气电立焊熔深形成过程分析

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气电立焊熔深形成过程分析前言
近年来，随着我国气电立焊药芯焊丝生产工艺的成熟和批
量生产，气电立焊的应用得到了迅速的发展，其高效率、高质
量的优点得到了充分体现。气电立焊是采用 气体保护的
药芯焊丝，焊接垂直或接近垂直位置的焊接接头，电弧轴线方
向与焊缝熔深方向成直角。焊接时，在焊缝的正面采用铜滑
块，焊缝的背面采用水冷挡块 或衬垫 ，药芯焊丝送入焊件和
挡块形成的凹槽中，熔池四面受到约束，焊缝强制-次成形。
气电立焊的熔深也就是两边母材熔透的深度。由于气电立焊熔
池同普通未受约束的焊接熔池状态不同，熔深的形成方式以及
影响熔深的因素也就不同，因此研究气电立焊熔池的行为和熔
深的形成过程，对制定合理的焊接工艺，避免焊接缺陷，获得
优良的焊缝质量具有重要意义。
气电立焊熔深的形成途径
电桓母材熔深的产生途径主要有两种方式：-种是电弧
直接作用在母材上，对母材产生挖掘作用的结果。这种电弧对
母材的挖掘作用是电弧直接作用在母材上，使母材迅速熔化并
被电弧气流吹开，形成熔深的过程。另-种是熔池液态金属对
流作用的结果。熔池高温过热金属，在电弧吹力、熔池内部温
度梯度、气泡逸出和熔渣生成上浮等内外力的作用下，诱发熔
池金属的对流，这种熔池流体与坡口壁面直接接触产生的热传
递是熔深形成的另-因素。
对于气电立焊，其焊接位置垂直或接近于垂直方向，电弧
轴线方向与母材熔深方向成直角，熔化的焊丝金属堆积叠加，
熔池不断水平上移，其熔深产生所需热量的传递方式与其它电
桓有所不同，下面具体分析气电立焊热传递的途径。
电谎热量传递给母材是通过焊件上-定的作用面积进行
的，这个作用面积即为加热斑点，电弧传给母材热量的
形心确定后，可推导出临界半径 和坡口参数之间的关
系为：
（ ）
（ ） （ ） 。
对于气电立焊，坡口尺寸参数与板厚无关 ，均取：
， 。代入上式得
，
取最绣厚 ，可得最小临界半径为：
。设电挥热斑点的实际半径为 。
若 电弧挖掘作用和熔池对流作用热传递方式共
存；若 ，则以熔池对流热传递为主。
实际测得 药芯焊丝气电立焊电挥热斑点半
径为： 。由此可判断，气电
立焊熔深的形成主要由熔池对流热传递实现。
气电立焊熔深的形成过程
气电立焊熔池的深度
图 电弧燃烧临界半径
气 电 立 焊 熔 深 形 成 过 程 分 析
王 刚，李景波，沙玉章，马 骥
（ 沈阳大学 焊接自动化研究所，辽宁 沈阳 ）
摘要：分析了气电立焊熔深的形成途径，得出熔深是通过熔池同侧壁母材对流热传递形成的结论，通过对熔深形成过程的具体测
定，探讨了焊接工艺参数对熔深的影响规律。
关键词：气电立焊；熔深；影响因素
中图分类号： 文献标识码：