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取出烘干（120℃5分钟）或吹干将互连条放入盛有助焊剂的浸泡盒中浸泡3~5分钟。助焊剂以完全均匀浸泡互连条为宜（建议浸泡时助焊剂液面超出互连条面1cm）.注意将不同长度的互连条分开浸 怎么就只好写100个字啊
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虽说熔滴过渡形态决定焊接工艺质量的理论已在业内成为共识，但在一些情况下，当焊接材料的熔滴过渡形态已确定，然而在使用中依然出现了不同的工艺质量效果。如药芯焊丝就与电焊条不同，市售定型产品给出的非轴向排斥滴状过渡形态，在不同的使用者或使用情况下，可获得不同的工艺质量效果。正是在药芯焊丝使用中存在一个最佳焊接电流范围，使得熔滴过渡形态的选择，显得更加重要和值得关注。若不了解药芯焊丝特性，就难以正确选用熔滴过渡形态，难免遇到非所想象的工艺质量后果，可能遭遇焊接飞溅大、成形差等不佳工艺现象。为此，本文以E501T-1型药芯焊丝为例，将药芯焊丝熔滴过渡形态选择与熔滴过渡形态特点相联系，探讨熔滴过渡形态与焊丝工艺质量关系，并从典型应用实例论证了熔滴过渡形态正确选用的必要性。该项研究对推动企业技术进步、提升产品竞争力，具有实用价值和参考意义。 1、气保护药芯焊丝熔滴过渡形态的特点1.1熔滴形成过程
观察对接口“O”形截面药芯焊丝熔滴形成过程，可以发现，进入电弧区的焊丝端部，在接口处及其附近的钢带首先快速熔化，而在接口的径向处钢带则滞后熔化，于是很快形成了偏心熔滴悬于焊丝端部；与此同时处于焊丝端部、熔滴下方的还有滞后钢带熔化的所谓渣柱，有时还有滞后熔化的一小段细钢带，如图1所示。随着焊丝不断送进，熔滴在电弧中急速旋转、飘移并过渡。可以看出，电弧燃烧时，焊丝端部沿圆周方向不能同步熔化，而是沿接口处熔化速度快，接口径向处熔化速度慢，结果出现偏心熔化（或马蹄形熔化）、熔滴沿焊丝周边悬挂运动和熔滴的非轴向过渡现象。至于处于熔滴下方的渣柱的形成，则是由于药芯组成物熔点比钢带高所致。 1.2
熔滴过渡机理及过渡主导力
从药芯焊丝熔滴过渡受力模型，如图1所示可以看出，在电弧中熔滴受以下几种力的作用：表面张力Fσ、重力Fg、电磁力Fc、气体吹力Fq、斑点压力Fb、等离子流力Fd。随焊接参数的变化，各种力的大小和方向可能发生变化，致使熔滴过渡指数不断改变，熔滴过渡形态发生变化。研究表明，焊接电流较小时，重力和表面张力是熔滴过渡的主导力，此时重力促进熔滴过渡，而表面张力则阻碍熔滴过渡；焊接电流较大时，电磁力、等离子流力以及表面张力是熔滴过渡的主导力，它们均有利熔滴过渡；斑点压力与电源极性有关，保护气体吹力则对熔滴过渡可能产生负面影响。应当看到，熔滴过渡是上述各种力综合作用的结果，熔滴过渡的控制实质上就是控制作用在熔滴上的各种力，这些力的变化及影响因素比较复杂。 1.3
熔滴过渡形态试验用药芯焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥滴状过渡，其主要的过渡指标是熔滴尺寸、过渡频率及熔滴过渡的非轴向倾向。熔滴过渡形态的变化，主要依赖于焊接电流变化。在小电流下焊接时，焊丝端部的滴状熔滴受多种力作用下急速地摆动，并以非轴向方式不停地脱离焊丝实现过渡。随焊接电流的增大，熔滴尺寸减小，过渡频率增大，熔滴的非轴向倾向略显减小；当焊接电流大于某范围值后，熔滴尺寸急剧减小，过渡频率急剧增大，熔滴沿焊丝渣柱方向过渡, 此时的形态可以称为“射滴过渡”。熔滴沿渣柱的过渡行为，对稳定电弧、减小焊接飞溅、改善操作工艺性较为有利[2]。在生产现场通常采用较大焊接电流，电弧电压相应提高时，这类焊丝发生短路过渡的机会较小。 1.4
电弧形态本文通过与实芯焊丝的对比观察, 把药芯焊丝的电弧形态分为四种类型：按电弧的连续性分，可以分为连续型和断续型电弧；按电弧的活动性，可以分为活动型和非活动型电弧。实芯焊丝CO2气保护焊时，尽管熔滴的非轴向排斥过渡形态使电弧偏离焊丝轴线, 而且随熔滴在焊丝端急速摆动而飘移不定，但电弧首先是在焊丝端头的整个截面上产生的，同时熔滴在短路过渡瞬间会出现电弧瞬间熄灭现象，因此实芯焊丝的电弧形态属于活动、断续型。而“O”型截面药芯焊丝CO2气保护焊时，熔滴虽然也是非轴向排斥过渡形态，而且随熔滴在焊丝端急速摆动而发生电弧迁移，然而电弧首先是产生在焊丝金属外套管上，况且熔滴的滴状过渡并未出现电弧瞬间熄灭现象，因此该类药芯焊丝的电弧形态应属于活动、连续型。总体上看，药芯焊丝CO2气保护焊时，因为药芯中加有稳弧剂，电弧的挺度和稳定性均比实芯焊丝的好，焊丝的工艺性得到明显的改善。 2、熔滴过渡形态对工艺质量的影响熔滴过渡形态对工艺质量的关系, 可以通过焊接规范参数的变化，影响熔滴过渡指数变化，进而使工艺质量指标发生变化。见表1，采用Φ1.2mm 焊丝，在平焊位置，焊接电流增大至240~260A时，熔滴尺寸减小，过渡频率增大，焊丝端部滞熔的渣柱尺寸增大，有一定数量的熔滴沿渣柱滑入熔池，此时电弧稳定性较好，焊接飞溅较小，高温渣流动性适中，熔渣覆盖均匀，焊缝金属光泽鲜亮，成形均匀美观，焊丝工艺性优良。当焊接电流继续增大至280~300A时，熔滴尺寸再减小，过渡频率再增大，焊丝端部滞熔的渣柱尺寸也增大，此时电弧稳定性反而变差，熔滴不完全沿渣柱滑入熔池，焊接飞溅增大，高温渣变稀，熔渣覆盖不均匀，焊缝金属光泽被氧化，成形不均匀，焊丝工艺性变差。当焊接电流减小至160~200A时，熔滴尺寸略大，过渡频率减小，焊丝端部滞熔的渣柱尺寸小，此时电弧稳定性略差，但熔滴绝大多数落入熔池，焊接飞溅不算太大，高温渣的凝固范围较小，形成“短渣”，熔渣覆盖均匀, 焊缝金属光泽好，成形均匀美观，此时焊丝的立向上焊接工艺性优良。 3、熔滴过渡形态的选择从表1可以看出，该类药芯焊丝熔滴过渡形态和电弧形态大的类型已经确定，但是焊接电流参数能在很大程度上影响熔滴非轴向排斥过渡指数，进而影响焊丝的工艺质量。试验表明, 存在一个最佳规范范围，在此规范下, 熔滴过渡形态和电弧形态基本未变，熔滴非轴向排斥过渡指数被控制，焊丝的工艺质量较满意。比如，Φ1.2mm 焊丝，水平位置焊接时最佳焊接电流范围为240~260A，而立向上焊接时最佳焊接电流范围则为160~180A。当然, 还必须匹配其他焊接参数，如电弧电压、焊接速度、焊丝干伸长、气体流量、电源极性以及运丝技术等。对于使用者或者用户，只要根据被焊构件特点选用并调节焊接电流，同时匹配其他焊接参数，就可选定相应的熔滴过渡形态，并获得较满意的焊丝工艺质量。对于焊丝生产者，在研发某产品时他的出发点是通过配方设计，控制熔滴过渡指数中的核心指标，进而确定产品的熔滴过渡形态，以保证用户在较宽松的规范范围内选择自己满意的熔滴过渡形态和工艺质量。根据以上分析，笔者比较倾向于这样一个用户熔滴过渡形态的选用原则，即“合于使用+参数匹配”原则。该原则的特点是强调产品特征或用户要求，注重其他焊接参数的合理匹配。比如，有的产品结构中含有大量水平和平角焊缝，而且要求高效率、焊缝成形美观，此时可以选用具有熔滴尺寸较小、过渡频率较高、焊接飞溅小、焊缝光泽鲜亮、成形均匀美观，焊丝工艺性优良的过渡形态（此时最佳焊接电流范围为240~260A）。再如，有的产品结构中立向上焊位置焊缝较多, 此时就应选用“全位置焊接适应性”指标好的过渡形态（此时最佳焊接电流范围为160~180A）。还有，有的产品结构要求致密性很高，特别强调抗气孔性要好，此时就应选用具有熔滴尺寸略粗、过渡频率略低、气孔敏感性小的过渡形态，而不能一味追求颗粒细、过渡频率高等指标。由此可见，熔滴过渡形态的选择具有一定技术含量。对于一个好的药芯焊丝制造企业，必须具有较强的研发能力，以致于在生产某一个产品品种时，能够及时提供不同选用原则的软件配方。否则，仅靠一个配方“打天下”，不仅不能应对复杂多变的市场需求，而且必将影响市场开发，甚至导致用户流失。 4、熔滴过渡形态的应用4.1
控制药芯焊丝焊接飞溅的应用表2是3种药芯焊丝熔滴过渡指数与焊接飞溅关系测试结果。可以看出, 3种焊丝的熔滴过渡形态、电弧形态基本相同，均为非轴向排斥滴状为主的过渡形态和连续、活动型电弧形态。它们的熔滴过渡指数的主要差别是：①过渡频率不同，其中B焊丝最高，达33.95Hz，A焊丝和C焊丝的比较接近，分别为27.06Hz和28.55Hz。②熔滴的大角度排斥过渡（熔滴与焊丝轴线间的夹角大于60°的过渡）次数不同，其中A焊丝最多，达39次，B焊丝最少，仅为6次，C焊丝居中，为22次。③大角度过渡熔滴存在时间和过渡间隔均匀性不同，其中A焊丝的存在时间较长, 间隔不均匀，B焊丝的存在时间较短、间隔较均匀，C焊丝的存在时间短、间隔很均匀。④熔滴依附渣柱过渡次数不同，其中A焊丝最少，为3次，B焊丝最多，为22次，C焊丝居中，为13次。⑤飞溅次数不同，其中A焊丝最多，达16次，B焊丝和C焊丝比较接近, 分别为7 次和8次。不难看出，熔滴的粒度和过渡频率不一定是影响飞溅的关键因素，飞溅小需要的是熔滴过渡阻力小，熔滴过渡区冶金反应生成CO气体少。“熔滴的大角度排斥过渡次数”和“大角度过渡熔滴存在时间、过渡间隔均匀性”，以及“熔滴依附渣柱过渡次数”指数，可以很大程度上反映熔滴过渡阻力大小。熔滴与焊丝轴线间夹角越大，熔滴过渡所受到的阻力就越大，熔滴过渡越困难。熔滴的大角度过渡次数越多，焊接工艺性就会变差，如图2所示。反之，熔滴与焊丝轴线间夹角越小，熔滴过渡所受到的阻力就越小，熔滴的小角度过渡次数越多，焊接工艺性就会变好，如图3所示。据此, 本文提出改善熔滴过渡特性新观点，即控制熔滴尺寸是必要条件，而控制“大角度过渡次数”、“熔滴存在时间和过渡间隔均匀性”、“依附渣柱过渡次数”则是充分条件。二者缺一不可。用该理论可以很好解释上述试验结果。A焊丝的大角度排斥过渡次数高，而且熔滴存在时间长、过渡间隔不均匀、依附渣柱过渡次数最少，熔滴过渡阻力大（斑点压力大），熔滴的冶金反应时间长，产生的CO气体量多，焊接飞溅倾向大，焊丝的综合工艺性比较差。C焊丝正是在“充分条件”方面比A焊丝优先，故其焊接飞溅倾向较小，综合工艺性比较好。而B 焊丝在“充分”和“必要”条件方面均占优势，其综合工艺性最好。 4.2 控制药芯焊丝焊缝中气孔（压坑）的应用4.2.1
熔滴过渡特性与气孔（压坑）关系的测试结果钛型渣系气保护药芯焊丝气孔（压坑）的出现率具有随意性和伴随性。气孔和压坑的外观形态呈多样性，其中气孔以圆孔形为主，压坑则以沟槽状为主。从气孔（压坑）的内表特征看，都具有较光滑的内表面。综合分析其特征可以判断，除密集蜂窝状型气孔属氮气孔之外，其余形态气孔（压坑）的性质主要属氢气孔（压坑）。从表3可以看出，熔滴过渡形态对气孔（压坑）有一定的影响。综合工艺性优良的A焊丝，对气孔（压坑）敏感，工艺性稍差的B焊丝，对气孔（压坑）不敏感。原因是：A焊丝熔滴颗粒细，比表面积大，在电弧中熔滴吸收的氢多，进入熔池中的氢总量多，过渡频率高时，进入熔池中的氢总量更多，当氢的逸出条件差时，就易生气孔；当氢在熔渣中的逸出条件差时，就易生压坑。与之相反，B焊丝熔滴颗粒较粗，比表面积较小，熔滴吸收的氢少，进入熔池中的氢总量少，气孔（压坑）倾向小。 4.2.2
药芯组成物的影响作者研究了8种药芯组成物对熔滴过渡形态的影响。结果表明，除氟化物对气孔（压坑）不敏感外，其余都对气孔（压坑）敏感。石英加入量的增加使气孔（压坑）倾向增大。其机理是，石英中的SiO2使熔滴的表面张力减小，熔滴被细化，细熔滴在电弧中吸收的氢多，进入熔池中氢总量增加，同时高温渣变稠使熔池中气体的逸出条件变差，综合作用加剧了气孔（压坑）敏感性。长石加入量的增加, 使气孔（压坑）倾向增大。其机理是, 长石中的SiO2以及K2O和Na2O使熔滴的表面张力减小，熔滴细化。锆英石加入量对气孔（压坑）敏感，也是熔滴细化的结果。镁砂、铝镁合金加入量对气孔（压坑）敏感，是熔滴被细化, 高温渣变稠，两个因素影响所致。随药芯中金红石加入量的增加，电弧稳定性变好，熔滴尺寸未细化，高温渣变稠，脱渣性变好，飞溅减小, 气孔（压坑）倾向并未减小。熔滴未被细化是由于金红石中含有大量的TiO2, TiO2的键能小，表面张力也小，在渣中会使其表面张力下降；但是TiO2结构十分稳定，在焊接条件下不使熔滴增氧, 不能降低熔滴界面张力，致使它对熔滴的细化作用很弱所致。焊缝中气孔（压坑）倾向未减小原因较复杂：一方面熔滴未被细化，在电弧中吸收的氢量少，进入熔池中氢总量少，有利减小气孔（压坑）敏感性；另一方面药芯中金红石含量的增大，高温渣变得太稠，不利于熔池中气体的逸出，反而增大气孔（压坑）敏感性。后者的影响比前者大，因此气孔（压坑）倾向并未减小。随药芯中氟化物加入量的增加，电弧稳定性变差，熔滴的颗粒增大，飞溅和爆炸严重，高温渣变稀，抗气孔（压坑）性增强。一方面是粗熔滴吸收的氢少，另一方面是在熔滴反应区氟化物与硅酸盐发生冶金反应，降低电弧气氛中的氢分压, 熔滴中的氢和进入熔池中的氢总量减少，从而降低了氢气孔（压坑）倾向。尽管如此，氟化物的加入量还是不宜过多，因为过量的氟化物会严重损害焊丝的工艺性。 4.2.3
工艺因素的影响测试结果表明，工艺因素很大程度上通过改变熔滴过渡形态，进而影响气孔（压坑）敏感性。在诸多焊接参数中，焊接电流、电弧电压对熔滴过渡形态—气孔（压坑）倾向影响的规律性，基本遵循了“熔滴过渡形态对气孔的影响理论[3]”揭示的机理。 5、结束语5.1
药芯焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥过渡，焊丝的电弧形态属于活动、连续型，焊丝熔滴过渡受主导力控制。5.2
在熔滴过渡形态和电弧形态基本未变条件下，随焊接电流参数变化，熔滴过渡主导力发生变化，致使熔滴过渡指数改变和焊接工艺质量迥异。5.3
药芯焊丝熔滴过渡形态的“合于使用+参数匹配”选用原则，强调产品特征或用户要求，注重其他焊接参数的合理匹配。5.4
提出了通过熔滴过渡指数控制焊接飞溅，和通过电弧中熔滴吸收氢的总重量控制焊缝中气孔（压坑）的应用新思路。参考文献[1] 孙咸,王红鸿,张汉谦等. 药芯焊丝熔滴过渡特性及其影响因素研究[J]. 石油工程建设,):49~53[2] 孙咸,王红鸿,张汉谦等. 国内外典型药芯焊丝的熔滴过渡及其工艺特性[J]. 焊接, ~10[3] 孙咸. 不锈钢焊缝中气孔形成机理研究及其进展[J]. 焊接, ~8(end)
本文概述了国内外气体保护实芯焊丝发展，介绍了气体保护实芯焊丝在金属结构行业中推广应用状况。根据试验与生产实际，对国内实芯焊丝在推广应用中存在的问题进行了探讨，最后阐述了我国气体保护实芯焊丝的发展趋势。 国内外气体保护实芯焊丝发展概况气体保护焊工艺方法以其独特的优势，在工业发达国家制造业中得到广泛的应用。发展至今，美国气体保护实芯焊丝约占其焊材总量的31%，日本为41%，西欧达到53%。气体保护焊工艺的发展与金属结构制造密不可分。目前，在美国、日本、欧洲等发达国家和地区采用焊接结构件的比例不断增加，气体保护焊消耗的焊接金属材料重量约占全部焊接材料总重量的50%~75%。气体保护焊技术的发展，极大地提高了金属结构行业的制造技术水平。 我国的气体保护实芯焊丝研制与开发始于50年代，但始终停留在研究阶段。近10年来气体保护实芯焊丝的发展较快，目前全国的气体保护实芯焊丝生产企业150余家，已从德国、瑞典、加拿大、日本等国及台湾地区引进各种生产设备近50套，国产或自行研制的设备100余条，生产能力达年产20多万吨。2002年全国焊材生产总量约为150万吨。实芯焊丝产量约25万吨，大约占焊材总量的17%左右，但与国外比较，还有很大差距。 1 气体保护实芯焊丝应用状况 1.1 气体保护实芯焊丝的发展 气体保护实芯焊丝伴随着金属结构焊接技术的发展而壮大，在我国“六五”和“七五”期间，为满足国家重点工程大型机械技术装备制造要求，引进国外先进的焊接技术和装备，对大型骨干机械企业进行技术改造，我国大型金属结构制造企业，通过与美国、德国、日本等国家的跨国公司合作制造大型金属结构，批量购买国外气体保护焊设备、焊材等器材，并且进行焊工培训。我们借助国外气体保护焊成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构行业气体保护焊生产能力，从根本上改变了金属结构行业的制造技术水平，推动我国气体保护焊技术的发展。90年代初至今的近10年时间，以1992年第1届“全国CO2焊接技术推广应用交流会”为契机，气体保护焊技术在金属结构行业中推广应用工作蓬勃发展，气体保护焊技术开发应用能力增加，应用工作从大型机械企业推广到中小型企业，而大型机械企业的气体保护焊应用也从合作产品的生产，推广到普通产品的生产中，气体保护焊设备、焊材、辅件基本实现国内供给，一批焊接设备、焊接材料、保护气体及辅件生产企业抓住市场时机，迅速发展壮大起来，逐渐形成了我国气体保护焊产业。 1.2 气体保护实芯焊丝的应用 随着我国大型骨干企业焊接技术改造，气体保护实芯焊丝在金属结构制造中得到广泛的应用，如太原重型机械（集团）公司、第一重型机械有限公司，大连重工集团有限公司、中信西阳矿机厂、北京煤机厂等企业，气体保护焊完成的焊接金属结构占其总重量的50~80%，在大型金属结构企业中发挥着不可替代的作用。气体保护焊主要用于制造大型桥式和门式起重机、4-23m3机械式挖掘机、1-6m3液压挖掘机、大型加压气化炉和焦炉等处理设备以及大型减速机、提升机、堆取料机、扎锻设备、氧气瓶压机、卫星发射架等大型设备。气体保护焊技术近年来在中小型企业的应用也有长足发展。 80年代初至80年代后期，我国针对当时Q235、16Mn等主要结构钢生产的490MPa级CO2气体保护实芯焊丝，已实现部分自给，但大部分气体保护焊丝主要依靠从美国、日本、德国等国进口，目前我国CO2气体保护实芯焊丝已形成一定的生产规模，产量和质量也有很大的提高，针对Q235、Q345及Q390等结构钢的CO2气体保护焊实芯焊丝，能满足金属结构制造的要求，使用最多的实芯焊丝主要有ER49-1和ER50-6两种，规格上主要有φ1.2mm、φ1.6mm两种，国内碳钢焊丝生产处于供大于求的状况，气体保护焊实芯焊丝的质量也有很大的差别。目前，国内形成一定生产规模、质量相对稳定的生产厂家有锦泰金属工业有限公司、大西洋焊丝制品有限公司、宜昌猴王焊丝有限公司、金狮焊接材料有限公司、常州华通焊丝有限公司、鄂州南塔特种焊接材料有限公司、哈尔滨威尔焊接有限公司等。600MPa级高强钢、不锈钢、铝及铝合金等实芯焊丝的几个生产厂家质量比较稳定（如金狮焊材公司、南塔特种焊材公司等）。700MPa级以上的高强钢焊丝、耐热钢焊丝的生产厂家较少（如威尔焊接公司等），对于800MPa级高强度钢、高合金钢、高韧性钢等特殊钢种实芯焊丝仍主要依靠进口。 在我国“六五”和“七五”期间，我公司先后与美国、德国、日本等国家合作生产，为国家重点工程项目提供了一批重型机械装备。为了更好地满足合作产品的质量要求，在80年代初成功地引进CO2 气体保护焊工艺方法，其中日本松下S系列气保焊设备近100台，美国米勒公司CY-650焊机12台。在近年来技改中分别购买唐山松下KRⅡ500焊机50台、欧地希CPX-500焊机35台。目前，CO2 气保焊工艺方法在产品焊接中占80%以上，成为我国焊接生产的主要手段，各类焊丝年用量为200~300吨，品种有国内外的各种实芯焊丝，规格为φ1.2mm、φ1.4mm、φ1.5mm。保护气体主要采用CO2气体。少量用富氩混合气体保护。在焊丝中大部分强度为500~800MPa结构钢用焊丝，还有不锈钢、耐热钢、耐磨堆焊、有色金属等焊丝。以前焊丝主要从日本、德国、荷兰等国进口。近年来，随着我国的CO2焊丝发展，除合作产品外，已全部实现焊接材料的国产化，有效地降低了制造成本。 2 推广应用中遇到的问题 2.1 焊丝品种 2.1.1 碳钢焊丝品种单一 我国CO2碳钢焊丝只有ER49-1和ER50-6两个品种，用单一CO2气保焊时，有飞溅多、焊道成形凸起等缺点，我们在承受疲劳载荷的金属结构件或焊缝外观质量要求高的合作成品的焊接中，大多数采用富氩混合气体保护。一般只能选用ER50-6CO2焊丝，而美国的ER70S-2和日本YGW15焊丝，除硫、硅含量较低外，还添加了锆、钛和铅等脱氧剂，焊接时对钢板的表面绣、杂质不太敏感，因此在富氩混合气体保护焊时选用ER70S-2和YGW15焊丝比较合适。 2.1.2 高强钢、耐热钢等焊丝生产厂家少 近年来，随着企业产品结构的调整，焊接金属材料范围由常见的Q235、Q345向高强度钢（如Wel-ten80C）、高韧性钢、耐热钢（如21CrMo10）等领域拓展，而我国这类焊丝的生产厂家极少，往往出现供货周期长、价格高，不能满足生产要求。有的特殊钢种焊丝仍依赖进口。在实际生产中，对于以上钢种的焊接，只得选用进口焊丝或改变焊接工艺方法。 2.2 焊丝结构不合理 国外低碳钢焊丝Mn元素含量相当于ER49-1焊丝下限，焊丝拉拔、焊接工艺与力学性能均好于ER49-1焊丝。因受原材料和传统观念的影响，目前许多用户仍以ER49-1焊丝为主，该焊丝是仿前苏联产品，化学成分不合理，Mn元素含量偏高，不仅在焊接低碳钢时焊丝浪费，而且会给拔丝带来困难，增加退火处理工艺，根据多年试验与实践，ER50S-6焊丝送丝稳定、飞溅小、焊缝成形美观，焊丝熔敷金属强度与ER49-1相当，但其塑性、韧性优于ER49-1焊丝。因此，在焊接低碳钢时，应优选ER50S-6焊丝，使我国CO2焊丝结构趋于合理。 2.3 CO2焊丝的焊接工艺性能 通过这几年对国内外焊丝的研究与应用，我们感到国产焊丝的力学性能虽比国外同类焊丝差，但基本上能满足要求，而焊丝的工艺性能问题却比较突出，在一定程度上制约了CO2焊丝的发展。目前国产焊丝在挺度、送丝稳定性、飞溅、焊缝成形、适用性等方面与国外焊丝有一定的差距，远不能满足焊接生产发展的要求。 2.4 焊丝的抗拉强度、翘距 2.4.1焊丝的抗拉强度 一般通过焊丝的抗拉强度来衡量焊丝的硬度，对推丝式送丝机构而言，焊丝的硬度是衡量其工艺性能的重要指标。焊丝的硬度与化学成份、拉拔工艺有关。目前国内的焊丝生产厂家和用户一般只重视焊丝的理化性能指标，忽视了抗拉强度指标，通过试验与实践，我们认为国产焊丝硬一些比较好，因此，我公司碳钢焊丝标准规定φ1.2mm焊丝的抗拉强度为MPa,基本能保证送丝的稳定性（如锦泰、猴王、大西洋、华通等公司的焊丝）。 2.4.2 焊丝的翘距 焊丝的翘距对送丝也有一定的影响，翘距较大时，焊丝与导丝管磨擦，增大送丝阻力，它与焊丝生产中的矫直有关，我国使用的国外焊丝（φ1.2）翘距一般都小于5mm, 日本KC-50焊丝的翘距为零：而国产焊丝的翘距小于5mm的不多，这应引起厂家的足够重视。根据以上情况，我公司标准规定焊丝翘距应小于10mm以下。 2.5 焊丝的镀铜质量 目前焊丝镀铜采用化学镀和电镀两种方法。化学镀成本低、孔隙率小、镀层结合强度低，电镀成本高、孔隙率大、镀层结合强度高。日本焊丝一般采用电镀，西欧采用化学镀，我国则以化学镀为主，少数厂家采用电镀。 2.5.1 镀铜层不均匀、结合力差、易掉铜屑 在金相显微镜下观察日本KC-50焊丝，发现镀层比较均匀，无铜堆积现象，针孔率较小，镀层致密。而国产焊丝相对较差，焊丝经过送丝轮时掉铜屑，严重的大片脱落，堵塞导丝管，工人只得经常用压缩空气吹导丝管，清除铜屑。 2.5.2 镀铜层易生锈、保存时间短 国内焊丝锈蚀主要是基体与镀铜层界面生锈。有的焊丝刚发到厂，表面就发现锈蚀，有的存放一段时间后发现锈蚀，能保存半年的焊丝几乎很少，而日本、德国焊丝可存放3年以上，可见国产焊丝镀铜质量有待进一步提高。 焊丝镀铜质量问题一直制约着我国气体保护焊丝的发展与应用。因此，一是要制定出合理的工艺规范；二是要加强镀前处理，提高除锈去脂能力；三是解决镀铜剂、润滑剂、光亮剂、拉丝模的质量。如国外的润滑剂易清洗，防锈，焊接时飞溅小，拉丝模为旋转式，这样可以避免焊丝表面拉痕，减小焊丝的椭圆度。 2.6 大力研制开发非镀铜焊丝 非镀铜焊丝是应用纳米技术和现代金属间化合物胶体涂层技术，对焊丝表面进行新型的层处理，它与传统镀铜焊丝比较，具有电弧稳定、飞溅较小、成形美观、防锈能力强、烟雾毒性和污染小、成本低等优点。目前在日本、美国等工业发达国家已有迅速取代镀铜焊丝之势，我国锦泰、三英、猴王等企业已研制、生产这种焊丝。2003年我公司开始推广应用非镀铜焊丝，取得一定效果，但焊丝质量不太稳定，主要表现为导电性能较差，送丝不太稳定，导电嘴磨损严重等，今后还需不断研究、开发、掌握非镀铜焊丝制造技术，改进提高产品质量，以满足实际生产要求。 2.7 焊丝包装 国外焊丝为塑封包装，并放入硅胶类防潮剂，包装盒美观耐用，一般一吨焊丝一个木制箱装，便于保管、搬运、领用。国产焊丝因包装问题，常发生吸潮、散盘，焊丝盘、包装盒破坏，数量不准等现象（锦泰、大西洋、猴王等焊材公司焊丝包装较好）。因此，焊丝包装不可忽视。 2.8 焊丝技术标准 焊丝标准的制修订工作对气体保护实芯焊丝的进一步推广应用至关重要，我国焊丝标准，目前大多数与美国相应标准等效，由于资金等方面的原因，标准修改周期长，部分标准仍落后于国外标准，不能适应生产发展要求，在实际生产中，我们只能参照国外有关标准，进行焊丝的选择、试验及产品验收工作。因此希望抓紧进行采用国际标准的我国焊丝标准修订工作。 2.9 焊丝生产宏观失控 气体保护焊丝是技术密集型的产品，要保证焊丝从送丝软管中正常送出，焊丝质量起关键作用。前几年，国内金属制品行业、钢丝绳厂、乡镇企业都认为CO2焊丝工艺简单、市场需求量大，盲目上生产线，焊丝生产厂发展到150多家，根据统计，仅江苏省就有16家，河北省13家，而山西省这样的能源重化工基地，虽建有一个焊丝厂，至今也没有出产品。由于焊丝厂布局不合理和质量波动，生产中经常出现供货不及时和退货问题。针对以上情况，我公司制定了TZL911-2000“常用气体保护电弧焊用碳钢焊丝”标准，并采取了分供方资格评审办法，以保证焊丝质量和生产周期。 2.10 保护气体 前几年，国内尚无焊接用保护气体专业厂，都是以副产品的形式收集（如有石灰窖、酒精厂、化工行业等），因此气体杂质含量较高，主要是水分和硫化物，使气体纯度达不到焊接标准要求。目前，国内专业气体生产厂家仅有两个合资企业，即普莱克斯和BOC气体公司，均可提供CO2及富氩等多种焊接用气体，并且气体纯度较高，能满足产品要求，但仍存在供货不及时、影响生产周期、气体价格高、增大生产成本等问题。 3 气体保护实芯焊丝的发展趋势 随着国民经济的发展，我国焊接材料的消耗量将持续增长，据专家预测，到2010年，我国焊接材料总量将达到200万吨左右，气体保护实芯焊丝约占20~25%，约为40~50万吨。为了尽快发展我国气体保护实芯焊丝产业，更好地满足焊接生产需求，提出以下建议： 1)ER49-1焊丝已不能适应我国焊接生产发展要求，为与国际焊接材料技术发展接轨，应逐步淘汰ER49-1焊丝。在焊接低碳钢时，应优选ZR50-6焊丝，使我国CO2碳钢焊丝结构趋于合理。 2)应大力发展气体保护焊丝品种，如富氩混合气体保护碳钢焊丝，700MPa、800MPa高强度焊丝，高合金钢焊丝，耐热钢及高韧性钢焊丝等，以满足焊接生产发展要求。 3)加强非镀铜环保型焊丝的制造技术研究，为用户提供优质的非镀铜焊丝，推动CO2气体保护焊焊接工艺更快的发展，逐渐取代传统的镀铜焊丝，以发展我国的“节能、环保”焊接。 4)进一步加强气体保护实芯焊丝制造技术的研究，充分掌握引进设备技术特性，不断提高原材料品种和质量，制定合理的拔丝、镀铜、层绕、包装等生产工艺规程，彻底解决焊丝批量生产的质量稳定性问题，尽快缩短我国气体保护实芯焊丝和原辅材料与国外的差距。 5)我国加入了WTO，国内焊材市场受世界名牌焊材企业的冲击较大。国内焊材企业应在协会和行业的统一领导协调和指导下，打破地区、行业垄断堡垒的局面，走强强合作或技术资金互补的道路，避免在低水平上重复投资和恶性竞争，走集团化发展道路，尽快建立几个布局合理、品种齐全、质优价廉的焊接材料基地（如锦泰金属工业有限公司、普莱克斯气体有限公司等企业），保证我国焊接材料产业整体进入国际市场。 6)目前，美国、日本、欧洲标准都逐渐向国际标准（ISO）靠拢，因此应投入一定人力、物力抓紧进行采用国际标准的我国气体保护实芯焊丝标准修订工作，促进我国气体保护实芯焊丝的发展和产品质量的提高，尽快与国际焊接材料发展接轨。 7)加强交流和协作，提高国内CO2焊丝的整体水平。国内焊丝制造企业，应不断加强彼此间的交流与协作，尤其是要加强科研单位、焊丝厂和使用单位之间的协作，充分发挥各国的优势，使我国CO2焊丝的质量、品种不断得到提高。 4 结束语 气体保护实芯焊丝是一种高科技的焊接材料，它的产生与发展适应了焊接生产向高质量、高效率、自动化、低成本、环保型方向发展的趋势。我国金属结构制造业只有大面积推广高效熔化极气体保护焊技术，才能满足国内金属结构企业生存和发展的需要。纵观国内外气体保护实芯焊丝的发展，我国与工业发达国家相比，还有不小的差距，这就需要焊接界同仁共同努力，尽快研制生产出高质量的焊丝产品，以更好地适应我国焊接生产的不断发展。
面对无铅焊锡时代，Apollo Seiko自动焊锡设备能为产业界提供什么创新技术？在已出土的古希腊文物中可以得知，焊锡技术历史久远。更令人吃惊的是，那时尚未成熟的冶金技术就已经把锡(Sn)与铅(Pb)的合金成份定在接近63:37的最佳比例。这个比例的锡铅合金熔点最低、最易加工、导电性也良好，但后来却也发现这种合金对于环境的影响也非常深远。由于越来越多的电子废弃物被弃置在自然环境中，焊锡的锡点经过土壤的分解、雨水的冲蚀，锡铅合金中有毒的铅被逐渐释出并溶解在自然环境中造成危害，欧洲议会更于2003年底通过立法，要求从2006年7月开始，在欧洲销售的电气和电子设备不得含有铅和其它有害物质。面对抬头的环保意识，焊锡材料不得不出现重大变革，原本价廉易取得的铅被其它如银(Ag)、锑(Sb)、铜(Cu)、铋(Bi)、锗(Ge)、镍(Ni)等金属所取代。虽然此举让自然环境得以受到保护，但却也使传统焊锡工艺面临挑战，连带的使自动焊锡设备亦跟着更新。无铅焊锡制程常见的问题 ·金属活性不足 一般来说，少了铅的锡丝，依成分的差异而言，熔点至少得提高20～45℃，如此一来，烙铁头的温度设定也得跟着提高。由于温度提高之后，助焊剂的挥发速度亦随之增加，而助焊剂是锡丝熔化之后决定金属活性(流动性)的关键因子。过高的温度让助焊剂挥发过快，会直接造成锡的流动性不足，产生锡尖、锡桥或拉丝等严重影响焊接效果的不良。·高温环境产生氧化层 其实就算是以前的含铅焊接锡丝，只要是烙铁头处在工作温度的环境之中待机过久，烙铁头前端会产生一层焦黑的氧化物。这个现象在无铅焊锡的制程中更为严重，产生的速度是有铅焊接的数倍之谱，而这种金属与助焊剂在高温有氧环境下交互作用所产生的氧化物会严重影响到烙铁头前端的正常吃锡量。就算对焊点的锡量影响不大，氧化物残留在焊点对焊接制程的品质也影响甚钜。·烙铁头工作表面快速劣化 烙铁头通常是以铜棒为母材，外部电镀一层铁，以加强烙铁头的硬度。在焊接的过程中铁会与锡丝中的锡渐渐起化合作用，使烙铁头的寿命逐渐降低，这个现象与温度成正比－－意即温度越高，烙铁头的寿命就越低。当铁电镀层消耗殆尽，作为母材的铜裸露出来后，烙铁头的受侵蚀的速度会快速增加，最后在烙铁头上形成破洞而使整支烙铁头报废。此等现象在无铅焊锡环境下出现的速度比有铅焊锡快了三倍以上。Apollo Seiko 对无铅焊接制程挑战的对策·适当调整烙铁头温度 现在的无铅自动焊锡制程，为了因应材料的特性，通常把焊接的工作温度提高30～50℃。但提高烙铁头的工作温度又会降低使用寿命，造成制造成本的负担。如果要降低烙铁头的工作温度，最快的方法是先预热(Pre-heat)工作物，让被焊接物本身的温度在焊接前先提高到100～150℃，如此可以不必将烙铁的温度提高太多又能达到焊接效果。但若制程上不允许或是被焊物因各种因素无法预热，我们建议使用带有专利TM烙铁头的APOLLO SEIKO自动焊锡设备来焊接，如此可不需将烙铁温度提高太多又可保持优良的焊接效果。 ·烙铁头前端吹氮气 在烙铁头前端吹氮气可让焊接的环境暂时与氧气隔绝，除了可降低烙铁头的氧化速度，还可保持助焊剂(FLUX)的活性。本公司的LF、TM烙铁头皆可让氮气从最前端徐徐吹出；体积轻巧的特殊滤心可直接将装在自动焊锡设备上，不需更改制程。·使用自动焊接设备 自动焊接与人工焊接不同，自动焊接因为机械手臂的位置精准、移动快速，参数的设定一旦固定之后几乎不需要更动，不会因为第一次焊接不成功而将高温的烙铁头持续在被焊物上加工而造成毁损。APOLLO SEIKO的L-CAT-EVO与J-CAT系列，都是专为自动焊锡而特殊设计的机种。 ·使用特殊工法制造的烙铁头 APOLLO SEIKO的特殊TM烙铁头不必将焊接温度提升太多，并且可以依照不同的制程要求订做出各种不同的形状，以提升焊接工作的品质、符合各种不同的焊接要求。·更改锡丝规格 自动焊锡的锡丝规格不同于手动焊接或是波峰焊接，锡的比例有些会高出许多；另外，锡丝里面助焊剂的含量也有决定性的影响，因此在选择自动焊锡的锡丝时需要特别注意，切勿让材料的错误选择抵销了设备的精密焊接效果。APOLLO SEIKO有许多这方面的经验，可提供您许多不同规格的锡丝。 ·使用非接触式自动焊锡设备 有些焊接制程因受到各种限制，无法使用烙铁头焊接，或是达不到预定效果。此时可以考虑用「非接触式」的雷射(激光)焊接设备。许多细微的焊接点因无法用烙铁头的制程都可考虑使用可微调功率的雷射焊接，但由于非接触式的焊接制程有着许多变量，一定要实际测过才能有足够的参数进行审慎的评估。 (end)
本文将研究确定什么参数对无铅焊接有最大和最小影响的方法。目的是要建立一个质量和可重复性受控的无铅工艺...开发一套稳健的方法检验一个焊接工艺是否稳健，就是要看其对于各种输入仍维持一个稳定输出(合格率)的能力。输入的变化是由“噪音”因素所造成的。甚至在印刷电路板(PCB)进入回流炉之前，一些因素将在一个表面贴装装配内变化。首先，在工艺中使用的材料中存在变化。这些变化存在于锡膏特性如成分、润滑剂、粉末和氧化物；板的材料，考虑到不同的供应商和不同的存储特性；和元件。其次，变化可能发生在表面贴装工艺的第一部分：锡膏印刷与塌落和元件贴装。第三，噪音因素可来自制造区域的室内条件 - 温度与湿度。这些输入变量要求最佳的加热曲线，它必须对所有变量都敏感性最小，和一个量化工艺能力的方法。回流曲线就回流焊接而言，无铅合金的使用直接影响过程温度，因此影响到加热曲线。提高熔化温度缩小了工艺窗口，因为液相线以上的时间和允许的最高温度250°C(为了防止元件损坏和板的脱层)没有改变。三角形(升温到形成峰值)曲线我们可以区分那些关键的和接近回流焊接现实极限的工艺和那些较不关键的工艺。对于PCB相对容易加热和元件与板材料有彼此接近温度的工艺，可以使用三角形温度曲线(图一)。三角形温度曲线建议用于诸如计算机主板这样的产品，它在装配上的温度差别小(小的ΔT)。 图一、三角形回流温度曲线 图二、升温-保温-峰值温度曲线三角形温度曲线有一些优点。例如，如果锡膏针对无铅三角形温度曲线适当配方，将得到更光亮的焊点和改善的可焊性。可是，助焊剂激化时间和温度必须符合无铅温度曲线的较高温度。三角形曲线的升温速度是整个控制的，在该工艺中保持或多或少是相同的。其结果是焊接期间PCB材料内的应力较小。与传统的升温-保温-峰值曲线比较，能量成本也较低。升温-保温-峰值温度曲线较小的元件比较大的元件和散热片上升温度快。因此，为了满足所有元件的液相线以上时间的要求，对这些工艺宁可使用升温-保温-峰值温度曲线(图二)。保温的目的是要减小ΔT。在升温-保温-峰值温度曲线的几个区域，如果不适当控制，可能造成材料中太大的应力。首先，预热速度应该限制到4°C/秒，或更少，取决于规格。锡膏中的助焊剂元素应该针对这个曲线配方，因为太高的保温温度可损坏锡膏的性能；在氧化特别严重的峰值区必须保留足够的活性剂。第二个温度上升斜率出现在峰值区的入口，典型的极限为3°C/秒。温度曲线的第三个部分是冷却区，应该特别注意减小应力。例如，一个陶瓷片状电容的最大冷却速度为-2~-4°C/秒。因此，要求一个受控的冷却过程，因为特殊材料的可靠性和焊接点的结构也受到影响。对于任何一个工艺，最佳的温度曲线可以通过一个Taguchi试验来确定。在试验中使用噪音因素将帮助确定哪一种曲线对变量敏感性最小，更加稳定。评估工艺统计过程控制(SPC, statistical process control)用来将工艺稳定和保持在控制之中。在焊接中，SPC用来减少可变性和提供工艺能力。典型地，X-Y坐标图(x-bar-range chart)和性能分析是用于这个目的的。X-Y坐标图是对测量变量进行统计计算的图形表示，这里每个分组的平均值与幅度(最大-最小)用来监测平均值或者范围的变化；该幅度用作变量的度量。统计上大的改变可能表示工艺漂移、趋势、循环模式或由于特殊原因造成的失控情况。当焊接工艺的最具影响的参数(如Taguchi试验所定义的)受到统计过程控制(SPC)，工艺的稳定性和性能的改进可以容易达到。例如，在一台焊接设备中，硬件和软件设计用来保持重要的参数在设定点的规定范围内。可是，即使当一个参数在起偏差极限之内时(没有报警发生)，它可能已经在统计上失控，或者显示一个由于历史数据而意想不到的状态。只购买硬件和软件不一定会得到成功的SPC。一个关键的考虑是可变性的减少，在特殊原因变量和普通原因变量之间有一个区别。控制图用来消除特殊原因变量，即任何可能与可归属原因有联系的变量。性能图用来减少普通原因变量，即任何工艺固有的和只能通过工艺变化减少的变量。在一个回流焊接工艺中，SPC的典型参数包括传送带速度、气体或加热器温度、液相线以上的时间和最高的峰值温度。在一台波峰焊接机器中，典型的参数包括传送带速度、接触时间、预热温度(PCB或加热器)和作用于PCB上的助焊剂数量。 图三、描述预热温度的x-bar-range图 图四、样品工艺能力(Cp)图一个X-Y坐标图的例子显示在一个波峰焊接工艺中的预热区的热空气温度(图三)。在一整天中，取样读数每10秒一次并分成分组，每组五个样品。平均值与幅度在图三中显示。平均温度为120.0°C，设定点也为120°C。该数据来自于安装在预热模块中的热电偶。记录了来自工艺、设定和测量值的所有机器数据。管理信息文件可以导入SPC软件，它将产生象图三的X-Y坐标图和性能分析图。我们接受120°C±2°C的预热温度(热风)，因为我们知道，只要测量的温度在这个极限之内，板的温度将不会波动和保持在助焊剂规格内。该数据，与上控制极限(UCL=122°C)和下控制极限(LCL=118°C)将返回一个工艺性能(Cp, process capability)值：这里Cp = 工艺能力，S = 标准偏差。在图四中的 Cp 图显示，对于预热温度，工艺是有能力的。我们发现Cp=3.55；一个稳定的工艺要求大于1.66的Cp值。稳定性一旦我们用无铅焊锡运行第一批产品，我们需要量化工艺的稳定性。这些响应因素可以在产品上测量，就象计数缺陷或从机器设定收集的数据。例如，一块板的温度可以用安装在PCB上的热电偶测量，或者热风的温度可以在机器内测量，这个温度与PCB上的温度是相关的。另一种测量稳定性的方法是用专门的校正工具，该工具将仪表骑在传送带上通过炉子。使用这些工具的优点是它们非常稳定，一次运行可以测量几个不同的参数。在多数生产线中，操作员有自己的测试板，热电偶已安装在上面。将板在炉(或者波峰焊机)中运行将很快损坏测试板因为无铅焊接的温度高。板会开始出现脱层和翘曲，热电偶可能从表面脱落。影响品质最多的参数从我们对锡-铅工艺的认识和Taguchi试验的结果已经知道了。我们开始计数和收集这些参数的数据。在SPC已经证明一个参数在较长时间内受控(Cp & 1.66)的之后，测量的间隔可以减少。使用SPC，我们只集中在一些最重要的参数上。Pareto图也将帮助定义这些要测量的参数，以保持工艺稳定。X-Y坐标图显示工艺的漂移、趋势、循环模式或由于特殊原因的失控条件。在一些情况中，在失控条件实际发生之前可以采取预防性措施。排气与温度条件整个工艺已经随着无铅合金的引入而改变。在机器的所有模块中温度已经升高了。对于回流焊接，得到的是更高的温区和峰值温度。对于冷却区，要求比正常更有效的冷却方法，因为峰值温度更高了。炉子要设计满足这些更高的温度，但是，在实施的这个阶段，机器温度应该验证。无铅锡膏具有和传统锡-铅配方不同的化学成分。因此，我们不得不处理其它的以不同和更高温度蒸发的残留物。热比重分析可以帮助定义在哪里和以什么温度材料可以蒸发。需要一个充分的助焊剂管理系统来控制所有残留物的清除。另外，在把该工艺实施到生产环境之前，排气与排气设定应该验证。评估可靠性应该进行可靠性试验来预测产品的寿命周期和与锡-铅工艺的标准比较数据。剪切、拉力和温度循环试验得到有关无铅焊接点强度的更多结论。截面图将显示金属间化合层与增长的厚度，这也是与可靠性有关的。工艺发放用以实施现在我们已经到达实施阶段的下一个里程碑。一旦所有条件都已满足，我们可以得到如下结果：工艺是稳定的和可重复的 机器情况是受控的 焊接点品质和可靠性是在规格之内的 成本还是可以接受的。 因此，该工艺可以发放用于实施。到目前为止，试验已经在独立的机器、或实验室或演示室的机器、或在停机其间的生产线机器上进行。下一个步骤是将该技术转移到生产线。可是，在开始生产之前，许多工作还要去做。这些工作包括：工程时间计划表、品质问题、失控行动计划(OCAP)、和操作员培训。工程时间计划表为所有实施行动创建一个时间表。这个时间表将结合考虑采购材料和必要的机器配件、组织人员和材料以作调整、写出规程和OCAP、以及培训操作员和工程师。品质问题(波峰焊接)锡锅中的焊锡在较长期生产之后会污染。试着建立合金最大允许污染的规格。客户规格或来自研究机构的指引可帮助定义在你的工艺中最大允许的合金元素百分比。在一些无铅工艺中，这些限制在20,000块板之后就超出了，这样一来就要换锡了，造成成本很高。失控行动计划(OCAP)由于特殊原因变量干扰的一个工艺将在X-Y坐标图上显现出来。多数操作员都训练有素，很快看出这种不稳定。当操作员控制工艺的稳定性时，快速反馈是可能的。迅速反馈对尽可能减小对产品的影响是必须的。为了保持工艺稳定，需要采取以下步骤：定期测量参数 在每次测量后验证工艺是否还是稳定的 如果工艺是稳定的，则可继续无须行动；如果不是，则按照OCAP确定不稳定的原因。 操作员培训生产线操作员应该为新的工艺作准备。他们的培训应该包括对新机器选项的工作指示、不同的参数设定(来自Taguchi试验的经验)、焊接点形状的改变、色泽与其它品质问题。操作员应该培训怎样使用SPC图表和怎样处理OCAP。结论有了Taguchi实验的分析与数据，我们能够设计一个稳定的、无铅焊接工艺。在产品的第一批焊接之后，如果产品品质可以接受，工艺稳定的话，可以将该工艺发放用于实施。Bibliography DeKlein, F.J. (1998). Statistical Process Control for Soldering. Oosterhout, The Netherlands: Vitronics Soltec. Hall, W.J. (2000). Cooling Parameters in Reflow Soldering. Stratham, NH; Vitronics Soltec Corp. Kelly, B., and Weigerber, J. (2000). Step-by-Step SMT Process Control. SMT 2000 Rooks, B. (2000). Robust Reflow Profile Design Suraski, D. Reflow Profiling, The Benefits of Implementing a Ramp-to-Spike Profile. AIM.
1． 含铅焊接材料对环境的影响：由于Pb是一种有毒的金属，对人体有害。并且对自然环境有很大的破坏性。2． 无铅焊接的起源：由于环境保护的要求，特别是ISO14000的导入，世界大多数国家开始禁止在焊接材料中使用含铅的成分。日本在2004年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备。欧美在2006年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备。据估计，中国没有多久也将采用无铅焊接。因此，在这种情况下，电子材料开始生产无铅焊料。例如：美国 Alpha metal焊丝：reliacore 15的主要组成成分为S nAgCu.3． 焊丝的氧化速度特性假设：A． 焊丝在室温24℃的氧化速度的数值＝5。B． 焊丝在其他温度下的氧化速度的数值＝该温度氧化速度/室温24℃的氧化速度×5。说明：焊料的组成成分不同，其氧化速度不一样。如果需要详细了解焊料的氧化特性，请向贵公司的供应商联系4． 有铅焊丝及无铅焊丝的区别：一：成分区别通用6337焊丝组成比例为：63％的Sn；37％的Pb。无铅焊丝的主要组成（Alpha metal的reliacore 15一种SnAgCu为例）：96.5%Sn；3.0％Ag；0.5％Cu二：熔点及焊接温度：温度焊丝种类 熔点 焊接温度6337焊丝 183℃ 350℃无铅焊丝 220℃ 390℃5． 使用无铅焊丝，采用现有焊台将产生的影响（以HAKKO936/ WES51为例）温度焊丝种类 熔点 焊接温度 焊接速度6337焊丝 183℃ 350℃ 大约4秒/个无铅焊丝 220℃ 390℃ 大约6秒/个产生问题A． 焊点的氧化严重，造成导电不良、焊点脱落、焊点不光泽等质量问题。B． 工厂的产能下降。6． Weller@，Hakko @,Metcal@等主要焊台生产厂家的解决方案A． Hakko的解决方案：（代表产品：Hakko931; Hakko941）提高焊台的功率：从60W提高到100W提高焊笔的导热性能：改变焊笔的结构，将烙铁头与发热体做成整体。缺点：由于烙铁头与发热体整体化，使用户使用成本出现巨大提高。HAKKO931的烙铁头售价为360元/个B． Metcal的解决方案：（代表产品：MX500; SP200）提高焊台的功率：从60W提高到100W提高焊笔的导热性能：改变焊笔的结构，将烙铁头与发热体做成整体。缺点：由于烙铁头与发热体整体化，使用户使用成本出现巨大提高。Metcal的烙铁头售价为160元/个C． Weller 的解决方案：（代表产品：WS81； WSD81）提高焊台的功率：从50W提高到80W提高焊笔的导热性能：改变导热材质。由一般合金改为贵金属，极大提高导热性能。优点，基本不增加用户的使用成本7． 争论：在使用焊台的时候，是否需要氮气保护和提供预热：根据个人观点，不需要提供氮气保护和提供预热。因为改用新的焊台，每一个焊点需要的时间一般只有3秒，因此已经达到并超过有铅焊接的工艺标准。(end)
本发明涉及一种新型纳米金属焊料及其制备方法，属于焊接材料领域。本发明利用物理气相法生产的纳米金属微粉制备一种新型焊料，这种焊料可以由一种或多种金属纳米微粉组成，金属纳米微粉由主加组分与辅加组分组成，其中主加组分为镍、铜中的一种或其组合，相对含量在65-100 wt%；辅加组分为铝、铁、锌、钛、铬、硅中的一种或多种金属的组合，相对含量在0-35 wt% 。这种焊料具有焊接温度低、焊料使用量少（成本低）、工艺简便以及焊接强度高等特点。焊接技术特点纳米材料由于颗粒尺寸小、比表面积大、表面活性高等特点，使材料的物性与传统材料相比，熔点和烧结温度明显降低；硬度和断裂强度显著提高；以及界面原子扩散增强等等。利用公司电爆炸方法制备的纳米微粉，研究开发出新一代的高性能料膏、焊丝、焊片等产品。时间结果表明，这种新型的焊接材料具有以下特点：1、焊接温度低：纳米金属粉体，尤其是电爆炸法制备的纳米金属粉体，颗粒表面含有很高的表面能，在加热过程中着部分表面能将释放出来，使焊料、焊件可以在较低的温度下实现可靠的焊接；2、焊接强度高：由于纳米颗粒粒径细小，使得焊料与焊件之间的结合更紧密，能提高焊料层、焊件的界面结合强度；同时，金属纳米微粉的小尺寸将使焊料层结构细化，降低了缺陷的临界尺寸，使焊料层的硬度、断裂强度以及焊料层与焊件界面的结合强度都得到提高；另外，金属纳米颗粒的小粒径使焊料层的界面浓度大幅度提高，有助于焊件与焊料层之间的原子扩散，同样能提高焊接强度；3、焊接变形小：金属纳米微粉颗粒微细，与微米颗粒相比，焊接过程中产生的热应力可以大部分通过金属晶粒滑移或晶粒塑性形变得到消除，焊接之后焊件一般不需要退火去应力；4、操作工艺简便：这种焊料仍使用传统的焊接设备在真空或惰性保护气氛下进行，使用焊料膏焊接时，焊件不需要预先定位，具有自支撑能力；该技术主要适用于金属材料的钎焊和压焊，尤其是点焊，特别适合复杂和变形量小的机械部件焊接。目前该项目已申请国家专利，专利申请号为
近年来，随着我国经济的高速发展，不锈钢的用量越来越大，不锈钢焊材的用量也越来越大。同时随着技术的进步和提高，不锈钢焊材的质量也随之提高，逐步拉小了与国外先进水平的差距。下面就我国不锈钢焊材的发展观状做一概述。一、我国不锈钢焊材需求量的发展趋势进入70年代以来，我国不锈钢的消费增长很快，从1990年占世界不锈钢消费量的3%上升为2000年的10-15%。经统计，1998年我国不锈钢的表观消费量达到130万吨，1999年表现消费量达到了150万吨；2000年表观消费量达到了165万吨以上。根据过去两年不锈钢消费的增长速度及发展趋势，参考国民经济增长的速度，预测2005年中国大陆不锈钢消费总量将达到230万吨，成为世界第一。随着不锈钢用量的增加，不锈钢焊材将同步增长。根据统计结果和一些未统计的企业的企业情况加上进口的焊材，2000年我国共消耗不锈钢焊条约11000吨，2001年共消耗不锈钢焊条约12000吨。加上未统计进去的焊丝量，2001年我国消耗的不锈钢焊材量约为15000吨。预计至2005年用于不锈钢焊材的焊丝量将达到2.1万吨，2010年将达到3.5万吨。二、我国不锈钢焊材的技术水平经过近年来国内焊接技术人员的努力，国外引进技术的消化吸收和一些合资企业的努力，国内不锈钢焊材的水平有了很大的提高，但与国外先进水平相比，还有一定的差距。1.国内不锈钢焊条的配方体系。目前，国内不锈钢焊条的技术水平正处在一个进一步发展的阶段。市场上销售的不锈钢焊条配方体系大致有三种，第一种是有些厂家继续使用以前钛钙型偏碱的配方技术思路，这种焊条突出的优点是焊条熔敷金属的机械性能优良。焊接着过程中不容易出现气孔，容易保证焊接质量。但其缺点也非常明显，焊条焊接工艺性能不良。飞溅大。成型不好。焊条熔敷金属易增碳，容易降低焊缝金属的耐腐蚀性能。在一些技术提高比较慢或缺乏技术人员的厂家，这种焊条生产的比较多。第二种是采用钛酸型或钛钙型偏酸的配方思路生产的焊条。这种焊条耐发红，焊接工艺性能优良，飞溅小，成型美观，焊条熔敷金属不易增碳，容易保证焊缝金属的耐腐性能。其缺点是焊条熔敷金属机械性能不如钛钙型焊条，焊缝容易出现热裂纹，焊接时如处理不当，容易出现气孔。第三种是采用介于钛酸与钛钙型配方之间的技术思路生产的焊条。这种焊条基本上兼顾了钛钙型与钛酸型焊条的优点，具有较好的焊接工艺性能和机械性能，比较适合我国国情，尤其是在一些不按规范进行焊接的场合。北京金威焊材有限公司生产的金威牌焊条采用的就是第三种技术思路。国外知名焊材公司，如阿维斯塔（AVESTA），山特维克（SANDVIK），伊萨（ESAB）公司生产的不锈钢材料，基本上都属于钛酸型配方体系。2.国内不锈钢焊条的制造工艺水平现状目前全国取得焊条生产许可证的厂家有三百四十多家，根据2000年行业报表统计的80家焊条生产企业，生产不锈钢的有38家，年生产销售100吨以上的企业有14家，年生产销售500吨以上的企业有6家，国内以传统方式生产的不锈钢焊条与国外先进水平相比。除了配方技术的差距外，焊条制造工艺水平不高也是一个方面。国内不锈钢焊条的制造绝大多数都是沿用以前的制造方式，即用双“S”搅拌机搅拌，采用摸数(M)为3.0-3.2左右的钾钠混合水玻璃做粘结剂。以这种制造方多生产的焊条，其缺点为焊条药皮脆性较大，在经过高温(350度C)烘焙时，焊条药皮会变脆裂，在焊接过程中焊条的烘干温度较低，一般为250度C左右，在这种烘干温度下，焊条药皮变脆不明显，不会影响焊接质量。若以这种制造方式生产钛酸型焊条，由于其烘干温度较高，一般为350度C左右，焊条药皮会变脆开裂，无法保证焊接质量。国外生产不锈钢焊条采用的都是碾式搅拌机，采用模数为2.0-2.4的钠水玻璃和模数为3.0-3.2的钾水玻璃混合使用做为粘结剂。以这种方式生产的不锈钢焊条外观光滑，药皮强度高，在经过350度C左右高温烘干后，药皮也不会明显变脆。若生产符合国外同类水平的钛酸型不锈钢焊条，只能采用这种制造工艺。目前国内只有北京金威焊材有限公司等少数几个生产厂家拥有碾式搅拌机。应该讲，国内不锈钢焊条技术水平与国外相比，差距不仅仅在配方，装备的落后也是一个方面。3.国内不锈钢焊条质量的稳定性国内不锈钢焊条质量与国外相比，在稳定性上也有一定的差距，其原因，一是厂家生产时，控制不严；一是国内生产的原料尤其是主材不锈钢焊丝质量不稳定造成的。目前，国内不锈钢焊丝主要是由江苏的一些中小企业提供的。其突出问题：第一是批量小，一个炉号一般为700kg-1000kg,批量大的也只有2-3吨。批理小就造成焊条化学成分不稳定，焊条质量不稳定；第二是由于设备工艺落后，杂质含量较高影响焊接质量。国外生产的焊条芯线，炉号小的有十一、二吨，炉号大的达到二、三十吨，而且炉号与炉号之间化学成分非常接近，碳和杂质含量控制的非常好，这也是国外不锈钢焊条质量稳定的一个重要原因。国内不锈钢焊条质量要达到国外同样的质量和稳定性，必须保证原材料的质量和稳定性。不锈钢焊丝生产厂家必须改变落后的生产工艺，向国际先进水平看齐。不锈钢焊条辅料的生产厂家也必须重视质量的稳定性。国内焊条生产厂家在选购原料时应注意选择那些生产批量大，工艺先进的厂家生产的原材料。4.用于重要场合质量要求高的不锈钢焊条必须进口。目前，在一些要求比较高的场合，仍需要进口，如尿素及不锈钢焊条，石油化工行业用的加氢反应器焊条，双相不锈钢焊条等。这些焊条要实现国产化，一是焊条生产厂家要提高技术水平。一是原材料供应厂家必须提供符合要求的原材料，特别是钢厂必须提供符合要求的高质量的焊丝。否则，焊条生产厂家再努力，也无法达到国外同类产品的水平。5.焊丝，随着我国经济的发展，自动化水平越来越高，焊丝的用量越来越大。我国不锈钢焊丝与国外的差距相比更大。市场上销售使用的不锈钢焊丝无论在内在质量和外观质量都存在很大不足。TIG焊丝表现有焊丝外观和内在不良的双重问题。除了几个合资企业外，大多数厂家的产品远远达不到国外同类产品的水平。MIG焊丝呈现出来的最突出的问题是外观不好，送丝不够稳定，特别是在自动化程度高的用机器人或人或机械手焊的场合不锈钢药芯焊丝在我国目前还刚刚起步，但发展比较快。目前国内己有安泰、天津三英、天泰、锦泰等到厂家在生产销售不锈钢药芯焊丝。台湾中钢、韩国现代和一些欧洲厂家也在积极拓展药芯焊丝在中国大陆的市场。我国制造的焊丝水平不高，与国外的差距，除了炼钢引起的化学成分不良，杂质含量较高外，其症结主要在设备和生产工艺上。要想生产出高品质的焊丝，必须采用先进的生产设备和改善现有生产工艺。三、建议中国正在逐渐成为世界上最大的不锈钢钢材消费国，同时也会成为世界上最大的不锈钢焊材消费国，也在成为世界上各个焊材生产厂家关注的热点。竟争会更加激烈。为了适应这形势，建议如下：1、国内不锈钢焊材生产厂家必须致力于产品质量的提高，保证产品质量的稳定，迅速在质量上缩小与国外先进水平的差距。2、加强对高品质特种不锈钢焊材的研制开发与生产，如尿素不锈钢焊条，双相下锈钢焊条。3、焊接材料生产厂家应加大投入，抓紧进行高品质不锈钢焊丝的研制、开发与生产，以适应市场对高品质不锈钢焊丝地需求。4、有条件的厂家应迅速扩大规模，降低成本，形成批量，增强自身的竟争能力。(end)
1 简易检验焊条质量的优劣的方法⑴实际焊缝的检验，就是通过实际焊接焊缝来检验焊条的好坏，质量好的焊条，施焊时电弧燃烧极为稳定，焊芯和药皮熔化均匀，飞溅很少，焊缝成型好，脱渣容易。⑵药皮强度检验，将焊条平举一米高，自由落到光滑的厚钢板上，如药皮无脱落现象，，即证明药皮强度合乎质量要求。⑶外表检验，药皮表面应光滑细腻，无气孔和机械损伤，药皮不偏心，焊芯无腐蚀现象。⑷理化检验，当焊接重要焊件时，应对焊缝金属进行化学分析及力学性能复检，以以检验焊条质量。2鉴别焊条变质的方法⑴将焊条数根放在手掌内相互滚击，如发出清脆的金属声，即为干燥的焊条，如有低沉的沙沙声，则为受潮的焊条。⑵将焊条在焊接回路中短路数秒，如药皮表面出现颗粒状斑点，则为受潮焊条。⑶受潮焊条的焊芯上常有锈痕。⑷对于药皮厚的焊条，缓慢弯曲至120度，如有大块涂料脱落或涂料表面毫无裂纹，都为受潮焊条，干燥焊条在轻弯后，有小的脆裂声，继续弯至120度，在药皮受张力的一面有小裂口出现。⑸焊接时如药皮成块脱落，或产生多量水汽，说明是受潮的焊条，受潮的焊条，若药皮脱落，应予报废，虽受潮但并不严重，可待干燥后再用一般焊条的焊芯有轻微锈点，焊接时基本也能保证质量，但对于重要工程用的低氢焊条，生锈后则不能使用。(end)
摘 要：焊丝层绕机是焊丝生产的关键设备之一,其控制的好坏直接影响到焊丝的质量。目前的层绕机多采用零度角排线，可靠性低。采用角度控制的排线系统实现了自动层绕与平稳换向。角度传感器和数字交流伺服电机的组合实现了恒角度与变角度的排线控制。实践表明提高了机器的层绕质量和生产效率，角度检测的分辨率为0.09°。关键词：PLC; 伺服电机; 角度传感器; 焊丝排线系统0 引言目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备易受干扰，停车频繁，焊丝的张力不均。基于滞后角控制的自动排线系统可提高排线的精度和性能。通过可编程控制器PLC进行角度闭环控制，使焊丝以固定的滞后角度 β在工字轮上进行高速层绕。PLC检测到角度值并与设定值比较，偏差使PLC发出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，使偏差趋于零，以达到焊丝以固定滞后角层绕。利用人机界面完成设备数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外正常速度跟踪，换向开关动作后快速追赶至同步速度跟踪，焊丝到达工字轮边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足了排线系统自动平稳排线的要求[1]-[2]。1 层绕的工艺原理自动排线器的结构如图1所示。排线器采用滞后角排线，伺服电机通过滚轴丝杠及滑轨推动排线器以一定的角度排线。在收线工字轮的内径区域，当从一侧向另一侧排线时，整个区域分成一般跟踪和换向跟踪两个区域。在一般跟踪区域采用固定滞后角跟踪模式，在换向区内采用变角度跟踪模式。由于焊丝在层绕至工字轮边缘时，会自动向相反方向层绕，在这个过程中，不允许焊丝有超前角度层绕，否则焊丝间会出现缝隙，下一层将出现瑕疵，层绕将被迫中断。因此换向区内的角度检测与控制至关重要。图1 焊丝层绕机自动排线器通过换向开关动作自动形成直线单元移动方向标志，左换向开关置位右行标志，复位左行标志;右换向开关置位左行标志，复位右行标志。收线与倒线开关的上升沿将对直线单元的左右行走标志取反。以收线右换向为例，当右换向开关动作瞬间，直线单元以6倍基速快速推进至β≤0;当主电机继续旋转，直线单元以基速继续跟踪，当焊丝缠绕接近至工字轮的最右边一圈线时，直线单元停止，同时复位直线单元右行标志，置位左行标志。收线左换向同理于收线右换向。收线左行时，角度α维持≤中心角+滞后角;右行时，角度α维持≥中心角-滞后角。换向区内角度的变化过程如图2所示。图2 换向区内角度的变化过程2 控制系统结构以及工作原理2.1控制系统结构根据排线器的排线原理，控制系统首先必须完成排线角度的实时检测。设计采用1000线增量式编码器与PLC程序的结合实现的数字角度传感器进行排线角度的实时检测，传感器的分辨率为0.09°，满足最小线径为0.8mm的焊丝在主轴上层绕一圈角度检测的要求;通过接近开关的动作来实现直线单元正常区域和换向区域的跟踪;通过PLC的输出脉冲控制伺服电机驱动直线单元的运行[3]。图3 排线器控制系统图4 控制方框图2.2直线单元工作原理直线单元的行进速度应与主轴转速相匹配。通过主轴上安装的速度传感器，测算出主轴的旋转角速度N（转/秒）。工字轮上焊丝沿轴向的移动速度为V= N＊Φ ，其中Φ为焊丝线径，单位mm，V的单位为mm/s。为保持排线机构与主轴上焊丝移动速度的同步，即保持固定的滞后角，直线单元的推进速度应等于V。为确保滞后角的精确同步，直线单元的行进速度应等于V加上角度回路输出值（偏移量），V转换成伺服电机的转速（脉冲数/秒）为：脉冲速率=M＊N＊Φ/d（个/秒） （1）其中, N为主轴的旋转角速度（转/秒）, Φ为焊丝线径（毫米）, M为伺服电机的码盘的每圈线数，d为滚轴丝杠的导程（毫米/转）。根据式2-1伺服电机给定脉冲速率的计算公式，其取值范围为0～25000 P/S，故MV的输出饱和上限值应设为2500 P/S。3 基于角度控制的程序编制3.1排线角度检测硬件高速计数器采用4倍频的工作模式，在中断服务程序中实现角度传感器的回零功能。如程序1所示。程序1 角度检测3.2主轴速度检测采用M测速法，以固定时间中断（不受PLC程序扫描时间的影响）的方式测算主轴速度，即由每0.4秒光电码盘的计数脉冲值测算出主轴速度。如程序2所示程序2 主速度检测3.3滞后角层绕的闭环控制这部分程序是层绕机控制系统软件的核心，流程框图见图5所示。图5 层绕程序流程图4 结 论本文作者创新点：采用角度控制的自动排线器使得焊丝层绕的张力均匀，换向平稳，设备运行倒车率低，焊丝质量大大提高。通过若干工程的应用表明，角度传感器检测准确且灵敏度高，直线单元滞后角跟踪稳定、换向准确，极大提高系统的稳定性、可靠性。参考文献：1 王树梅，张东亮. 基于C 的焊丝层绕机控制系统[J]. 测控技术,）:77～782 方天红, 龚民. 全自动绕线机单片机控制系统的设计与开发[J]. 沈阳工业学院学报, 2004, 23 （3）: 36-373 于克龙，绕线机排线机构的运动分析与控制[J].机械制造与自动化, ）:102～1034 于静，一种新型数字式角度传感器的研究[J].微计算机信息，：163-165(end)
电弧焊接会产生一些对人体有害的影响，如紫外辐射、噪音、烟尘排放及飞溅等，为了保护操作人员和焊接区域附近工作人员的身体健康，需要使用相关的保护设备，对操作者进行培训可以提高对这些风险的认识。对焊工的培训可以加强焊工明白正确调节焊接参数的重要性和暴露在电弧环境的风险，此外工作场所的正确通风和换气也很重要。在考虑车间实际工作条件的基础上，ISO EN 15011规定了测量烟尘排放率的方法，从而可以有效获得合乎要求的通风。在焊接时污染的控制并非易事，因此从焊接设备材料方面进行控制，必定会对改善工作环境有积极的影响。液空集团在几年前致力于研发更少污染的产品，以期改善焊工工作环境，同时与那些标准产品相比操作性能并没有改变，所以对生产效率并无有害影响。焊接烟尘的形成原理焊接操作过程中会形成烟尘和有毒气体。烟尘成分主要是金属氧化物，其颗粒尺寸为0.005~20μm，这些金属氧化物颗粒是由于焊接中母材和很大部分源于焊材中的化学组分蒸发形成的。这些元素在电弧热能作用下分解并且蒸发出来，之后离开焊接保护气体，冷凝并被周围的空气氧化。焊接时放出的气体主要是臭氧、CO和氮氧化物。电弧的UV辐射与氧作用产生臭氧，臭氧非常不稳定且氧化性很强，与金属蒸气接触就会发生自然反应。臭氧排放量取决于焊接工艺、电弧能量、保护气体种类和焊材类型。一般来说，TIG焊的臭氧量很低，当MIG/MAG焊焊接不含镁的铝合金时臭氧量会很高，镁会导致烟尘的增多（低沸点），从而阻止臭氧形成。在含有CO2的保护气体的GMAW工艺焊接碳钢时最主要的气体污染是CO，排放的CO量与保护气中CO2的含量是成比例的。考虑到电弧操作性，很难将氧或CO2从保护气体中去除。所产生的氮的氧化物，主要是NO2。在焊接气氛下由于UV辐射和高温，N2和O2在电弧附近互相作用而形成氮氧化物NO，其与臭氧结合形成NO2。与氧乙炔切割或者等离子弧相比，电弧焊中氮氧化物的排放比率是非常低的。MIG-MAG焊中对烟尘排放的影响因素除了UV辐射，MIG-MAG焊中烟尘排放是主要污染。一般来说，烟尘发生率是保护气体氧化势的增函数。但在比较不同焊接参数下烟尘发生率测量数据时，上述一般性的结论有时候会出错。这是因为在不同的焊接参数下，MIG/MAG焊具有多种熔滴过渡方式（如图1所示）。图1
MIG/MAG焊中熔滴过渡方式与焊接参数小电流焊接条件下，金属以短路过渡的方式从焊丝进入熔池。这种模式下电弧先引燃，焊丝末端形成熔滴并与熔池接触，随后电弧熄灭，电流迅速增加，电磁力将熔滴掐断，焊丝与熔池脱离接触，电弧重新引燃，随后不断重复上述过程。大电流时，金属以喷射过渡的方式从焊丝进入熔池，焊丝末端呈锥形，细小的熔滴沿焊丝轴向朝熔池过渡，电流越大，熔滴越细小，过渡速度越快。中等电流时，金属以大滴过渡的方式进入熔池，熔滴在焊丝的末端形成，尺寸逐渐增大直到明显的大于焊丝的直径，而在短路发生前又以不稳定的方式离开焊丝末端，这种模式相对来说不稳定，飞溅量最大。因此，焊接电流是过渡模式的决定因素。然而，在发生短路过渡或喷射过渡的电流区间内，通过电压调整可以得到大滴过渡，小电流时采用过高的电压或者大电流时采用过低的电压。在图1中，Icc表示能发生短路过渡的最大电流；CC'线表示能发生短路过渡的最大电压，实际操作中，焊工所调节的电压会稍低于该最大值（图中深橙色区）；Is表示能发生喷射过渡的最小电流；SS'线表示能发生喷射过渡的最小电压，实际操作中的电压一般会稍大于该值。上述数值的精确值是特定焊丝与气体组合的特征值，与保护气体的成分和焊丝直径有关。通常，在Ar中加入CO2或O2，会降低Icc和提高Is，从而增加大滴过渡区域的宽度，焊丝直径的增加会导致Is增大，而Icc基本保持不变。图2给出了三元混合气体Arcal 14（Ar + 3%CO2+1%O2）保护下，烟尘、飞溅与熔滴过渡方式的关系。对于给定电流，电压只要高于能发生喷射过渡的最小电压SS'，烟尘排放率最小，同时飞溅量大大减小。对于特定的焊丝/气体组合，所用的电流处于喷射过渡区间时，随着电压增加，得到稳定的喷射化过渡时，烟尘发生率和飞溅量减小。超出这个值，电压的增加不会再引起过渡方式的变化，只是导致电弧长度加长，这将会导致金属元素的挥发增加，烟尘发生率增高。图2
烟尘、飞溅量和熔滴过渡间的关系（焊丝ER 70 S6，φ1.2mm，气体Arcal 14）上述规律是一普遍规律，无论采用何种混合气体都有类似现象，因此在满足操作性能的要求下，使用尽可能低氧化势的保护气体是有利的。从图3中可以看出，在Arcal 14（Ar + 3%CO2 + 1%O2）混合气的保护下，烟尘发生率较低。若采用脉冲电流进行焊接可以进一步降低烟尘发生率。在合适的参数下，采用脉冲电流进行焊接可以避免大滴过渡方式，如峰值电流下的电压比喷射过渡的临界电压（图3中S点）高，且脉宽正好可以过渡一个熔滴，这样，可以显著的降低烟尘发生率并减少飞溅量。图3
保护气体和设定的参数对GMAW烟尘排放水平的影响（焊丝 ER 70S-3，φ1.2mm）具有低烟尘排放水平的药芯焊丝药芯焊丝使用过程中会产生手工电弧焊中的某些有害物，尽管烟尘发生率不会显著的高于药皮焊条，但由于熔敷率大，导致单位时间的烟尘发生量大，阻碍了其推广应用。另外，一般认为在标准条件下的GMAW焊接工艺，普通药芯焊丝的烟尘排放率高于实心焊丝。药芯焊丝的操作性能与所用的保护气体部分相关，也与药芯的成分有关。与实心焊丝相比，可以通过一定的药芯配方，得到新的焊丝和保护气组合，从而改善焊工的工作环境。在几年前就开始了与特定保护气体（Arcal 22 （Ar+3.5%O2））相组合，并且满足操作性能要求的药芯焊丝研发。Arcal 22的氧化性不强，使用中烟尘排放率的明显减少。另外，该组合不会产生CO，因CO的形成量与保护气中CO2的量直接相关。不过，该组合需要用户同时改变焊材和保护气体，且特定气体的使用也给客户使用车间的气体网络带来了困难。因此液化空气焊接公司研发了可与标准保护气体组合使用的CRISTAL系列低烟尘药芯焊丝。目前，该系列包括两种在Ar、CO2混合气保护下使用的金属粉芯药芯焊丝，及两种在CO2保护下使用金红石型药芯焊丝，可以采用有缝或无缝药芯焊丝生产技术进行生产。在保持原有的操作性能和化学成分的基础上，通过调节药芯的配方来减少烟尘排放率，这包括选择使用低碳含量的特定铁合金粉末，特定铁粉及特定成分的带材。目前，CRISTAL系列药芯焊丝的操作特性比那些标准产品要好的多，且均符合AWS 5.20和AWS 5.18标准。CRISTAL系列药芯焊丝与相应标准药芯焊丝的烟尘排放率如图4、5所示，可见在相同的保护气体下，CRISTAL?系列的烟尘排放率比常规产品明显减小。试验条件为：焊丝直径1.2mm，焊接电流300A，焊丝外伸长度20mm。另外，正如前面所指，为了获得最小的烟尘排放率，保护气的氧化性必须尽可能的小。低烟尘金属芯药芯焊丝与低氧化势混合气组合使用优化方案。图4
Cristal系列与标准产品的金属芯药芯焊丝烟尘排放率（ATAL 5保护气）—TWI数据具有低烟尘排放特性的药皮焊条药皮焊条焊接中烟尘排放量取决于药皮的特性和所用的焊接电流、电压。图6是不同直径的两种金红石药皮焊条和两种碱性药皮焊条在不同电弧能量下的烟尘排放率。所用的焊接电流是焊材制造商对该直径焊条推荐电流的中值，需要着重指出的是对于一定的直径，当焊接电流的范围从推荐的最小值到最大值变化时，烟尘排放率的差别可达到2倍左右。总的来说，取近似值的话，金红石焊条的烟尘排放率在金属熔敷率的0.8%~1％范围内，而碱性焊条的比例增加到1.5%~2％。图6
焊条直径和药皮组分对烟尘排放率的影响标准药皮的配方设计已经获得了很大的进展，多种型号焊条烟尘排放率得到显著降低。这些焊条排放的烟尘中含有大量的六价铬（约4％），毒性比标准高100倍。因而使用这些焊条就要求比常规焊条使用更多的排尘设备。调整常规焊条的药皮配方设计，来改变存在于烟尘中铬的特性从而减少六价铬的排放，显著的改善焊工呼吸区域的空气质量，对于小空间的车间或工作区域，还减少了吸尘器的使用。为减少烟尘中CrVI的量，需要去除存在于药皮焊条配方中所有含Na、K的化合物，并用含有Li元素的化合物来代替。不过执行起来相当困难，因为使用含Li的粘接剂会导致药皮变脆，甚至非常容易发生碎裂，其电弧“偏软”，脱渣性差，影响操作性能。实际上，通过精确平衡粘接剂的量与药皮配方中使用的粉末种类及其颗粒尺寸分布，可以获得烟尘排放较低、药皮不太脆及操作性能良好的焊条。新的CRISTAL系列不锈钢焊条（308L、316L和309L），药皮系金红石类型，成分均符合AWS A5.4中有关要求。CRISTAL焊条的特性如下：其操作性能至少与普通金红石型焊条相当，同时保证良好的药皮抗发红性能，良好的操作性能，平稳过渡的电弧特性、完美的焊缝外观、良好的脱渣性、易引弧和再引弧。从图7、8可以明显看出，与相同分类的标准焊条相比，CRISTAL低烟尘焊条在母材上的黑色残留物明显减少。在相同的焊接条件下，图9能够直观的给出CRISTAL和相同分类的标准焊条之间烟尘排放水平的差别。图7
用直径3.2mm CRISTAL 316L焊条所得焊缝图8
用直径3.2mm 316L标准焊条所得焊缝与当前市场上标准焊条相比，CRISTAL产品至少烟尘排放量显著降低，在安全性方面有很大进步。MIG/MAG焊的主要缺点是烟尘和飞溅，和熔滴过渡方式有直接的关系，而这取决于焊接参数和保护气体。结果表明在满足操作性能的前提下，使用弱氧化势的混合气体可以显著降低烟尘和飞溅。因此ARCAL 14可以做为结构钢焊接的保护气体，同时获得良好的操作性以及较低的烟尘发生率。图9
CRISTAL和标准不锈钢焊条之间不同的烟尘排放水平的直观评估关于药芯焊丝，即使是同样使用常规保护气体，通过调整填充药粉的配方便可以大大降低烟尘排放率，同时操作性能优于标准产品。并且随着保护气体氧化势的降低，其优点将更为显著。CRISTAL系列包括金红石和金属芯药芯焊丝。关于药皮焊条，通过调整药皮配方可以使得烟尘排放降低约一半。不过，只有高合金焊条才能接受配方调整研发所带来的额外费用，并付诸工业化生产。目前CRISTAL系列不锈钢焊条有308L、316L和309L，其操作性能与常规产品相当，但六价铬的排放率则约低8倍。(end)