焊条电弧焊中熔滴喷射过渡行为研究

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：照片中用焊芯直径为3.2mm的焊条作为熔滴尺寸的参照。焊条电弧焊时，药皮成分所形成的冶金条件对熔滴行为另一方面的影响，是使碳的激烈氧化形成CO气体，产生对熔滴过渡的气体动力，成为熔滴过渡时的另一个重要的力学因素——第二主导力。下面将要讨论焊条电弧焊爆炸过渡与喷射过渡形成机制：气体动力产生的原理，气体动力对形成熔滴的爆炸过渡与喷射过渡以及对形成飞溅现象的直接影响。

图2-26所示为焊条熔滴典型的喷射过渡的高速摄影照片，样品是EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条，药皮中加入了多量的高碳铁合金，同时药皮为钛钙型，有很强的氧化性。由照片看出，细碎的熔体颗粒由焊条套筒内喷射出来，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡。根据对影片的统计，该样品实际的过渡频率达到130s^-1。如果说爆炸过渡的频率大约为50s^-1的话，那么喷射过渡过渡的频率至少在100s^-1以上。

钛钙型碳钢焊条熔滴为混合过渡形态，出现喷射过渡的概率相当大，图2-27是选取的钛钙型碳钢焊条熔滴喷射过渡的高速摄影单帧照片，其熔滴的细碎程度要比爆炸过渡时大得多。

图2-26 焊条熔滴喷射过渡的高速摄影照片

焊条样品：EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条，φ4mm；直流反接，I=170A；拍摄速度：1000f/s。

图2-27 钛钙型碳钢焊条喷射过渡的高速摄影照片

a）、b）E4303钛钙型结构钢焊条，φ4mm，直流反接，I=190A c）E4313钛型结构钢焊条，φ3.2mm，直流反接，I=120A

图2-28是收集到的焊条粗熔滴过渡和喷射过渡熔滴照片，将测试的焊条在石墨棒上燃弧，然后用干法进行收集^[17，4]（熔滴的测试方法参看4.1）。图2-28b是典型的喷射过渡形态EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条（牌号：堆132）的熔滴照片，焊条样品规格为φ4mm。照片中用焊芯直径为3.2mm的焊条作为熔滴尺寸的参照。为了对比，将收集的典型的粗熔滴过渡形态的钛钙型E308-16（牌号A102）不锈钢焊条的熔滴照片一起显示（图2-28a）。由图2-28a看出，粗熔滴过渡时，很大一部分熔滴直径超过了φ3.0mm。由图2-28b看到，喷射过渡时熔滴细小得多，小于1mm的熔滴占了很大的比例。图中还看到呈粉末状的灰色的物质，主要是被破碎的熔渣，仔细观察其中还有不少的非常细小的圆形的金属熔滴。从这幅图片可以想象出焊条喷射过渡时强大的气体动力对熔滴行为的巨大影响。

熔滴的喷射过渡与熔滴的爆炸过渡都是由于焊接过程中熔滴金属内部碳氧化形成CO气体产生的强大的气体动力，使熔滴金属呈细碎的熔体，过渡到熔池或者形成飞溅。两者气体动力源是一样的，但两者气体动力作用强度不同，熔滴的喷射过渡气体动力的作用强度更大一些。另外更明显的是在表现形式上的不同，前者的主要作用是发生在套筒内部使破碎的熔滴由套筒内喷射出来，而后者的气体动力作用在套筒外大熔滴内部，使熔滴破碎。由于这两种过渡形态气体动力源是一样的，有时使得爆炸过^a）钛钙型不锈钢焊条 b）EDP-A2-03铬-钼型堆焊焊条渡和喷射过渡交替或同时重叠出现。图2-29所示的高速摄影照片是表现爆炸过渡和喷射过渡重叠出现的场景。