焊接電弧含有豐富的信息,反映著電弧中的各種物理化學變化過程.為了深入探求熔化極焊接電弧熔滴過渡過程,通過熔化極電弧焊信息的降維處理,從多維複雜的焊接電弧弧光信息中提取出真實反映熔滴過渡的特徵光譜信息.詳細介紹電弧光降維處理過程並進行了一系列實驗.實驗結果表明:通過上述方法所獲得的熔滴過渡特徵光譜信息不僅具有較高的信噪比,而且具有較為廣泛的工藝適應性.
基本介紹
- 中文名：熔化極電弧焊
- 簡介：焊接電弧含有豐富的信息
- 電漿：氣體在電場和熱場作用下產生電離
- 電弧力的來源：電弧靜壓力
電弧焊要點,電弧力的來源,影響因素,特性及影響因素,陰陽極斑點成因,其它相關,
電弧焊要點
1.電漿：氣體在電場和熱場作用下產生電離，電離後所處的空間由陽離子及電子這樣的帶電粒子、原子、及分子這樣的中性粒子所構成。含有帶電粒子的電中性粒子集團成為電漿。
2.電弧熱效率：相對於電弧功率，向母材傳送的熱量所占的比例成為電弧的熱效率。
3.直流分量：當電弧兩個電極材料不同時，由於發射電子能力不同，電弧兩種極性狀態時將流過不同的電流值，即在電弧和焊接迴路中出現正負半波電流不同的情況。正負半波的電流差值成為直流分量。
5.MIG焊：即熔化極氬弧焊，採用熔化極焊絲作為電弧的一極，從焊槍噴嘴中流出惰性氣體對焊接區及電弧進行保護，焊絲熔化金屬從焊絲端部脫落過渡到熔池，與母材熔化金屬共同形成焊縫的焊接方法。
6.MAG焊：混合氣體保護熔化極電弧焊。採用熔化極焊絲作為電弧的一極，從焊槍噴嘴中流出混合氣體對焊接區
熔化極電弧焊及電弧進行保護，焊絲熔化金屬從焊絲端部脫落過渡到熔池，與母材熔化金屬共同形成焊縫的焊接方法。
熔化極電弧焊
7.短路過渡：在較小電流低電壓時，熔滴未長成大滴就與熔池短路，在表面張力及電磁收縮力作用下，熔滴向母材過渡稱為短路過渡。
8.射流過渡：對於鋼系焊絲，焊絲前端在焊絲中被削成鉛筆狀，熔滴從其前端流出，以很細小的顆粒進行過渡，其最大過渡頻度可達每秒500次，把這種過渡稱為射流過渡。
9.射滴過渡：在使用電導率和熱導率較大的鋁和銅進行焊接時，其熔滴尺寸接近焊絲直徑，過渡頻度在每秒100～200次左右，每一滴都呈現規則的過渡，這種過渡稱作射滴過渡。
10.陰極清理作用：惰性氣體中的電弧在以金屬板（絲）為陰極的情況下，陰極斑點在金屬板（絲）上掃動，除去金屬表面上的氧化膜，使其露出清潔金屬面，稱作電弧的陰極清理作用或氧化膜的破碎作用。
11.最小電壓原理：在給定點流與周圍條件一定的情況下，電弧穩定燃燒時，其導電區的半徑或溫度，應使電弧電場強度具有最小的數值，即電弧具有保持最小能量消耗的作用。
12.磁偏吹：如果由於某種原因使電弧周圍磁力線分布的均勻性受到破壞，使電弧中的電荷受力不均勻，就會使電弧偏向一側，這種現象叫做磁偏吹。
13.解離：電弧中由兩個以上原子構成的氣體分子，由於熱的作用，將分解成原子。這種現象叫做解離。
14.細顆粒過渡：二氧化碳電弧焊，對於某一直徑的焊絲，在電流增大到一定的數值並配以適當的電弧電壓，熔滴以較小的尺寸自由飛落進入熔池，把這種現象稱作二氧化碳電弧焊細顆粒過渡。
15.電弧固有自身調節作用：在焊槍高度發生變動或出現其它干擾時，焊絲比熔化量隨可見弧長的減小而增大的特性使電弧自身具有保持弧長穩定的能力，把這種特性成為電弧固有自身調節作用。
16.焊縫成型係數：在焊縫成型中，熔寬B與熔深H之比B/H稱作焊縫的成型係數。
電弧力的來源
電弧力的來源有：①電弧靜壓力②電弧動壓力③斑點力④爆破力⑤熔滴衝擊力；其產生的原因分別如下：①因為電極直徑限制了導電區的擴展，而在工件上電弧可以擴展的比較寬，所以電極前端電弧截面直徑小，接近工件端電弧截面直徑大，直徑不同引起壓力差，從而產生由電極指向工件的推力，即為電弧靜壓力；②電弧中的壓力差使較小截面處的高溫粒子向工件方向流動，並有更小截面處的氣體粒子補充到該截面上來，以及保護氣氛不斷進入電弧空間，從而形成連續不斷的氣流，稱作等離子氣流，到達工件表面時形成附加的一種壓力稱作等離子流力，即電弧動壓力；③電極上形成斑點時，由於斑點上導電和導熱的特點，在斑點上將產生斑點力；④當熔滴與熔池發生短路時，電弧瞬間熄滅，因短路時電流很大，短路液柱中電流密度很高，在金屬液柱中產生很大的電磁收縮力，使液柱中部變細，產生勁縮，使液柱汽化爆破；⑤熔化極富氬保護射流過渡焊接時，焊絲前端熔化金屬形成連續細滴沿焊絲軸線方向射向熔池，形成熔滴衝擊力。
影響因素
影響電弧力的因素有哪些
⑴氣體介質
⑵電流和電壓（弧長）
⑶電極（焊絲）直徑
⑷電極（焊絲）極性
⑸鎢極端部幾何形狀
⑹脈衝電流的影響。
特性及影響因素
穩定狀態下焊接電弧的電流、電壓特性，稱作電弧靜特性曲線。
電弧靜特性的特徵：
⑴在小電流區，電弧電壓隨電流的增大而減小，呈現負阻特性。
⑵當電流稍大時，電弧電壓自動維持一定的數值，保證產熱量與散熱量的平衡，在電弧靜特性曲線上出現一定區間內的平特性特徵。
⑶在大電流區間，電弧電壓隨電流的增加而增加，呈現正特性。
影響電弧靜特性及電弧電壓的因素：
⑴電弧長度
⑵保護氣成分
⑶電極條件
⑷母材情況
⑸保護氣流量、環境溫度、焊接電流形式
陰陽極斑點成因
根據陰極材料性質及所處狀態的不同，在某些場合下，電弧導電通道將主要集中在一個較小的區域，該區域電流密度、溫度、發光強度遠高於其它區域，稱為陰極斑點區。
陰極斑點的形成有如下幾種情況：
⑴非熔化極材料作為陰極，、惰性氣體保護時，在電流值較小的情況下出現陰極斑點。
⑵低熔點材料作為陰極（焊絲）時，也就是冷陰極情況下，如果使用氧化性氣氛作為保護氣，保護氣對電弧（包括陰極和陰極區）有較強的冷卻作用，電弧電場強度較高，從自身較小能量消耗的角度，電弧更趨於集中，難以全面積包圍焊絲熔化金屬（熔滴），電弧導電通道集中在熔滴下方較小的區域。
⑶惰性氣體保護下母材作為陰極時，受母材尺寸大、導熱量大等條件的影響，表面上容易形成陰極斑點。
當電弧燃燒不能在陽極表面所覆蓋的全面積上形成均勻的電流通道時，將在陽極上的某一局部區域形成主要的電流通道，大部分電子通過該通道進入陽極，即為陽極斑點區。
焊接情況下，熔池表面存在著從固液界面處的熔點溫度到中心高溫區的溫度差，通常情況下，熔化金屬的表面張力依賴於溫度值，由於溫度差使得熔池表面的各部位出現了表面張力差。表面張力差出現後，熔化金屬就出現了向表面張力高的部位拉伸的表面張力流。
⑶熔池內部流動著的電流產生的電磁對流。
熔化極電弧焊從電弧進入熔池的電流在電弧正下方有著較高的電流密度，從熔池到母材內部，電流密度是逐漸降低的。電流與其自身產生的磁場之間相互作用而產生了電磁力，該電磁力指向電流發散方向，由此產生了電磁對流。電磁對流的方向是向著電流發散的方向即從電弧正下方熔池中心區向熔池底部流動。
熔化極電弧焊
⑷熔池內部熔化金屬密度差引起的浮力流。
焊接情況下，熔池內部的溫度是從電弧正下方的高溫區向固液界面處的熔點溫度變化著的，形成了熔池內部的空間溫度場，液態金屬是溫度越高密度越低，密度低的部分受到浮力的作用向著重力的反方向運動。
其它相關
表面張力流對焊縫成型的影響
表面張力在熔化焊接中起到重要作用。表面張力與熔滴過渡、熔池形成及其內部的流動都有密切的關係。
對於表面活性元素較少的材料，表面張力隨溫度的升高而減小，由此原因，電極正下方熔池表面溫度較高處的表面張力低於表面溫度較低的熔池周邊區的表面張力，從而產生了從熔池中心區向周邊區的流動，即形成外向表面張力流，並獲得較淺的熔深。
對於表面活性元素較多的材料，表面張力隨溫度的上升而增大，從而產生從熔池周邊區向中心區的流動，即形成內向表面張力流，而電極正下方熔池中心區的熔化金屬具有較高的溫度，被液流直接傳向熔池底部時，也帶去較多的熱量，從而使熔深增加，也可以表述為熔化效率提高。
影響焊絲融化速度的因素原因
當材質一定時，焊絲熔化速度基本上是由電流、焊絲直徑、乾伸長決定。但焊絲極性、保護氣種類、可見弧長、熔滴過渡形態等也有很大影響。
在焊絲接正時，焊絲熔化速度與混合氣種類無關，幾乎成定值。在焊絲接負時，與焊絲接正時相比，其熔化量顯著提高。
熔滴過渡時熔滴上受哪些作用力
使焊絲端部的熔滴產生脫落、過渡的力主要是重力、表面張力、電磁力、摩擦力4項。
直流氬弧焊採用哪些極性及原因
TIG焊時，反極性焊接只有在焊接薄件鋁、鎂及其合金時才會採用。因為此時電弧在工件上的產熱少，焊縫熔深淺而熔寬大，生產效率低。故一般採用正極性焊接。
MIG焊接一般採用焊絲為陽極的接法，而把焊絲接負或採用交流的很少。
其原因有兩項：一是要充分利用電弧對母材的清理作用，另一原因是為了使熔滴細化，並且形成平穩過渡。
提高焊接速度的方法：
⑴增加焊接的熱輸入
⑵改變電極的前端形狀，電極前端磨出一定的平台
⑶在氬氣中混入氦氣
⑷採用電極傾斜方式進行焊接
增加焊接熔深的方法：
⑴增加焊接熱輸入
⑵減小電弧長度
⑶在氬氣中混入氦氣
二氧化碳焊的脫氧措施和避免或減小焊縫氣孔的措施
脫氧措施：熔池脫氧，採取Si-Mn聯合脫氧併合理選擇焊絲中錳、矽的含量及其比例；在焊絲中適量添加Al、Ti等元素作為脫氧劑。
影響埋弧焊熔深的因素和防止燒穿的措施
焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、焊絲傾角、坡口精度以及母材的傾斜都會對焊接熔深產生影響。
為防止燒穿，需要在調整焊接條件的同時，提高坡口精度。如果坡口精度沒有條件提高，應採用封底焊接或使用適當的襯墊。
