1.磁控MAG焊

传统MAG焊在大电流时产生旋转射流过渡，这时伴随着很大的飞溅，如图12-8所示。实际上发生旋转射流过渡时电流就是MAG焊的上限电流，也就是说MAG焊的最大电流是受到无规则的旋转射流过渡的限制，因此也就是限制了焊接熔敷速度的提高。为了避免改变保护气体成分造成生产成本上升，北京工业大学焊接技术研究所利用磁场控制焊接电弧和熔滴过渡，实现了高熔敷速度焊接^［13］，其原理如图12-9所示。焊接电弧在纵向磁场作用下，由于带电粒子由电弧中心向边缘的扩散运动，而引起径向电流I_r，如图12-9a所示。该电流I_r在纵向磁场作用下将发生绕焊丝轴向的旋转运动，同时产生沿圆周方向的电流分量Iω，同时圆周电流Iω也在纵向磁场B_ｚ作用下产生向心的作用力F_r，它作用在焊丝端头的液柱上将使其向中心收缩，即形成稳定的圆锥形旋转射流过渡，如图12-9b所示。这时的磁控电弧的形态如图12-10所示。

图12-8 旋转射流过渡形态

图12-9 纵向磁场作用下的电弧行为

由图可以看出，磁控MAG焊可以得到与改变保护气体高效焊接工艺类似的效果。目前试验中使用φ1.2mm的焊丝，送丝速度能够达到42m/min，焊缝成形良好。

2.带极气体保护焊

带极气体保护焊是一种新的提高GMA焊接速度的方法，使用带状焊丝作为电极，其熔敷速度能超过11kg/h^［15］。和常规MAG焊相比，其优势表现在：①熔敷速度快；②焊接速度快。当然它也有一些缺点，比如在机器人应用中会遇到送丝方面的问题。

图12-10 磁控电弧的形态

使用带状焊丝的必备条件是，必须有一套非常匹配的焊接电源、送丝机及焊枪。

（1）带状焊丝 表12-2列出了常用的几种带状焊丝的类型。带状焊丝的尺寸范围为宽4.0～4.5mm，厚0.5～0.6mm，最大宽厚比为9：1。

表12-2 几种不同的带状焊丝尺寸

带状焊丝既可以用圆形焊丝轧制而成，也可以由薄的板材分切获得。前种焊丝的断面有圆形的轮廓，而后者的边界比较尖锐。从送丝稳定的角度考虑，前者更有优势。无论采用哪种形式的带状焊丝，在相同的焊接规范下，都可以获得比圆形焊丝更大的焊缝深宽比。(www.daowen.com)

（2）焊枪和电源

带状焊丝的送丝比常规的圆形焊丝难度更高，特别是当使用软铝带状焊丝时，必须使用推拉式送丝系统才能保证稳定的送丝。

图12-11所示是专门适用于带状焊丝的推拉式焊枪。导电嘴设计成这种方式使带状焊丝能正好穿过长方形的焊丝孔。焊枪的喷嘴是水冷式的，当焊接电流很高的时候，水冷系统非常重要。

在带极气体保护焊中，使用的电源额定输出电流为900A，一般在钢焊丝的脉冲电弧焊中，脉冲峰值电流最高需要达到1200A。铝焊丝的峰值电流最高要达到500A。

图12-11 使用带状的焊枪

（3）焊接参数和保护气体 在钢焊丝焊接中，平均的焊接电流是420A（电流密度是190A/mm²）。送丝速度为11m/min，熔敷速度超过11kg/h，采用82％Ar+18％CO₂的混合气体作为保护气体，混合气中含有少量的CO₂能改善熔滴过渡。气流量约为20L/min。

在AlMg4.5Mn带状焊丝脉冲焊中，电流平均要达到260A（电流密度为110A/mm²）。送丝速度为9m/min，熔敷速度为4kg/h。为提高焊接速度用纯氩或氩氦混合气作为保护气。

（4）熔滴过渡 金属微粒在带极气体保护焊中的过渡可以借助高速照相机进行研究。从图12-12可以看出AlSi5的带状焊丝在一个脉冲周期内的变化（送丝速度为5m/min）。在靠近带状焊丝的部位，电弧可以明显地看出是椭圆的形状，但是在靠近工件的部位，就趋于圆形了。值得注意的是分离后的熔滴并不是呈明显的椭圆形。由于表面张力的影响，很多熔滴为球状。

图12-12 不同电极条件下的熔滴过渡

（5）焊接速度 提高焊接速度是提高焊接效率的重要方法。在3mm板厚水平位置搭接焊时，如果采用直径为1.2mm的圆形焊丝进行焊接，最高焊接速度能达到80cm/min。而如果采用带状焊丝，焊接速度能有很大的提高，最高可达1.65m/min。图12-13所示为两块3mm厚薄铝板搭接焊后的实物图，采用带极焊接工艺，填充金属为AlMg4.5Mn，焊接速度为1.5m/min。

图12-13 带极高速焊接铝板焊缝外形