采用金屬粉芯焊絲的GMAW電弧與熔滴行為檢測與分析

何冠宇

摘 要：金屬粉芯型藥芯焊絲作為一種新型的焊接材料，具有很多優勢。本課題以氣保焊絲和金屬粉芯型藥芯焊絲為實驗對象，借助高速攝影技術、MATLAB軟件分析等方法，對碳鋼氣保焊絲和金屬粉芯型藥芯焊絲的電弧與熔滴行為進行對比分析和研究。

關鍵詞：金屬粉芯型藥芯焊絲；電弧；熔滴過渡；工藝性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.006

1 引言

金屬粉芯藥芯焊絲[1]已經經過了數十年的發展，對于特種設備和特殊要求的焊接，例如力容器、核工業、海洋工程、低溫極端條件下，金屬粉芯藥芯焊絲有著顯著的優點。

2 實驗材料及儀器

本實驗使用了ESAB的金屬粉芯藥芯焊絲，Lincoln Electric LN-7送絲機和Lincoln Electric DC-400多功能焊接電源。

3 實驗結果

實芯焊絲出現射滴過渡時（圖2），焊接電壓為31V，焊接電流為270A。金屬粉芯焊絲在出現射滴過渡時（圖1），焊接電壓為29V，焊接電流為240A。

實芯焊絲出現射滴過渡時，熔滴顆粒直徑（圖3）約為1.1mm，過渡頻率為320滴每秒，焊接電壓為31V，焊接電流為270A，電弧寬度（圖5）為4.2mm。金屬粉芯焊絲在出現射滴過渡時，熔滴顆粒直徑（圖4）約為1.26mm，過渡頻率240滴每秒，焊接電壓為29V，焊接電流為240A，電弧寬度（圖6）為3.2mm。

在焊縫成型上發現，金屬粉芯藥芯焊絲的熔寬大于氣保焊絲。余高小于實芯焊絲。焊縫均勻，在同時使用富氬的情況下，金屬粉芯藥芯焊絲幾乎沒有飛濺。

4 分析與討論

金屬粉芯焊絲中某種成分吸收了熱量，同時使焊絲熔化，對比兩種焊絲成分發現，金屬粉芯藥芯焊絲在藥皮處加入大約6%Mo元素。Mo元素的第一電離能約為7.099V，Mo在一定電壓下電離分解為正離子和電子，同時吸收能量，是電弧冷卻，從而使得電弧寬度降低。

金屬粉金屬粉芯藥芯焊絲表面被金屬包裹，內部充滿金屬粉，而氣保焊絲在其表面鍍了一層鋅銅，內部為實芯。所以根據電阻公式，金屬粉芯藥芯焊絲的電流密度更高，所需的2電壓和電流更低。在電流波形圖上可以明顯地看出240A時，金屬粉芯藥芯焊絲即出現射滴過渡，而普通氣保焊絲需要在31V，290A時才能出現射滴過渡。

在熔滴直徑方面金屬粉芯藥芯焊絲大于氣保焊，熔滴能否形成關鍵在于表面張力和重力的大小，促進熔滴過渡的電磁收縮力和等離子流力也有一定影響。在熔滴滴落的瞬間，我們可以認為這是一個平衡的狀態。將五種力和平衡方程聯立方程組，所以相同直徑熔滴顆粒時，氣保焊絲熔滴更容易過渡，而金屬粉芯藥芯焊絲需要進一步長大，所以出現射滴過渡時，金屬粉芯焊絲的熔滴較大。

5 結論

（1）金屬粉芯藥芯焊絲在相同焊接條件下，熔寬更大，余高更小。

（2）金屬粉芯焊絲具有高熔敷率和高效率更適合高速焊接。

（3）金屬粉芯焊絲熱輸入低，可以焊接薄板甚至超薄板。

參考文獻：

[1]楊運強，張曉琪，李俊岳等.焊接電弧高速攝影技術及其同步裝置[J].電焊機，2003，33（01）：11-14.

[2]劉占民，李明利，薛龍.熔化極電弧焊熔滴過渡過程的高速攝像[J].2006，36（02）：132-134.