专利名称：一种测试焊条熔滴表面张力的方法
技术领域：
本发明一种测试焊条熔滴表面张力的方法属于在焊接过程中，焊条高温液态熔滴物化特性的测试方法的范畴。具体地说是利用测试表面张力的悬滴法与高速摄影技术相结合的方式测试焊条熔滴的表面张力的测试方法，故称之为“连续投影悬滴法”。
在手工电弧焊时，熔滴过渡形态与焊条工艺性有着密切的关系，而表面张力是影响熔滴过渡的主要力之一，为使焊条得到理想的过渡形态，提高焊条的工艺水平，研究药皮成分对熔滴表面张力的影响规律，对指导其配方设计是十分必要的。但是由于焊条在焊接时存在着液态金属、熔渣、气体多相间相互作用，还由于焊条端面形状复杂，使传统的表面张力测试方法直接用于焊条熔滴表面张力的测试遇到了困难。
我国曾有人(陈剑虹，1984年杭州国际焊接学术会议论文集)利用滴重法测试焊条熔滴的表面张力，该方法是将焊条置于高频炉中使其端部被加热熔化，然后用称量焊条端头滴落的熔滴重量来计算表面张力。该方法有以下主要缺点，其一，由于焊条端部存在着套筒，使焊条端面对熔滴的毛细作用产生复杂的影响，从而影响到分离的熔滴的重量;其次，采用高频感应加热，很难模拟焊接时加热条件，因此滴重法无法避免由于上述原因造成的误差。
本发明的目的在于克服用传统的表面张力测试方法测试焊条熔滴表面张力所遇到的无法避免的困难和误差，提供一种利用高速摄影技术与悬滴法相结合的测试焊条熔滴表面张力的方法。
本发明一种测试焊条熔滴表面张力的方法即连续投影悬滴法的实质是在小电流焊接条件下，用高速摄影机拍摄焊条熔滴形成、长大和过渡的全过程(拍摄装置见附图1)随后将影片连续投影放大，捕捉悬垂在焊条端部的典型熔滴的影像，然后根据其典型熔滴的形状参数(见附图2)来计算其表面张力的方法。具体而言，用连续投影悬滴法测试焊条熔滴表面张力其参数条件为焊条规格4毫米;
焊接电流70-100安;电压26-36伏;
焊接电源直流反接;
电弧长度10-15毫米;
拍摄速度300～1000幅/秒;
其表面张力的计算方法为(参考S.Fordham.Proc.Roy.Soc.(194)1948年)用高速摄影机捕捉典型悬滴形状，然后在放大的悬滴影像上量取熔滴最大横向直径de(见附图2)，再由熔滴最低点O起在Y轴上量取长度de，得到点a和熔滴在a点处的直径ds，取S＝ds/de，由H-S表(见附表)查得H值，然后由下式求得表面张力值γ＝ρ.g.d/H (1)ρ-液相密度g-重力加速度本发明有如下诸点需着重加以说明1、采用悬滴法。悬滴法是通过测试悬垂在焊条端部的熔滴的某些形状参数，然后通过计算求得表面张力的数据。由于悬挂着的熔滴形状本身就已包含着焊条复杂端面(毛细管)的影响，这样就减少了用滴重法测试时由于焊条端面产生的复杂影响，而提高了测试精度。
2、用小电流施焊，模拟实际焊接条件。众所周知，熔滴的介质条件对熔滴表面张力的测试结果有着直接的影响，焊接时焊条金属熔滴被熔渣及电弧气氛所包围，这一介质条件只有在实际的焊接条件下(存在着电弧过程)才可能出现，本发明设计在焊接条件下进行熔滴表面张力的测试形成严重干扰，为此需采用小电流施焊，因为在小电流的情况下，电磁收缩力，电弧斑点的作用力等都会大大减小，只有这时悬滴的形状参数才可能充分体现表面张力的作用。
3、使用高速摄影技术、捕捉典型悬滴形状。使用悬滴法测试表面张力是以悬滴的形状参数为计算根据的。因此选取典型的悬滴画面至关重要。焊条熔滴的形成、长大和脱落是瞬时的动态过程、长大和过渡的全过程，通过对影片的投影放大分析，才能选取典型的悬滴长大到失稳前的最大熔滴。
本发明具有简便、直观、测试精度高等优点，为提高焊条工艺性能，改进焊条配方设计的研究工作提供了一种有效的辅助实验手段。
使用本发明连续投影悬滴法测试焊条熔滴表面张力的实施例1(参见表1)被测焊条为A1系列焊条，直径4毫米;焊接电源，直流反接;电流90安培，电压28～32伏;拍摄速度300幅/秒;熔滴尺寸按照上述方法测量，A1-1焊条de＝0.4014cm，ds＝0.279cm，1/H值，由附表查得0.819，取ρ＝7.81(克/立方厘米)，表面张力值，由式(1)算得，γ＝1003.994(达因/厘米)。
实施例2A2系列焊条，直径4毫米;焊接电源，直流反接;电流90安培，电压26～32伏;拍摄速度300～500幅/秒;熔滴尺寸按照上述方法测量，A2-1焊条de＝0.4176cm，ds＝0.362cm，1/H值查得0.456，取ρ＝7.82(克/立方厘米)，表面张力值由式(1)算得γ＝605.786(达因/厘米)。
实施例3焊条THT422，直径4毫米，焊接电源，直流反接;焊接电流90安培，电压32伏;拍摄速度500幅/秒;熔滴尺寸de＝0.3869cm，ds＝0.246cm，1/H由附表查得0.765;表面张力值由式(1)算得，取ρ＝7.82(克/立方厘米)，γ＝865.537(达因/厘米)。
实施例4焊条THT507，直径4毫米，焊接电源，直流反接;焊接电流90安培，电压30伏;拍摄速度400幅/秒;熔滴尺寸de＝0.5376cm，ds＝0.431cm，1/H由附表查得0.564;表面张力值由式(1)算得，取ρ＝7.80(克/立方厘米)，γ＝1248.556(达因/厘米)。
实施例5焊条E308L-16。直径4毫米;焊接电源，直流反接;焊接电流90安培，电压34伏;拍摄速度600幅/秒;熔滴尺寸de＝0.2933cm。ds＝0.205cm，1/H由附表查得0.935;表面张力值由式(1)算得，取ρ＝7.82(克/立方厘米)，ρ＝678.640(达因/厘米)。
1-氙灯背光光源，2-试件移动小车，3-被测焊条，4-滤光器，5-高速摄影机。
权利要求
1.一种测试焊条熔滴表面张力的方法，即连续投影悬滴法是一种将测试表面张力的悬滴法与高速摄影技术相结合的方法，其特征在于在小电流焊接条件下，用高速摄影机拍摄焊条熔滴形成、长大和过渡的全过程，随后根据其典型悬滴的形状尺寸来计算其表面张力值，其具体步骤及采用的主要参数为利用高速摄影机按300～600幅/秒的拍摄速度拍摄焊条的熔滴形成、长大和过渡的全过程，焊接电源采用直流反接，焊接电流为90安培，焊接电压为26～36伏特，将所拍影片投影放大至40倍，在放大影像上量取熔滴最大横向直径de，再由熔滴最低点起点O起在Y轴上量取长度为de，得到点a及熔滴在a点处的直径ds，取S=ds/de由H-S表查得H值，最后由下式求得表面张力值γ=ρ.g.de/H，其中ρ为液相密度，g为重力加速度，ρ值的取值范围为7.8～7.82(克/立方厘米)。
2.按照权利要求1所述的测试焊条熔滴表面张力的连续悬滴法，其特征在于，可选用A1系列焊条，直径4毫米;焊接电源，直流反接;电流90安培，电压28～32伏;拍摄尺寸按照前述方法测量，A1-1焊条de＝0.4014cm，ds＝0.279cm，1/H值由附表查得0.819，取ρ＝7.81(克/立方厘米)，表面张力值γ＝1003.994(达因/厘米)。
3.按照权利要求1所述的测试焊条熔滴表面张力的连续投影悬滴法，其特征在于，还可选用A2系列焊条，直径4毫米;焊接电源，直流反接;电流90安培，电压26～32伏，拍摄速度300～500幅/秒;熔滴尺寸按照上述方法测量，A2-1焊条de＝0.4176cm，ds＝0.362cm，1/H值由附表查得0.456，取ρ＝7.82(克/立方厘米)，表面张力值γ＝605.786(达因/厘米)。
4.按照权利要求1所述的测试焊条熔滴表面张力的连续投影悬滴法其特征在于亦可选用焊条型号为E308L-16，直径4毫米;焊接电流90安培，电压34伏特，焊接电源，直流反接，拍摄速度400幅/秒，熔滴尺寸按照上述方法测量，de＝0.2933cm，ds＝0.205cm，1/H值由附表查得0.935;取ρ＝7.82(克/立方厘米)表面张力值γ＝678.640(达因/厘米)。
5.按照权利要求1所述的测试焊条熔滴表面张力的连续投影悬滴法，其特征在于，还可选用焊条型号为THT422，直径4毫米;焊接电源，直流反接;焊接电流90安培，电压30伏;拍摄速度900幅/秒;熔滴尺寸按照上述方法测量，de＝0.3869cm，ds＝0.246cm，1/H值由附表查得0.765;取ρ＝7.80(克/立方厘米)，表面张力值由式(1)算得γ＝865.537(达因/厘米)。
6.按照权利要求1所述的测试焊条熔滴表面张力的连续投影悬滴法，其特征在于，亦可选用焊条型号为THT507，直径4毫米;焊接电流，90安培，电压30伏;拍摄速度400幅/秒;熔滴尺寸de＝0.5376cm，ds＝0.431cm，1/H由附表查得0.564，取ρ＝7.80(克/立方厘米)，γ＝1248.556(达因/厘米)。
全文摘要
本发明一种测试焊条熔滴表面张力的方法即属于焊条在焊接过程中高温流态熔滴物化特性的测试方法的范畴。具体而言是用高速摄影机拍摄焊条在小电流焊接时，熔滴形成、长大及过渡的全过程，然后利用连续投影放大选取典型悬滴的影像，并根据悬滴的形状参数，通过计算求得表面张力的一种先进的科学方法。本发明为提高焊条操作工艺性能和改进焊条配方设计的研究工作提供了一种简便、直观、高精度和有效的辅助实验手段。
文档编号B23K37/00GK1060808SQ9010863
公开日1992年5月6日 申请日期1990年10月23日 优先权日1990年10月23日
发明者王宝, 孟庆森, 刘满才, 陆文雄 申请人:太原工业大学