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摘要 现代工业的发展对焊接速度和焊接质量的要求越来越高。随着焊接速度的提升，一系列成型缺陷也随之而来造成焊接质量的降低。本文综述了驼峰焊道的形成机理，分析了各自的特点和有效的解决方案。
关键词 高速焊接；驼峰缺陷；产生原因；解决途径
中图分类号 TG444 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0041-01
从19世纪末现代焊接技术的产生至今，这种材料连接的方法已经渗透进现代生活的各个方面。进入21世纪后，焊接技术日趋向快速度、高质量、低能耗的方向发展。提高焊接速度最直观的方法是提高电流以增大熔敷率，但是焊道成型差，易于出现咬边和驼峰焊道等缺陷。
1 驼峰形成机理
1. 形成机理
国内外学者为了解决这一问题、提高生产效率，提出了几种不同的形成机理。
1.1.1 Rayleigh 失稳模型
1968 年Bradstreet在用GMAW 焊接普通碳钢时首次观察到了驼峰现象， 并提出了经典的收缩不平衡理论。该理论将焊道熔敷金属抽象为液体圆柱，提出当液柱的侧线长度大于圆柱的底圆周长的时候，成型液柱就会失稳变形，由液体圆柱形态喷射、分离形成独立、间隔的液滴，造成焊材熔敷分布不均，进而冷却形成断续的突起。
1.1.2 压力模型
人们普遍认为，咬边与驼峰是由在电弧活动下的熔池流动产生的。Paton提出这种熔池静压力与电弧压力平衡理论来描述静态熔池的形态。在焊接过程中，电弧对填充金属型材的液体有压力，当熔池内部的静压力大于外力时，熔池能够自由冷却形成质量良好的焊缝，当内部静压力小于电弧的外压力时，在电弧下方形成一个非常薄层的金属坑，多余液体回流堆积在熔池尾部，熔池自身形状遭到破坏，从而造成成型缺陷。
1.1.3 曲壁射流模型
Nguyen提出了曲壁射流模型。他发现在高速焊接过程中，由于熔深减小、熔池体积变小，熔融金属不能吸收熔滴过渡的冲量，导致对于抵抗电弧外力变形的能力减小，同时熔滴打在熔池的斜前方，熔滴快速通过半圆弧形熔池底壁流向熔池尾部形成驼峰。
2 解决方案
2.1 激光焊
人们发现在钢材的高速焊接过程中出现的驼峰焊道是由于钥孔出现后，在焊接熔池中心形成流体喷射而造成的，这种驼峰焊道和弧坑可以通过双光束技术而大大降低。这种双光束工艺是在熔池周围外加电磁场来维持熔池的稳定、控制焊缝截面形状从而避免驼峰缺陷的形成。
2.2 下坡焊
由动量很大的“后向液体流”导致驼峰焊道发现阻止这个流动的工艺都能抑制驼峰缺陷的产生。5°下坡焊接：液态金属重力减缓了向熔池后部的流动，有助于液态金属向熔池前部回填，因此采用较大的焊接速度也不易产生驼峰焊道。作为对照的5°上坡焊接，液态金属重力加重了向熔池后部的流动。
2.3 保護气体
研究得知表面张力的较强作用就会使液体金属难以铺展，出现液态金属的堆积突起而产生驼峰。在氩气作为保护气体焊接低碳钢时，金属润湿性差，容易形成周期性突起。在保护气体中加入二氧化碳可以降低表面张力，焊接临界速度随二氧化碳的含量提高而提高。
2.4 双焊枪法
在焊接速度提高的同时能保持单位长度熔敷的焊丝金属量不变，同时保持母材熔深不变，就能避免焊接焊缝成型缺陷的产生。据此理论发明了双焊枪工艺：GTAW焊枪与一个GMAW焊枪相组合，GTAW焊枪构成旁路，GMAW焊枪与工件构成主路。流经焊丝的焊接电流，在电弧弧柱区分为两部分，一是旁路电流，
二是施加到母材的电流。作用于焊丝上的电流数值较高，有利于提高焊丝的熔化速度，从而提高熔敷率。GTAW焊枪构成的旁路，分流了一部分通过焊丝的焊接电流，在保证了熔敷率的同时，减小了作用于母材的热输入，很好地解决了上述矛盾。
2.5 其他
除了上述方法外，笔者还提出一种利用外加强电磁场来改善焊道形状的方法。上述几种方法都是在不改变焊缝原本结构的辅助型措施，是一种“修补”，借助随焊枪同步运动的强力电磁场可以在大幅度改变焊缝结构，由以往的引导液体流动改为重排熔融金属。同时调节外加电磁场的强度还可以提高熔深、加大熔池体积改善曲壁回流现象。
3 结语
高速焊接产生的两种驼峰缺陷都是由于液态金属流动能力造成焊道成型条件差，各国学者提出的模型各有适用的方面但也有不同的缺陷。后续提出的几种解决方案经过实验验证都能够很好地避免这种缺陷的产生。
参考文献
[1]Bradstreet B J.Efect of surface tension and metal flow on weld bead formation[J].Welding Journal，1968，47（7）：314-322.
[2]PATON E O，MANDEL’BERG S L，Sidorenko B G.Certain special features of the formation of welds made at high speeds[J].Autom Weld，1971，24（8）P1 6.
[3]NGUYEN TC，WECKMAN D C Humping phe—nomenon during arc welding[J].Sciense and techonogy of Welding and joining，200，10（4）：447—459.
[4]裴莹蕾，单际国，任家烈.不锈钢薄板高速激光焊驼峰焊道形成倾向及其影响因素[J].金属学报，2012，48（12）：1431—1436.
[5]胡志坤，武传松.高速MAG电弧焊驼峰焊道产生过程的实验研究[J].金属学报，2008，44（12）：1445—1449.
[6]武传松，张明贤.DE—GMAW高速电弧焊工艺机理的研究[J].金属学报，2007，43（6）：663—667.
关键词 高速焊接；驼峰缺陷；产生原因；解决途径
中图分类号 TG444 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0041-01
从19世纪末现代焊接技术的产生至今，这种材料连接的方法已经渗透进现代生活的各个方面。进入21世纪后，焊接技术日趋向快速度、高质量、低能耗的方向发展。提高焊接速度最直观的方法是提高电流以增大熔敷率，但是焊道成型差，易于出现咬边和驼峰焊道等缺陷。
1 驼峰形成机理
1. 形成机理
国内外学者为了解决这一问题、提高生产效率，提出了几种不同的形成机理。
1.1.1 Rayleigh 失稳模型
1968 年Bradstreet在用GMAW 焊接普通碳钢时首次观察到了驼峰现象， 并提出了经典的收缩不平衡理论。该理论将焊道熔敷金属抽象为液体圆柱，提出当液柱的侧线长度大于圆柱的底圆周长的时候，成型液柱就会失稳变形，由液体圆柱形态喷射、分离形成独立、间隔的液滴，造成焊材熔敷分布不均，进而冷却形成断续的突起。
1.1.2 压力模型
人们普遍认为，咬边与驼峰是由在电弧活动下的熔池流动产生的。Paton提出这种熔池静压力与电弧压力平衡理论来描述静态熔池的形态。在焊接过程中，电弧对填充金属型材的液体有压力，当熔池内部的静压力大于外力时，熔池能够自由冷却形成质量良好的焊缝，当内部静压力小于电弧的外压力时，在电弧下方形成一个非常薄层的金属坑，多余液体回流堆积在熔池尾部，熔池自身形状遭到破坏，从而造成成型缺陷。
1.1.3 曲壁射流模型
Nguyen提出了曲壁射流模型。他发现在高速焊接过程中，由于熔深减小、熔池体积变小，熔融金属不能吸收熔滴过渡的冲量，导致对于抵抗电弧外力变形的能力减小，同时熔滴打在熔池的斜前方，熔滴快速通过半圆弧形熔池底壁流向熔池尾部形成驼峰。
2 解决方案
2.1 激光焊
人们发现在钢材的高速焊接过程中出现的驼峰焊道是由于钥孔出现后，在焊接熔池中心形成流体喷射而造成的，这种驼峰焊道和弧坑可以通过双光束技术而大大降低。这种双光束工艺是在熔池周围外加电磁场来维持熔池的稳定、控制焊缝截面形状从而避免驼峰缺陷的形成。
2.2 下坡焊
由动量很大的“后向液体流”导致驼峰焊道发现阻止这个流动的工艺都能抑制驼峰缺陷的产生。5°下坡焊接：液态金属重力减缓了向熔池后部的流动，有助于液态金属向熔池前部回填，因此采用较大的焊接速度也不易产生驼峰焊道。作为对照的5°上坡焊接，液态金属重力加重了向熔池后部的流动。
2.3 保護气体
研究得知表面张力的较强作用就会使液体金属难以铺展，出现液态金属的堆积突起而产生驼峰。在氩气作为保护气体焊接低碳钢时，金属润湿性差，容易形成周期性突起。在保护气体中加入二氧化碳可以降低表面张力，焊接临界速度随二氧化碳的含量提高而提高。
2.4 双焊枪法
在焊接速度提高的同时能保持单位长度熔敷的焊丝金属量不变，同时保持母材熔深不变，就能避免焊接焊缝成型缺陷的产生。据此理论发明了双焊枪工艺：GTAW焊枪与一个GMAW焊枪相组合，GTAW焊枪构成旁路，GMAW焊枪与工件构成主路。流经焊丝的焊接电流，在电弧弧柱区分为两部分，一是旁路电流，
二是施加到母材的电流。作用于焊丝上的电流数值较高，有利于提高焊丝的熔化速度，从而提高熔敷率。GTAW焊枪构成的旁路，分流了一部分通过焊丝的焊接电流，在保证了熔敷率的同时，减小了作用于母材的热输入，很好地解决了上述矛盾。
2.5 其他
除了上述方法外，笔者还提出一种利用外加强电磁场来改善焊道形状的方法。上述几种方法都是在不改变焊缝原本结构的辅助型措施，是一种“修补”，借助随焊枪同步运动的强力电磁场可以在大幅度改变焊缝结构，由以往的引导液体流动改为重排熔融金属。同时调节外加电磁场的强度还可以提高熔深、加大熔池体积改善曲壁回流现象。
3 结语
高速焊接产生的两种驼峰缺陷都是由于液态金属流动能力造成焊道成型条件差，各国学者提出的模型各有适用的方面但也有不同的缺陷。后续提出的几种解决方案经过实验验证都能够很好地避免这种缺陷的产生。
参考文献
[1]Bradstreet B J.Efect of surface tension and metal flow on weld bead formation[J].Welding Journal，1968，47（7）：314-322.
[2]PATON E O，MANDEL’BERG S L，Sidorenko B G.Certain special features of the formation of welds made at high speeds[J].Autom Weld，1971，24（8）P1 6.
[3]NGUYEN TC，WECKMAN D C Humping phe—nomenon during arc welding[J].Sciense and techonogy of Welding and joining，200，10（4）：447—459.
[4]裴莹蕾，单际国，任家烈.不锈钢薄板高速激光焊驼峰焊道形成倾向及其影响因素[J].金属学报，2012，48（12）：1431—1436.
[5]胡志坤，武传松.高速MAG电弧焊驼峰焊道产生过程的实验研究[J].金属学报，2008，44（12）：1445—1449.
[6]武传松，张明贤.DE—GMAW高速电弧焊工艺机理的研究[J].金属学报，2007，43（6）：663—667.