MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响研究毕业设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响研究 毕业设计.精品文档.湘潭大学毕业论文题 目：MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响研究学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 号： 2009500914 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2013年5月 湘 潭 大 学 毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响研究 学号： 20095009124 姓名： 专业： 材料成型及控制工程 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 主要内容：研究MAG焊的电弧特性、熔滴过渡形式和工艺参数对焊缝成型的影响规律，研究获得良好焊缝成型的方法。 基本要求: 1、研究并获取MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响规律。 2、翻译专业英文文献一篇。二、 重点研究的问题1、MAG焊电弧电特性。2、MAG焊熔滴过渡形式及受力分析。3、MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查资料，初步了解课题并做论文翻译1-3周2研究电弧电特性4-5周3研究熔滴过渡形式及受力6-7周4研究MAG焊的焊缝成型9-10周5撰写论文初稿11-12周6论文修改13-14周7论文定稿和准备答辩15周四、应收集的资料及主要参考文献1 权旺林,王宝.电弧电压变化量分析熔滴过渡特征的研究J.焊接技术, 2004,33(5):16-19 2 陈树君,张晓亮,华爱兵,汤金蕾,白绍军.旋转磁场作用下的MAG焊电弧运动特征J.电焊机,2009,39(6):201-204 3 郑森木,高洪明,刘鑫.带状电极MAG焊电弧行为J.焊接学报,2011,32(10):98-100 4 蔡国余.电弧、熔滴、保护气流“三景一图”的高速摄影法J.电焊机.1983,(2):22-24 5 杨运强,李俊岳.焊接电弧高速摄影技术及其同步装置J.电焊机.2003,33(1):11-14 6 李俊岳,蔡国余,廉金瑞等.以激光为背光的高速摄影J.天津大学报.1981,5(1):64-73 7 陆文雄,王宝.焊条金属熔滴过渡形态及工艺特性分析J.太原工学院学报.1982,13(3): 193 8 邢丽,朱余荣,艾盛,王震徽,马彩霞. 脉冲MAG焊时保护气体成分对电弧静特性和熔滴过渡的影响J.焊接学报.1996,21(2):5-7 9 王宗杰.熔焊方法及设备M.北京:机械工业出版社,2006 10 王其隆.关于熔化极气体焊熔滴自由过渡的分类与名称问题J.焊接学报.1983,4(3): 149-154 11 符卫,胡绳荪,尹玉环.熔滴过渡对脉冲熔化极氩弧焊快速成形的影响J.机械工程学报.2009,45(4):96-99 湘 潭 大 学毕业论文（设计）评阅表学号 2009500914 姓名 李希 专业 材料成型及控制工程 毕业论文（设计）题目： MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响研究 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价评阅人： 年 月 日湘 潭 大 学 毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2008500912 姓名： 李玉军 专业： 材料成型及控制工程 （焊接方向） 毕业论文（设计说明书） 21 页 图 表 10 张论文（设计）题目： MAG焊工艺参数对焊缝成形的影响研究 内容提要：MAG焊具有高效、节能、操作简单方便、电弧稳定、熔滴过渡稳定、焊接飞溅少、焊缝成型美观等优点，本文对MAG焊的电弧特性、熔滴过渡及焊缝成型进行了深入研究。本文研究了一种MAG焊试验方法，主要包括电流电压信号采集系统、电弧形态和熔滴过渡高速摄像、焊接试验等方面。利用高速摄像系统配合适当的减光片采集电弧形态，分析电弧的电特性；采用氙灯背光高速摄像系统及电流电压采集系统对MAG焊的熔滴过渡行为与电信号进行拍摄及采集。试验结果表明，MAG焊主要有短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、射流过渡等熔滴过渡形式。根据电弧稳定性、焊缝成型等试验结果，可以知道射流过渡是主要的熔滴过渡形式，MAG焊在较大范围内都呈现射流过渡。影响熔滴过渡的因素主要有焊丝送进速度、电弧电压。随着焊丝送进速度增加，熔滴的过渡类型发生改变。电弧电压可以影响熔滴的过渡频率、熔滴直径大小。随着焊丝送进速度的增加即焊接电流的增加，电弧弧长变短，焊丝熔化速度增加，促使熔滴过渡的力增加，熔滴过渡频率增加，焊缝成型明显变好；随着电弧电压的增加，弧长增加，电弧扩展，电弧压力减小，熔滴过渡受到影响，导致熔宽增加。指导教师评语指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日目录摘要Abstract第1章 绪论11.1 研究背景11.2 研究现状11.3 研究内容1第2章 研究方法22.1 焊接工艺试验系统22.2 电弧及熔滴过渡信息采采集方法与设备3第3章 MAG焊的电弧特性研究53.1 MAG焊电弧电特性53.2 电弧电压的影响53.3 焊丝送进速度的影响73.4 小结8第4章 MAG焊的熔滴过渡研究94.1 MAG焊熔滴过渡受力分析及过渡过程94.1.1 熔滴受力分析94.1.2 MAG焊熔滴过渡过程124.2 MAG焊熔滴过渡形式124.2.1 大颗粒过渡形式124.2.2 短路过渡形式124.2.3 射滴过渡形式124.2.4 射流过渡形式134.3 MAG焊熔滴过渡的影响因素134.3.1 焊丝送进速度对熔滴过渡的影响134.3.2 电弧电压对熔滴过渡的影响14第5章 MAG焊的焊缝成型165.1 送丝速度对焊缝成型的影响165.2 电弧电压对焊缝成型的影响175.3 总结19参考文献20致谢21附录22MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响研究摘要:MAG焊具有高效、节能、操作简单方便、电弧稳定、熔滴过渡稳定、焊接飞溅少、焊缝成型美观等优点，本文对MAG焊的电弧特性、熔滴过渡及焊缝成型进行了深入研究。本文研究了一种MAG焊试验方法，主要包括电流电压信号采集、电弧形态和熔滴过渡高速摄像、焊接试验等方面。利用高速摄像系统配合适当的减光片采集电弧形态，分析电弧的电特性；采用氙灯背光高速摄像系统及电流电压采集系统对MAG焊的熔滴过渡行为与电信号进行拍摄及采集。试验结果表明，MAG焊主要有短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、射流过渡等熔滴过渡形式。根据电弧稳定性、焊缝成型等试验结果，可以知道射流过渡是主要的熔滴过渡形式，MAG焊在较大范围内都呈现射流过渡。影响熔滴过渡的因素主要有焊丝送进速度、电弧电压。随着焊丝送进速度增加，熔滴的过渡类型发生改变。电弧电压可以影响熔滴的过渡频率、熔滴直径大小。随着焊丝送进速度的增加即焊接电流的增加，电弧弧长变短，焊丝熔化速度增加，促使熔滴过渡的力增加，熔滴过渡频率增加，焊缝成型明显变好；随着电弧电压的增加，弧长增加，电弧扩展，电弧压力减小，熔滴过渡受到影响，导致熔宽增加。关键词：MAG焊，电弧特性，熔滴过渡，焊缝成型Study of the effects of MAG welding process parameters on weld formationAbstract：MAG welding possesses the advantages of high efficiency, energy saving, easy operating, stable arc, steady droplet transaction, little splash, well-shaped gap. This thesis aims at special characteristics of MAG welding, droplet transaction and gap shaping process. This paper probes into one sort of experimental approach on MAG welding, including signal collection of current and voltage, patterns of arc, high-speed recording on droplet transaction, and welding experiments and so on. The thesis also analyzes electrical characteristics of arc with the help of high-speed recording system and proper light-reducing slices which would be adopted to collect arc patterns. Meanwhile, droplet transacting of MAG welding and electronic signal are pictured and collected by xenon lamp high-speed recording system and current and voltage collecting system. The testing results show that MAG welding has such droplet transaction patterns as short-circuit transaction, over drop transaction, ejaculating transaction and droplet transaction. According to the testing results of stability of arc and gap shape, its easy to discover that ejaculating transaction is the main pattern of all the droplet transaction process. At the same time, MAG welding ejaculates in the process of transaction to a large extent. Factors affecting droplet transaction are pushing speed of wire and arc voltage. With the acceleration of pushing speed on wire to be welded, transaction pattern of droplet shall be changed. Meanwhile, arc voltage can have an influence on the transaction frequency and diameter of droplets.With the increase of pushing speeds on the wire namely the increase of welding current, arc length are becoming shorter, and melting speed of the wire are greater, and thus power of droplet transaction increased. As a result, transaction frequency of droplet should be improved and gap shape perfected. As the arc voltage increase, the arc length and arc expanding can be better. Consequently, stress on the arc is less than before, which affects the transaction process and width shall be expanded as a result of that.Keywords: MAG welding, arc characteristics, metal transfer, appearance of weld第1章 绪论1.1 研究背景MAG焊具有高效、节能、操作简单方便、电弧稳定、熔滴过渡稳定、焊接飞溅少、焊缝成型美观等优点，目前被广泛应用于汽车制造、工程机械、化工设备、矿山设备、机车车辆、船舶制造、电站锅炉等行业。MAG焊时，改变工艺参数将影响电弧行为，而电弧行为直接影响熔滴过渡，从而影响到焊缝成型。近年来，为了提高生产效率和焊接质量，特别是工业发达国家越来越重视对不同工艺参数下电弧行为的研究，从而分析焊缝成型的规律，以便于更好的为社会所用。1.2 研究现状2004年，太原科技大学的权旺林、王宝通过汉诺威焊接质量分析仪检测焊丝电弧信号，检测在一个过渡周期内，把熔滴还没有发生短路瞬间的电弧信号变化量作为评定金属过渡的指数，从而通过调节电流和电压的匹配，确定熔滴过渡处在何种模式下1。2009年，北京工业大学的陈树君、张晓亮、华爱兵、汤金蕾、白绍军等人在消化吸收纵向磁场旋转电弧研究成果的基础上，采用保护气体为Ar98CO22，利用一种高频调制横向旋转磁场来带动焊接电弧的旋转，并对这种磁场作用下的MAG 焊电弧行为进行了深入细致地分析，获得了不少有意义的成果2。2011年，哈尔滨的郑森木、高洪明、刘鑫以SUS304不锈钢带为电极材料，采用自主设计的带状电极MAG焊枪在低碳钢板上进行堆焊试验，用高速摄像系统观察电弧形态及其变化，并用电流电压传感器记录焊接电流和电弧电压波形，分析了不同焊接参数下的电弧行为及其影响因素，讨论了引起电弧行为变化的原因3。综上所述，国内外在MAG焊工艺参数对电弧行为的影响研究方面开展了较多的研究，取得了较多的成果，从电弧行为、熔滴过渡方式和熔池金属运动来探讨工艺参数对焊缝成型的影响方面仍然需要深入研究。1.3 研究内容本文研究了一种MAG焊试验方法，利用高速摄像系统配合适当的减光片采集电弧形态，分析电弧的电特性；采用氙灯背光高速摄像系统及电流电压采集系统研究MAG焊的熔滴过渡行为；利用电弧特性及熔滴过渡行为分析不同工艺参数对焊缝成型的影响。第2章 研究方法本文研究MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响是通过采用一种MAG焊试验方法，主要包括电流电压信号采集、电弧形态和熔滴过渡高速摄像、焊接试验等方面。首先利用高速摄像系统配合适当的减光片采集电弧形态，分析电弧的电特性及其与焊缝成型的关系；然后采用氙灯背光高速摄像系统及电流电压采集系统对MAG焊的熔滴过渡行为与电信号进行拍摄及采集，分析熔滴过渡行为与焊缝成型的关系，最后利用电弧特性及熔滴过度行为分析MAG焊工艺参数对焊缝成型的影响。本章介绍了MAG焊工艺试验系统及电弧形态和熔滴过渡采集的高速摄像系统，对其试验方法进行了必要的说明。2.1 焊接工艺试验系统图1为试验中进行平板堆焊时的焊接试验系统框图。本试验系统主要由以下几部分构成：MAG焊枪、焊接电源、送丝机构、焊接工作台以及气保护系统等。其中焊枪、送丝机构是整个焊接系统的核心部分。试验所用焊机采用的是平外特性。图1焊接系统示意图2.2 电弧及熔滴过渡信息采采集方法与设备（一）氙灯背光高速摄像系统高速摄像技术是在高速摄影技术基础上产生的一种先进测试手段。高速摄影法作为获取焊接电弧及熔滴过渡影像的检测方法，可将一个高速运动过程或高速瞬间过程的空间信息和时间信息记录下来，因而对于处于动态过程的焊接电弧及熔滴，能够清晰地记录其形态和影像，具有直观、形象、精确等特点。高速摄影法是以高速摄像机替代高速摄影机，与高速摄影法相比，省掉了冲洗胶片的工作，其工作原理和记录手段都有了很大的进步，记录结果可以直接在监视器上显示4-6。 当以电弧形态为主要研究对象时，利用弧光自身的光强直接用高速摄像系统拍摄，拍摄方向与电极确定的平面垂直。实验之前进行CCD焦距调节，实验中适当调节CCD光圈，使得图像达到最好的效果。拍摄时在镜头前加滤光片、减光片以保护镜头，滤光片的中心波长为667nm。当以熔滴过渡为主要研究对象时，增加氙灯背光系统以消除弧光的干扰。氙灯背光及高速摄像系统示意图如图2所示。图2氙灯背光及高速摄像系统示意图在焊接过程中，弧柱区与熔池及周围区域的亮度差异大大超过图像传感器的动态范围，采用常规的拍摄方法不易获得清晰的熔滴图像。所以，在拍摄熔滴过渡时，为了去除强烈的弧光干扰，用氙灯作为背光光源，为了拍摄到较清晰的图像，我们采用3KW的大功率氙灯。用MIG焊机串联上一个电容作为氙灯的电源，通过调节电流的大小来调节氙灯的光强。氙灯是利用凹面镜原理来工作的，将灯泡放在凹面镜的焦距处，以获得一束平行光，用此光束照射电弧而得到熔滴过渡的影像，弧光通过滤光片被滤除。拍摄的图片传送到计算机，储存在硬盘中，用通用的看图软件对图片进行观察和分析。本文用此高速摄像系统将高速瞬变的电弧及熔滴过渡过程的空间信息和时间信息联系在一起，其空间信息是电弧和熔滴过渡过程的图像，时间信息是以所采用的摄像频率来表示的。本文通过此高速摄像系统得到的图片对电弧和熔滴行为进行观察、测试和分析，具体地说有如下方面：（1）研究MAG焊的电弧特性，分析MAG焊电弧特性与焊缝成型的影响关系；（2）研究熔滴过渡形式与熔滴受力，分析熔滴过渡行为与焊缝成型的影响关系。（二）电流电压数据采集装置本研究采用的是北京公司生产的数据采集卡，焊接同时进行电流电压信号的采集，采集频率为50KHz。试验所使用的电压、电流传感器，其核心部件为霍尔效应元器件，考虑到传感器的使用性能，测量精度和安全性能，在试验之前需对其进行准确的标定，以降低试验中可能出现的误差，提高试验数据的准确性和可靠性。+MIG-500焊机-电流传感器数据采集卡计算机电阻箱电压传感器在熔化极气体保护焊时其输出为平特性，采用等速送丝，焊接电流由送丝速度决定，对于每一给定的送丝速度，电流、电压传感器采集到焊接电流值和电弧电压值与真实焊接电流值和真实电弧电压值之间存在差异，需要找出它们的对应关系。电流、电压传感器标定电路图如图3。图3电流、电压传感器标定电路图电路用电阻箱代替焊枪部分，电流电压的真实值由电焊机上直接读出，电流传感器串联于电路中，电压传感器与变阻箱并联，通过数据采集卡采集电流、电压，最后输入电脑，得到二者的波形图和采集电流、电压值。第3章 MAG焊的电弧特性研究电弧是一种强烈的气体放电现象。在焊接时，通过电弧过程将电能转化为热能，用以熔化焊丝和母材，以实现金属的连接。对焊接电弧物理性能的研究一直都是现代电弧领域中的一大研究课题8。电弧电特性直接影响到电弧燃烧的稳定性，进而影响到焊缝成型。本章对电弧的电特性进行了研究，用电流电压采集系统记录了电压、电流波形，研究了电弧电特性及其影响因素。3.1 MAG焊电弧电特性电弧电特性是指电弧在导电方面表现出的一些特征，其中电弧在燃烧过程中焊接电流、电弧电压随时间的变化以及在燃烧过程中电流和电压之间的关系是其中重要的研究方面。电弧电特性不同，熔滴受到的焊接电弧力不同，熔滴呈不同的过渡形式。当呈射流过渡时可改善焊缝截面形状9-10。在MAG焊中，研究其电特性，可以为工艺参数的正确选择提供依据，并可为进一步研究电弧形态及熔滴过渡行为奠定实验基础，对于了解和分析电弧燃烧的稳定性具有十分重要的意义。所用焊机的外特性为平特性，一旦电源的输出电压选定，电弧电压就基本不变，波动很小。试验主要研究电极电弧燃烧时，焊接电流随时间的波动规律。试验中发现，采用不同的参数，其焊接电流的变化规律会发生变化，其中最主要的影响参数为电弧电压和焊丝送进速度。3.2 电弧电压的影响当选定一定的焊丝送进速度后，设定不同的电压，其焊接电流和电弧电压的波动及电流分布如图4所示。图4(a)、(c)、(e)分别为电压电流波形图。图4(b)、(d)、(f)分别为焊接电流直方分布图。共同的焊丝送进速度为4.8m/min。 a) 25V波形图 b) 25V直方图c) 26V波形图 d) 26V直方图 e) 27V波形图 f) 27V直方图 图4不同电弧电压下的电压电流波形图及焊接电流直方图由图可以看出，当电弧电压较小为25V时，如图(a)、(b)所示，此时的电流较小，处在270A左右，由直方图可知电流分散较广，分布最多的270A也只占总数据量的20%。随着电弧电压的增加，焊接电流有增大的趋势，但因为采用的是平外特性电源，所以增加幅度不是很大，当电弧电压达到27V时，焊接电流趋于稳定值300A左右，并且电流波动较小，分布最多的300A占总数据量的24%以上，电流分布稳定。由以上实验可以知道电弧电压可以在较小范围内影响焊接电流，并且随着电弧电压的增加焊接电流的分布更加集中，波动性减小，电弧燃烧稳定。在4.8m/min的焊丝送进速度下，27V左右这个电弧电压区间使电弧处于稳定的电流工作区间。3.3 焊丝送进速度的影响图5是对比了相同的焊丝在相同焊接电压下不同焊丝送进速度的电压电流波形。图5(a)、(c)、(e)分别为电压电流波形图。图5(b)、(d)、(f)分别为焊接电流直方分布图，共同的电弧电压为25V。 3m/min 波形图 3m/min 直方图 3.5m/min 波形图 3.5m/min 直方图 4m/min 波形图 4m/min 直方图图5不同焊丝送进速度下的电压电流波形图及相应的焊接电流直方图由以上实验结果可以发现，随着焊丝送进速度的增加，焊接电流增加，电流电压都会出现一定范围内周期性的波动，但因采用的是平外特性电源，所以电压波动不明显，但焊丝送进速度的改变会影响到焊接电流及其稳定性。当焊丝送进速度较小为3m/min 时，平均电流为200A左右，但电流波动范围较大，由直方图可以看出电流值在170A-240A之间分布较多，分布范围很大，并且分布最多数据的210A-220A之间也只占数据点的百分之十几，可见电流分布很不稳定也就是说明在较低的焊丝送进速度下，电流电压波动大，焊接过程不稳定。当焊丝送进速度增加到4m/min时，不仅焊接电流增加很多，平均在270A左右，而且电流的波动也减小，由直方图可以看出此时电流大多分布在250A-290A之间，波动范围小了，焊接电流波峰所占比例可达21%，电流更加稳定，也就说明焊接过程更加稳定，并随着焊接电流的增加这种趋势更加明显。由以上试验结果可以判断，随着焊丝送进速度的增大，使焊接电流增加的同时，其焊接电流波动却越来越小，电弧燃烧越来越稳定，也就是说焊接过程的稳定性增加。3.4 小结用高速摄像系统对在正常焊接时的MAG焊的电弧进行了观察，并用电流电压采集系统记录了电弧电压、焊接电流波形。研究了影响电弧特性的各种因素。主要得出以下结论：采用平外特性进行焊接，得到MAG焊电弧的电特性。电压波动较小，电流波动较大。当焊丝送进速度一定时，随着电弧电压的增加，电流波动减小，更加集中，但电流平均值变化不大，电弧稳定燃烧，焊缝成型较好；当电弧电压一定时，随着焊丝送进速度的增加，电流明显增加，但电流波动减小，电流集中度增加，电弧稳定燃烧，焊缝成型较好。第4章 MAG焊的熔滴过渡研究熔化极气体保护焊过程中的熔滴过渡是非常重要的焊接冶金过程，它不仅影响电弧的稳定性，而且对焊接化学冶金反应、焊缝成型甚至接头的力学性能都有影响。熔化极气体保护焊的熔滴过渡主要有两种形式：短路过渡和自由过渡。而自由过渡又分为大滴过渡、喷射过渡及爆炸过渡，大滴过渡包括大滴滴落过渡和大滴排斥过渡，喷射过渡包括射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡。王其隆教授13等对熔化极气体保护焊熔滴自由过渡形式的特征和实质进行了较为详细的介绍，他们指出熔滴以哪种形式过渡取决于熔滴的不同受与受力状态，而熔滴脱离焊丝端头前的受热与受力状态起关键作用。熔滴过渡直接影响到电弧稳定性和成型质量，熔滴过渡形式对焊缝成型效果的影响最大，对熔滴过渡加以控制可得到较好的焊缝成型14。本试验主要用氙灯背光高速摄像系统结合电流电压采集系统研究了MAG焊的熔滴过渡过程。研究了不同焊接工艺参数下的熔滴过渡及其影响因素，分析了MAG焊的熔滴过渡特征。4.1 MAG焊熔滴过渡受力分析及过渡过程4.1.1 熔滴受力分析上述研究说明很多因素都对MAG焊的熔滴过渡过程产生影响，这是因为这些因素对熔滴的受力情况产生变化，所以影响到了熔滴的过渡。MAG焊的熔滴渡过程十分复杂，其熔滴过渡的机理有待研究。本节将对熔滴在焊丝端部的生成、长大和过渡过程中的受力情况进行定性的分析，并讨论熔滴过渡机制。从本质上讲，MAG焊的熔滴过渡过程是在受到重力、表面张力、电磁收缩力、等离子流力等力的共同作用下完成的，这些力的综合作用的结果决定了MAG焊熔滴的过渡形式。下面针对MAG焊的特点，在熔滴受力原有理论基础上对各力进行具体分析。（1）重力G在平焊位置的情况下，重力始终作为促进熔滴过渡的力作用在熔滴上。假设熔滴为球体，则重力G可表示为： （1）式中：R 熔滴半径(mm)；P1液态金属密度(g/cm)；g重力加速度(m/s2)。在MAG焊中，现有实验条件下，在熔滴过渡过程中，重力起到了较大的作用，特别是在焊接电流不够大电磁力较小时，重力往往是促进熔滴过渡的主要力。（2）表面张力Fr在熔滴生成和长大过程中，表面张力是使熔滴保持在焊丝端部不脱离的主要力，表面张力是阻碍熔滴过渡的。MAG焊的表面张力大小会影响熔滴的过渡特性。随着熔滴的生成，长大直到脱离焊丝之前，其表面张力也是不断变化的。特别是当液柱的半径越来越小即熔滴越来越小时，其表面张力就会越来越小。熔滴一旦与熔池相接触（即短路过渡），因熔池直径较大，熔池对熔滴的表面张力作用将大于焊丝端部对它的作用，因此这时的表面张力将促进熔滴脱落向熔池过渡。（3）电磁收缩力Fc由电磁学理论可知：任何一根载流导体都会在其周围产生磁场，如在两根相距不远的平行导线中，通以同向电流则相互吸引，如电流方向相反则相互排斥。焊接电弧可看成是由许多平行的电流“束线”组成的导体，这些电流束线之间也要产生相互吸引的力。将所有的电流束线所产生的吸引力积分起来，就可以得到一个使导体从四周向中心压缩的力。这种由导体自身电磁场产生的压缩现象叫做电磁压缩效应，产生的力简称为电磁力。而电流通过熔滴时，这时产生的电磁力可以分解为径向和轴向的两个分力。电磁力径向分力是由以下这种方式对熔滴过渡起作用的。根据电磁理论，两根相互平行的导体流过相同方向电流时在彼此产生的磁场作用下会相互吸引，这种引力作用于液体导体使液体变形或者发生运动。熔滴小时，电磁力小，表面张力大，所以小熔滴刚开始形成时是不会汇聚到一起的，随着时间的增加，金属熔化量增加，熔滴直径增加，熔滴间的电磁力增加，大于表面张力，熔滴在焊丝端部运动最后汇聚到一起，形成一个大的熔滴，最后在电磁力轴向分力等力的作用下脱离焊丝，实现熔滴过渡。而电磁力轴向分力是因为导体的截面变化而产生的，其方向总是从小截面指向大截面。下面介绍轴向电磁力的作用。图6电磁力示意图电磁力对熔滴过渡的影响，可以按不同的位置加以分析。在焊丝与熔滴连接的颈缩处，形成的电磁力可以表示为： （2） 式中：Fct电磁力(N)；I电流(A)；Sd焊丝面积(mm2)；Ss熔滴最大横截面面积(mm2)。这时的电磁力是由小截面指向大截面，它是促进熔滴过渡的。在熔滴与弧柱间形成斑点时，斑点的面积大小决定了电流线在熔滴中的流动形式。电流在熔滴中的流动路线可以看做圆弧形如图8，若斑点面积小于熔滴直径，此时形成的电磁力为： （3）式中：Sc弧根面积(mm2)。若Sc<Sd时，形成的合力向上，构成的斑点压力的一部分，会阻碍熔滴过渡。若Sc>Sd时，形成的合力向下会促进熔滴过渡。由此可见，电磁力对熔滴过渡的影响决定于电弧形态。如弧根面积笼罩整个熔滴，此处的电磁力促进熔滴过渡；若弧根面积小于熔滴直径，此处的电磁力形成斑点力的一部分会阻碍熔滴过渡。（4）等离子流力Fd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，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。（5）金属蒸发反作用力Fvp金属蒸发反作用力是熔化极焊接过程中，焊丝末端和熔池在电弧斑点范围内可以被加热到沸点温度，使液态金属产生强烈的蒸发，以一定的速度从斑点发射出去，有时还析出气体。而这种加热越集中，电极斑点区域越小，液态金属产生的反作用力越强。通常在小电流焊接时，热输入量小，金属蒸发反作用力不会被过多的考虑。但是在大电流焊接的情况下，如前面提到的射流过渡形式下，这种金属蒸发反作用力就会发挥较大的作用。以上分析了几种对熔滴过渡起到重要作用的力，此外熔滴过渡还受到摩擦力、斑点压力等力的作用，在这些力的综合作用下，当促进熔滴过渡的力大于阻碍熔滴过渡的力时，熔滴便实现了过渡。4.1.2 MAG焊熔滴过渡过程MAG焊的熔滴过渡过程可以分为以下三个部分：一、焊丝端部熔化，形成小熔滴或液态金属膜层；二、小熔滴长大或液态金属膜层增厚，形成一个大的熔滴；三、大熔滴在受到各种力的综合共同作用下，从焊丝端部脱离过渡到电弧中，最终进入熔池。4.2 MAG焊熔滴过渡形式调节不同的电弧电压、焊丝送进速度等焊接工艺参数，用氙灯背光高速摄像系统拍摄了大量的熔滴过渡图片。现在对熔滴过渡形式进行简单介绍。4.2.1 大颗粒过渡形式当电流较小和电弧电压较高时，出现大颗粒过渡形式。此时，因为电流小，金属熔化量少，需要较多时间才能使焊带端部的金属熔化，并且熔滴温度较低导致熔滴表面张力较大，阻碍液态金属汇聚形成熔滴，因为带极端