熔滴过渡形态对电弧稳定性的影响

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：在两个虚线框中以外还有两个标有黑色圆点的结点，即Ⅳ-B、Ⅲ-B，分别表示具有粗熔滴过渡和爆炸过渡同时具有敞开型电弧，这种情况下电弧稳定性居中。表2-3列出了几种代表性常用焊条熔滴过渡形态、电弧类型、电弧稳定性结点位置和电弧稳定性系数值。

在参考文献[4]中曾根据焊条电弧焊的电弧行为特征将电弧行为分成六个类型：按电弧燃烧连续性分为连续型电弧和非连续型电弧；按电弧的活动性分为活动型电弧与非活动型电弧；按电弧集中程度分为敞开型电弧和集中型电弧。

所谓电弧的连续性是指在焊接过程中电弧的燃烧是否连续。焊接时由于熔滴的行为、焊条本身稳弧性、熔滴的短路、大熔滴的飘动、熔滴的爆炸行为等因素而造成电弧的中断是属于熔滴自身因素造成的焊接电弧的瞬时中断现象，形成断续型电弧。焊接过程中由于电源的性质导致的电弧中断，如采用交流电源或者电源的不良特性引起电弧的中断，以及施焊时环境因素而导致的电弧中断现象等不反映焊条自身的特性。图2-38是形成断续型电弧的示意图。由于粗熔滴过渡和爆炸过渡时发生熔滴的短路、熔滴的飘动、飞溅等现象使电弧瞬间熄灭，造成电弧的不连续，形成不连续型电弧，显然渣壁过渡和喷射过渡则形成连续型电弧。

图2-38 形成断续型电弧的示意图

a）熔滴的短路引起的电弧中断 b）粗大熔滴的飘动引起电弧的中断 c）长弧焊时大熔滴的过渡造成电弧的中断 d）熔滴的爆炸引起电弧的中断

所谓集中型电弧和敞开型电弧，主要特征表现为电弧的极性斑点面积的大小，集中型电弧极性斑点的面积较小，大约不超过焊芯端面的1/3，而敞开型电弧极性斑点面积很大，可以占满整个焊芯端面，或者完全占据熔滴底部，这种情况可以看作是“无斑点电弧”^[2]，斑点面积的大小往往决定了电弧的宽窄，敞开型电弧因此也可以叫作“宽电弧”。

图2-39、图2-40分别是焊条敞开型电弧和集中型电弧的示意图和实例。图2-39a、b、c、d为敞开型电弧，并分别表示爆炸过渡、渣壁过渡、粗熔滴过渡和喷射过渡时的敞开型电弧。图2-39e、f、g分别表示渣壁过渡时的集中型电弧、粗熔滴过渡弧根处于熔滴的底部时的集中型电弧和粗熔滴过渡弧根处于熔滴的根部时的集中型电弧。图2-40a是渣壁过渡时敞开型电弧的照片，图2-40b是集中型电弧的高速摄影照片。

图2-39 焊条敞开型电弧和集中型电弧示意图

a）爆炸过渡时的敞开型电弧 b）渣壁过渡时的敞开型电弧 c）粗熔滴过渡时的敞开型电弧 d）喷射过渡时的敞开型电弧 e）渣壁过渡时的集中型电弧 f）粗熔滴过渡弧根处于熔滴的底部时的集中型电弧 g）粗熔滴过渡弧根处于熔滴的根部时的集中型电弧

图2-40 焊条敞开型电弧和集中型电弧的实例（拍摄速度：1000f/s）

a）敞开型电弧 b）集中型电弧(https://www.chuimin.cn)

在焊接过程中电弧极性斑点由于受到焊芯的熔化、熔滴的过渡及电弧力等各种力的作用，使之沿着焊芯的轴线方向垂直于焊芯轴线的某一平面上运动，使电弧产生飘动，从而破坏电弧的稳定性。所谓活动型电弧就是在焊接过程中电弧活动性大，发生明显飘动的电弧。在焊接时电弧斑点不产生激烈活动，电弧不发生明显飘动，电弧中心基本上不偏离焊条中心轴线的电弧叫非活动型电弧。

粗大熔滴的过渡和爆炸过渡都会发生熔滴的短路，造成电弧燃烧的不连续，因而形成断续型电弧；粗大的熔滴造成熔滴活动的加剧，因而粗熔滴过渡和爆炸过渡形成活动型电弧；在熔滴尺寸较小时电弧的活动性将会大大减弱，显然渣壁过渡和喷射过渡形成非活动型电弧；药皮中加入较多量的氟化物等电离势较高的组分时，电弧的极性斑点受到压缩形成集中型电弧，显然加入多量萤石的低氢型焊条电弧为集中型；而存在大量利于稳定电弧的钛酸盐及含有钾、钠氧化物成分的硅铝酸盐矿物有利于电弧的稳定，使电弧斑点变大，甚至扩大到电极（熔滴）整个表面，形成“无斑点”电弧，电弧为敞开型。

以上分析了六种类型的焊条电弧行为，对于每一种焊条来说，总是同时具有其中的三种类型，是连续型还是断续型，是活动型还是非活动型，是敞开型还是集中型，每一种焊条必居其三。例如钛钙型不锈钢焊条，它的电弧类型是断续型、活动型和敞开型，而高钛型不锈钢焊条电弧类型则为连续型、非活动型和敞开型；钛钙型结构钢焊条电弧类型为断续型、活动型和敞开型，低氢结构钢焊条电弧类型为断续型、活动型和集中型。

图2-41 焊条电弧焊电弧稳定性结点图

Ⅰ—喷射过渡 Ⅱ—渣壁过渡 Ⅲ—爆炸过渡 Ⅳ—粗熔滴过渡 A—连续型电弧 B—敞开型电弧 C—非活动型电弧 A′—断续型电弧 B′—集中型电弧 C′—活动型电弧

图2-41是电弧稳定性结点图，图中表示出熔滴过渡形态与电弧稳定性的关系。图中横坐标中标示的符号A、B、C、A′、B′、C′分别表示电弧类型，纵坐标符号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示不同的熔滴过渡形态。图中左下角的虚线框中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C、Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C六个结点表示熔滴为喷射过渡和渣壁过渡，同时还具有连续型、非活动型和敞开型电弧，此时电弧的稳定性最好。图中右上角虚线框中的Ⅲ-A′、Ⅲ-B′、Ⅲ-C′、Ⅳ-A′、Ⅳ-B′、Ⅳ-C′六个结点表示焊条具有粗熔滴过渡和爆炸过渡，同时电弧具有断续型、活动型和集中型电弧，此时电弧稳定性最差。在两个虚线框中以外还有两个标有黑色圆点的结点，即Ⅳ-B、Ⅲ-B，分别表示具有粗熔滴过渡和爆炸过渡同时具有敞开型电弧，这种情况下电弧稳定性居中。图中画“×”符号的结点表示实际上不可能出现的情况。任何一种焊条，如果知道其熔滴过渡形态和它的电弧类型，便可以通过电弧稳定性结点图找到相应的结点，评估其电弧稳定性。

为了定量地比较各种焊条电弧的稳定性，可以引用电弧稳定性系数的概念，设图2-41中左下方框中电弧稳定燃烧区域内各结点电弧稳定性系数为1，图中右上方虚线框电弧不稳定区域各结点电弧稳定性系数为-1，两个区域以外的两个黑色的圆点电弧稳定性系数为0.5，将某种焊条所占有的各结点的系数相加（代数和），得到的数值即为该种焊条的电弧稳定性系数。系数为3的焊条稳定性最好，系数为0电弧稳定性一般，系数小于0则电弧稳定性较差。表2-3列出了几种代表性常用焊条熔滴过渡形态、电弧类型、电弧稳定性结点位置和电弧稳定性系数值。

表2-3 常用焊条熔滴过渡形态、电弧类型、电弧稳定性结点位置和电弧稳定性系数值

注：Z208焊条为粗熔滴过渡，但由于药皮含有多量石墨因而形成非活动型电弧，属于特例。

熔滴过渡形态对电弧稳定性的影响

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