表面张力是维持熔滴表面形状和阻碍熔滴过渡的力,而重力、电磁收缩力及等离子流力则促进熔滴脱落并进入熔池,随着电流的增大,其中的几种作用力也发生改变
在等离子弧焊焊接时,焊丝端部受到较强的电弧热和电阻热,焊丝迅速熔化聚集形成液态熔滴,并以某种方式进入熔池,称为熔滴过渡。国际焊接学会将熔滴过的的形式分为三种,即短路过渡、自由过渡和混合过渡。焊接时,采用不同的焊接方法和填丝或送丝方式将对熔滴过渡形式产生较大影响,从而进一步影响焊接效率与质量。
张生虎[1]通过设计熔化极等离子弧焊接控制系统,对电弧及熔滴过渡进行了研究。结果表明,在等离子弧焊和MIG焊复合焊接时,等离子弧和MIG弧虽由两台独立电源供电,但共用一个电弧,二者共享电磁空间和导电气氛。短路过渡时,由于MIG电流对等离子电弧有较强的电磁收缩作用,随着熔化极电流的增加,等离子弧电压会迅速升高。在等离子电弧对MIG的影响下,提高等离子弧的压缩度会导致MIG电弧缩短。紫铜焊丝的熔点较低,故在相同的送丝速度下,随着等离子电流的增大熔化极电流不断减小。由此可知,熔化极的电流与电压大小对熔滴的过渡形式起决定作用,与此同时,等离子弧起到对焊丝加热作用,但对熔滴过渡力的作用有限。杨超[2]通过对普通MIG/MAG焊时加纵向磁场,研究磁控MIG-MAG焊熔滴过渡行为。当施加较小的励磁电流时,熔滴过渡频率也较小,当励磁电流增大时,熔滴过渡频率随之增大。同时,磁控MIG焊接时,电弧较未加磁场MIG焊有不同,其上部收缩下部扩张较为明显。加入外来磁场后,熔滴的受力状况发生改变,外加磁场的洛伦兹力使熔滴成大的扁平状,过渡时熔滴因旋转偏离轴线,最后落入熔池中,加大磁场,还会形成射流过渡。
朱艳丽[3]对激光-MIG双丝复合焊熔滴过渡进行了研究表明,随着激光功率的不断增加,焊接稳定性呈先增后降趋势,且在1000W时达到最大值。激光-MIG双电弧复合焊有引导丝和跟随丝两种焊丝,引导丝的熔滴过渡呈细滴过渡形式,跟随丝则为细滴粗滴混合。随着激光功率不断增加,熔滴过渡频率先增加后减小。引导丝的熔滴过渡频率在1000W时达到最大值,跟随丝则在1200W是达到最大。当离焦量为0mm时,引导丝熔滴过渡频率达到最大,跟随丝变化较小。张旺[4]研究了大功率二氧化碳激光脉冲GMAW复合焊接的熔滴过渡控制,采用高速摄像对二氧化碳激光加脉冲GMAW复合焊接等离子体的一个周期进行观测,结果显示,缺省脉冲参数时,加入大功率二氧化碳激光后会破坏原有脉冲GMAW焊一脉一滴过渡形式,在采用80%氩气和20%二氧化碳做保护气时,熔滴过渡模式变为一脉多滴;采用氩气和氦气一比一混合做保护气时,随二氧化碳激光的加入,弧长变长,脉冲电流缓慢上升,熔滴过渡的方式转变为多脉一滴。
山东大学陈茂爱、武传松等[5]人以流体动力学和电磁学理论为基础,利用VOF法跟踪熔滴表面,建立数学模型对GMAW焊熔滴过渡行为进行了模拟分析。通过建立模型计算熔滴在下降过程中形状尺寸变化,对比实际焊接工艺试验结果表明吻合较好。通过计算熔滴流场发现,在熔滴长大初始阶段,熔滴中存在较强的涡流运动,随着熔滴的继续长大,涡流明显减小最终消失。熔滴即将脱落前,临界颈缩位置的上部向相邻液态金属运动,下部迅速向脱落的熔滴中心靠拢,熔滴快速脱落。庄小威研究了超声波对不同保护气下熔滴过渡行为的影响,发现在含低于20%二氧化碳做保护气时,超声波对MAG焊熔滴过渡短路行为无明显促进作用。综合超声波对滴状过渡和短路过渡的影响,超声波能促进熔滴过渡的范围是二氧化碳做保护气含量低于20%。何伟[6]对窄间隙GMAW电弧形态和熔滴过渡行为进行了研究,通过高速摄像系统对其熔滴过渡行为进行数据采集,利用静力平衡理论分析得出结论:在第一类窄间隙GMAW电弧形态下,由于焊接电弧面积缩小增加了电磁力对熔滴过渡的阻碍作用,电磁力的径向作用使熔滴脱落时产生径向加速度,使过渡方向发生偏离。在第二类电弧形态下,由于焊接电弧弧根面积变大,电磁力对过渡产生更强的作用,熔滴颈缩力增大,过渡过程促进明显。第三类电弧形态下,间隙侧壁电弧的产生是电弧弧根面积增大,轴向电磁力进一步加强,熔滴过渡过程也得到明显促进。