孫 咸

（太原理工大學(xué)焊接材料研究所，山西太原030024）

0 前言

GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)以其高效、自動(dòng)化及高熔敷率、優(yōu)異的焊縫質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，在中厚板焊接結(jié)構(gòu)中獲得廣泛應(yīng)用，但需使用價(jià)格昂貴的Ar或富氬Ar混合保護(hù)氣體。純CO2保護(hù)氣體GMAW主要采用熔滴的短路過(guò)渡和滴狀過(guò)渡形態(tài)進(jìn)行焊接。該工藝電弧不穩(wěn)、焊接飛濺大、氣孔敏感，焊接質(zhì)量不太理想，但CO2保護(hù)氣體具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用廣泛。純CO2保護(hù)氣體下的噴射過(guò)渡形態(tài)一直被認(rèn)為是不可能的事情。研究GMAW熔滴過(guò)渡形態(tài)以及保護(hù)氣體對(duì)GMAW熔滴過(guò)渡形態(tài)影響的文獻(xiàn)不少，研究純CO2條件下GMAW熔滴過(guò)渡形態(tài)（短路過(guò)渡和滴狀過(guò)渡）的文獻(xiàn)并不鮮見。但有關(guān)GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)與保護(hù)氣體間關(guān)系的專題性研究文獻(xiàn)，迄今為止未見報(bào)道。特別是挑戰(zhàn)純CO2條件下實(shí)現(xiàn)GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)的研究，不僅引起同行研究人員，而且引起廣大CO2氣保焊用戶的強(qiáng)烈關(guān)注。實(shí)現(xiàn)純CO2條件下的噴射過(guò)渡，這是一項(xiàng)工業(yè)上極具推廣價(jià)值的重大突破性進(jìn)展，將會(huì)給GMAW焊接理論和工程應(yīng)用帶來(lái)全新的理念和思維。為此，論文特意將GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)類型與其影響因素相聯(lián)系，探討GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)形成機(jī)理，進(jìn)而建立GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)與保護(hù)氣體間的關(guān)系，并介紹純CO2條件下實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡的突破性研究動(dòng)態(tài)。該項(xiàng)研究對(duì)GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用、CO2條件下GMAW噴射過(guò)渡新工藝的創(chuàng)新研發(fā)，具有一定的參考價(jià)值和理論意義。

1 GMAW熔滴噴射過(guò)渡形態(tài)類型及應(yīng)用

噴射過(guò)渡是GMAW中優(yōu)先使用的熔滴過(guò)渡形態(tài)。與短路過(guò)渡相比，噴射電弧過(guò)渡使用相對(duì)較大的電流、電壓（≥24 V）和送絲速度，它們需要與保護(hù)氣體類型相匹配。當(dāng)電流達(dá)到臨界水平時(shí)，焊絲尖端變尖（鉛筆尖狀）形成大量非常小的熔滴，并以每秒數(shù)百次的速率被分離，這些熔滴通常小于焊絲的直徑。這種過(guò)渡形態(tài)被稱為噴射過(guò)渡。從滴狀過(guò)渡到噴射過(guò)渡發(fā)生轉(zhuǎn)變的電流被稱為臨界轉(zhuǎn)變電流。與其他過(guò)渡形態(tài)相比，這種過(guò)渡形態(tài)可以實(shí)現(xiàn)高熔敷速率，形成大的焊接熔池，主要用于中厚板水平位置（或平角）焊接（脈沖噴射過(guò)渡亦可用于薄板或厚板難焊位置）。噴射過(guò)渡可以細(xì)分為射滴噴射、射流噴射、旋轉(zhuǎn)噴射和脈沖噴射過(guò)渡4種類型，如見表1所示。

①射滴噴射過(guò)渡。這種過(guò)渡形態(tài)與滴狀過(guò)渡有本質(zhì)的區(qū)別：首先，發(fā)生在臨界電流以上，熔滴沿軸向直線從焊絲到焊縫熔池過(guò)渡；第二，熔滴尺寸已經(jīng)等于或小于焊絲直徑，但不是太小，過(guò)渡頻率也高于大滴狀過(guò)渡；第三，電弧較穩(wěn)，飛濺較小。護(hù)目鏡下可看到明顯的細(xì)熔滴脫離焊絲瞬間形態(tài)，見圖1a。

表1 GMAW熔滴噴射過(guò)渡形態(tài)類型

②射流噴射過(guò)渡。與射滴噴射過(guò)渡相比，射流噴射過(guò)渡的焊接電流不僅在臨界電流以上，而且更大，熔滴尺寸比焊絲直徑更細(xì)，熔滴過(guò)渡頻率更高；電弧非常穩(wěn)定，飛濺很?。蛔o(hù)目鏡下可以看到極細(xì)的熔滴直流入熔池，如圖1b所示。

圖1 熔滴噴射過(guò)渡形態(tài)示意（d為焊絲直徑）

③旋轉(zhuǎn)噴射過(guò)渡。當(dāng)使用較長(zhǎng)的焊絲干伸長(zhǎng)、富氬混合氣體中CO2含量較高或混合氣體中含有He氣時(shí)，出現(xiàn)焊絲的熔化端部以螺旋狀旋轉(zhuǎn)的所謂旋轉(zhuǎn)噴射過(guò)渡。該過(guò)渡類似于軸向噴射，其熔滴尺寸增大并降低過(guò)渡速率，如圖2所示[1]。這種過(guò)渡形態(tài)并未得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)殡娀〔环€(wěn)、飛濺大、焊縫質(zhì)量不佳。

圖2 熔滴的旋轉(zhuǎn)噴射過(guò)渡形態(tài)示意

④脈沖噴射過(guò)渡。是一種可控熔滴過(guò)渡形態(tài)的噴射過(guò)渡形態(tài)。它的特點(diǎn)是：在低的基值電流和高的峰值電流之間形成電流脈動(dòng)，以平均電流總是低于噴射過(guò)渡的臨界電流實(shí)現(xiàn)“一脈一滴”的噴射過(guò)渡形態(tài)。該過(guò)渡形態(tài)熔滴尺寸小，飛濺被最小化；與普通噴射過(guò)渡相比，平均電流較低，易于控制熔深，薄板焊接優(yōu)勢(shì)明顯。通過(guò)調(diào)整規(guī)范，亦可在厚板金屬上、難焊位進(jìn)行焊接。

2 GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)的影響因素

2.1 保護(hù)氣體成分

圖3為3種直徑焊絲在Ar+CO2混合氣體下的轉(zhuǎn)變電流試驗(yàn)結(jié)果[2]?？梢钥闯觯瑢?duì)于直徑1.14 mm焊絲，隨著保護(hù)氣中CO2含量的增大，曲線呈上揚(yáng)態(tài)勢(shì)，轉(zhuǎn)變電流從260 A增到333 A。這是由于隨CO2含量增大，電流密度提高，電弧被壓縮，陽(yáng)極斑點(diǎn)需要較大電流來(lái)包覆熔滴實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，致使轉(zhuǎn)變電流提高。后兩種直徑焊絲的情況表明，CO2對(duì)較細(xì)焊絲熔滴過(guò)渡轉(zhuǎn)變的影響并未遵循一般較粗焊絲的模式。在細(xì)焊絲中，陽(yáng)極斑點(diǎn)行為涉及的因素與較粗焊絲可能不同，這種影響目前尚在研究中。

圖3 保護(hù)氣體成分對(duì)轉(zhuǎn)變電流的影響

2.2 焊絲成分

實(shí)心焊絲成分對(duì)臨界電流的影響如表2所示。由表2可知，同一保護(hù)氣體時(shí)，不同牌號(hào)實(shí)心焊絲成分不同，臨界電流也不同；加入活性氣體成分后，臨界電流普遍減小了（個(gè)別亦有增大者如H18-8和H08Mn2Si）；同一焊絲、不同保護(hù)氣時(shí)，臨界電流也有變化。此外，由于實(shí)心焊絲與藥芯焊絲成分不同，熔滴過(guò)渡形態(tài)顯然不同。對(duì)于藥芯焊絲而言，不同牌號(hào)的焊絲成分也不同，熔渣的堿度也不盡相同，過(guò)渡形態(tài)或轉(zhuǎn)變電流定會(huì)有差異。

表2 實(shí)心焊絲成分對(duì)臨界電流的影響（φ1.2 mm） A

2.3 焊絲直徑

焊絲直徑與臨界電流的關(guān)系如圖4所示。由圖4可知，隨焊絲直徑的增大，臨界電流呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)楹附z直徑大，則電流密度小，熔化焊絲所需熱量增加，因而形成噴射過(guò)渡的臨界電流值也隨之增大?？墒遣煌Ｗo(hù)氣時(shí)，兩條曲線不盡相同?？偟内厔?shì)是 φ（Ar）90%+φ（O2）10%保護(hù)氣的轉(zhuǎn)變電流高于 φ（Ar）98%+φ（O2）2%的。這是因?yàn)椴煌瑲怏w介質(zhì)對(duì)電弧電場(chǎng)強(qiáng)度、熔滴表面張力影響不同。在Ar中加入O2和CO2使熔滴表面張力降低，均可降低臨界電流值?？墒怯捎贏r中加入10%CO2氣體的氧化作用比Ar中加入2%O2的弱，因此前者的臨界電流值比后者高。

圖4 焊絲直徑與臨界電流的關(guān)系

2.4 焊接電流

研究表明，隨著焊接電流的增大，所有焊絲都呈現(xiàn)出從大直徑、低頻率到小直徑、高頻率過(guò)渡的轉(zhuǎn)變過(guò)程，轉(zhuǎn)變后出現(xiàn)了一個(gè)細(xì)熔滴區(qū)。發(fā)生熔滴轉(zhuǎn)變的區(qū)域稱為轉(zhuǎn)變區(qū)。發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)的電流又稱為臨界電流。對(duì)于直徑1.14 mm焊絲，轉(zhuǎn)變后熔滴的平均直徑小于焊絲直徑。這符合噴射過(guò)渡的傳統(tǒng)定義。但是對(duì)于直徑0.90 mm、0.58 mm和0.41 mm焊絲，雖然熔滴也發(fā)生從大到小的轉(zhuǎn)變，但是轉(zhuǎn)變以后熔滴的平均直徑并沒(méi)有變得小于原來(lái)的焊絲直徑（見表3）。熔滴直徑小于焊絲直徑的傳統(tǒng)噴射過(guò)渡定義不適用于小直徑焊絲[2]。

表3 焊絲直徑、轉(zhuǎn)變電流和轉(zhuǎn)變電流后熔滴的平均直徑間的關(guān)系[φ（Ar）90%+φ（CO2）10%]

2.5 電弧電壓

隨焊接電流增大，電弧電壓升高，這是GMAW電源特性決定的。噴射過(guò)渡時(shí)使用的焊接電流很大（通常大于臨界電流），焊接速度很快，弧長(zhǎng)不可太短，即需要保持較高的電弧電壓。可見，不需要討論電弧電壓作為影響轉(zhuǎn)變電流的獨(dú)立參數(shù)。

2.6 電源極性

由于正接法（DCEN）電弧不穩(wěn)、熔滴粗、飛濺大、熔深淺、成形差，所以GMAW工藝總是采用反接法施焊，以獲得穩(wěn)定的噴射過(guò)渡形態(tài)?？梢娭绷鞣唇臃ㄊ切纬蒅MAW噴射過(guò)渡所必須的有利參數(shù)。

2.7 焊接速度

GMAW噴射過(guò)渡時(shí)采用很大的焊接電流，必須輔以相應(yīng)的焊接速度，控制熔池穩(wěn)定性，以獲得滿意的焊縫質(zhì)量。焊接速度只是一個(gè)匹配參數(shù)，雖然不可或缺，但無(wú)需探討它對(duì)熔滴噴射過(guò)渡形態(tài)的獨(dú)立影響意義。

2.8 焊絲干伸長(zhǎng)

焊絲直徑和干伸長(zhǎng)對(duì)轉(zhuǎn)變電流的影響如圖5所示，焊絲直徑、干伸長(zhǎng)和轉(zhuǎn)變電流間的關(guān)系如表4所示。由圖5和表4可知，隨焊絲干伸長(zhǎng)增長(zhǎng)，過(guò)渡形態(tài)轉(zhuǎn)變電流呈下降趨勢(shì)，其中，噴射到旋轉(zhuǎn)噴射轉(zhuǎn)變的曲線變化劇烈（即斜率較大），而滴狀到噴射轉(zhuǎn)變曲線的變化較?。ㄐ甭市。?。這是由于隨焊絲干伸長(zhǎng)變長(zhǎng)，電阻增大，電阻熱使焊絲的溫度升高，易于熔化脫離焊絲，所需的轉(zhuǎn)變電流減小。噴射到旋轉(zhuǎn)噴射轉(zhuǎn)變的曲線變化之所以劇烈，是因?yàn)橐呀?jīng)是噴射過(guò)渡狀態(tài)的焊絲繼續(xù)加大干伸長(zhǎng)時(shí)，電阻熱使焊絲軟化，溫度更高，熔滴更易分離，形成旋轉(zhuǎn)噴射的轉(zhuǎn)變電流減小明顯。滴狀到噴射轉(zhuǎn)變曲線的變化較小，則是由于從滴狀到噴射轉(zhuǎn)變加大干伸長(zhǎng)時(shí)時(shí)，電阻熱使焊絲溫度上升沒(méi)有前者那么高，焊絲熔化速度沒(méi)有那么快，形成噴射過(guò)渡所需的轉(zhuǎn)變電流略有下降。至于隨焊絲直徑減小，轉(zhuǎn)變電流明顯降低，則是因?yàn)楹附z直徑小，電阻熱增大，則電流密度大，熔化焊絲所需的熱量減少，形成噴射過(guò)渡的臨界電流值也隨之減小。

圖5 焊絲直徑和干伸長(zhǎng)對(duì)轉(zhuǎn)變電流的影響[3]

表4 焊絲直徑、干伸長(zhǎng)和轉(zhuǎn)變電流間的關(guān)系（滴狀到噴射過(guò)渡）[3]

綜觀上述噴射過(guò)渡的影響因素，除了幾個(gè)工藝指標(biāo)如穩(wěn)弧性、熔滴尺寸、焊接飛濺等之外，其主要關(guān)注點(diǎn)應(yīng)集中在對(duì)轉(zhuǎn)變電流的影響上（見表5）。凡使轉(zhuǎn)變電流提高的因素，意味著需要更大的電流，對(duì)獲得噴射過(guò)渡不利；反之，使轉(zhuǎn)變電流降低者，屬于有利轉(zhuǎn)變影響因素。對(duì)噴射過(guò)渡有利的因素是：①富氬混合保護(hù)氣體；②無(wú)鍍銅實(shí)心焊絲或藥芯焊絲[4]；③細(xì)直徑焊絲；④焊接電流等于或大于轉(zhuǎn)變電流；⑤正確的焊絲干伸長(zhǎng)。此外，諸如電弧電壓、電源極性、焊接速度等，雖然屬于輔助參數(shù)，亦是不可或缺的匹配參數(shù)。

表5 GMAW噴射過(guò)渡的影響因素[Ar或（富氬）+CO2]

3 GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)形成機(jī)理

3.1 恒電流噴射過(guò)渡

當(dāng)電弧中充滿富Ar混合氣體時(shí)，等離子弧柱體積擴(kuò)大，保證熔滴過(guò)渡的軸向性。而少量的活性氣體O2或CO2混入電弧，增加了電弧的氧化性，可降低熔滴表面張力。當(dāng)焊接電流達(dá)到或超過(guò)轉(zhuǎn)變電流時(shí)，焊絲中高的電流密度使熔滴溫度升得很高，表面張力降低。與此同時(shí)，作用在熔滴上的電磁力也迅速提高，且很快大于熔滴的表面張力。在很強(qiáng)的電磁夾持力（收縮力）作用下，焊絲端熔化金屬變細(xì)形成所謂鉛筆尖狀，從鉛筆尖端不斷射出小于焊絲直徑的細(xì)熔滴。電磁夾持力猶如一個(gè)強(qiáng)有力的縮口，迅速分離熔滴，及時(shí)收縮焊絲端部，有效限制熔滴長(zhǎng)大，致使熔滴以較高頻率穿越電弧過(guò)渡（見圖6）。

圖6 GMAW熔滴噴射過(guò)渡機(jī)理示意

仔細(xì)觀察恒電流噴射過(guò)渡可分為射滴噴射、射流噴射和旋轉(zhuǎn)噴射3個(gè)不同階段（見圖7）。第一階段，焊接電流盡管已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)轉(zhuǎn)變電流，但超越數(shù)值不是太大，作用在熔滴上電磁夾持力的提高，以及作用在熔滴上表面張力的降低尚未達(dá)到最佳值，熔滴尺寸雖然小于焊絲直徑，過(guò)渡頻率也算較高，但從慢放的高速攝影視頻上看只是一連串珠式過(guò)渡，尚未形成熔滴流。此謂射滴噴射過(guò)渡。第二階段，隨著電流繼續(xù)增大，在焊絲末端的筆尖處呈現(xiàn)出極細(xì)水流般的細(xì)滴流，此時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞鲊娚溥^(guò)渡。最后階段，在更大電流下，而且所用焊絲干伸長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，由于強(qiáng)磁場(chǎng)的作用，熔化金屬純粹是流動(dòng)的，但是連續(xù)流體（stream）是旋轉(zhuǎn)的，此為旋轉(zhuǎn)噴射過(guò)渡。

圖7 各種熔滴過(guò)渡形態(tài)下的電弧電壓與焊接電流[5]

歸納上述過(guò)程不難看出，GMAW噴射過(guò)渡的實(shí)現(xiàn)取決于3個(gè)要素：①富氬混合保護(hù)氣體。該電弧的特性使陽(yáng)極斑點(diǎn)的面積始終大于載流截面面積，即電弧始終處在熔滴之上方，從而導(dǎo)致熔滴過(guò)渡的軸向性[4]。②電磁力作用方向向下。電磁力作用方向與陽(yáng)極斑點(diǎn)面積大小有關(guān)，當(dāng)陽(yáng)極斑點(diǎn)面積大于載流截面面積時(shí)其方向向下（見圖6）。在強(qiáng)電磁收縮力作用下,比焊絲直徑小得多的熔滴被分離，非常有利噴射過(guò)渡。③焊接電流等于或大于轉(zhuǎn)變電流。此時(shí)熔滴的表面張力變得足夠小，電磁力足夠大，電磁夾持力對(duì)焊絲鉛筆尖的極細(xì)熔滴不斷擠壓分離。速度非?？欤g隔非常小，熔滴來(lái)不及長(zhǎng)大，迅速形成“金屬流”，穿越電弧進(jìn)入熔池。①是必要條件，②和③是充分條件。三者缺一不可。

3.2 脈沖噴射過(guò)渡

在成形機(jī)理方面，比較兩種噴射過(guò)渡形成特點(diǎn)可以看出（見表6），在噴射過(guò)渡3要素前提下，脈沖噴射過(guò)渡與恒電流噴射過(guò)渡的相同點(diǎn)有：①富氬混合保護(hù)氣體；②電磁力作用方向向下。不同點(diǎn)是：①“焊接電流等于或大于轉(zhuǎn)變電流”所使用的電流性質(zhì)不同。前者為恒電流，后者為脈沖峰值電流。②焊接熱輸入不同。前者轉(zhuǎn)變電流數(shù)值很大，熱輸入高；后者平均電流小于轉(zhuǎn)變電流，熱輸入低。③熔滴過(guò)渡可控性不同。前者恒流電流一旦等于或大于轉(zhuǎn)變電流，焊絲連續(xù)熔化不可控；后者焊絲以“一脈一滴”可控熔化過(guò)渡。

表6 兩種噴射過(guò)渡形成機(jī)理比較

4 GMAW熔滴噴射過(guò)渡形態(tài)與保護(hù)氣體間的關(guān)系及新突破

4.1 GMAW熔滴噴射過(guò)渡形態(tài)與保護(hù)氣體的關(guān)系

按照噴射過(guò)渡形成條件三要素缺一不可原則，如果三者變化其一，噴射過(guò)渡形態(tài)恐怕難以形成（見表6）。首先，純Ar保護(hù)氣體時(shí)，噴射過(guò)渡形成條件三要素都具備，容易實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡形態(tài)（見表7）。但純Ar電弧下熔滴表面張力大、液態(tài)金屬粘稠、電極斑點(diǎn)易飄移，同時(shí)存在對(duì)氣孔敏感、焊縫剖面形狀不理想等問(wèn)題，使其應(yīng)用受到一定限制，主要用于鋁、鎂及不銹鋼等活潑性金屬的焊接。第二，富Ar混合保護(hù)氣體時(shí)，噴射過(guò)渡形成條件三要素也都具備，可以實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡形態(tài)（見表7）。而且克服了純Ar保護(hù)氣體時(shí)的工藝缺點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼及其他鋼均可焊接。最后是純CO2保護(hù)氣體時(shí)，噴射過(guò)渡形成條件三要素都不具備（見表7）。電弧中形成大顆粒熔滴非軸向排斥過(guò)渡形態(tài)；且隨焊接電流增大、焊絲直徑變小，轉(zhuǎn)變電流不存在、不出現(xiàn)，因此無(wú)望形成噴射過(guò)渡形態(tài)。這已成為廣大CO2氣體保焊用戶的共識(shí)，更有不少文獻(xiàn)明確指出，純CO2保護(hù)氣體不可能產(chǎn)生噴射過(guò)渡形態(tài)[1-6]。盡管如此，純CO2氣保焊的短路過(guò)渡和滴狀過(guò)渡形態(tài)，在碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼及其他鋼的焊接應(yīng)用中亦很活躍，因?yàn)樵摴に嚦杀镜?、易推廣，尤其是新電源、新控制技術(shù)的應(yīng)用為該工藝注入了新的活力。

表7 GMAW噴射過(guò)渡與保護(hù)氣體的關(guān)系

4.2 純CO2下GMAW噴射過(guò)渡形態(tài)的新突破

文獻(xiàn)[7]在先前Ar-CO2混合氣體的GMAW試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，滴狀到噴射過(guò)渡的電流隨著CO2含量的增加而增加，并且隨著較小的焊絲直徑而減小。這意味著高電流密度可能是實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡的關(guān)鍵。然而，過(guò)高的電流密度可能導(dǎo)致不切實(shí)際的高焊接電流、導(dǎo)電嘴損壞（燒回）以及不穩(wěn)定電?。ㄅ懦膺^(guò)渡，旋轉(zhuǎn)過(guò)渡）的可能性。

采用全新的研究方法開展純CO2GMAW實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡探索性研究。使用恒壓焊接電源和下列參數(shù)：細(xì)直徑焊絲（≤0.584 2 mm）、約38.1 m/min的高送絲速度、正常（例如250A）焊接電流、相當(dāng)短（≤6.35 mm）焊絲干伸長(zhǎng)。預(yù)計(jì)電弧將完全包圍熔滴，獲得形成噴射過(guò)渡的重要條件。

為了實(shí)現(xiàn)這些條件，正在設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)可以高速處理細(xì)焊絲、防止回?zé)⒊惺軒в卸谈缮扉L(zhǎng)的電弧高溫的新導(dǎo)電嘴?？梢蕴幚砑?xì)焊絲和高送進(jìn)速率的一個(gè)新的送絲機(jī)構(gòu)正在設(shè)計(jì)中。這項(xiàng)挑戰(zhàn)不可能的重要研究，即使暫時(shí)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的噴射過(guò)渡，也將有助于發(fā)現(xiàn)新的、實(shí)用的熔滴過(guò)渡形態(tài)。

文獻(xiàn)[8]建立GMAW模型，研究保護(hù)氣體成分對(duì)熔滴過(guò)渡形態(tài)的影響，計(jì)算熔滴脫離末端時(shí)電弧等離子體和工件（陰極）的溫度分布。分析了焊接電流和保護(hù)氣體對(duì)熔滴過(guò)渡形態(tài)的影響。使用純Ar保護(hù)氣體時(shí)，電弧中心溫度低，最大溫度在焊絲側(cè)面；而當(dāng)保護(hù)氣中加入CO2后，電弧溫度變低但最大溫度在焊絲下方。這種溫度分布差異導(dǎo)致了電流密度的分布差異。純Ar時(shí)，電弧中心電導(dǎo)率較低，熔滴和焊絲末端附近的電流密度向上擴(kuò)展，因而熔滴過(guò)渡形態(tài)為噴射過(guò)渡。而當(dāng)保護(hù)氣體為CO2時(shí)，高電導(dǎo)率區(qū)域和高電流密度區(qū)域都集中在熔滴底部，致使熔滴過(guò)渡形態(tài)為滴狀過(guò)渡（見圖8）。當(dāng)將模型中鐵蒸氣的電導(dǎo)率人為調(diào)低時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使純CO2作為保護(hù)氣，熔滴過(guò)渡也為噴射過(guò)渡。因此，通過(guò)調(diào)整焊絲的元素成分來(lái)控制金屬蒸汽的電導(dǎo)率，便能在CO2保護(hù)氣氛下獲得噴射過(guò)渡形態(tài)。上述模擬研究新觀點(diǎn)，可能為挑戰(zhàn)不可能的“純CO2保護(hù)氣下噴射過(guò)渡”課題提供新思維，在“一切皆有可能的高科技時(shí)代”，只需時(shí)間來(lái)證明。

圖8 保護(hù)氣體成分對(duì)電導(dǎo)率和電流密度的影響

5 結(jié)論

（1）與短路過(guò)渡相比，噴射電弧過(guò)渡使用相對(duì)較大的電流（大于等于轉(zhuǎn)變電流）、電壓（≥24 V）和送絲速度，它們需要與保護(hù)氣體類型相匹配。噴射過(guò)渡可以細(xì)分為射滴噴射、射流噴射、旋轉(zhuǎn)噴射和脈沖噴射過(guò)渡4種類型。

（2）在熔滴噴射過(guò)渡影響因素中，有利于轉(zhuǎn)變電流的因素是富氬混合保護(hù)氣體、細(xì)直徑無(wú)鍍銅實(shí)心焊絲或藥芯焊絲、大的焊接電流（等于或大于轉(zhuǎn)變電流），以及合適的焊絲干伸長(zhǎng)等，其他輔助參數(shù)亦是不可或缺的匹配參數(shù)。

（3）GMAW熔滴噴射過(guò)渡的實(shí)現(xiàn)取決于3個(gè)要素：①富氬混合保護(hù)氣體；②電磁力作用方向向下；③焊接電流等于或大于轉(zhuǎn)變電流。①是必要條件，②和③是充分條件，三者缺一不可。脈沖噴射過(guò)渡是在噴射過(guò)渡三要素前提下，可控熔滴過(guò)渡形態(tài)的噴射過(guò)渡形態(tài)。

（4）采用純Ar保護(hù)氣體和富Ar混合保護(hù)氣體時(shí)，都具備噴射過(guò)渡形成條件三要素，可以實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡形態(tài)；純CO2保護(hù)氣體時(shí)，不具備噴射過(guò)渡形成條件3要素，不可能產(chǎn)生噴射過(guò)渡形態(tài)。

（5）開展純CO2GMAW噴射過(guò)渡探索性研究，有助于發(fā)現(xiàn)GMAW新型實(shí)用熔滴過(guò)渡形態(tài)。