单旁路耦合gmaw焊熔滴过渡

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1、单旁路耦合GMAW焊熔滴过渡摘要：MIG由于其高效率和高熔敷率已被广泛的应用于材料的焊接，但是分析表明基本特征限制了传统的GMAW焊接生产效率的提高。一篇GMAW文章指出：单旁路耦合MIG焊在增加熔化焊丝的速度的同时减少通过母材的电流并控制在期望的水平。这个改变提供了一种使手工焊高的焊丝熔化电流达到很高的焊接速度同时降低母材的热输入有效的方法。已经进行了一系列的试验。根据高速摄影的图像和记录电流信号的结果显示DE-GMAW可降低达到理想的熔滴过渡过程时的临界电流值，改变了熔敷率、减小熔滴的直径、提高焊接速度。1引言GMAW是一种广

2、泛应用的焊接方法。和另一种广泛应用的GTAW（钨极氩弧焊）焊接方法相比，GMAW可以大幅度地提高生产效率，由于其电极的熔化。图1[1]所示为传统的GMAW焊接过程。这个系统中，焊枪（其他文献中的焊炬）接电源的正极。电极（焊丝）经过焊枪，因此也接电源的正极。母材接电源的负极。电源（电弧电压）在焊丝和母材之间形成电压差。当焊丝和母材接触，即可在焊丝和母材之间产生电弧。焊丝端部在电流作用下熔化形成熔滴，熔滴过渡到熔池中，焊丝的熔化由电源动态的控制。以这种方式，从焊丝端部到熔池，即电弧的长度之间的电弧电压保持恒定。传统的GMAW的一个基本

3、特征是：熔化的焊丝和母材所通过的电流是一样的。虽然GMAW往往因为生产效率高被大量使用，由于只有一个焊枪使得生产效率不能进一步提高。首先，熔化焊丝的大部分热量是由I和V阳决定的，其中V阳是电弧阳极压降，I是焊接电流。（为了方便起见，这篇文献中的热量是熔化的焊丝的热量。）为了提高熔化焊丝的热量和生产效率，电流I必须增加，因为阳极电压是定值。同时，母材金属通过电弧加热，而阳极压降V是常数。因此，增加电流的同时也在增加流经母材的电流值，使母材的热输入增加。然而对于任何给定的程序，允许的热量和电流值是有限制的。其二，电弧电压是[2,3](

4、1)其中µ0是空气中的磁导率，J为电流密度。基于文献[4]，电流密度遵循高斯分布，(2)式中：J是电流分布参数，r是电流点轴线的电弧的弧长。因此，电弧压力可表示为：(3)最大压力是：(4)可以看出，电弧压力和焊接电流的平方成正比。这表明，增加电流值可以迅速地增加电弧电压。作为电弧的阴极，母材表明的熔池受电弧电压的影响。电弧电压高很容易引起焊接缺陷。对于薄板焊接，电弧电压过大会吹走熔化的用于填充焊缝的金属，导致烧穿母材。上述分析表明，传统的GMAW限制用大电流获得高熔敷率和生产效率。虽然母材的热输入和电弧电压由母材的电流控制而不是焊

5、丝熔化的电流，在传统的GMAW中这两个电流值是相同的。如果流经母材的电流和熔化焊丝的电流不同的话，这将使熔化焊丝的热量增加的同时母材的热输入和电弧电压控制在期望值成为可能。图2所示的系统可以看出研究人员早期在从流经焊丝电流中解耦通过母材的电流做出的努力[5]。该系统在原有的GMAW系统中增加了一个等离子弧焊枪（PAW）和电源。由PAW电源提供的电流流经GMAW焊炬到钨Fig.1ConventionalGMAWsystemandprocess极没有经过母材被称为旁路电流Ibp。在焊丝和钨极之间构成了一个回路。GMAW电源供给的电流从

6、焊丝流过母材，称为母材电流Ibm。与此相应的电弧称为主弧。流过焊丝的电流是流过母材的电流和旁路电流之和，称为总熔化电流Im。辅助电源提供的电流和其他的电流相比是很小的，从而可以省略在电路中的分析。因为这种方法除了使用两个电极之外，和GMAW基本相似，被称为双丝GMAW或者DE-GMAW。虽然DE-GMAW通过引入旁路电弧可以从熔化电流解耦出流过母材的电流，使得熔化焊丝的电流增加而没有增加母材的热输入和电弧电压，这个程序不适合用两个电源。在本文中，重点讲解单电源供电DE-GMAW[6]，然后介绍基本特征。熔滴过渡是GMAW获得良好的

7、焊接质量的关键，本文将着重介绍旁路电弧对熔滴过渡的影响。为此，我们首先介绍传统GMAW的熔滴过渡和其他概念。2传统GMAW熔滴过渡在焊接过程中，焊丝在电流作用下熔化形成熔滴，熔滴从焊丝端部脱落，过渡到熔池中。熔滴周期性的生成和长大不断改变电弧的形态。熔滴过渡的形式会影响电弧的稳定性和焊接质量。美国焊接学会将熔滴过渡主要分为三类：短路过渡，滴状过渡和喷射过渡［７］。在短路过渡中，当电极和熔池接触的时候，熔滴就过渡到熔池中。滴状过渡形式的特征在于熔滴直径大于焊丝直径，熔滴在电弧保护下过渡到熔池中。在喷射过渡过程中，熔滴也在弧光的保护下

8、过渡，但熔滴的直径比焊丝直径小很多。国际焊接学会（ＩＩＷ）将熔滴过渡更详细的分为：滴状过渡，射流过渡和旋转射流过渡［２］。如果熔滴在熔化的焊丝端部很小（比焊丝直径小），这种为射滴过渡。如果熔滴尺寸相对比较大，这可能是射流过渡或者旋转射流过渡。为简化