采用金属粉芯焊丝的GMAW电弧与熔滴行为检测与分析

何冠宇

摘 要：金属粉芯型药芯焊丝作为一种新型的焊接材料，具有很多優势。本课题以气保焊丝和金属粉芯型药芯焊丝为实验对象，借助高速摄影技术、MATLAB软件分析等方法，对碳钢气保焊丝和金属粉芯型药芯焊丝的电弧与熔滴行为进行对比分析和研究。

关键词：金属粉芯型药芯焊丝；电弧；熔滴过渡；工艺性

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

1 引言

金属粉芯药芯焊丝[1]已经经过了数十年的发展，对于特种设备和特殊要求的焊接，例如力容器、核工业、海洋工程、低温极端条件下，金属粉芯药芯焊丝有着显著的优点。

2 实验材料及仪器

本实验使用了ESAB的金属粉芯药芯焊丝，Lincoln Electric LN-7送丝机和Lincoln Electric DC-400多功能焊接电源。

3 实验结果

实芯焊丝出现射滴过渡时（图2），焊接电压为31V，焊接电流为270A。金属粉芯焊丝在出现射滴过渡时（图1），焊接电压为29V，焊接电流为240A。

实芯焊丝出现射滴过渡时，熔滴颗粒直径（图3）约为1.1mm，过渡频率为320滴每秒，焊接电压为31V，焊接电流为270A，电弧宽度（图5）为4.2mm。金属粉芯焊丝在出现射滴过渡时，熔滴颗粒直径（图4）约为1.26mm，过渡频率240滴每秒，焊接电压为29V，焊接电流为240A，电弧宽度（图6）为3.2mm。

在焊缝成型上发现，金属粉芯药芯焊丝的熔宽大于气保焊丝。余高小于实芯焊丝。焊缝均匀，在同时使用富氩的情况下，金属粉芯药芯焊丝几乎没有飞溅。

4 分析与讨论

金属粉芯焊丝中某种成分吸收了热量，同时使焊丝熔化，对比两种焊丝成分发现，金属粉芯药芯焊丝在药皮处加入大约6%Mo元素。Mo元素的第一电离能约为7.099V，Mo在一定电压下电离分解为正离子和电子，同时吸收能量，是电弧冷却，从而使得电弧宽度降低。

金属粉金属粉芯药芯焊丝表面被金属包裹，内部充满金属粉，而气保焊丝在其表面镀了一层锌铜，内部为实芯。所以根据电阻公式，金属粉芯药芯焊丝的电流密度更高，所需的2电压和电流更低。在电流波形图上可以明显地看出240A时，金属粉芯药芯焊丝即出现射滴过渡，而普通气保焊丝需要在31V，290A时才能出现射滴过渡。

在熔滴直径方面金属粉芯药芯焊丝大于气保焊，熔滴能否形成关键在于表面张力和重力的大小，促进熔滴过渡的电磁收缩力和等离子流力也有一定影响。在熔滴滴落的瞬间，我们可以认为这是一个平衡的状态。将五种力和平衡方程联立方程组，所以相同直径熔滴颗粒时，气保焊丝熔滴更容易过渡，而金属粉芯药芯焊丝需要进一步长大，所以出现射滴过渡时，金属粉芯焊丝的熔滴较大。

5 结论

（1）金属粉芯药芯焊丝在相同焊接条件下，熔宽更大，余高更小。

（2）金属粉芯焊丝具有高熔敷率和高效率更适合高速焊接。

（3）金属粉芯焊丝热输入低，可以焊接薄板甚至超薄板。

参考文献：

[1]杨运强，张晓琪，李俊岳等.焊接电弧高速摄影技术及其同步装置[J].电焊机，2003，33（01）：11-14.

[2]刘占民，李明利，薛龙.熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄像[J].2006，36（02）：132-134.