焊接技术与工程创新能力综合训练
研
究
报
告
题 目：磁控MIG焊接熔滴过渡行为研究 学 院： 航空制造工程学院 专业名称： 焊接技术与工程 学生姓名： 王金兵 班级学号： 09030130 合 作 者： 吴益馨 许斌 愈鑫年 指导教师： 江淑园
二O一二年 十二月
磁控MIG焊接熔滴过渡行为研究研究
指导老师：江淑园 教授 学生姓名：王金兵
班级：090301
摘要：随着材料科学与工程技术的发展，各种新型焊接工艺不断涌现，在焊接过程中引入磁场控制已成为一种正在发展的先进焊接技术。本文采用外加直流纵向磁场下MIG焊，研究了外加直流纵向磁场对MIG焊熔滴过度的影响。结果表明，磁控技术显著影响熔滴过渡行为并进而对焊接质量有重要的影响，直接决定着焊接表面质量及焊接过程的稳定性，能够提高焊接质量。通过研究结果得出：熔滴过渡频率、形状及尺寸受磁场强度的影响，在稳定电弧电压45V，焊接电流为245A时，熔滴过渡频率呈现随磁场强度增加而增加的趋势，但仍然较无外加磁场时偏小。熔滴形态逐渐从球形变为扁平型，外加磁场过大时，焊接效果开始恶化。在电弧电压31V，焊接电流为245A时，频率随着外加磁场的增大而增大，熔滴从射滴过渡向射流过渡转变，在外加磁场过大时，焊接质量明显恶化。 关键词: 外加直流纵向磁场，MIG焊，熔滴过渡，焊接质量
主要创新点
(1)通过高速摄影仪记录熔滴过渡，研究直流纵向磁场强度对MIG焊熔滴射流过渡的影响规律及原理；
(2)通过高速摄影仪记录熔滴过渡，研究直流纵向磁场强度对MIG焊熔滴射滴过渡的影响规律及原理；
目
录
1 引言 磁控技术及本实验简介.............................................................4 2 研究方法...............................................................................................................5 3 研究结果及分析................................................................................................6 3.1 实验设备...........................................................................................................6 3.2 实验方案..........................................................................................................8 3.3 实验结果..........................................................................................................9 4 研究结论.............................................................................................................15 5 参考文献.............................................................................................................15
1 引言 磁控技术及本实验简介
MIG焊（Metal Inert gas Welding）熔化极惰性气体保护焊，用焊丝作熔化电极，惰性气体Ar或者Ar+He做为保护气体，几乎可以焊接所有的金属材料。目前，MIG焊广泛用于汽车制造、工程机械等行业。熔化极气体保护焊的焊缝组织及外观质量都很好，故是重要结构的首选焊接方法。
外加磁场设备简单、响应迅速、经济效益高并能显著提高焊接质量，研究表明，外加磁场可以通过影响热源分布，对熔池进行电磁搅拌，稳定焊接过程，细化晶粒，提高焊接质量。目前对磁控技术的研究正在逐渐深入[1]。
磁控技术一经发现便广泛应用，外加纵向磁场使电弧旋转，改变等离子流和电流密度的径向分布，影响母材的受热和焊缝成形。外加磁场能对熔滴过渡、熔池内金属流动、熔池结晶形核及结晶生长等进行控制，使焊缝金属组织细化，减小成分偏析，提高焊缝塑性和韧性，降气孔敏感性，提高焊缝性能，改善焊接接头的质量。广泛应用于航空，航天等部门。
熔滴的过渡形态对焊接质量有重要的影响，直接决定着焊接表面质量及焊接过程的稳定性，恰当的熔滴形态和过渡方式、过渡频率能够提高焊接质量。本实验将对外加直流纵向磁场MIG焊熔滴过渡进行研究，探究其规律和机理，对磁控焊接技术之发展有一定的意义。
[2]
2 研究方法
MIG焊熔滴过渡中，熔滴主要受到重力、电磁力、表面张力、斑点压力、等离子力以及金属蒸发反作用力等，这些力对于熔滴的尺寸和熔滴的形状有重要的影响，直接影响焊接工艺性能、电弧稳定性、熔池形态、焊缝成形、焊接质量、熔滴形态、飞溅的大小。课题通过在不同焊接参数下施加不同强度外加直流纵向磁场，借助高速摄影仪拍摄熔滴过渡过程，对比不同强度外加直流纵向磁场作用下MIG焊接熔滴尺寸、形态和过渡方式，研究外加直流纵向磁场对MIG焊熔滴过渡行为的影响规律和机理。
1、在不同的MIG焊焊接参数的情况下，加入不同强度的外加磁场对低碳钢板进行MIG焊接，利用高速摄影仪拍摄其熔滴过渡过程，对比不同焊接工艺参数和不同强度外加磁场对MIG焊熔滴形态的影响。
2、在不同MIG焊焊接参数的情况下进行磁控MIG焊接，利用高速摄影仪熔滴过渡的过程，得出各工艺参数下熔滴过渡形式，分析外加直流纵向磁场对MIG焊熔滴过形式的影响。
3 研究结果及分析
3.1 实验设备
1 焊接电源
为保证焊接过程的稳定，焊接电源需具备较好工艺性能，优良的焊接电源有助于较好实现磁场控制MIG焊。故，实验采用NB-350焊机作为焊接电源
NB-350焊接实物图：
图2.1 NB-350焊机
2 外加磁场
外加磁场由励磁电源、励磁线圈、电流表及滑动变阻器串联而成。励磁线圈固定在焊枪上，通过调节励磁电压及滑动电阻输出不同强度直流磁场，外加于焊枪并在低碳钢上的进行堆焊。
图2-2 外加纵向磁场发生装置
3 高速摄影仪
焊接熔滴过渡渡频率极高，熔滴飞行速度极快，熔滴被高温、高亮度的电弧笼罩，通常还伴有大量的飞溅和烟尘。普通摄像设备难以捕捉熔滴过渡过程。高速摄影技术通过在短时间内拍摄极多量的照片能将一个高速的运动过程或高速瞬变过程记录下来，慢放时即可显示熔滴过渡过程[3-4]。
本课题用PHOTRON FASTCAM MC
2、AT-X M100 PROD拍摄MIG焊熔滴过渡过程，研究不同外加纵向直流磁场下熔滴过渡行为。
图2-3 高速摄影仪
3.2 实验方案
焊丝末端加热融化形成熔滴后，在各种力的综合作用下脱离焊丝进入熔池，此过程称之为熔滴过渡。其形式及稳定性决定于电弧中各种力的综合影响，并直接关系到焊接过程的稳定性、焊缝成形、焊接飞溅，最终影响焊接质量。
根据外观形态、熔滴尺寸以及过渡频率可将熔滴过渡分为三种基本类型：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡。自由过渡时熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触，它经电弧空间自由飞行进入熔池。弧压较高时熔滴以滴状过渡，根据焊接参数又可细分为粗滴过渡及细滴过渡。随电弧电压的进一步逐渐增大熔滴过渡经粗滴到细滴，超过一定极限电压时最终表现为射滴过渡，射流过渡。本实验重在研究射滴过渡与射流过渡。
3.3 实验结果
为研究不同外加磁场作用下的熔滴过渡，取电弧电压31V、焊接电流200A（射滴过渡）及电弧电压45V、焊接电流245A（射流过渡）两组，外加0A，0.2A，0.4A，0..6A，0.8A，1.2A，六组励磁电流进行焊接。通过高速摄影仪得到完整的熔滴过渡过程。
图2-4 不同励磁电流下熔滴形态变化过程
(a)0A励磁电流电弧电压45V、焊接电流245A
（b)0.2A励磁电流 电弧电压45V、焊接电流245A
(c)0.4A励磁电流 电弧电压45V、焊接电流245A
(d)0.6励磁电流 电弧电压45V、焊接电流245A
（a1)0A励磁电流电弧电压31V、焊接电流200A
（b2)0.2A励磁电流电弧电压31V、焊接电流200A
(c2)0.4A励磁电流电弧电压31V、焊接电流200A
(d2)0.6A励磁电流电弧电压31V、焊接电流200A (a)、(b)、(c)、(d) 为电弧电压45V、焊接电流245A时，射流过渡时，逐渐加大励磁电流下，熔滴形态的演化过程。励磁电流为0.4A时，过渡形式开始向射流转化，随电流进一步加大，熔滴呈线状，由于熔滴呈线状加之氙灯过亮，致使熔滴变得模糊不清，但图片放大后仍可看到近似于线状的熔滴，旋转也逐渐加剧。
（a1)、(b1)、(c1)、(d1)为电弧电压为31V，焊接电流为245A，射滴过渡时，逐渐加大励磁电流下，熔滴形态的演化过程。从图可以看出，随电流的加大， 脱落后的熔滴由尺寸接近于焊丝直径的球形向扁平状演化，电流进一步加大后，开始出现旋转运动。
3.4实验结果分析
不加直流纵向磁场焊接下，熔滴所受各力应处于动态平衡的状态，主要有表面张力、重力、电磁收缩力、斑点压力、等离子流力的作用。焊接过程中，随着焊丝端部的不断熔化，熔滴尺寸逐渐增大，在电磁收缩力及等离子流力的作用下，熔滴产生缩颈进而呈球形脱落，并近似于直线落入熔池。而在外加纵向磁场作用下，当为射滴过渡时，电弧中带电粒子在外加磁场中受洛伦兹力的作用下发生偏转运动。并带动电弧的旋转，进而使熔滴发生旋转。熔滴在环形运动中由于受离心力的作用而呈扁平状：当为射流过渡时，熔滴呈线状，同样由于洛仑兹力的作用旋转下落，最终形成螺线形下落轨迹。
4 研究结论
本实验主要借助控制励磁电流大小来研究不同强度外加纵向磁场对MIG焊熔滴过渡形态的影响。在改变焊接电流，电弧电压情况下，通过对高速摄影仪拍摄到熔滴过渡过程进行分析，我们认为：
不加磁场MIG焊，熔滴近于球形。而在外加纵向磁场作用下，磁场通过洛仑兹力影响熔滴形态，使射滴过渡的熔滴转变为扁平状，随着磁场的增大，焊接电流的增大，熔滴形状逐渐被拉长，边下落边做环绕电弧轴线的环形运动，最终变成射流过渡呈现螺形下落轨迹。
5 参考文献
[1] 张忠典，李冬青，赵红运.外加磁场对焊接过程的影响[J].焊接,2002, (3): 10-14 [2] 唐非，鹿安理，方慧珍.一种降低残余应力的新方法—脉冲磁处理法[J].焊接学报,1998,9(4):40-43 [3] 徐鲁宁.磁控高熔敷率MAG焊机理研究[D].北京工业大学博士学论文,2000:2-77 [4] 周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京机械工业出版社,1988
南昌航空大学焊接技术与工程创新能力综合训练
研 究 报 告 成 绩 评 定 和 评 语
班级： 090301 学号 ： 09030130 姓名： 王金兵
Ⅰ.课题名称：
Ⅱ.指导教师评语及评分
评分： 指导教师：（签名）
评语：
关于创新实践训练研究工作总结撰写和装订格式的说明
为了使我系创新实践训练研究工作总结规范统一，现在研究工作总结的撰写和装订格式作如下说明：
一、论文用纸
1、创新实践训练论文纸张规格使用A4纸单面打印、简单装订。
二、装订格式及要求
论文格式应规范，并按如下顺序装订成册：1）论文封面、2)任务书、3)中文摘要和关键词、4）创新点、5)目录、6）研究报告主体部分、7）参考文献、8)指导教师评语和成绩评定。
三、关于“摘要” 和主要创新点
研究工作总结的摘要为200字左右，主要阐述采用什么方法或手段，研究了哪些内容，得到了哪些结论。
主要创新点部分需要点出本报告的创新性工作，可以是创新性的研究方法、也可以是创新性的研究成果。
摘要格式附后。
四、创新实践训练（论文）的书写格式 1．摘要（内容摘要）
1．1 摘要的目的是使读者不必阅读全文，就能获得论文中主要信息。 1．2 摘要的内容应包括主要工作项目、研究目的、实验方法及主要数据和结论。
1．3 摘要应是一篇可以独立使用或引用的完整的短文。 1．4 外文文摘要应完整、准确地译出中文摘要。 1．6 摘要一般不用图表、公式、化学结构等。 1．7 摘要应排除本学科已成常识的内容。 1．8 摘要应用第三人称书写。
1．9 不得引用他人的著作。 1．10 要采用规范化的名词，术语。 1．11 缩略语、略称、代号尽量少用。 1．12 使用国家法定计量单位。 2．关键词
2．1 一般选3～5个词，外文关键词应与此对应。 2．2 反映文章特色和主题内容。 3．研究报告主体部分 3.1 编写格式：
外文必须打印天头、订口留边25毫米以上，地脚、切口留边20毫米以上。
3.2 篇幅
研究报告主体部分内容不少于10个页面，不得写成综述性文章、因此引言部分不得超过3页。
3.3 章、条、款、项
1.引言2.12.12.3.12.正文2.3.2.3.2.12.3.2 主体部分2.3.1.2图（或图12.1,.....）12，1）.....，表2.....表（或表3.结论4.参考文献3.4引言（序言、绪论、前言、导言）
3．4．1 简述国内、外本课题发展概况与目前的水平，以及尚待解决的问题。
3．4．2 本课题的起缘、背景、目的、意义、经济效益、社会效益 分析。 3．4．3 不与摘要雷同。
3．4．4 学科中的常识内容、科普内容不必赘述。 3.5正文
3．5．1 此部分代表着全篇论文的质量与水平。
3．5．2 水平与质量评定内容包括：思路开阔、论证透彻、有理论依据、采用方法得当、数据精确、可信度高、有新见解、新方法。语言精炼、字迹工整、图文并茂、层次分明、逻辑性强，具有较强的说服力。 3．5．3 主要阐述研究方法、研究结果及其分析。 3.6结论
结果分析、比较、评价，多方案必须进行优选，以及方案验证。可以没有结论，但必须提出课题的启发、建议与预测等。
3.7参考文献
3．7．1
书写顺序：
引用教材：序号-——＞主要作者——＞文献名——＞出版地——＞出版社——＞年。
引用期刊：序号-——＞主要作者——＞文章题目——＞杂志名称——＞年——＞卷号（期号）——＞页码。
3．7．2
作者或责任者不明时，注明“佚名”。
3．7．3
序号应与文内引用注释号相同。
3．7．4． 外国人姓名书写，如Cowan J C, Eien H N, Yelland R L, 3.8插图
3．8．1
图要有自明性（只看图，图题和图例，不阅读正文，就可理解图意）
3．8．2
图号，图名，座标名，标距，单位，实验条件，注释齐全。 3．8．3
图号及图名标注于图的下方。
3．8．4
引用图在图名右上角方括号注明文献号。 3.9表
3．9．1表内不得用“同上”、“同下”、“同左”、“同右”、“//”等。 3．9．2
“„”或“—”为未发现。 3．9．3 “0”为测得具体数字为0。
3．9．4
表号，表题，应齐全，并标于表的上方。
设计类题目需要附上图纸
