熔滴行为对电弧热效率的影响

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：电弧对焊条的加热方式与焊条端熔滴行为有关，焊条电弧焊时，不同的熔滴过渡形态焊条对电弧热的吸收率是不同的。前者涉及电弧本身发热机制，而本节中讨论的是后者——熔滴过渡形态对电弧热的吸收效率的影响，并不是说焊条的热效率只取决于焊条的熔滴过渡形态。

焊条电弧焊时电弧对焊条的加热有三种方式：一是电弧由极性斑点析出的热对焊芯直接进行加热；二是电弧由极性斑点直接加热熔滴，通过熔滴的热对流间接地对焊芯与药皮加热；三是弧柱的辐射对焊条药皮加热。电弧对焊条三种不同的加热方式中，焊条对电弧热的吸收效率是不同的，其中以电弧极性斑点对焊芯直接加热的吸热效率最高，通过熔滴的热对流间接地对焊芯及药皮加热，其加热的效率最差。

表2-4 焊条电弧焊熔滴过渡形态与飞溅的关系

注：“▲▲”表示强烈的飞溅，“▲”表示飞溅程度一般，“-”表示基本上不产生飞溅。

①钛型、钛钙型、氧化铁型结构钢焊条可以出现熔池气体逸出飞溅，钛钙型不锈钢焊条一般不会出现。

②钛钙型结构钢焊条粗熔滴过渡只占有较小的比例。

③高纤维素焊条是以喷射过渡为主要过渡形态，但还会出现滴状过渡和爆炸过渡。

电弧对焊条的加热方式与焊条端熔滴行为有关，焊条电弧焊时，不同的熔滴过渡形态焊条对电弧热的吸收率是不同的。图2-42是焊条不同过渡形态电弧对焊条加热机制的影响的示意图。图2-42a是粗熔滴过渡的情况，这时电弧极性斑点处于熔滴的底部，电弧极性斑点首先对熔滴进行加热，然后过热的熔滴通过热对流对焊芯和药皮进行加热，即使当熔滴脱离焊芯向熔池过渡之后，在焊芯端部仍存在着残留的熔体，就是说在熔滴整个过渡周期内除了熔滴与熔池短路的瞬间外，整个燃弧时间内电弧对焊芯和药皮的加热都是通过液体金属的对流间接进行的，其电弧的热损失于对熔滴的加热，过热熔滴的散热损失，使电弧对焊芯和药皮的加热效率降低。

当熔滴为渣壁过渡时（图2-42b），熔滴尺寸减小，熔滴往往不能占满焊芯的整个端面，在这种条件下电弧的极性斑点有机会对焊芯端面直接进行加热，加快了焊芯的熔化速度，使得焊芯更超前于药皮的熔化，而导致深套筒的形成；另外渣壁过渡时形成很深的套筒，使弧柱能够对套筒内侧的药皮进行加热，弧柱通过热辐射也参与对焊条药皮的加热，提高了电弧的热利用率，这是渣壁过渡焊条所独有的电弧加热特征，而短路过渡时弧柱不可能参与对焊条的加热。

当焊条熔滴喷射过渡时（图2-42c），药皮中产生的大量气体使焊芯端部的液体金属在套筒内被吹碎，并从套筒内喷射出来，在焊芯端部很少有熔滴金属残留，电弧极性斑点有最多的机会直接对焊芯加热，加热效率很高，焊芯的熔化速度加快，套筒增长，但是由于套筒内气流对电弧的冷却作用，不能像渣壁过渡时那样充分利用电弧柱对药皮的辐射进行加热，显然这一因素又使得焊条对电弧热利用率有所降低。

通过以上的分析说明，焊条电弧焊时焊条的吸热效率和焊条熔化效率与熔滴过渡形态有关，渣壁过渡时焊条的热效率最高，喷射过渡其次，粗熔滴过渡和爆炸过渡时焊条的吸热效率最低。

应该指出，某种焊条的热效率具体地说包括两方面的含意，一是焊条电弧焊时电弧本身的发热效率，二是焊条对电弧热的吸收效率。前者涉及电弧本身发热机制，而本节中讨论的是后者——熔滴过渡形态对电弧热的吸收效率的影响，并不是说焊条的热效率只取决于焊条的熔滴过渡形态。

以上讨论了影响焊条工艺性的焊接电弧的稳定性、飞溅、焊条热效率等三个主要因素，除此之外，焊条工艺性还涉及焊条的工艺稳定性、焊接时的烟雾等诸多方面，焊条的工艺稳定性将在第4章不锈钢焊条工艺性中加以讨论，焊接时的烟雾将在第5章中进行详细讨论。

图2-42 焊条不同熔滴过渡形态电弧对焊条加热机制的影响示意图

a）粗熔滴过渡，极性斑点通过熔滴热对流间接加热焊芯和药皮 b）渣壁过渡，极性斑点对焊芯直接加热、熔滴热对流间接对焊芯和药皮加热以及弧柱对药皮的辐射加热 c）喷射过渡，电弧极性斑点对焊芯直接加热，电弧加热效率高，但气流对电弧的冷却作用，电弧热利用率有所降低

熔滴行为对电弧热效率的影响

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