自保护药芯焊丝是在没有外加气体保护下进行 焊接的一种新型焊接材料,造气、造渣、脱氧、脱氮及合金化元素等 药粉包在焊丝内部,在焊接过程中,造气剂存焊丝内部产生气体,使 电弧内部气体压力过大,将金属熔滴推向外侧,增大飞溅。自保护药 芯焊丝这种特殊的结构决定其b溅的产生机理与其它焊接材料差别 较大,焊接过程中飞溅较严重。目前,对焊条“J、实心焊丝”J、 气保护药芯焊丝”1等材料的飞溅问题已有了深入的研究,而对强碱 性全位置白保护药芯焊丝的飞溅形成机理及影响因素的研究还较少 见。文中利用高速摄影技术研究自保护药芯焊丝飞溅的种类和形成机 理,以及药芯成分和焊接工艺 参数对焊接飞溅的影响规律。 l电孤力引起的飞溅 这种飞溅是由于熔滴的表面张力较大和焊接区 的电弧力较大引起的。熔滴的表面张力增大,熔滴在电弧空间能 够长得较大,而较大的熔滴趋于产生较大的飞溅。电弧力是焊接电极 表面形成的很大的机械力,电弧力往往给焊接带来困难。 自保护药芯焊丝在焊接过程中产生的电弧力较 大,这是冈为:(1)自保护药芯焊丝的药芯中含有较多的造气剂,在焊接过程中释放的气体形成气垫作用托住熔滴,使熔滴上翘并 形成缩颈,在电弧力的作用下脱离焊丝底部;(2)自保护药芯焊丝 使用直流正接,焊丝作为阴极,正接时,阳离子对阴极斑点的冲击力 较大,电弧力比反接时大,对熔滴过渡的阻碍作用更强。在电弧力的 作用下,熔化金属在焊丝端部摇摆不定,受力极不平衡,有时很大的 熔滴会被强 大的电弧力排斥出来,以E溅的形式飞出。图1是电弧力引起的 飞溅的高速摄影照片,在183l和1832 1高速摄影试验 试验材料是直径1.6n,m的自保护药芯焊丝, 焊接设备选用KFMPPI豫oMIG500焊机,焊接工艺 参数是焊接电流220A;电弧电压24v;焊丝伸出长度20 mm;极性为直流正接。高数摄影机的处理器 幅照片中在焊丝端部形成一个熔滴;在1833幅时该熔滴受到 较大的电弧力,脱离焊丝端部;1834~1836幅图中该熔滴向 左l:方E出,形成大颗粒E溅。大颗粒飞溅是在自保护药芯焊丝在 焊接过程L}l普遍存在的=(|Il象,增大熔滴表面张力(碱性 氧化物cao, M鲫,Bao)的物质,以及增大气体动力的物质(碳酸 是cODARK F.御cAM suPERlok,背景光源是氚灯。收稿日期:2006一一23 万方数据 2.1.2气泡放出型飞溅 气泡放出型飞溅产生的示意图见图2“J。J09盐、氧化物) 都促使形成大颗粒飞溅。这种飞溅一般位于焊缝阿侧不远的上件表面, 清除比较闲难。 存在于熔池内部的气泡上浮到熔池表面 (图2a,b),在气泡爆破消失的同时产生柱状隆起体 (图2c,d),隆起体根部在表面张力的作用下被拉回 母材,而尖端具有较高速度的部分脱离根部形成颗 粒而飞散出去(图2e)。 自保护药芯焊丝住焊接过程中空气很容易侵入 熔池,以及药芯成分在焊接过程中反应产生大量气 体,在熔池凝固时形成较多的气泡放出型飞溅。 图3是高速摄像中观察到的气泡放出型飞溅。其中 国3a是气泡在熔池中产牛时的b溅现象,374幅照 片在熔池中产生一个较小的隆起,375~376幅隆起 增大,377~379枉隆起上部产生一颗飞溅。图3b是 气泡在熔滴中产牛时的飞溅现象,1ll幅在熔滴上 产生隆起,l12~“5隆起上形成飞溅并飞离熔滴。 样整个高速摄影过程中,气泡在熔池巾引起的飞溅 占绝大多数,而气泡在熔滴中引起的飞溅现象较少。图1电弧力引起的飞溅 FIg.12fonce1.3气体爆炸引起的飞溅Spa怕r c嘲女edbyarc气体爆炸引起的飞溅有两种形式,一种是在熔 F味2F0呻呐p懒0f图2气泡放出型飞溅示意图bubb lereleasespatter 抽)飞溅在熔池中产牛飞溅在熔滴上产生 圈3气泡放出型飞溅 F目3Bubble旧leaSespa怕rs 万方数据 110焊接学报第28卷池中爆炸引起的b溅,见图4a,另一 种是在熔滴过渡过程巾在熔滴侧引起的飞溅,见同4b。熔池爆炸引 起飞溅的原因:(1)当自保护药芯焊丝配方不合理时,会引起药芯 成分的熔点高于钢带的熔点,使药芯熔化滞后。图5是观察到的药芯 滞熔的现象。在发生严重滞熔时,药芯的熔化速度远远跟不上钢皮厨 (a】熔池中爆炸引起的飞溅(1】)熔滴爆炸引起的飞溅的熔化速度,药芯会伸人熔池,在 熔池中大块脱落的药粉与金属液体之问发生激烈反应,引起严重的爆 炸飞溅和焊后夹渣。这种飞溅也’j气泡上浮和消失有关,只是由于 药粉直接进入熔池,反应较为剧烈,在同一时刻、同~位置产生的气 体更多,气体上浮形成的柱状隆起也较多,一瞬间形成较多的飞溅。 (2)由短路过渡引起的爆炸飞溅,在短路过渡时,熔滴接触熔池发生短路,熔滴内的气体发生爆炸而释放出去,或者由于 短路小桥在过热的状态下炸断都会产生很强的金属蒸气的冲击力,引 起熔池产生爆炸飞图4气体爆炸引起的飞溅的示意图Fig.4Sp a札ercne删byg鹅bursl溅。(3)短路过渡结束后, 电弧重新引燃会对熔池产牛较大的气流冲击力,使一部分熔池金属飞 出熔池,形成飞溅。熔滴中爆炸产生飞溅主要原因是,自保护药芯焊 丝药芯位于钢带内部,焊接过程中药粉可能被金属液体包同,并在金 属液体中发生反应,产生的气体使内部气氛急剧膨胀,引起金属液体 破碎,产生爆炸现象而引起小颗粒飞溅,这种飞溅是由气体动力g随 j的,多发斗:在造气成分较多的药芯焊丝中。 两种爆炸b溅的高速摄像照片见图6,其中图6a是熔池中爆炸 引起的飞溅的高速摄影照片,在885幅照片中电弧重新0i燃,8 87~890幅中观察到人量的小颗粒飞溅快速由熔池飞出。