带状电极 MAG焊用矩形截面的带状电极代替常规的圆形焊丝作为熔化极进行焊接,由于形状特殊,焊接过程具有独特的物理现象,体现出高效焊接的潜力。当前对这种工艺的研究主要集中在工程应用方面,对焊接过程物理本质和提高焊接效率的根本原因等方面的研究比较匮乏。本文主要以厚度和宽度为0.2×6mm2的SUS304不锈钢带为熔化极材料,以工艺试验为基础,深入研究了带状电极 MAG焊电弧特性和熔滴过渡特点,从焊接过程物理本质揭示该工艺的特点和优越性,并对带状电极窄间隙MAG焊这一新工艺进行了探索性研究。　　本文首先针对带状电极的矩形截面形状以及薄而软的性能特点,研制了带状电极 MAG焊枪,对常规送丝机构进行改造作为送带装置,在此基础上建立了焊接工艺试验系统以及焊接过程信息采集系统。　　电弧形态观测结果表明,带状电极 MAG焊电弧是非柱对称电弧,沿带状电极宽度方向的正面形态比沿厚度方向的侧面形态扩展,电弧截面从带状电极端部到母材由椭圆形逐渐过渡到圆形,带状电极宽厚比越大,正面和侧面形态差异越大。与焊丝MAG焊电弧相比,电弧静特性表明带状电极MAG焊电弧电压低2-3V,焊接电流高20-30A;相同参数下,带状电极MAG焊电弧弧长长,体积大,电弧截面梯度小,等离子流速低;电弧压力小且不再呈中心对称分布,沿带状电极宽度方向的分布广而沿厚度方向的分布小,整体分布趋于均匀。　　利用高速摄像对带状电极 MAG焊熔滴在带状电极端部的产生、长大和过渡过程进行了观察和分析,发现电弧和熔滴在带状电极端部沿宽度方向来回运动,基于最小电压原理和力学机制分析了引起运动的原因。带状电极宽而薄的特点使电流在带状电极端部可以自由分布,也为电弧和熔滴在带状电极端部的运动提供了空间,这是前提条件;电弧能量较小时,带状电极端部熔化不均匀,同时产生的多个熔滴及其附着的电弧组成了多个电流通道,通道间产生的洛伦兹力驱动着熔滴及其电弧运动;电弧能量较大时,带状电极端部熔化均匀,产生的单一熔滴及其附着的电弧总体上是柱对称形状,而覆盖带状电极端部的整个焊接电弧是非柱对称形状,二者形成的电流通道不同轴而产生洛伦兹力驱动着熔滴及其电弧运动。　　分析了熔滴过渡特点。随焊接参数由小到大变化,带状电极 MAG焊熔滴依次呈现短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡。由于电弧和熔滴的运动以及带状电极的矩形截面,即使在大电流下带状电极端部也不能被削尖,不易形成稳定的液流束,导致射流和旋转射流过渡被抑制,射滴过渡成为主要过渡方式。　　考虑带状电极的特殊形状,基于静力平衡理论建立了带状电极 MAG焊熔滴受力模型,分析了熔滴受力特点。结果表明,相对于常规焊丝 MAG焊,作用于熔滴的表面张力增大,电磁力和等离子流力减小,导致熔滴过渡频率低、尺寸大,熔滴过渡后在电弧空间的运动速度低,对熔池的冲击作用显著削弱。　　分析了带状电极 MAG焊实现高效焊接的主要原因:电弧体积大,对工件加热面积广,熔池面积大,同时电弧压力小且整体分布趋于均匀,熔滴对熔池冲击作用弱,综合作用的结果使得焊缝熔深浅而熔宽宽,大电流焊接时能有效避免指状熔深的产生,高速焊接时能抑制咬边、驼峰等缺陷。试验结果表明,在现有条件下,堆焊速度达到3m/min能得到成形良好的焊缝,比常规焊丝MAG焊提高2倍多,2mm薄板对接焊速度达到1.85m/min能实现单面焊双面成形。　　基于带状电极的特殊形状以及 MAG焊电弧行为和熔滴过渡特点,提出了带状电极窄间隙 MAG焊接方法,设计了窄间隙焊枪,通过高速摄像观察了电弧在间隙中的燃烧行为。结果表明,当间隙大小、电弧电压和送带速度匹配恰当时,间隙中带状电极端部的电弧能在侧壁之间轮流燃烧,形成规律的摆动电弧。间隙宽度对电弧摆动起决定作用,随间隙宽度的增大,电弧的摆动程度减小。电弧电压和送带速度对电弧摆动的影响较小,二者的匹配主要是保证焊接过程稳定。　　最后,对带状电极窄间隙 MAG焊焊缝成形特点进行了分析,电弧在间隙中发生一定程度的摆动是保证侧壁熔合的关键。在间隙大小为8-10mm,电弧电压为23-26V,送带速度为9-12 m/min的参数区间内能获得焊缝成形良好、内部无缺陷的窄间隙焊接接头。试验结果表明,自动形成的摆动电弧能抑制电弧沿侧壁爬升,改善侧壁的加热效果,促进侧壁熔合,带状电极窄间隙 MAG焊工艺可行。