（太原理工大學(xué)焊接材料研究所，山西太原030024）

0 前言

隨著高效、自動(dòng)化焊接方法的迅速發(fā)展，實(shí)心焊絲的用量越來(lái)越大。然而基于環(huán)保和健康前提的考慮，實(shí)心焊絲制造生產(chǎn)工藝的無(wú)鍍銅環(huán)保化勢(shì)在必行。所謂無(wú)鍍銅焊絲，就是焊絲表面不再電鍍銅元素，可是為了導(dǎo)電、防銹等目的，并不排斥焊絲表面涂有其他涂層的可能性。無(wú)鍍銅焊絲可能有多種生產(chǎn)工藝及品種，包括原生態(tài)無(wú)鍍銅焊絲[1]及其他環(huán)保方法生產(chǎn)的涂層焊絲。目前國(guó)產(chǎn)無(wú)鍍銅焊絲之所以不能迅速推廣應(yīng)用，其主要原因是國(guó)產(chǎn)焊絲的質(zhì)量即綜合使用性能不過(guò)關(guān)，如導(dǎo)電嘴易損、送絲不穩(wěn)等，影響效率和焊接質(zhì)量。有關(guān)無(wú)鍍銅焊絲的文獻(xiàn)大多數(shù)以介紹焊絲的性能、生產(chǎn)工藝及焊絲優(yōu)點(diǎn)為主，涉及工程應(yīng)用的不多。即使在標(biāo)題中出現(xiàn)“應(yīng)用”字樣的幾篇文獻(xiàn)，文中亦無(wú)具體結(jié)構(gòu)應(yīng)用說(shuō)明等細(xì)節(jié)（如焊接參數(shù)、工藝要點(diǎn)、應(yīng)用效果等）內(nèi)容。反倒是國(guó)外有幾篇應(yīng)用文獻(xiàn)介紹了國(guó)際名牌無(wú)鍍銅焊絲的工程應(yīng)用實(shí)例[2-3]，這也從一個(gè)方面回答了國(guó)產(chǎn)無(wú)鍍銅焊絲的不成熟和未能大量推廣應(yīng)用的原因。另一方面，廣大用戶對(duì)無(wú)鍍銅焊絲的關(guān)注度一直未減，不斷有人提出一些質(zhì)量問(wèn)題，如無(wú)鍍銅焊絲的品質(zhì)究竟怎樣，關(guān)鍵工藝性指標(biāo)如何確定？國(guó)產(chǎn)焊絲質(zhì)量與國(guó)外名牌有多大差距等。為此，論文從工程應(yīng)用入手，把電參數(shù)與熔滴過(guò)渡形態(tài)相聯(lián)系，探討無(wú)鍍銅焊絲電弧行為的關(guān)鍵工藝參數(shù)（電弧穩(wěn)定性及焊接煙塵）及其影響因素。該項(xiàng)工作對(duì)于改進(jìn)無(wú)鍍銅焊絲工藝質(zhì)量、促進(jìn)工程應(yīng)用、研制焊絲新品種，具有一定的參考價(jià)值和實(shí)用意義。

1 工程應(yīng)用中的無(wú)鍍銅焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)

1.1 工程應(yīng)用實(shí)例

表1列出了2個(gè)無(wú)鍍銅焊絲現(xiàn)場(chǎng)施工的應(yīng)用實(shí)例。

表1 無(wú)鍍銅焊絲工程應(yīng)用工藝參數(shù)

第一例是混凝土泵車臂架焊接施工。臂架是混凝土泵車主要承載部件，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。單節(jié)臂架的長(zhǎng)度5～8 m，臂架為箱體式結(jié)構(gòu)，主要由腹板、翼板及筋板組成，板厚4～10 mm，視承載力大小而定。河南森源重工有限公司選用BS700MCK2鋼作為臂架材質(zhì)、無(wú)鍍銅OK AristoRod69焊絲作為填充材料，在執(zhí)行表1實(shí)例（1）所示焊接工藝參數(shù)的同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)組裝構(gòu)件預(yù)留收縮余量、采用合理的組裝和焊接順序、正確選用焊接方法、焊接參數(shù)等工藝要點(diǎn)，基本解決了臂架焊接過(guò)程中的變形等工藝問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。德國(guó)的普茨邁斯特（Putzmeister）公司生產(chǎn)的混凝土泵臂架長(zhǎng)度16～62m，如圖1所示，采用S690Q級(jí)鋼板和OK AristoRod13.29無(wú)鍍銅焊絲進(jìn)行GMAW焊接生產(chǎn)?？朔酥笆褂缅冦~焊絲質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致碎屑?xì)埩粼谒徒z系統(tǒng)中的堆積，以及嚴(yán)重的焊接飛濺等問(wèn)題[2]。

第二例是挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件的機(jī)械手焊接。文獻(xiàn)[5]介紹了20世紀(jì)90年代日本小松公司在美國(guó)的兩家工廠，采用ER70S-6型焊絲的機(jī)械手在挖掘機(jī)焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用。在挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件中，箱形結(jié)構(gòu)的動(dòng)臂和斗桿的自動(dòng)焊比例最高，它們需要長(zhǎng)距離多道焊。動(dòng)臂長(zhǎng)度4.11～5.08 m，斗桿尺寸也在一定范圍內(nèi)變化。所用材質(zhì)為A36鋼板，板厚12.7～76.2 mm，50%以上的鋼板厚度為19.05～25.4 mm。采用 GMAW，保護(hù)氣體為富氬[φ（Ar）80%+φ（CO2）20%]混合氣體。在執(zhí)行表1實(shí)例（2）所示焊接工藝參數(shù)，同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格控制板件裝配尺寸公差等工藝要點(diǎn)，以保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。文獻(xiàn)[2]介紹了 2006年意大利帕多瓦（Padua）的小松（Komatsu）公司在生產(chǎn)挖掘機(jī)時(shí)無(wú)鍍銅焊絲的成功應(yīng)用。設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)和底盤是在3條高度自動(dòng)化生產(chǎn)線制造的，這些生產(chǎn)線由大量機(jī)器人焊接單元組成。無(wú)鍍銅OK AristoRod12.50焊絲表現(xiàn)很好，焊絲直徑1.2mm，焊接電流大于400A，送絲速度大于20m/min，焊槍的導(dǎo)絲管長(zhǎng)達(dá)20 m，并伴有頻繁的起弧-收弧。焊絲連續(xù)一貫的相同高性能保證了高效焊接的穩(wěn)定性。沒(méi)有出現(xiàn)送絲問(wèn)題，焊縫質(zhì)量一直滿意，不但清潔，而且定位重復(fù)性好。

第一例是國(guó)內(nèi)企業(yè)采用國(guó)產(chǎn)鋼板和伊薩OK AristoRod69無(wú)鍍銅焊絲的工程應(yīng)用，而德國(guó)普茨邁斯特公司同樣在混凝土泵臂架結(jié)構(gòu)焊接中使用了伊薩OK AristoRod13.29無(wú)鍍銅焊絲。前者的焊絲屬于ER110S-G型，后者的焊絲則屬于ER100S-G型。這是因?yàn)樗麄兪褂玫匿摬牟煌云ヅ淞瞬煌吞?hào)的焊絲。但生產(chǎn)效果都很滿意，顯示了無(wú)鍍銅焊絲的優(yōu)越性。第二例是同一個(gè)挖掘機(jī)產(chǎn)品都用機(jī)器人生產(chǎn)，并且采用相同的工藝參數(shù)，無(wú)鍍銅焊絲取代了鍍銅焊絲后，焊絲的使用性能得到明顯的提升：飛濺小、導(dǎo)電嘴壽命長(zhǎng)、過(guò)程穩(wěn)定、焊接質(zhì)量可靠。遺憾的是，工程中所使用的無(wú)鍍銅焊絲都是國(guó)外名牌公司的產(chǎn)品，很難查到有關(guān)國(guó)產(chǎn)無(wú)鍍銅焊絲工程應(yīng)用的文獻(xiàn)報(bào)道。

圖1 普茨邁斯特混凝土泵

1.2 焊接電參數(shù)與熔滴過(guò)渡形態(tài)間的關(guān)系

焊接電參數(shù)與熔滴過(guò)渡形態(tài)間的關(guān)系如表2所示。

表2 焊接電參數(shù)與焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)的關(guān)系

由表2可知，兩種焊絲的熔滴過(guò)渡形態(tài)類型基本相同，即小電流時(shí)為短路過(guò)渡，中等電流時(shí)電弧電壓相應(yīng)提高，呈現(xiàn)粗熔滴滴狀過(guò)渡，大電流、高弧壓時(shí)呈現(xiàn)噴射過(guò)渡（達(dá)到或超過(guò)轉(zhuǎn)變電流），更大電流時(shí)成形困難。兩種焊絲過(guò)渡類型的電流范圍可能存在差別，特別是轉(zhuǎn)變電流不同，無(wú)鍍銅焊絲的明顯低于鍍銅焊絲。兩種焊絲的過(guò)渡形態(tài)所對(duì)應(yīng)的焊絲工藝特征不盡相同。后者比前者有所改善。其可能的原因是：無(wú)鍍銅焊絲涂層成分含有活性元素，改善電弧形態(tài)，細(xì)化熔滴，抑制CO2氣體對(duì)電弧壓縮引起的不利影響；表面防銹處理層負(fù)面作用輕微，還有送絲更加穩(wěn)定等因素。至于焊接缺陷如氣孔、未熔透、未熔合、咬邊以及焊接裂紋等的產(chǎn)生，不僅與焊絲品質(zhì)有關(guān)，更可能涉及焊接作業(yè)及其他輔助工藝等因素[6]。

施工現(xiàn)場(chǎng)選用的焊接參數(shù)（見(jiàn)表1）是經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明好用且可靠的參數(shù)，既體現(xiàn)了該焊材工藝的高效、自動(dòng)化特色，又保證具有優(yōu)良或滿意的工藝性。依據(jù)表2給出的關(guān)系，案例（1）使用的電流190～220 A、電壓19～22 V，以及富氬混合保護(hù)氣體，判定現(xiàn)場(chǎng)焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)為滴狀過(guò)渡，電壓在低限時(shí)可能有短路過(guò)渡。此時(shí)工藝性表現(xiàn)：電弧不太穩(wěn)、飛濺較大、焊縫波紋較粗。案例（2）使用的電流400～430 A、電壓 36～37 V，以及富氬混合保護(hù)氣體，判定現(xiàn)場(chǎng)焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)可能為噴射過(guò)渡。此時(shí)工藝性表現(xiàn)：熔滴細(xì)、飛濺減小、成形良好。

無(wú)論是焊絲產(chǎn)品說(shuō)明書還是工程施工指導(dǎo)性文件，都沒(méi)有特別指出焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)選用的必要性，以及應(yīng)當(dāng)選用什么樣的熔滴過(guò)渡形態(tài)。然而，熔滴過(guò)渡形態(tài)是客觀存在的規(guī)律，遵循了這些規(guī)律，焊絲操作工藝就滿意。有人甚至說(shuō)，熔滴過(guò)渡形態(tài)是焊絲工藝性之綱，抓住了這個(gè)綱，工藝質(zhì)量才有保障?？梢?jiàn)，對(duì)于焊絲工藝質(zhì)量而言，合理選用熔滴過(guò)渡形態(tài)具有重要的實(shí)用意義。焊絲獲得滿意熔滴過(guò)渡形態(tài)的條件：一是焊絲自身具備的，如熔滴尺寸小、焊絲水分少等要素；二是工藝參數(shù)合理匹配。二者缺一不可。工程上雖然更多關(guān)注的是產(chǎn)品質(zhì)量、工程進(jìn)展速度等問(wèn)題，然而，并不排斥對(duì)先進(jìn)理論的應(yīng)用，并且往往是先進(jìn)技術(shù)理論試驗(yàn)基地或新興理論催生地。不同工程上所用焊接參數(shù)具有如此的規(guī)律性，不約而同地指向了共同的目標(biāo)，亦指向了正確的熔滴過(guò)渡形態(tài)。這表明在工程施工指導(dǎo)性技術(shù)文件背后，熔滴過(guò)渡理論確實(shí)在起作用，它們的實(shí)用價(jià)值和理論意義應(yīng)當(dāng)是毋庸置疑的。

2 無(wú)鍍銅焊絲的電弧穩(wěn)定性

2.1 無(wú)鍍銅焊絲與鍍銅焊絲電弧穩(wěn)定性比較

所謂電弧穩(wěn)定性是指電弧在焊接過(guò)程中保持穩(wěn)定放電燃燒的程度，即不產(chǎn)生斷弧、跳躍、飄移和磁偏吹等現(xiàn)象的程度。影響電弧穩(wěn)定性的因素包括焊接電源種類及特性、焊接電流、電弧電壓、焊絲涂層質(zhì)量、焊條藥皮和焊劑成分以及電弧磁偏吹等，操作人員的熟練程度以及工件表面的清潔狀態(tài)也會(huì)對(duì)電弧穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。對(duì)于GMAW方法而言，影響電弧穩(wěn)定性還有一個(gè)重要因素，即焊槍送絲的質(zhì)量和穩(wěn)定性，將在下文討論。施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊接電弧穩(wěn)定性的判斷主要有以下幾種方法：一是在護(hù)目鏡下直接觀察電弧及熔滴過(guò)渡形態(tài)；二是通過(guò)觀察電焊機(jī)上的電流、電壓表指針擺動(dòng)情況判斷；三是利用波形圖及其他儀器記錄和分析電弧穩(wěn)定性；四是通過(guò)操作人員手感和目視綜合觀察給出判斷。

為了評(píng)價(jià)無(wú)鍍銅焊絲的工藝性能，山東臨工工程機(jī)械有限公司挑選操作經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工7人，采用如表3所示的焊接參數(shù)（2種焊絲，2種焊接電流，其余參數(shù)相同），在T型接頭試板角焊縫燒焊，對(duì)ER50-6型號(hào)的鍍銅焊絲和無(wú)鍍銅焊絲進(jìn)行工藝性對(duì)比試驗(yàn)[7]。通過(guò)焊工燒焊過(guò)程中的目測(cè)和手感，對(duì)焊絲作出定性的比較式評(píng)價(jià)。采用了3級(jí)評(píng)定方法：①好，表示無(wú)鍍銅焊絲比鍍銅焊絲優(yōu)勢(shì)明顯；②相當(dāng)，表示無(wú)鍍銅焊絲與鍍銅焊絲性能一樣；③差，表示無(wú)鍍銅焊絲比鍍銅焊絲性能差。無(wú)鍍銅焊絲與鍍銅焊絲工藝性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表4所示?？梢钥闯觯篴.當(dāng)焊接電流I=260～320 A時(shí)，無(wú)鍍銅焊絲的電弧穩(wěn)定性好評(píng)占比最高達(dá)100%，其次是焊縫成形好評(píng)占比為85.71%，操作手感好評(píng)占比為57.14%（其中認(rèn)為手感明顯比鍍銅焊絲好的4人，認(rèn)為與鍍銅焊絲一樣的3人，沒(méi)有人認(rèn)為手感比鍍銅焊絲差）。b.當(dāng)焊接電流I=300～360 A時(shí)，好評(píng)占比達(dá)100%的有兩項(xiàng)：電弧穩(wěn)定性和焊縫成形（即分別有7人認(rèn)為無(wú)鍍銅焊絲的這兩項(xiàng)指標(biāo)比鍍銅焊絲優(yōu)勢(shì)明顯）。其次是操作手感好評(píng)占比為57.14%，再次是焊接煙塵好評(píng)占比為28.57%，最后是焊接飛濺好評(píng)占比為14.29%（1人認(rèn)為無(wú)鍍銅比鍍銅飛濺明顯小，6人認(rèn)為無(wú)鍍銅與鍍銅飛濺一樣）。c.采用大電流時(shí)，無(wú)鍍銅焊絲的各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)凸顯，尤其是穩(wěn)弧性和焊縫成形。d.兩種焊接電流試驗(yàn)綜合好評(píng)占比的結(jié)果表明，無(wú)鍍銅焊絲的穩(wěn)弧性和焊縫成形分別高達(dá)100%和92.86%，認(rèn)為無(wú)鍍銅焊絲操作手感明顯好的達(dá)57.14%，無(wú)鍍銅焊絲的焊接煙塵和焊接飛濺的綜合好評(píng)占比分別為14.29%和7.14%，沒(méi)有人認(rèn)為無(wú)鍍銅焊絲比鍍銅焊絲的差。

表4所示結(jié)果與兩種焊絲的熔滴過(guò)渡形態(tài)有關(guān)。根據(jù)表2中電參數(shù)與熔滴過(guò)渡形態(tài)關(guān)系，列出了實(shí)測(cè)兩種焊絲的熔滴過(guò)渡形態(tài)和工藝特征分析，如表5所示?？梢钥闯觯趦煞N焊接電流時(shí)，鍍銅焊絲熔滴均呈現(xiàn)非軸向排斥滴狀過(guò)渡形態(tài)，這是因?yàn)镚MAW使用φ（CO2）100%保護(hù)氣體，電弧中熔滴底部陽(yáng)極斑點(diǎn)面積遠(yuǎn)小于載流截面面積，電磁力作用方向向上，熔滴的表面張力和電磁力共同作用所致（見(jiàn)圖2）[8]，況且φ（CO2）100%保護(hù)氣體焊接并不存在轉(zhuǎn)變電流，電流繼續(xù)增大無(wú)法改變焊絲的非軸向排斥滴狀過(guò)渡形態(tài)。在兩種焊接電流時(shí)，無(wú)鍍銅焊絲熔滴均呈現(xiàn)滴狀過(guò)渡，這也是使用φ（CO2）100%保護(hù)氣體導(dǎo)致的結(jié)果。然而無(wú)鍍銅焊絲的工藝性比鍍銅焊絲有明顯改善（熔滴尺寸略小、過(guò)渡頻率增大），這是因?yàn)闊o(wú)鍍銅焊絲涂層成分中含有穩(wěn)弧作用的活性元素及導(dǎo)電作用的其他元素等，在電弧中抑制了CO2的不利影響。

2011年，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，力嘉將橫崗原有的舊廠房進(jìn)行升級(jí)改造，創(chuàng)建了集印刷科研、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、行業(yè)交流、文化旅游、科普及愛(ài)國(guó)主義教育基地等于一體的，以創(chuàng)意印刷為主業(yè)的力嘉創(chuàng)意文化產(chǎn)業(yè)園。

表3 焊接參數(shù)

表4 無(wú)鍍銅焊絲與鍍銅焊絲工藝性對(duì)比[7]

表5 實(shí)測(cè)兩種焊絲的熔滴過(guò)渡形態(tài)及工藝特征

圖2 φ（CO2）100%、滴狀過(guò)渡規(guī)范時(shí)，鍍銅焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)示意[6]

2.2 無(wú)鍍銅焊絲電弧穩(wěn)定性影響因素

2.2.1 保護(hù)氣體類型

不同保護(hù)氣體下兩種焊絲的電弧穩(wěn)定性如表6所示。在主要焊接參數(shù)匹配條件下，φ（CO2）100%保護(hù)氣焊接時(shí)，兩種焊絲電弧都不穩(wěn)，這是CO2氣體的特性決定的。而無(wú)鍍銅焊絲穩(wěn)弧性稍有改善，這與焊絲涂層成分品質(zhì)相關(guān)。采用φ（Ar）100%和φ（Ar）80%+φ（CO2）20%兩種保護(hù)氣體焊接時(shí)，兩種焊絲電弧都很穩(wěn)定，主要是由兩種氣體特性決定的。

2.2.2 焊絲涂層成分

焊絲涂層成分對(duì)穩(wěn)弧性的影響如表7所示。

兩種涂層焊絲在φ（CO2）100%保護(hù)氣焊接時(shí)，無(wú)論電流大小，電弧都不穩(wěn)定，這是CO2保護(hù)氣特性決定的；盡管無(wú)鍍銅焊絲的穩(wěn)弧性有所改善，然而畢竟涂層成分對(duì)CO2保護(hù)氣造成的電弧不穩(wěn)控制有限，而不是完全改變。兩種涂層焊絲在φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護(hù)氣焊接時(shí)，電弧都變得穩(wěn)定，而且均存在轉(zhuǎn)變電流，可是無(wú)鍍銅涂層焊絲的轉(zhuǎn)變電流比鍍銅涂層焊絲的小，其原因是 φ（Ar）80%+φ（CO2）20%混合氣體特性起到了重要作用，使其穩(wěn)弧性變好，并存在轉(zhuǎn)變電流，應(yīng)當(dāng)是無(wú)鍍銅涂層的有效作用使其轉(zhuǎn)變電流小于鍍銅焊絲的。

表6 不同保護(hù)氣體下2種焊絲的電弧穩(wěn)定性

表7 焊絲涂層成分對(duì)穩(wěn)弧性的影響

2.2.3 焊接參數(shù)

在φ（CO2）100%保護(hù)氣條件下，工藝參數(shù)對(duì)電弧穩(wěn)定性的影響如表8所示。在5種工藝參數(shù)中，影響明顯的參數(shù)是焊接電流、電弧電壓和電源極性。然而所有參數(shù)間的正確匹配亦是至關(guān)重要的，一旦匹配失當(dāng)，穩(wěn)弧性惡化，會(huì)嚴(yán)重影響焊絲工藝質(zhì)量。

表8 工藝參數(shù)對(duì)2種焊絲電弧穩(wěn)定性的影響（φ（CO2）100%保護(hù)氣，焊絲直徑1.2 mm）

（1）壓緊滾輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。送絲機(jī)中送絲滾輪是向焊絲施加推力的關(guān)鍵零件，要求持續(xù)、穩(wěn)定、均勻地壓緊推送焊絲又不可把焊絲壓扁，因此必須正確選材、合理設(shè)計(jì)送絲滾輪的結(jié)構(gòu)形狀和加工工藝。如果設(shè)計(jì)不合理或選材、加工工藝有問(wèn)題，送絲滾輪一旦打滑或不均勻給力，電弧必然不穩(wěn)。

（2）送絲滾輪壓力調(diào)整。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的送絲機(jī)滾輪，當(dāng)壓力調(diào)整不當(dāng)，壓力過(guò)大會(huì)把焊絲壓扁，壓力過(guò)小推力不足，送絲不穩(wěn)也會(huì)影響穩(wěn)弧性。鑒于無(wú)鍍銅焊絲與鍍銅焊絲涂層的性能不同，壓緊輪施加壓力應(yīng)有所差別，前者壓緊輪壓力不可太大，壓力太大容易破壞表面涂層，進(jìn)而影響送絲，以致于粘結(jié)導(dǎo)電嘴。

（3）送絲滾輪上有污染物。當(dāng)焊絲涂層與焊芯結(jié)合強(qiáng)度不太牢時(shí)，在送絲滾輪壓力作用下有可能剝裂（而非剝落），進(jìn)入導(dǎo)絲管后有可能剝落，在導(dǎo)絲管內(nèi)聚集，增大送絲阻力，影響穩(wěn)弧性。有資料顯示，無(wú)鍍銅焊絲的涂層比鍍銅焊絲結(jié)合強(qiáng)度高，不容易在導(dǎo)絲管聚集碎屑，不會(huì)影響穩(wěn)弧性[2]。

（4）送絲軟管內(nèi)徑、長(zhǎng)度及管內(nèi)異物。送絲軟管是把送絲滾輪出來(lái)的焊絲傳輸?shù)胶笜寣?dǎo)電嘴的傳輸通道零件，既有導(dǎo)向作用，又有增強(qiáng)焊絲剛性、防止彎折的保護(hù)作用。送絲軟管是用彈簧鋼繞制，能夠保證通道暢通，平穩(wěn)、勻速送絲。軟管內(nèi)徑過(guò)小，焊絲與軟管內(nèi)壁間的接觸面積增大，增加送絲阻力；軟管內(nèi)徑過(guò)大，焊絲在軟管內(nèi)呈波浪形送進(jìn)，同樣會(huì)增大送絲阻力。這兩種情況干擾甚至破壞焊絲平穩(wěn)送進(jìn)，進(jìn)而影響穩(wěn)弧性，因此軟管內(nèi)徑與焊絲直徑須保持一定關(guān)系，如表9所示。軟管長(zhǎng)度太長(zhǎng)，也會(huì)增大送絲阻力。文獻(xiàn)[2]表明，無(wú)鍍銅焊絲的送絲軟管可以長(zhǎng)達(dá)20 m，焊絲的涂層質(zhì)量和軟管技術(shù)含量必有創(chuàng)新之處。送絲軟管內(nèi)異物多（如涂層碎屑等），同樣影響穩(wěn)弧性。

表9 軟管內(nèi)徑與焊絲直徑的關(guān)系

（5）導(dǎo)電嘴材質(zhì)、規(guī)格。導(dǎo)電嘴是焊絲獲得電源提供電流的關(guān)鍵零件。導(dǎo)電嘴的耐磨性與所用材質(zhì)相關(guān)。生產(chǎn)應(yīng)用表明，鉻鋯銅材質(zhì)的導(dǎo)電嘴比紫銅材質(zhì)的更耐磨。紫銅導(dǎo)電嘴導(dǎo)熱快、易變形，導(dǎo)致送絲不暢，影響穩(wěn)弧性。導(dǎo)電嘴的規(guī)格尺寸必須與使用的焊絲直徑保持一定關(guān)系，如表10所示。導(dǎo)電嘴內(nèi)徑過(guò)大接觸點(diǎn)小，導(dǎo)電和導(dǎo)向性不好，造成送絲不穩(wěn)定；導(dǎo)電嘴內(nèi)徑過(guò)小則送絲阻力增加，送絲不暢，過(guò)程不穩(wěn)定，電弧當(dāng)然不穩(wěn)。導(dǎo)電嘴嚴(yán)重磨損后，內(nèi)徑擴(kuò)大，送絲必然不穩(wěn)，穩(wěn)弧性變差。有資料顯示，無(wú)鍍銅焊絲對(duì)導(dǎo)電嘴的磨損率較?。〒Q言之，無(wú)鍍銅焊絲用導(dǎo)電嘴壽命長(zhǎng)），穩(wěn)弧性比鍍銅焊絲好，如圖3所示[2]。

表10 導(dǎo)電嘴孔徑與焊絲直徑的關(guān)系

圖3 導(dǎo)電嘴磨損

3 無(wú)鍍銅焊絲的焊接煙塵

在熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）過(guò)程中，實(shí)心焊絲在電弧中熔化、蒸發(fā)、凝固后產(chǎn)生的氣態(tài)和極細(xì)微顆粒狀物質(zhì)（包括氣體、煙霧、灰塵等），統(tǒng)稱為焊接有害物質(zhì)。焊接煙塵中存在大量可吸入物質(zhì)，一旦進(jìn)入人體會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生危害。焊接煙塵是電弧行為的重要部分，也是無(wú)鍍銅焊絲的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。文獻(xiàn)[9]使用福尼斯（Fronius）電源和焊接機(jī)器人，采用表11所示的焊接參數(shù)進(jìn)行熔化極氣體保護(hù)焊，并收集3種焊絲焊接煙塵，實(shí)測(cè)其煙塵形成率（FFR）。

表11 試驗(yàn)焊絲使用的焊接參數(shù)

表12和圖4是實(shí)測(cè)3種焊絲樣品的煙塵形成率與銅含量間的關(guān)系[9]。可以看出，1號(hào)無(wú)鍍銅樣品中含銅量?jī)H0.001%（微量），2號(hào)鍍銅樣品中含銅量為0.083%，3號(hào)鍍銅樣品中含銅量為0.13%。1號(hào)的煙塵形成率0.387 g/min，2號(hào)為0.495 g/min，3號(hào)為0.537 g/min。2、3號(hào)鍍銅樣品的煙塵形成率比無(wú)鍍銅1號(hào)樣品高，分別比1號(hào)凈增加18.6%和38.8%，但煙塵形成率的增加與焊絲中銅含量的增加不成正比關(guān)系。

鍍銅與無(wú)鍍銅焊絲焊接煙塵排放率比較如圖5所示。可以看出，當(dāng)焊接電流250～300 A時(shí)，無(wú)鍍銅SE-A50S焊絲銅煙塵的排放率幾乎為0，而鍍銅焊絲的銅煙塵的排放率高達(dá)4.9～5.3 mg/min。根據(jù)OSHA（職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局）標(biāo)準(zhǔn)，SE-A50S焊絲也有助于達(dá)到0.1 mg/m3的Cu煙氣PEL（允許暴露水平）[3]。

表12 試驗(yàn)焊絲銅含量及煙塵形成率的增加

圖4 煙塵形成率與試樣銅含量的關(guān)系

圖5 鍍銅焊絲和SE-A50S焊絲的銅煙塵排放率

4 結(jié)論

（1）工程條件下，大電流、強(qiáng)規(guī)范（含高的電弧電壓）施工，在富氬混合氣體保護(hù)下，無(wú)鍍銅焊絲的熔滴過(guò)渡形態(tài)是噴射過(guò)渡，但當(dāng)電流較小、電弧電壓較低時(shí)，可能為滴狀過(guò)渡，甚至（電壓很低時(shí)）是短路過(guò)渡形態(tài)。

（2）無(wú)鍍銅焊絲涂層中的活性元素等物質(zhì)，在電弧中抑制了CO2氣體對(duì)穩(wěn)弧性的不利影響，使無(wú)鍍銅焊絲比鍍銅焊絲具有更優(yōu)異的穩(wěn)弧性。

（3）在4種穩(wěn)弧性影響因素中，不可低估送絲機(jī)和焊槍結(jié)構(gòu)中幾個(gè)關(guān)鍵零件可能帶來(lái)的不利影響。

（4）無(wú)鍍銅焊絲的含銅量幾乎為0，鍍銅焊絲的焊接煙塵形成率比無(wú)鍍銅焊絲凈增加18.6%和38.8%，但煙塵形成率的增加與焊絲中銅含量的增加不成正比關(guān)系。無(wú)鍍銅SE-A50S焊絲銅煙塵的排放率幾乎為0。