焊接过程熔滴过渡的控制(北京工业大学)

焊接方法与飞溅的关系
不同焊接方法的飞溅量
飞溅生成率
解决飞溅的途径
• 降低短路峰值电流Imax和在短路瞬时维持较小 的电流，为的是避免瞬时短路。通常采用电流 波形控制法进行控制。 • 正确选择工艺参数，保证电压与电流合理匹配、 合适的焊丝干伸长。 • 采用Ar+CO2混合气体代替纯CO2气。 • 正确选择焊丝成分。 • 采用药芯焊丝。
CO2焊的短路过渡波形控制法
波控法
STT法
CO2焊的潜弧焊射滴过渡
515A 40V
350A 35V
430A 37V
潜弧焊射滴过渡的条件
• 粗丝 大电流 低电压
• 形成凹坑后，其中的金属蒸汽改变了电 弧气氛，从而也改变了电弧形态，并形 成喷射过渡。
旋转射流过渡的不同形态
a
b
c
a)未受拘束的旋转射流过渡 b）T.I.M.E.焊锥形旋转射流过渡 c）磁控无He MAG焊旋转射流过渡
射流过渡的形成
跳弧后： P电+P等+P气> P表
射流过渡临界电流与de和Le的 关系
与de的关系 与Le的关系
焊丝成分对临界电流的影响
焊丝牌号 H08Mn H08Mn H08 H08 2Si Mn 2Si表面 A 保护气体 发黑 Ar Ar+2%O2 Ar+20%CO2 240 230 320 255 255 210 190 230 170 220 H18-8
未受拘束的旋转射流过渡
T.I.M.E.焊锥形旋转射流过渡
T.I.M.E气体成分： 65%Ar 26.5%He 8%CO2 0.5%O2
传统MAG焊与T.I.M.E.焊
表 1-1 传统 MAG 焊与 T.I.M.E.焊不同点 焊接方法 传统 MAG 焊 T.I.M.E.焊 保护气体 Ar，CO2/O2 0.5%O2，8%CO2，26.5%He，65%Ar 焊丝干伸长 10-15mm 20-35mm 送丝速度 5-16m/min 0.5-50m/min
CO2焊的特点
• • • • • • 生产率高。 焊接成本低。 能耗低。 适用范围广。 抗锈能力强。 焊后不需清渣。
CO2焊的熔滴过渡形式
CO2焊的短路过渡过程
短路过渡动画
短路过渡
CO2焊的短路过渡主要问题
• 主要问题：飞溅、焊缝成形差。 • 影响规律：焊接飞溅大小∆M主要决定于 短路峰值电流Imax，而焊缝成形决定于 燃弧能量与短路能量比Q燃/Q短。 • 即∆M∝Imax • 焊缝成形质量∝Q燃/Q短
跳弧过程
1.跳弧前
2.跳弧
3.跳弧后
跳弧现象机理
跳弧条件： 1能量条件 2焊丝金属蒸发 3电弧的电位梯度
V颈
>=X
L2-L1 X---电弧的电位梯度 L1---MK距离 L2---NK距离 V颈---MN间的电压
跳弧后熔滴过渡转变为 射流过渡
跳弧是熔滴过渡转变的必由 之路，跳弧前后，熔滴受力 特点发生了本质变化。
气 体
形态
焊接条件
英文名称 Free flight transfer
小电流 GMA 焊 CO2 气体保护焊
中等电流 GMA 焊 较大电流 GMA 焊 过大电流 GMA 焊
1.3 爆炸过渡 2.接触过渡 2.1 短路过渡 2.2 搭桥过渡
Explosive transfer Bridging transfer Short circuiting transfer Bridging transfer without interruption
射流过渡特点
• • • • 锥形电弧 铅笔状的端头 小熔滴（1/3，1/5de）沿焊丝轴向 均匀的电弧声
射流过渡的机理
• 1 力的观点 • 2 金属蒸汽的观点 • 这两种观点是不全面的，不能解释许多 现象 • 跳弧观点
跳弧现象
• 定义： 所谓跳弧现象是指电弧烁亮区突然由熔 滴根部跳到缩颈上部的过程。
b c
250
I
1.Ar+5%O2 2.Ar+20%CO2 1 2
250
I
250
I
PMIG/PMAG焊的电流范围
焊接电流（A）
焊丝直径（mm）
脉冲焊电流波形
I
2
3
2
3
Icrit Im ean
1
4
1
4
t
1
2
3
4
1
2
3
4
脉冲电弧高速摄像
脉冲射滴过渡1/1的实现
• TpIpn=C
脉冲射滴过渡应用
• • • • 锅炉水冷壁 铝合金容器 铝、不锈钢的PMIG焊 ACPMIG焊
CO2焊的短路过渡的飞溅形式
a.小电流短路过渡飞溅
b.瞬时短路时的飞溅
c. 大电流短路引起的飞溅
d.潜弧时短路引起的飞溅 e.固体短路引起的飞溅 f.熔池析出气体引起的飞溅 g.熔滴析出气体引起的飞溅 h. 电弧排斥作用引起的飞溅
k.熔滴细颈过电流爆炸引起的飞溅
l. 熔滴充气爆破引起的飞溅
飞溅与电流的关系
表 1-2 传统 MAG 焊与 T.I.M.E.焊性能比较 焊接方法 传统 MAG 焊 T.I.M.E.焊 焊丝直径 1.2mm 1.2mm 许用最大电流 400A 700A 最高送丝速度 16m/min 50m/min 最大熔敷率 144g/min 450g/min
磁控无He MAG焊旋转射流过渡
B
A
l 2r0 lc
驼峰焊道的形成过程
咬边形成示意图
CO2焊高速焊的电流波形
电压U/V
电流I/A
脉冲法高速焊的电流波形
电压U/V
电流I/A
结构示意图
双丝高速焊
Twin Arc 系统结构图
焊枪
焊接中
Tandem焊枪及焊接图
双丝高速焊铁水流动示意图
Tandem熔滴过渡特点
谢谢各位！
225 270
射流过渡临界电流与气体成分 的关系
Ar+ CO2气体
Ar+O2气体
不同金属焊丝临界电流
临界电流
直径
射滴过渡及其定义
• 射滴过渡是指熔滴直径达到与焊丝直径 相近时，电弧力使之强制脱离焊丝端头， 并快速通过电弧空间，向熔池过渡的形 式。
射滴过渡
射滴过渡的特点
* 熔滴尺寸与焊丝ຫໍສະໝຸດ Baidu径接近，呈钟罩状； * 飞溅少，电弧稳定； b * 烟雾少； c * 焊丝熔化系数高； * 呈圆弧状熔深。 250 I * 扩大MIG/MAG的 规范区间
V 下垂滴 状过渡 射滴过渡 射流过渡 旋转射流过渡
喷射过渡
I1
I2
I3
I
正转变和逆转变的临界电流
I
I
第二节 跳弧现象与射流过渡
•
熔滴过渡与电弧形态紧密相关，如射 滴过渡是钟罩状电弧形态，而射流过渡 是锥状电弧形态。由射滴过渡向射流过 渡转变，是因为电弧形态由钟罩状向锥 状变化，而这一转变是突然发生的，也 称为跳弧。因此发生跳弧时的电流，即 跳弧电流，也就是射流过渡的临界电流。
熔滴过渡研究方法
高速摄像示意图
电弧焊方法分类及名称
焊条电弧焊
熔化极
埋弧焊
电弧焊
GMAW（CO2、MIG/MAG) TIG(GTAW) 非熔化极 Plasma(等离子弧焊）
熔滴过渡的分类
熔滴过渡类型 中文名称 1.自由过渡 1.1 大滴过渡 1.1.1 下垂滴状过渡 1.1.2 排斥滴状过渡 1.2 喷射过渡 1.2.1 射滴过渡 1.2.2 射流过渡 1.2.3 旋转射流过渡 Globular Drop transfer Repelled transfer Spray transfer Projected transfer Streaming transfer Rotating transfer
第四章 熔滴过渡及其控制
北京工业大学机电学院
殷树言 教授
第一节熔滴过渡的分类及名称
熔滴过渡的定义
在电弧热作用下，焊丝或焊条端头的金属熔 化并形成熔滴，在各种力的作用下，通过电弧空 间向熔池过渡的过程，称为熔滴过渡。
研究熔滴过渡的意义
• 研究熔滴过渡是为了控制熔滴过渡，从 而得到稳定的焊接过程。尤其在气体保 护焊时，熔滴不受熔渣的拘束，在力的 作用下，易造成飞溅而破坏电弧的稳定 性。
短路 GMA 焊 填充丝焊
MAG焊的熔滴过渡形式 Rotary arc
Tandem arc
Pulsed arc Spray arc
Short arc
SHORT ARC
TRANSITIONAL ARC
SPRAY ARC
PULSED ARC
MIG/MAG焊射流过渡与电流的关系
MIG/MAG焊中熔滴自由过渡形式的 转变与临界电流
励磁线圈与电弧位置示意图
1
4
3
2 5
6
1导电嘴2焊丝3水冷喷嘴4励磁线圈5电弧6工件
高速焊接的典型缺陷
驼峰
高速焊的典型缺陷
咬边
驼峰焊道的形成机理
l/2 RA
rB
rA
RB 0
1 1 RA ( ) r A RA
r0
1 1 RB ( r R ) B B