熔化极气体保护电弧焊作为一种被广泛应用的材料加工方法,为生产带来效益的同时也带来了污染,焊接烟尘是其中最主要的污染,影响环境并对人体健康带来危害。本文将通过试验与数值模拟的方式对吸烟焊枪这种新型的控制焊接烟尘方式进行评估,为将来烟尘产生机理研究和吸烟焊枪结构与工艺设计奠定基础。吸烟焊枪(Fume Extraction Gun)是一款将控烟装置集成在焊枪上的设备,烟尘产生后,喷嘴上端的吸烟口将其捕捉。吸烟焊枪一般与吸烟系统配合使用,当吸烟系统关闭时,吸烟焊枪与普通熔化极电弧焊焊枪相同。相较于其他局部吸烟设备,吸烟焊枪可以做到随焊接过程实时跟随烟尘源头移动。该产品适用于狭窄空间焊接,适合与焊接机器人配合使用。本文使用7XE吸烟焊枪与Clear O2吸烟系统,进行二氧化碳气体保护电弧焊,通过电弧形貌和烟尘扩散形态观察、焊接电流测量、熔滴过渡高速摄像分析、焊缝及其表面飞溅观察、焊缝缺陷X射线探伤和焊缝拉伸性能测试分析使用吸烟焊枪对焊接过程和焊缝质量的影响,以此评估吸烟效果。然后,使用吸烟焊枪的MIG焊简易电弧模型,通过数值模拟分析电流密度分布、电势场、温度场、速度场和铁蒸汽浓度等电弧等离子体特性研究吸烟行为及其对焊接电弧的影响。分别针对烟尘产生量较小的普通小电流焊接工艺和烟尘产生量较大的大电流焊接工艺,采用四个典型吸烟挡位,评估了吸烟行为及其对焊接过程和焊接质量的影响。结果显示,吸烟使得烟尘扩散明显减少,熔滴稳定性稍微变差,但吸烟及其功率变化对焊接电流和电压平均值的影响都可忽略不计。开启吸烟功能,将加快电弧周围气体流动,使电弧和熔滴受冷,电弧略有收缩,熔滴过渡频率加快。同时,收缩的电弧还使得熔池前端下凹增加,熔池后端液态金属表面倾斜程度增加,一定程度上使得弧长缩短,这也使得熔滴过渡周期缩短,熔滴过渡频率略有增快。吸烟并不会产生明显焊接缺陷,但会使焊缝屈服强度略有降低,抗拉强度略有增加。针对不同保护气流量焊接试验,结果显示,在所选保护气流量范围内对焊接结果和烟尘控制都可以保证。当施加了吸烟以后,为了获得稳定的焊接过程和良好的焊接质量,保护气体应略有增加。以铁蒸气代替烟尘的方式进行吸烟焊枪二维轴对称MIG电弧数值模拟分析。结果表明,当考虑铁蒸气后,改变了纯氩弧等离子体特性,混合气氛下,电流密度增大,电势增大,而电弧温度由于铁蒸气高温下静发射系数和摩尔分数使辐射造成热能损失增加,电弧温度下降。当施加吸烟后,并不会对电弧中心等离子体特性产生明显影响,只会使吸烟口下方区域空气回流速度加快,温度略有上升。