大多數人對焊接的認識來自於激情四射的焊花。熱情燦爛的焊花雖美，但其毒害也不淺，焊花落在焊板表面形成小疙瘩，俗稱焊瘤，影響刷漆質量，也大大增加後續打磨工作量。焊花越燦爛、小疙瘩越多、小明及工友們眼瞅著獎金下降，卻始終找不到辦法。對於焊花的產生也是一頭霧水。
小明在建築工地上班有2個年頭了。手藝好、為人仗義，深得工友們愛戴，還被推選為小組長，手下有十幾個兄弟幹活。小明幹活仔細，焊接時的聲音清脆，焊花也漂亮。
但最近碰到了煩惱。3mm的鋼板MAG焊的時候，焊花格外隆重漂亮，但隨後會在鋼板上發現很多小疙瘩，由於影響後續的刷漆塗裝，需要手工去除。一來產生了額外工作、效率降低了；二來呢獎金也少了。這不，一直鬱悶著呢。
小明
真是捉摸不透啊，小小的焊花究竟啥來頭呢？頭疼啊…
解決焊接難題，當然找張博士。上一期的冷裂紋機理分析，把焊接中的冷裂紋講的通透，神秘感盡失啊。
工友
小明
對，找張博士去。
小明
張博士好，又來打擾您！
小明啊，今天怎麼有空過來？是不是又來聽張博士講故事了？
Dr.張
小明
就等張博士您這句話了，最近被MAG焊接弄得有點頭疼，焊接的時候焊花倒是漂亮，但留下一堆一堆的焊瘤惹人煩啊。
哦，我知道你大概想知道些什麼了，我想你們焊接的時候使用的是實芯焊絲，80%Ar+20%CO2的混合保護氣體吧？
Dr.張
小明
對對對！我們採用大約220A的電流，焊接3mm鋼板T型接頭的角焊縫。
好的，問題挺清楚。你說的焊花在焊接中叫“飛濺”，要弄清楚焊接飛濺啊，首先要搞清楚焊接過程中的熔滴過渡行為。
Dr.張
小明
熔滴過渡？不太明白。書本學習的都連本帶息的還給老師了，還請博士賜教！
首先，針對實芯焊絲的氣保焊接，熔滴過渡可大致分為3類。
第1類，焊接電流在200A以下時發生的“短路過渡”，來看看高速攝像機拍到的短路過渡。
Dr.張
小明
哇哦~這個太漂亮了。
這個是電流120A狀態下的過渡形式。小電流狀態下，焊絲尖端形成的熔滴不連續的向熔池移動，在電路上形成短路。
Dr.張
小明
熔滴跟熔池接觸時引起短路、熄弧。啊！再次起弧的時候，焊接飛濺發生了！
在重新起弧的時候，電流密度突然加大、導致電磁力加大，這樣就把一部分掉落中的熔滴吹走了，這就是焊接飛濺發生的真正原因。
Dr.張
小明
原來如此，原來如此。飛濺發生的同時、焊接煙霧也增大了。
是的。第2種過渡形式是顆粒狀過渡，發生在電流200-280A區間。看下面這個視頻：
Dr.張
小明
顆粒狀過渡時，熔滴尺寸大於焊絲直徑，並在電弧柱內熔池過渡。
完全正確。這是電流220A時狀況。由於熔滴尺寸一直在長大，且在電弧持續加熱下，熔滴表面會發生汽化/蒸發，同時內部也會發生部分汽化，導致受力不均，在磁吹力、表面張力和重力的平衡狀態被打破，從而導致部分熔滴飛出去，因而發生了焊接飛濺。
Dr.張
小明
明白了！真的是飛出去的呀。
第3種是焊接電流280A以上時，發生的噴射過渡。請看下面視頻：
Dr.張
小明
噴射過渡狀態下，熔滴尺寸不大於焊絲直徑，呈連續射流狀態向熔池移動。
在混合氣體保護狀態下，電弧迅速熔化焊絲尖端部分，逐漸形成熔滴；在熔滴長大過程中，由於重力和表面張力作用，電磁力會掐斷焊絲和熔滴的粘連，這樣熔滴就會下墜移動到熔池中。
Dr.張
小明
真是這樣的耶。電弧把熔滴完全包裹在其中。
噴射過渡模式狀態下、熔滴過渡頻率和速率高、不易受到電弧的過度加熱，因而發生焊接飛濺的幾率也低。
Dr.張
明白了嗎？要不要考一下？
Dr.張
小明
明白很多，但還是怕考試的。
沒關係，試一試。100%CO2氣體保護焊接，焊接電流280A以上時，熔滴過渡形式是哪一種？
Dr.張
小明
應該不是噴射過渡、是顆粒過渡吧？
正確，要有自信嘛。CO2會分解成CO和O，CO會進一步分解成C和O，過程中會需要很多的能量。
Dr.張
在CO2保護焊接狀態下，電弧主要收縮、集中在熔滴下部，見下圖。
Dr.張
再來看一個視頻：
Dr.張
小明
哇～，真是這樣耶。電弧迅速加熱焊絲前端部位，主要集中在熔滴的下部，不能完全包裹住熔滴。明白了。
對的。電弧集中在熔滴下部、這樣就會產生一個電弧對熔滴向上的推力。因而，掐斷熔滴的電磁吹力就不會存在了。
Dr.張
結果就是，在焊絲尖端形成的熔滴不容易脫落，同時尺寸會變的很大，導致其路徑也會偏離正常小顆粒的射流路徑。
Dr.張
視頻也看到了，這些巨大的熔滴不僅不會掉落在熔池中，反而會向上移動，路徑多變，大多數的都會漂移到電弧柱以外的空間中。這樣就產生了大量的飛濺。這是CO2氣保焊自身帶來的問題。
Dr.張
小明
果真如此啊。現在弄明白飛濺了，也弄清楚熔滴過渡的相關知識了，非常感謝！
來來來！再來學習一下射流狀態的極端狀況。
Dr.張
小明
大開眼界咯，第一次看啊。怎麼還向上移動了呢？有點聞雞起舞的味道。
這是焊接電流360A的狀態。紊亂狀過渡，一般發生在電流超過360A的狀態下。由於電流大、導致焊絲尖端加熱過度、導致焊絲前端的很大一部分都處於熔融狀態，形成不規則的熔滴，且不容易與焊絲掐斷。
Dr.張
此時，由於熔滴長度過長，導致電磁力、重力和表面張力的受力平衡被打破，常常會導致熔滴受到向上的力，從而向上移動。大多數情況下，向上移動的熔滴最終都會漂移到電弧柱以外的空間，從而形成飛濺。
Dr.張
大家都想通過增加電流、來增加焊接效率，從而提高作業效率。但同時，電流增加會增加焊接飛濺。如何降低飛濺是大電流焊接作業繞不過去的坎。大多數情況下，向上移動的熔滴最終都會漂移到電弧柱以外的空間，從而形成飛濺。
Dr.張
小明
漲姿勢啊。
下面用一張圖總結一下。不細說了，還看不懂的話，我真的替你的智商捉急了。
Dr.張
再上一張圖，生動說明了各個熔滴過渡形式的臨界條件。注意，最重要的是“臨界電流”。
Dr.張
在實際焊接操作中，臨界電流就是從顆粒狀過渡形式轉換到射流過渡形式所需的最小電流值。
Dr.張
小明
好像明白了。從橫軸上來看，從純氬氣保護下（MIG），到混合氣保護下，隨著CO2比率提高，臨界電流是逐漸提升的。特別是當CO2比率超過30%以上時，將會進入到射流過渡形式的極端狀態，進入紊態射流模式。
小明，你的問題已經有答案了。看五角星所在的位置。
Dr.張
小明
對啊。我帶領小夥伴乾的活啊，鋼板是3mm厚，電流是限制在220A，保護氣體是80%Ar+20%CO2。比照上圖，是處於顆粒過渡形式區域，但接近臨界區。
小明
由於接近臨界區，怪不得容易產生飛濺啊。
接著思考一下，把你的電流增加60-70A，其它條件不變，是不是會進入射流過渡模式區域？如果是的話，那焊接飛濺又如何？電流增加，焊接熱輸入量顯然會增加，這樣焊接變形也會增加，會不會導致由於變形而產生的焊接質量問題呢？
Dr.張
小明
儘管增加電流進入射流模式區域會減少焊接飛濺，但由於增加的焊接熱輸入量導致了變形加大，也解決不了問題啊。
可以考慮脈衝氣保焊。
Dr.張
小明
那是個啥玩意？
電流呈週期性變化的氣保焊。高峰值電流確保了適當的熔滴過渡形式、降低了飛濺；而較小的平均電流拉低了熱輸入量，降低了焊接變形等一系列問題。下面這個示意圖，形象生動，容易理解。
採用這個工藝，並設定平均電流是220A，就可以解決你們的問題了。
Dr.張
小明
明白了。大電流脈衝期，射流模式熔滴過渡、降低了焊接飛濺；小電流脈衝期，顆粒狀模式熔滴過渡，由於遠離臨界區，焊接飛濺也不大。
是的是的。在設置脈衝波形時，要確保在一個週期內，至少要有一個高峰電流進入射流狀態區。下面看個視頻。
Dr.張
小明
確實啊。一個脈衝循環，熔滴形成，循環結束時，熔滴從焊絲尖端脫落，在熔滴過渡形式射流模式。
這個脈衝循環中，峰值電流是450A，基值電流是60A，週期是1.3毫秒，也就是1秒內約150個脈衝週期。這個方法和參數就可以直接應用到你們的作業中，並且能夠解決你們的難題。
Dr.張
小明
沒錯！引入這個技術的話，在大幅度降低焊劑飛濺的同時，後續打磨量大大降低，塗裝質量也會提高，良品率也會提高。呀！太高興了，可以向老闆請功啦。
最近，數字化焊機應用越來越廣，是未來趨勢。這回啊，介紹了控制焊接電流的脈衝波形技術、實現了熔滴過渡形式的控制。通過優化脈衝波形，可是定製焊接熔滴尺寸和過渡形式，實現焊接過程精確控制，從而實現高效、低飛濺焊接。
Dr.張
小明
沒錯！焊接技術一直在發展進步的，這才是高效、綠色焊接技術啊。
數字化焊機還有辦法對付短路飛濺。焊接熔滴跟熔池接觸短路、或再引弧的瞬間，突然降低電流，這樣產生的電弧力就不足以吹走熔滴了，因此也就不會產生飛濺了。
Dr.張
小明
數字化焊機果然厲害啊。
同時啊，通過反饋、實時控制送絲速度、來共同控制電流和波形的技術也已經問世了。個人覺得，你們可引入這個技術，在不降低焊接速度的前提下，還能大幅度消除焊接飛濺的隱患，生產效率、產品質量都得到了提高。
Dr.張
小明
非常感謝博士。
當然，設備和工藝以外，焊絲的化學成分也有影響。
Dr.張
小明
原來如此。可不可以這樣理解。焊花，或者飛濺，是由熔滴過渡狀態決定，而熔滴狀態是由焊絲成分、工藝參數、設備能力共同決定的？
正解。
Dr.張
小明
歐耶！終於弄清楚焊接飛濺了，產生原因和解決辦法齊到手，我也回去當老師咯！
轉自：焊接在線（ID: weldlive）
閱讀更多 小小焊割人 的文章
