MAG焊旋转喷射过渡熔滴运动形态的相关分析 (1)

MAG焊旋转喷射过渡熔滴运动形态的相关分析

邢丽艾盛王震征

摘要：用高速影方法拍摄了Ar＋O2保护气体时旋转喷射过渡的熔滴过渡形态，建立了液尖——液流束运动的相关分析模型，并由此分析了熔滴运动的动态变化过程和旋转参数。结果表明：在液尖——液流束——阴极斑点组成的运动系统中，液尖的运动起主导作用，阴极斑点对液尖、液流束的运动有拖曳作用。作用于阳极斑点上的不平衡力，是影响熔滴旋转喷射过渡的重要因素。
关键词：MAG焊；旋转喷射过渡；熔滴运动；相关分析；高速摄影。

中图分类号：TG40

The Interrelation Analysis of the Droplets Moving Morphlolgy
of Rotating Spray Transfer in MAG Welding

Xing Li1Ai ShengWang Zhenzheng

(Dept,of Materials Engineering,Nanchang Institute of Aero-Technlolgy,P.R.China 330034)

Abstract:The transfer morphology of the drolplets was obtained by means of High Speed Camera in MAG welding with Ar＋O2 shielding gas when rotating spray transfer is formed.An interrelation analysis model of the molten metal tip and the liquid metal stream is proposed,the droplets movement and the corresponding rotating parameters were analyzed with the proposed model.It is shown that the movement of the tip plays a leading role in the movement system among the tip,the stream and the cathode spot,the cathode spot plays a draging role to the tip and the stream.The unequilibrium forces that act on the anode spot are the main causes to affect the droplets'rotating spray transfer.
Keywords：MAG Welding；Rotating Spray Transfer；Droplets Movement；Interrelation Analysis;High Speed Camera.

前言

熔滴的旋转喷射过渡是80年代后期开始应用于钢结构的一种高效焊接方法，它除了具有高熔敷率的特点外，还可以克服窄间隙焊和角焊缝时侧壁的熔合不良等缺陷。因此，这种方法受到了许多工业化国家的重视〔1〕，并对影响旋转喷射过渡的因素进行研究，以期更好地利用这一过渡特性。但有关熔滴旋转喷射过渡的形成机理还未见系统的报道。文献〔2〕从定性的角度分析了不同保护气体条件下，形成脉冲旋转喷射过渡时的电弧形态、液锥形态、熔化金属的过渡形式以及产生旋转喷射过渡的临界规范参数。本文通过对拍摄的高速摄影影片进行数据处理，建立了液流束运动分析模型，分析了Ar＋O2保护气体中形成脉冲旋转喷射过渡时熔滴过渡的动态变化过程和旋转参数，以探讨形成旋转喷射过渡的力学机制。

1试验方法

1.1试验条件
试件材料为8 mm厚的A3钢板，选用直径为1.2 mm的H08Mn2Si镀铜焊丝，在TR-800型晶体管弧焊电源和自制的送丝机构上，用Ar(2～3)%O2作为保护气体，进行脉冲MAG焊的平板敷焊试验。焊接时，利用NACE-10型高速摄影机及双向光导纤维取像，以每秒5000帧的速度拍摄旋转过渡时的熔滴过渡形态，并用NACMOVLAS100型运动数据分析处理系统，测量质点运动参数
1.2测量点的选取
由于在Ar＋O2气氛中，当形成脉冲旋转喷射过渡时，熔化金属以粗细均匀、无间断点的连续液流束向熔池过渡〔3〕，为了分析液流束的运动规律，选取坐标如图1所示。图中箭头表示焊枪相对于工件的运动方向，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示X-Y平面内笛卡尔座标的象限，G表示导线接地位置。

图1坐标方位示意图

对于熔滴的旋转喷射过渡，假设液流束中质点的运动轨迹一定，则某一瞬时液流束上的各点不仅反映了该瞬时各质点的空间位置，也反映了某一质点在旋转过渡过程中不同瞬时的位置。因此，连续研究各瞬时液流束位置的变化，就可研究各质点的空间位置随时间的变化，即熔滴的运动转迹。质点的运动可以分解为沿液流束的运动和绕焊丝轴线旋转的运动。沿液流束的运动轨迹，以某瞬时液流束上的各点近似；而液流束绕焊丝轴线的旋转运动，则以垂直于焊丝轴线的截面上的某点的位移随时间的变化来反映。由于形成旋转喷射过渡时，焊丝端部液尖和液流束的旋转偏摆趋势有差异，因此，在测量时取液尖和液流束在某一截面的运动来研究它们的旋转规律及相互关系。图2为典型的液流束形状及测量点示意图，其中截面Ⅰ为液尖所在X-Y平面，截面Ⅱ为液流束距母材表面某一高度的平面，图中A、B点分别表示液尖和液流束瞬时的空间位置，它们在其所在平面的座标值的变化，可反映熔滴旋转过渡的运动规律。

图2测量点示意图

1.3液流束运动的分析模型
影响液流束运动的因素包括液尖运动和熔池表面阴极斑点的运动，在分析旋转喷射过渡机理时，应分清二者运动的主从关系，即是液尖的运动带动液流束运动，还是阴极斑点在熔池表面上的运动带动液流束运动进而带动液尖的运动，前者称为液尖主动旋转，后者则称为液尖被动旋转。本文利用“相关分析”方法，建立了图3、4所示模型进行测试分析，其中靠近座标原点的点为图2中的A点，远离座标原点的点为图2中的B点，箭头所指为液流束的运动方向。由于B点靠近熔池表面，其在X-Y平面上的位置也近似反映了阳极斑点的位置。

(a)顺时针旋转(b)逆时针旋转

图3液尖主动旋转示意图

a)顺时针旋转(b)逆时针旋转

图4液尖被动旋转示意图