降特性的弧焊电源，并要求稳态短路电流与焊接电流之比在1.25和2之间。

焊条电弧焊也有采用恒流带外拖特性的弧焊电源。通过恒流特性使焊接参数稳定，通过外拖增大短路电流，改善引弧性能，提高电弧的熔透和熔滴过渡能力。还可以根据需要调节外拖拐点位置和斜率，使熔滴过渡有合适的推力，保证熔滴过渡稳定与焊接过程稳定，得到良好的焊缝成形。

2.弧焊电源动特性

弧焊电源动特性是弧焊电源对负载瞬变的适应能力，是弧焊电源输出电压u_f与输出电流i_f相对时间的响应过程。其方程式为

焊条电弧焊的电源动特性要考虑两个指标：一是瞬时短路电流峰值，包括由空载到短路和由负载到短路的情况；二是恢复电压最低值要求。所谓动特性好，一般指引弧和重新引弧容易、电弧稳定和飞溅少。就主观评定而言，是由人工试焊后作出的；就客观评定而言，是用仪器测定参数后按标准指标作出。随着电子控制、数字化控制技术的发展及其在弧焊电源中的应用，可以大幅度提高、改善弧焊电源的电特性，并且可以按要求对其进行任意调节控制。

对焊条电弧焊来说，只有当弧焊电源的动特性合适，才能获得良好的引弧、燃弧与熔滴过渡过程（即电弧稳定、飞溅少等）。另外，弧焊电源的空载电压、稳态短路电流、调节性能也要满足焊条电弧焊的要求。

3.焊条直径的影响

焊条电弧焊熔滴过渡形态与弧焊电源、焊条及焊接参数有着密切的联系，影响着电弧稳定性、飞溅和焊条的熔化特性以及焊接过程稳定性。国外有学者提出弧焊电源（电流峰值I_fd）与焊条直径ϕ应当满足下列条件：

式中 I_fd——由负载至短路的瞬时电流峰值，单位为A；

I_lin——瞬时短路电流临界值，单位为A；当I_fd≥I_lin时，就可能出现严重飞溅；

ϕ——焊条直径，单位为mm；

f（ϕ）——焊条与I_lin的关系；

t₁——熔滴短路时间，单位为ms；

t₂——电弧燃烧时间，单位为ms。