学电焊熔滴上的作用力
时间:2023-01-02关注:
熔滴上的作用力是影响熔滴过渡乃至焊缝成形的主要因素。熔滴上的作用力有:力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力以及电弧的气体吹力等。
1 重力
重力对熔滴的影响取决于焊缝的空间位置。平焊时,重力是促使熔滴脱离焊丝末端的作用力;立焊和仰焊时,重力则为阻碍熔滴从焊丝末端脱离的作用
力。重力为Fg = mg = 4 nr 'pg/ 3.式中,p是熔滴密度;r是熔滴半径;g是重力加速度;m是熔滴质量。
2 表面张力
表面张力F,是焊丝端头保持熔滴的主要作用力,焊丝与熔滴间的表面张力F,垂直地作用于焊丝末端与熔滴相交的圆上,且与熔滴表面相切。它可以分解为径向分力F和轴向分力Fa,其中,向分力使熔滴在焊丝末端产生缩颈,轴向分力则使熔滴保持在焊丝末端,阻碍熔滴过渡,如果焊丝半径为R,熔滴半径为r,则焊丝与熔滴之间的表面张力F,为F 4 = 2 r Ro式中,o是表面张力系数,其数值与材料、温度、气体介质等因素有关。
纯金属的表面张力系数,分析时还应考虑熔滴的化学成分、表面态及温度、气体介质等的影响。如纯铁表面氧化后,可降到1030×10——N/m。因此采适当的氧化性气氛或者提高熔滴温度都会降低表面张力系数、减小表面张力、细化熔演寸,从而改善熔滴过渡性能。
只有重力和其他作用力的合力超过F4时,熔滴才能脱离焊丝过渡到熔池中去。因此,一般情况下F,是阻碍熔滴过渡的力。但在仰焊或其他位置(立焊、横焊)焊接时,却有利于熔滴过渡。因为一是熔滴与熔池接触时表面张力有将熔滴拉入熔池的作用;二是使熔池或熔滴不易流淌。
平焊时减小焊丝直径及表面张力系数有利于熔滴过渡。熔滴上若具有少量活化物质(O2、s等)或温度升高,均可使表面张力系数下降,有利于形成细颗粒熔滴过渡。
3 电弧力
电弧中的电磁收缩力、等离子流力、斑点压力对熔滴过渡都有不同的影响。需要指出的是,电流较小时往往是重力和表面张力起主要作用;电流较大时,电弧力对熔滴过渡起主要作用。
1.电磁收缩力
作用在熔滴上的电磁力通常可分解为径向和轴向两个分力。电磁力轴向分力F,向上;b-b面该轴向分力F1的方向向下,将促使熔滴断开。在熔滴端部与弧柱间导电的弧根面积的大小将决定该处电磁力的方向,如果弧根直径小于熔滴直径,此处电磁力合力向上,阻碍熔滴过渡;反之,若弧根面积笼罩整个熔滴,此处电磁力合力向下,促进熔滴过渡。
2.等离子流力
电弧等离子流力随着等离子气流从焊丝末端侧面切入,并冲向熔池,它有助于熔滴脱离焊丝,并使其加速通过电弧空间进入熔池。等 作用在熔
离子流力与焊丝直径和焊接电流有密切关系,采用的焊丝直径越细,滴上的电磁力电流越大,产生的等离子流力和流速越大,因而对熔滴推力也就越
大。在大电流焊接时,等离子流力会显著地影响熔滴过渡特性。
3.班点压力
斑点压力包括正离子和电子对熔滴的撞击力、电极材料蒸发时产生的反作用力以及弧根面积很小时产生的指向熔滴的电磁收缩力。在一定条件下,斑点压力将阻碍金属熔滴的过渡。通常阳极受到的斑点压力比阴极受到的斑点压力要小,因而焊丝为阳极时熔滴过渡的阻力较小。这也是许多熔化极电弧焊采用直流反接的主要原因之一。
4 爆破力
若熔滴内部含有易挥发金属或由于冶金反应而生成气体,则在电弧高温作用下气体积聚和膨胀而造成较大的内力,从而使熔滴爆炸。在CO2短路过渡焊接时,电磁收缩力及表面张力的作用导致熔滴形成缩颈,电流密度增加,急剧加热使液态小桥爆破形成熔滴过Mg渡,同时也造成了较大飞溅。
5 电弧气体吹力
焊条电弧焊时,焊条药皮的熔化滞后于焊芯的熔化,在焊条的端头形成套筒,如9所示。药皮中造气剂分解产生的CO、CO2、H2及O2等在高温作用
下急剧膨胀,从套筒中冲出,推动熔滴冲向熔池。无论何种位置焊接,这种力都有利于熔滴过渡。
上述诸力,除重力和表面张力之外,电弧力、爆破力等的存在与方向都与电弧形态有关,而对于熔滴过渡的作用,则随工艺条件、焊接位置以及熔滴状态等的变化而异。例如,长弧焊时,表面张力总是阻碍熔滴从焊丝末端脱离,而成为反过渡力。但短弧焊时,当熔滴与熔池金属短路并形成液态金属过桥时,由于与熔池接触界面很大,使向下的表面张力远大于焊丝端向上的表面张力,结果使金属液桥被拉进熔池而有利于熔滴过渡。电磁收缩力也有相同的情况。
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