CO2焊短路过渡中小桥电爆与电弧力对金属飞溅的影响

黑费茨、宾丘克

（摘要）

短路过渡CO₂焊时金属飞溅的主要原因有两个：一为由于加热小桥的速度快，在短路结束时刻，在小桥金属内积聚了过剩的热能，使小桥金属过热而汽化，因此使它发生电爆炸。另一类飞溅是在小桥爆炸之后产生的，其作用力来自焊接电弧对熔滴和熔池金属的强大作用力（通常称为气动冲击）。

图C-1 施加电流脉冲时的电流和电压波形图

a）小桥爆断之后，气动冲击阶段 b）小桥爆断之前 c）小桥上的电压突然增长时刻 d）小桥电压突然增长之前 U_n—门坎电压

为了防止飞溅就必须了解电爆炸和气动冲击作用。然而在焊接条件下判断是哪一种因素的影响是很困难的。例如，不增加电爆炸的能量是不可能加强气动冲击作用的，相反，这两个因素都与短路结束时刻的电流I_max有关。

为了评定电爆炸和气动冲击在金属飞溅方面的作用。本文采用一种晶闸管无触点开关做试验，在短路过渡的不同阶段向电弧施加瞬时强电流脉冲，这就能够分开和在很宽的范围内改变电爆炸能量或气动冲击力。这项研究是在低碳钢试件上进行CO₂堆焊试验，焊丝为φ2mm的H08Mn2Si，焊接参数为I_av=160～200A、U_av=15～18V。飞溅量采用称重法测量。

首先，在小桥爆断和再引燃电弧之后5～10μs时的气动冲击期间向电弧施加一个大脉冲（电流幅值为1400～1600A，宽度为250～300μs）。试验表明在这种情况下，不会增加飞溅，其飞溅率仍保持在10%～12%，与不加脉冲时的飞溅率基本一样，如图C-1a所示。尽管这时与电流平方成正比的电弧力瞬时增大15～20倍和强电流脉冲向电弧空间析出的数量占整个燃弧期电弧析热的20%～30%，却不增加飞溅，而只增强了电弧光的亮度和电弧声。

其次，在小桥爆断之前，当小桥上的电压突然从1～2V增加到50～100V时，如图C-1b所示，在此期间施加强脉冲，在小桥液体金属体内将积聚相当大的并足以引起电爆炸并产生飞溅的热量。这里设定一个门坎值（U_n），当小桥上的电压达到U_n时，就立即施加电流脉冲，如图C-1c所示。在降低门坎电压U_n时，也就是较早地施加电流脉冲时，电爆炸能量增大，则飞溅也增加，如图C-2所示。从图C-2还可以看到，在U_n=1.5～3V时，飞溅率最大，虽然平均电流和电压并未改变，但实际上熔化金属全部从熔池中飞溅出去，使飞溅率达到60%～90%。(www.xing528.com)

图C-2 飞溅率与决定施加脉冲电流时刻的门坎电压U_n的关系

图C-3 限制短路小桥电爆炸能量和随后加强气动冲击时的I和U波形

进一步降低门坎电压U_n时，小桥爆断只在脉冲电流作用结束之后，如图C-1d所示，这时飞溅急剧减少，并接近正常值。

为确认电爆炸力对飞溅的影响作用，本文设计了如下试验。

在短路小桥破断之前，通过减小电流来限制电爆炸能量。而以后再激发电弧，并延迟t₃时间，再施加大电流脉冲（幅值1000A，脉宽为250μs），如图C-3所示。当t₃＞30～40μs施加脉冲时，尽管提高了气动冲击力，但却没有增加飞溅，如图C-4所示。反之，若t₃＜30μs施加脉冲，将较大地提高飞溅，可以认为在这种情况下，小桥只是在施加大脉冲的瞬间才发生破断。

总之，在短路过渡焊接中，气动冲击作用并非是引起飞溅的主要原因，而液体金属小桥的电爆炸才是引起飞溅的主要原因。飞溅的多少与液体小桥爆破前100～150μs的时间内积聚起来的能量有关。

图C-4 施加脉冲电流的延迟时间t₃对飞溅率的影响

摘自《АВГОМАТИЧЕЕКАЯ СВAРКA》1978 No 10P26-28