鎢極-熔化極間接電弧焊電弧行為及其特點研究.pdf

1、在傳統(tǒng)電弧焊中，電弧的兩極為焊槍與工件，由于直接接受電弧熱，工件的熱輸入難以控制，稀釋率過大。在某些要求焊縫熔敷率高且母材熔化量低的情況下，由于不能滿足焊接要求，使得電弧焊的應用在一定程度上受到限制。如在航空、航天領域及兵器制造業(yè)，為改善鋼材的導電、導熱性能和表面硬度，通常需要在鋼基體表面熔覆銅合金。為防止鐵銅互熔引起偏析，要求在保證高焊縫熔敷率的情況下，減少基體的熔化，形成低稀釋率的堆焊接頭。
　　本研究提出了鎢極-熔化極間接電

2、弧焊方法，期待解決上述問題。該方法使用單電源，電源不接工件，而是使兩電極分別接熔化極焊槍和鎢極焊槍，兩焊槍之間成一定角度，電弧在焊絲端頭與鎢極之間燃燒，間接電弧熱主要用于焊絲熔化，不產生熔池，間接電弧力主要用于熔滴過渡，使焊絲熔化后形成熔滴過渡到工件，實施焊接。該方法能夠解決在高焊縫熔敷率情況下，最大限度降低工件母材熱輸入的問題。通過構建鎢極-熔化極間接電弧焊系統(tǒng)，實現(xiàn)了間接電弧穩(wěn)定燃燒，熔滴持續(xù)過渡。為進一步研究間接電弧焊電弧行為和實

3、際應用奠定了基礎。
　　以銅焊絲為例，采用高速攝像技術對間接電弧焊的熔滴過渡行為及電弧形態(tài)進行了觀察，并對電信號進行了采集。通過在鋼表面堆焊銅合金的工藝試驗，對堆焊接頭的宏觀形貌和微觀組織進行了觀察和分析。計算了熔滴的飛行速度和對工件表面的沖擊力。采用紅外測溫儀對熔滴的溫度進行了測量并計算了熔滴的熱焓量。
　　結果表明：采用平外特性電源和陡降特性電源實施該方法，均能實現(xiàn)熔滴的持續(xù)過渡。采用平特性電源時，熔滴過渡頻率隨送絲速度

4、的增加而增加；焊接電壓在16-20V時熔滴過渡頻率及指向性都較高。采用陡降特性電源時，隨送絲速度的增加，焊絲端頭平衡位置從鎢極端頭的側下方、正側方向側上方轉變。隨焊接電流的增加，熔滴的過渡頻率也增加。當焊接電流大于140A時，熔滴過渡從大滴轉變?yōu)樯涞芜^渡。采用上述兩種外特性電源，熔滴脫離焊絲前，間接電弧已從熔滴側面爬升至熔滴與焊絲的界面處，降低了熔滴脫離焊絲時電弧的波動。
　　電弧形態(tài)總體呈倒三角形，不同外特性電源、不同參數(shù)對電弧

5、形態(tài)變化的影響規(guī)律也不同。當焊絲端頭處于鎢極的側上方時，電弧形態(tài)為 Y形；當焊絲端頭處于鎢極的正側方時，為心形；當焊絲端頭處于鎢極的側下方時，為筆尖形。焊接電壓和電流的周期性波動引起了電弧形態(tài)的周期性變化，采用平特性電源的電弧形態(tài)波動較大，陡降特性電源的電弧形態(tài)波動較小。
　　間接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)組成，其中弧柱區(qū)的導電部分為弧芯區(qū)，不導電部分為弧焰區(qū)。電弧靠近熔化極一側的部分為熔化極電弧區(qū)，靠近鎢極一側的部分為非熔化極

6、電弧區(qū)，兩區(qū)聚集產生倒三角電弧形態(tài)，此時電弧較亮，有利于焊絲的快速熔化。倒三角形電弧形態(tài)是磁場作用、陰極焰和陽極焰相互對沖共同作用產生的。間接電弧能夠穩(wěn)定燃燒是由于鎢極的加入和電弧自身調節(jié)的綜合作用的結果。當采用銅焊絲時，因電弧自身固有調節(jié)作用明顯，使得采用陡降特性電源時電弧更加穩(wěn)定。
　　結合熔滴過渡行為和電弧形態(tài)分析熔滴受力情況及其過渡機制。熔滴受到重力、表面張力、電磁力、等離子流力和電弧力的綜合作用。其中，在點對點電極排布方

7、式中，電弧在熔滴側面，很容易爬升到焊絲上，熔滴內部電磁收縮力主要集中作用于熔滴與焊絲相連的根部；熔滴長大過程中，焊絲端頭從鎢極的側上方伸到鎢極的正側方，電弧力充當動力的成分增加，并對熔滴根部產生擠壓作用，降低了表面張力，從而能夠使熔滴順利過渡。
　　熔滴的飛行速度與電流密切相關，當焊接電流大于140A時，熔滴脫離焊絲后的飛行速度明顯提高。隨焊接電流的增大，沖擊力先增大后減小，最后保持平穩(wěn)。隨焊接電流的增大，熔滴溫度逐漸下降，達到1