制造业迅猛发展,钢材产量与日俱增,近50%的钢材加工需要用到焊接,焊接加工量剧增,因此,提高焊接效率显得尤为重要。GMAW具有焊接效率高、过程较稳定等特点,在金属制造业中得到广泛应用。GMAW焊接过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和干伸长是提高熔覆效率的直接途径。但当焊接电流超过第二临界电流,熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,焊缝成形变差。本文对大电流GMAW外加磁场进行了研究,发现外加磁场是一种科学有效的手段。对商用MIG/MAG焊机进行了改造,送丝速度由22m/min增大到50m/min,研发了频率和强度可调的磁控装置,通过对大电流下GMAW焊接过程施加不同频率及强度的纵向交变磁场得到较稳定的旋转射流过渡,并对焊接过程进行高速摄影拍摄及电压电流信号采集,观察并分析不同频率及强度的磁场对熔滴过渡、电弧形态、焊接飞溅、焊缝成形、焊缝力学性能及电信号等的影响,总结规律,为将纵向交变磁场应用于G M AW焊接生产提供指导。励磁电流为5A,外加频率为1000Hz交变磁场时,电弧的旋转半径较不加磁场时减小,电弧的挺度和刚度增大,旋转射流过渡时电弧相对更稳定,焊丝端部液锥稳定性较好,焊接飞溅率降低,焊缝熔深增加,焊缝成形改善。在相同电流下,金属蒸发速率比不加磁场时略有上升。励磁电流为9A时,不同频率的电压电流波形相对稳定,熔滴过渡较稳定,焊接过程的稳定性得到较好的控制。频率为1000Hz的条件下,随着磁场强度的增大,焊缝熔深整体趋势增大,熔宽变化不明显,深宽比增大,说明磁场越强,焊缝成形越好。励磁电流为5A和9A时,随着频率的增加,焊缝深宽比增大,比不加磁场时好,焊缝成形改善。外加纵向交变磁场,经X射线检测,MAG焊下的焊缝成形良好,焊缝熔宽变窄。按母材、热影响区、焊缝的方向对称进行硬度测试,焊缝截面的硬度曲线整体趋势呈“帽檐状”。焊缝处硬度值较高,热影响区的硬度比焊缝处降低,励磁电流为9A时,100Hz下的各区硬度值比500Hz、1000Hz及不加磁场的各区硬度值高,这与磁场对液态金属结晶的搅拌程度有关。外加交变磁场,焊缝组织呈柱状晶生长,组织比较细密,性能良好。外加不同参数的磁场,热影响区区域减小,晶粒粗大,有明显的晶粒边界。外加纵向交变磁场对焊缝性能产生积极的作用。研究了GMAW焊接过程中产生的飞溅及烟尘,当熔滴过渡形式不同时,产生飞溅的主要来源不同。金属飞溅颗粒被甩出并快速凝固,其表面具有特殊形貌,呈片层不规则类似六边形,成分以氧化物为主。颗粒较小时,比表面积大,易粘附;飞溅粒径很小时,易发生沉降。电弧燃烧时,焊丝端部形成电流密度很高的斑点,斑点处温度很高,随着焊接电流的增大,金属蒸发量增大,金属蒸气不断产生,金属蒸发的区域主要集中在焊丝尖端,熔池表面和电弧弧柱区。金属蒸发带走了焊丝中大部分的Si、Mn等合金元素,而Si和Mn均是有效脱氧的元素。因此,金属蒸发带走了合金元素,影响焊缝中的O含量,进而影响焊缝性能。GMAW焊接烟尘的颗粒尺寸主要集中于10μm～90μm,成分主要是Fe的氧化物和Mn的氧化物,烟尘颗粒概率分布最高的是10μm～60μm的粒子,烟尘颗粒粒径大小与熔滴过渡模式有关,电流增大,产生的烟尘粒径范围扩大。