
熔滴上的作用力焊絲或焊條端部的金屬熔滴受表面張力、重力、電磁收縮力、斑點壓力、等離子流力和其它力的作用。
1.表面張力表面張力是在焊絲端部上保持熔滴的主要作用力,由于表面張力的作用,焊絲杜阿努的熔化金屬呈現(xiàn)球狀,如下圖所示:
熔滴重力與表面張力示意圖若焊絲半徑為R,這時焊絲與熔滴間的表面張力為:
式中,σ為表面張力系數(shù),σ數(shù)值與材料成分、溫度、氣體介質(zhì)等因素有關(guān)。在熔滴上具有少量的表面活化物質(zhì)時,可大大降低表面張力系數(shù)。在液態(tài)金屬鋼中最大的表面活化物質(zhì)是氧和硫,如純鐵被氧飽和后表面張力系數(shù)降低到1030X10^-3N/m^2,因此影響這些雜志含量的各種因素(金屬的脫氧程度、渣的成分等)將會影響熔滴過渡的特性。增加熔滴溫度,會降低金屬的表面張力系數(shù),從而減小熔滴尺寸。
2.重力
當(dāng)焊絲直徑較大而焊接電流較小時,在平焊位置的情況下,使熔滴脫離焊絲的力主要是重力;如果熔滴的重力大于表面張力時,熔滴就要脫離焊絲。實際上,液體金屬不能全部脫離焊絲端部,而總要殘留一部分。如果焊絲直徑相同,由于表面張力系數(shù)σ和密度ρ不同,熔滴脫離之前的形態(tài)也不同,ρ/σ越大時,則過渡的熔滴越細(xì)。顯然,立焊和仰焊時,重力將阻礙熔滴過渡。
3.電磁力
熔化極焊接的情況下,電流通過焊絲-熔滴-電極斑點-弧柱之間的導(dǎo)體時,其截面變化,導(dǎo)體各部分將產(chǎn)生電磁力,如下圖所示,這時產(chǎn)生的電磁力可分解為徑向和軸向的兩個分力。
作用在熔滴上的電磁力在熔滴與弧柱間形成斑點,它的面積大小決定于電流線在熔滴中的流動形式。1)若弧根面積籠罩整個熔滴,此處的電磁力形成的合力向上,構(gòu)成斑點壓力的一部分促進(jìn)熔滴過渡;2)若弧根面積小于熔滴直徑,此處的電磁力形成的合力向下,形成的斑點壓力會阻礙熔滴過渡,CO2氣體保護(hù)焊時大滴狀排斥過渡就屬于這種情況。由此可見,電磁力對熔滴過渡的影響決定于電弧形態(tài)。
4.等離子力
從電弧的力學(xué)特點可知,自由電弧的外形通常呈錐形,不等斷面電弧內(nèi)部的電磁力是不一樣的,上邊的壓力大,下邊的壓力小,形成壓力差,使電弧產(chǎn)生軸向推力。由于該力的作用,造成從焊絲端部向工件的氣體流動,形成等離子流力。
電流較大時,高速等離子流將對熔滴產(chǎn)生很大的推力,使之沿焊絲軸向方向運動,這中推力的大小與焊絲直徑和電流大小有密切關(guān)系。
5.斑點壓力
電極上形成斑點時,由于斑點是導(dǎo)電的主要通道,所以此處也是產(chǎn)熱集中的地方。同時該處將承受電子(反接)或正離子(正接)的撞擊力。又因該處電流密度很高,將使金屬強(qiáng)烈的蒸發(fā),金屬蒸發(fā)時對金屬表面產(chǎn)生很大的反作用力,對電流造成壓力。
6.爆破力
當(dāng)熔滴內(nèi)部含有易揮發(fā)金屬或由于冶金反應(yīng)而生成氣體時,都會使熔滴內(nèi)部在電弧高溫作用下氣體急劇膨脹而造成較大的內(nèi)力,從而使熔滴過渡而爆炸。當(dāng)短路過渡焊接時,在電磁力及表面張力的作用下形成縮頸,在其中流過較大電流,使小橋爆破形成熔滴過渡,同時會造成飛濺。
通過上述可以看到,影響熔滴過渡的力有五六種之多。除重力和表面張力外,電磁收縮力、等離子流力和斑點壓力等都與電弧形態(tài)有關(guān)。各種力對熔滴的作用,根據(jù)不同的工藝條件應(yīng)做具體的分析。綜上所述,熔化極氣體保護(hù)焊時,作用于熔滴的力對熔滴過渡的影響,應(yīng)從焊縫的空間位置、熔滴過渡形式、電弧形態(tài)、采用的工藝條件及規(guī)范參數(shù)等方面進(jìn)行具體的分析。
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