一、熔覆率概念
熔覆率（Deposition Rate）的单位与时间相关（如 kg/h 或 g/min），是因为它本质上是衡量 单位时间内焊丝熔敷到焊缝中的金属质量 ，属于一种 生产效率指标。以下是详细解释：
1. 为什么用“单位时间”表示 ：熔覆率的定义核心是 焊接过程的效率 ，即：
+ 时间维度：焊接是连续动态过程，需量化“多快”能将焊丝转化为有效焊缝金属。
+ 生产需求：实际生产中需计算工时成本、产能规划（例如1小时能完成多少焊缝）。
示例：若1小时熔化并沉积5kg焊丝，熔覆率即为 \(5 kg/h\)。
2. 与“熔敷效率”（Deposition Efficiency）的区别
熔覆率（Deposition Rate）和熔敷效率（Deposition Efficiency）常被混淆，但两者不同
| 指标 | 定义 | 单位 | 意义 |
|---|---|---|---|
| 熔覆率 | 单位时间熔敷金属质量 | kg/h, g/min | 生产效率（速度） |
| 熔敷效率 | 熔敷金属质量/消耗焊丝质量 ×100% | % | 材料利用率（损耗率） |
举例说明：
• 若1小时消耗 \(6kg\) 焊丝，实际熔敷 \(5kg\) 金属：
• 熔覆率 = \(5 kg/h\)
• 熔敷效率 = \(5/6 ×100\% ≈ 83.3\%\)
3. 工程中为何更关注“熔覆率”？
（1）生产调度
- 直接关联工时成本（如估算完成一条焊缝所需时间）。
- 例如：熔覆率10 kg/h的工艺比5 kg/h快一倍，可缩短工期。
（2）工艺优化
- 通过提高电流或送丝速度可提升熔覆率，但需平衡质量（如避免飞溅增加导致熔敷效率下降）。
（3）成本控制
- 高熔覆率工艺可减少人工和设备占用时间，降低综合成本。
二、熔敷效率与材料关系
熔敷效率（Deposition Efficiency） 的详细分析表格，明确区分于 熔覆率（Deposition Rate）。以下是焊丝材料、工艺参数和保护气体等对 熔敷效率（单位：%） 的影响梳理：
熔敷效率（Deposition Efficiency）影响因素对比表
| 影响因素 | 具体参数/类型 | 对熔敷效率的影响（%） | 机制分析 | 优化建议 |
|---|---|---|---|---|
| 焊丝类型 | 普通药芯焊丝（CO₂保护） | 80~88% | 飞溅多（CO₂电弧不稳定），部分金属被氧化或蒸发 | 改用金属粉芯焊丝或低飞溅药芯配方 |
| 金属粉芯焊丝（Ar/CO₂混合气） | 92~96% | 金属粉末填充，电弧稳定，飞溅极少 | 优先用于自动化焊接 | |
| 自保护药芯焊丝（无气体） | 85~90% | 药芯产生保护气体，但烟尘较多，部分金属损失 | 适用于户外或通风环境 | |
| 保护气体 | 100% CO₂ | 80~85% | 高飞溅（约10~15%金属损失），电弧收缩严重 | 改用Ar+CO₂混合气（如80%Ar+20%CO₂） |
| Ar+CO₂（75~85% Ar） | 90~95% | 电弧稳定，飞溅<5%，金属过渡平稳（喷射过渡） | 适合高精度焊接 | |
| 纯Ar（仅用于特殊材料） | 88~93% | 飞溅少，但可能熔深不足 | 需匹配电流和焊丝类型 | |
| 焊接电流 | 电流过低 | ↓ 效率降低（70~85%） | 焊丝未充分熔化，未熔合增多 | 根据焊丝直径选择下限电流 |
| 电流适中 | ↑ 效率峰值（85~95%） | 金属充分熔化，飞溅可控 | 通过工艺试验确定最佳电流 | |
| 电流过高 | ↓ 效率下降（75~88%） | 飞溅剧增（金属颗粒喷溅），蒸发损失加大 | 限制电流上限，使用脉冲焊接 | |
| 焊接电压 | 电压过低 | ↓ 效率降低（75~85%） | 短路过渡频繁，飞溅增多 | 匹配电流至稳定电弧 |
| 电压适中 | ↑ 效率峰值（88~95%） | 电弧稳定，金属平稳过渡 | 参考焊丝厂商推荐电压 | |
| 电压过高 | ↓ 效率下降（80~90%） | 电弧过长，金属蒸发和氧化损失 | 避免过度提高电压 | |
| 送丝速度 | 速度过慢 | ↓ 效率降低（80~88%） | 电弧热量过剩，焊丝端部过度熔化 | 匹配电流和焊丝直径 |
| 速度适中 | ↑ 效率峰值（90~96%） | 熔化与沉积平衡 | 自动化控制送丝稳定性 | |
| 速度过快 | ↓ 效率下降（75~85%） | 未熔合或焊丝插向熔池，飞溅增加 | 避免超速送丝 | |
| 飞溅控制 | 高飞溅工艺（如CO₂焊接） | ↓ 每5%飞溅→效率降3~8% | 金属颗粒喷溅损失 | 使用抗飞溅剂或优化电弧特性 |
| 低飞溅工艺（如脉冲焊接） | ↑ 效率提升3~10% | 减少飞溅至<2% | 采用数字化电源控制波形 | |
| 焊接位置 | 平焊 | ↑ 效率最高（90~96%） | 熔池稳定，金属无重力流失 | 优先设计平焊位 |
| 立焊/仰焊 | ↓ 效率降低5~15% | 熔池下垂或金属滴落 | 减小电流，采用短弧操作 |
三、实测焊丝熔敷效率
以下是几种常见药芯焊丝在实际焊接中的 熔敷效率（Deposition Efficiency）实测数据，基于工业测试和文献研究（如AWS标准、焊接工艺评定报告）。数据均针对 平焊位置，采用优化参数后的平均值：
1. 不同焊丝类型与保护气体的实测熔敷效率
| 焊丝型号 | 保护气体 | 电流 (A) | 电压 (V) | 送丝速度 (m/min) | 实测熔敷效率 (%) | 飞溅率 (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E71T-1（普通碳钢药芯） | 100% CO₂ | 240 | 28 | 7.2 | 82~85 | 12~15 |
| E71T-1 | 80% Ar + 20% CO₂ | 250 | 27 | 7.5 | 88~91 | 3~5 |
| E308LT1-1（不锈钢药芯） | 98% Ar + 2% O₂ | 180 | 26 | 6.0 | 89~92 | 4~6 |
| E71T-12（金属粉芯） | 75% Ar + 25% CO₂ | 280 | 30 | 8.0 | 94~96 | <2 |
| NR-211（自保护药芯） | 无（自保护） | 200 | 24 | 6.5 | 85~88 | 8~10（烟尘多） |
2. 电流对熔敷效率的影响（E71T-1焊丝，CO₂保护）
| 电流 (A) | 电压 (V) | 熔敷效率 (%) | 飞溅形态 |
|---|---|---|---|
| 180 | 24 | 78~80 | 大颗粒飞溅（短路过渡） |
| 220 | 26 | 83~85 | 中等飞溅（混合过渡） |
| 260 | 28 | 80~82 | 细小飞溅（喷射过渡，但蒸发增加） |
| 300 | 30 | 75~78 | 剧烈飞溅（电弧不稳定） |
3. 焊接位置对效率的影响（E71T-1焊丝，Ar/CO₂混合气）
| 焊接位置 | 熔敷效率 (%) | 金属流失原因 |
|---|---|---|
| 平焊（PA） | 90~92 | 无重力影响，熔池稳定 |
| 横焊（PC） | 87~89 | 熔池侧向流动轻微 |
| 立焊（PF） | 83~86 | 金属下垂，需降低电流 |
| 仰焊（PG） | 80~84 | 金属滴落，需短弧操作 |
4. 飞溅与熔敷效率的量化关系（CO₂保护焊）
| 飞溅率 (%) | 熔敷效率损失 (%) | 典型原因 |
|---|---|---|
| 5 | 3~4 | 参数轻微不匹配 |
| 10 | 6~8 | 电压过高或气体保护不足 |
| 15 | 10~12 | 电流过大或焊丝成分问题 |
5. 实测方法说明
- 称重法：
• 焊接前后称量焊丝质量 \(W_{\text{焊丝}}\) 和工件增重 \(W_{\text{熔敷}}\) 。
• 熔敷效率计算：\[ \eta = \frac{W_{\text{熔敷}}}{W_{\text{焊丝}}} \times 100\% \] - 飞溅收集：使用飞溅收集箱称量飞溅物质量，扣除损失部分。
数据来源与可靠性
- 工业测试：林肯电气、伊萨焊接的工艺评定报告（AWS D1.1/D1.6标准）。
- 文献支持：
- 《Welding Journal》中对E71T-1焊丝的对比研究（2020）。
- 《Journal of Materials Processing Technology》关于Ar/CO₂混合气的效率分析（2021）。
四、焊接熔敷率经验公式
在焊接工艺中，熔敷效率（Deposition Efficiency, η） 的计算通常基于实验数据，但也可以通过以下 经验公式 或 半理论模型 进行估算。以下是几种常用的计算方法和简化公式：
1. 基于焊接参数的简化经验公式
对于 药芯焊丝（FCAW） 或 实心焊丝（GMAW），熔敷效率可近似通过以下参数关联：
参数说明：
- \(I\)：焊接电流（A）
- \(V\)：电弧电压（V）
- \(v_{\text{送丝}}\) ：送丝速度（m/min）
- \(\rho\) ：焊丝密度（g/m，与直径相关，如φ1.2mm实心焊丝约8.9 g/m）
- \(k\)：工艺系数（通常0.85~0.95，与焊丝类型、气体相关）
- \(\alpha\)：飞溅与蒸发损失系数（CO₂保护时约0.1~0.15，Ar/CO₂混合气约 0.05 ~ 0.08）
2. 分焊丝类型的经验取值
（1）药芯焊丝（FCAW）
| 保护气体 | 熔敷效率范围（%） | 经验公式修正系数（k） |
|---|---|---|
| 100% CO₂ | 80~85 | \(k \approx 0.82\) |
| 75% Ar + 25% CO₂ | 90~94 | \(k \approx 0.92\) |
| 自保护焊丝 | 85~88 | \(k \approx 0.87\) |
（2）实心焊丝（GMAW）
| 保护气体 | 熔敷效率范围（%） | 典型α值（损失系数） |
|---|---|---|
| 100% CO₂ | 92~96 | \(\alpha = 0.05\) |
| Ar + 20% CO₂ | 95~98 | \(\alpha = 0.03\) |
3. 实际应用案例
案例1：E71T-1药芯焊丝（CO₂保护）
- 参数：\(I = 250A , V = 28V , v_{\text{送丝}} = 7.5 , \text{m/min} , \rho = 5.2 \, \text{g/m}\)（φ1.4mm药芯焊丝）
- 计算：
（实测值通常82~85%，吻合较好）
案例2：ER70S-6实心焊丝（Ar/CO₂混合气）
- 参数：\(I = 200A , V = 24V , v_{\text{送丝}} = 8.0 , \text{m/min} , \rho = 8.9 \, \text{g/m}\)（φ1.2mm）
- 计算：
（实测值95~97%）
注意事项
- 公式局限性：经验公式适用于常规参数范围，极端条件（如超高速焊接）需实测校准。
- 材料差异：不锈钢、铝焊丝的熔化能和损失系数需调整（如铝的蒸发损失更高）。
- 设备影响：数字化电源可降低飞溅，提高实际效率。
浙公网安备 33010602011771号