磁场对电极性能和焊接质量都施加了强大但常常被忽视的影响。 在工业焊接应用中,不受控制的磁相互作用可能导致缺陷、生产力下降和结构完整性受损。 相反,如果正确理解和管理,磁场可以用来提高弧稳定性、精炼谷物结构并延长电极寿命。 本条探讨了磁场在焊接和电极系统上的基本作用,为减轻不良效应和发挥有益作用提供了实用战略。

焊接磁场的基本原理

磁场产生于移动电荷. 在焊接方面,这些磁场主要是通过电缆、工作机和弧本身产生的焊接电流产生的. 两种关键的磁场影响焊接:[]余磁性,遗留在以前操作(例如,提升磁力、磁夹或制造工艺)的铁磁材料中,以及由高电流和相邻导电器中不断变化的磁场引起的电磁诱导。

钢和镍等铁磁材料极易受磁力影响。 当磁场与焊接弧相互作用时,它可以使等离子体偏转、改变热分布、干扰熔焊池。 了解这些场的方向和强度是控制的第一步。

磁弧吹:原因和后果

弧形吹击是屏蔽金属弧焊(SMAW),气体金属弧焊(GMAW)和通量计弧焊(FCAW)中最常见的和破坏性的磁性现象,它发生在不对称磁力使弧偏离预定路径,造成漂移,屏蔽丧失,渗透不均匀.

弧吹的根原因

弧击一般来自两个方面:

  • 工作台中的应变磁性——经常来自之前的磁粒子检查,磁升,或形成操作.
  • 电磁不平衡 – 由焊接电路中电流分布不均造成,特别是工作铅与焊接电联连接太远时,形成了一个横跨弧区的磁场.

直接电流(DC)焊接比交替电流(AC)容易发生弧形吹击,因为DC产生恒定磁场. AC降低效应是因为电场快速反转方向,有效平均偏转.

对焊接质量的影响

弧形吹击可产生若干缺陷:

  • 透明度[——由于弧偏转时失去屏蔽气体或通量覆盖.
  • 不完全聚变——特别是电弧可能跳过的焊接池边缘.
  • 密闭和喷射[ –来自不稳定的弧力.
  • 渣封 –在通量制程中.

在严重的情况下,弧形的打击使得不采取纠正行动就无法焊接.

对电极性能的影响

磁场根据焊接过程的不同,对电极行为的影响不同. 电极导电,弧点火,以及材料转移都可能受损.

棍式电极(SMAW)

在手动电弧与覆盖电极焊接时,磁弧吹是首要的担忧,电弧的偏移导致电极燃烧不均匀,使得难于沉积一致的焊接金属. 焊接器通常通过使用编织运动或改变电极角度来补偿,但这些方法可能无法解决根源.

MIG 电极

对于MIG焊接中使用的固态电极,磁场会影响电线的支线稳定性. 接触尖附近的强力磁场会产生电流过早加热电线,导致"燃烧"或无规律的弧启动. 此外,磁力还可以使电弧偏转并改变液滴分解,增加溅射器,降低沉降效率.

TIG电极(GTAW)

钨惰性气体焊接使用非消耗性钨电极. 磁场可以导致电弧徘徊,特别是在AC TIG焊接铝器期间. 钨电极本身是非磁性,但弧柱受到影响. 弧浪导致焊接珠外观差,渗透不连贯,在某些情况下,如果电弧集中在一边,磁场也可以诱导电极尖端过热.

缓解战略和最佳做法

控制磁力影响需要设备设计、程序调整和操作技能的结合。 以下策略在一系列焊接操作中证明是有效的。

磁盾和地面

使用 磁屏蔽焊接电缆和工件周围可以减少偏移的电场. 高渗透性金属或钢板等盾构材料将磁通量从弧区方向转移, 此外, 以平衡的工作铅放置进行适当的搁浅至关重要. 工作铅应被对称地附着在焊接关节附近, 电缆应尽可能靠近工件, 以尽量减少产生有害电场的环路区域.

焊接技术调整

操作员可以调整技术以缓解弧形打击:

  • 使用较短的弧长来减小易偏转的区域.
  • 调整火炬角以反对磁力(将电极指向场方向).
  • 在可能的情况下切换到AC功率,因为AC内在的减少弧形的吹.
  • 运行一个"缓冲焊",在进行最后焊接之前改变底金属中的残留磁性.

设备改装

在大量生产中,可能需要专门的解决办法:

  • 安装 磁补偿器,生成一个对立的字段,以取消不想要的磁性。
  • 使用非磁性固定装置和用铝或不锈钢制成的夹子。
  • 使用AC脱磁圈或脱磁站进行焊接前的工匠脱磁.
  • 路线焊接电缆(扭动电缆),以取消它们产生的磁场.

磁场在高级焊接过程中的作用

并非所有磁力效应都是有害的. 现代工艺积极运用磁场来提高焊接质量和工艺可控性.

磁弧振荡

通过将外部交替的磁场应用到焊接弧上,可以使弧向整个关节斜移,在一些自动焊接系统中,这种技术被用于平均分配热量,精炼固化金属的谷物结构,并降低孔径. 磁振荡在铝和不锈钢的焊接中表现出特别的好处.

磁脉冲焊接

磁脉冲焊接(MPW)是一种固态结合过程,它使用强度,短磁场在高速下将两个金属元件一起驱动,形成不熔融的冶金结合. MPW是结合异质材料(如铝对铜)的理想,并且产生具有极佳电导性和结合强度的关节.

焊接池的磁性搅拌

研究人员已经开发出方法,利用低频磁场诱导熔焊池的激发运动。 激发作用可以促进核分裂,断裂柱状凹陷,并导致更均匀的谷物结构。 结果就是机械特性的改进、热裂易感的降低以及更均匀的焊接金属。

未来方向和研究

正在进行的研究继续加深我们对焊接中磁场相互作用的理解. 新兴话题包括使用霍尔效应传感器进行实时磁场监测,根据测量的场强度调整焊接参数的适应性反馈系统,以及开发机器学习模型来预测弧形吹击,给部分几何和磁历史. 美国焊接学会[和国际焊接学会等行业组织为管理磁效应提供技术资源和标准.

对于寻求更深入技术知识的人,在诸如焊接杂志和机器与设计[等期刊上进行同行评审的研究,提供了大量关于弧形吹击机制和减轻力的数据(),例如,见本研究关于高强度钢的弧形吹击[). 实用指导也来自发布磁场控制应用说明的设备制造商.

结论

磁场是焊接环境不可分割的一部分,既能破坏焊接质量,又能促成先进过程。 通过了解磁力相互作用的来源和影响,焊工和工程师可以采取审慎步骤,尽量减少电弧吹动,稳定电极行为,并产生更高集成焊接。 从简单的地面调整到复杂的磁激发系统,工具的存在可以将隐藏的威胁转化为可控优势。 继续教育和对磁力测量和控制的投资只会加强我们在所有行业中提供连贯、无缺陷焊接的能力。