第二章焊絲的熔化和熔滴的過渡

1、第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 電弧焊時，焊絲（或焊條）的末端在電弧的高電弧焊時，焊絲（或焊條）的末端在電弧的高溫作用下加熱熔化，熔化的液體金屬達(dá)到一定程度溫作用下加熱熔化，熔化的液體金屬達(dá)到一定程度便以一定的方式脫離焊絲末端，過渡到熔池中去。便以一定的方式脫離焊絲末端，過渡到熔池中去。這個過程稱為熔滴過渡。焊接過程中，焊絲的加熱、這個過程稱為熔滴過渡。焊接過程中，焊絲的加熱、熔化及熔滴過渡會直接影響到焊縫質(zhì)量和焊接生產(chǎn)熔化及熔滴過渡會直接影響到焊縫質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率。本章將講述焊絲的加熱與熔化、熔滴上的作用率。本章將講述焊絲的加熱與熔化、熔滴上的作用力、熔滴過渡的主要形

2、式以及熔滴過渡過程中產(chǎn)生力、熔滴過渡的主要形式以及熔滴過渡過程中產(chǎn)生的飛濺。的飛濺。 第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴焊絲的熔化和熔滴的過渡的過渡第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.1 2.1 焊絲的加熱與熔化焊絲的加熱與熔化 熔化極電弧焊時，焊絲具有兩方面的作用熔化極電弧焊時，焊絲具有兩方面的作用: : 一方面作為電弧的一極導(dǎo)電并傳輸能量；一方面作為電弧的一極導(dǎo)電并傳輸能量； 另一方面作為填充材料向熔池提供熔化金屬并和另一方面作為填充材料向熔池提供熔化金屬并和熔化的母材一起冷卻結(jié)晶而形成焊縫。熔化的母材一起冷卻結(jié)晶而形成焊縫。 a)a)焊絲的加熱熔化主要靠單位時間內(nèi)陰極區(qū)

3、焊絲的加熱熔化主要靠單位時間內(nèi)陰極區(qū)( (直流直流正接時正接時) )或陽極區(qū)或陽極區(qū)( (直流反接時直流反接時) )所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的電弧熱電弧熱及及焊絲自身的焊絲自身的電阻熱電阻熱，弧柱的輻射熱則是次要的。，弧柱的輻射熱則是次要的。 b)b)非熔化極電弧焊（如鎢極氬弧焊或等離子弧焊）非熔化極電弧焊（如鎢極氬弧焊或等離子弧焊）填充焊絲時，主要靠填充焊絲時，主要靠弧柱的輻射熱弧柱的輻射熱來熔化焊絲。來熔化焊絲。2.1.12.1.1焊絲的熔化熱源焊絲的熔化熱源第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 1.1.電弧熱電弧熱 單位時間內(nèi)陰極區(qū)和陽極區(qū)的產(chǎn)熱量如果分別用電功率單位時間內(nèi)陰極區(qū)

4、和陽極區(qū)的產(chǎn)熱量如果分別用電功率P PK K和和P PA A表示，計算公式如下：表示，計算公式如下： （2-12-1） P PA AI I（U UA AU UWWU UT T） （2-22-2） 在通常電弧焊的情況下，弧柱的平均溫度為在通常電弧焊的情況下，弧柱的平均溫度為6000K6000K左右，左右，U UT T1VUUW W,P,PK KPPA A P PK KI I（U UK KU UWWU UT T）第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 從焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點(diǎn)從焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點(diǎn)到電弧端頭的一段焊絲上到電弧端頭的一段焊絲上( (即焊即焊絲的絲的伸出長度伸出長度，用，

5、用L Ls s表示表示) )有焊有焊接電流流過時，將產(chǎn)生電阻熱。接電流流過時，將產(chǎn)生電阻熱。焊絲伸出長度的電阻為焊絲伸出長度的電阻為 RsRsLsLs/S/S (2-5) (2-5) 則電阻熱為則電阻熱為 P PR R I I2 2RsRs (2-6)(2-6) 式中，式中， RsRs是焊絲是焊絲LsLs段的電阻值，段的電阻值，是焊絲的電阻率，是焊絲的電阻率，LsLs是焊絲是焊絲的伸出長度，的伸出長度，S S是焊絲的橫截面是焊絲的橫截面積。積。2 2電阻熱電阻熱圖圖2-1 2-1 焊絲伸出長度的電阻熱示意圖焊絲伸出長度的電阻熱示意圖第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 熔化極

6、電弧焊時，綜合電弧熱和電阻熱，熔化極電弧焊時，綜合電弧熱和電阻熱，用于加熱和熔化焊絲的總能量用于加熱和熔化焊絲的總能量PmPm可表示可表示 PmPmI I（UmUm十十IRsIRs） （2-72-7） U Um m是電弧熱的等效電壓，是電弧熱的等效電壓， a)a)一般一般LsLs=10=1030mm30mm。對于導(dǎo)電性能良好的鋁和銅。對于導(dǎo)電性能良好的鋁和銅等金屬焊絲，等金屬焊絲，P PR R與與P PK K或或P PA A相比是很小的，可忽略不相比是很小的，可忽略不計。對于不銹鋼、鋼和鈦等材料，電阻率較高，計。對于不銹鋼、鋼和鈦等材料，電阻率較高，特別在細(xì)絲大電流時，焊絲伸出長度越大，特別在

7、細(xì)絲大電流時，焊絲伸出長度越大，P PR R越越大，這時大，這時P PR R與與P PK K或或P PA A相比才有重要的作用相比才有重要的作用 b)b)焊絲為陽極時，焊絲為陽極時，U Um mU UW W；焊絲為陰極時，；焊絲為陰極時，U Um mU UK KU UW W。 這就是單位時間內(nèi)由電弧熱和電阻熱提供的用于這就是單位時間內(nèi)由電弧熱和電阻熱提供的用于加熱和熔化焊絲的主要能量。加熱和熔化焊絲的主要能量。 第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.1.22.1.2影響焊絲熔化速度的因素影響焊絲熔化速度的因素 熔化速度熔化速度VmVm：單位時間內(nèi)焊絲的熔化量。：單位時間內(nèi)焊

8、絲的熔化量。 單位：單位：g/s cm/sg/s cm/s 熔化系數(shù)熔化系數(shù) m m：單位時間內(nèi)，由單位電流所熔化的：單位時間內(nèi)，由單位電流所熔化的焊絲量（長度，重量）焊絲量（長度，重量）單位：單位：g/A.S Cm/A.Sg/A.S Cm/A.S m m= = V Vm /Im /I 焊絲的熔化速度主要取決于式焊絲的熔化速度主要取決于式(2-7)(2-7)所表示的單所表示的單位時間內(nèi)用于加熱和熔化焊絲的總能量位時間內(nèi)用于加熱和熔化焊絲的總能量P Pm m。 第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 電弧熱與電流成正比，電阻熱與電流平方成正比。電弧熱與電流成正比，電阻熱與電流平方

9、成正比。電流增大，熔化焊絲的電阻熱和電弧熱增加，焊電流增大，熔化焊絲的電阻熱和電弧熱增加，焊絲熔化速度加快。絲熔化速度加快。圖圖2-2 2-2 鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系1 1焊接電流的影響焊接電流的影響鋁焊絲，可近似為鋁焊絲，可近似為： PmPmIUmIUm焊絲直徑越小，焊絲的熔化系焊絲直徑越小，焊絲的熔化系數(shù)越大，斜率越大。數(shù)越大，斜率越大。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡圖圖2-3 2-3 不銹鋼焊絲熔化速度與電流的關(guān)系不銹鋼焊絲熔化速度與電流的關(guān)系第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 2 2電弧電壓的影響電弧電壓的影響

10、等速送絲熔化極氣體保爐焊時，焊絲熔化速度等速送絲熔化極氣體保爐焊時，焊絲熔化速度與電弧電壓和電流的關(guān)系與電弧電壓和電流的關(guān)系. . 圖圖2-4 2-4 熔化極氣體保護(hù)焊時電弧的固有調(diào)節(jié)作用熔化極氣體保護(hù)焊時電弧的固有調(diào)節(jié)作用 a) a) 鋁焊絲（鋁焊絲（1.61.6 b) b) 鋼焊（鋼焊（2.42.4）第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 圖圖2-4a2-4a中的曲線是在穩(wěn)定的焊接條件下的鋁焊絲的中的曲線是在穩(wěn)定的焊接條件下的鋁焊絲的電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性曲線（即等熔化曲線電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性曲線（即等熔化曲線):): a)a)當(dāng)電弧較長時當(dāng)電弧較長時( (電弧電壓較高電

11、弧電壓較高) )，曲線垂直于橫軸，曲線垂直于橫軸，即電弧電壓對焊絲熔化速度影響很小。此時送絲速度即電弧電壓對焊絲熔化速度影響很小。此時送絲速度與熔化速度平衡，熔化速度主要決定于電流的大小與熔化速度平衡，熔化速度主要決定于電流的大小(AB(AB段段) )。 b)b)當(dāng)電弧弧長為當(dāng)電弧弧長為8mm8mm到到2mm2mm區(qū)間區(qū)間(BC(BC段段) )時，曲線向左時，曲線向左傾斜，這說明隨著電弧電壓降低傾斜，這說明隨著電弧電壓降低( (弧長縮短弧長縮短) )，熔化一，熔化一定數(shù)量焊絲所要的電流減小，亦即等量的焊接電流所定數(shù)量焊絲所要的電流減小，亦即等量的焊接電流所熔化的焊絲增加。也就是說，電弧較短時熔

12、化系數(shù)增熔化的焊絲增加。也就是說，電弧較短時熔化系數(shù)增加了。之所以如此，是因?yàn)榛￠L縮短時，電弧熱量向加了。之所以如此，是因?yàn)榛￠L縮短時，電弧熱量向周圍空間散失減少，提高了電弧的熱效率，使焊絲的周圍空間散失減少，提高了電弧的熱效率，使焊絲的熔化系數(shù)增加所致。熔化系數(shù)增加所致。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 c)BCBC段的這種熔化特性在電弧焊中具有重要意段的這種熔化特性在電弧焊中具有重要意義。例如，電流及送絲速度不變時，在弧長較短義。例如，電流及送絲速度不變時，在弧長較短的范圍內(nèi)，當(dāng)弧長因受外界干擾發(fā)生變化時，使的范圍內(nèi)，當(dāng)弧長因受外界干擾發(fā)生變化時，使弧長縮短或增長，則

13、因此時的熔化系數(shù)要增大或弧長縮短或增長，則因此時的熔化系數(shù)要增大或減小，導(dǎo)致熔化速度增大或減小，使弧長得以恢減小，導(dǎo)致熔化速度增大或減小，使弧長得以恢復(fù)。這種弧長受外界干擾發(fā)生變化時電弧本身具復(fù)。這種弧長受外界干擾發(fā)生變化時電弧本身具有自動恢復(fù)到原來弧長的能力，稱為有自動恢復(fù)到原來弧長的能力，稱為“電弧的固電弧的固有調(diào)節(jié)作用有調(diào)節(jié)作用(Intrinsic Self Regulation (Intrinsic Self Regulation Characters)Characters)”。鋁焊絲電弧的固有調(diào)節(jié)作用很強(qiáng)，。鋁焊絲電弧的固有調(diào)節(jié)作用很強(qiáng)，鋼焊絲則較弱鋼焊絲則較弱( (見圖見圖2-4b

14、)2-4b)，故鋁焊絲采用這段弧，故鋁焊絲采用這段弧長長( (亞射流過渡亞射流過渡) )進(jìn)行焊接時進(jìn)行焊接時, ,可以使用恒流電源實(shí)可以使用恒流電源實(shí)行等速送絲熔化極氣體保護(hù)焊。行等速送絲熔化極氣體保護(hù)焊。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 3 3焊絲直徑的影響焊絲直徑的影響 電流一定時，焊絲直徑越細(xì)電阻熱越大，同時電流一定時，焊絲直徑越細(xì)電阻熱越大，同時電流密度也越大從而使焊絲熔化速度增大，見電流密度也越大從而使焊絲熔化速度增大，見圖圖2-22-2。 圖圖2-2 2-2 鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴

15、過渡 4 4焊絲伸出長度的影響焊絲伸出長度的影響 其它條件一定時，焊絲伸出長度越長，電阻熱其它條件一定時，焊絲伸出長度越長，電阻熱越大，通過焊絲傳導(dǎo)的熱損失減少，所以焊絲熔越大，通過焊絲傳導(dǎo)的熱損失減少，所以焊絲熔化速度越快，見圖化速度越快，見圖2-32-3。 圖圖2-3 2-3 不銹鋼焊絲熔化速度與電流的關(guān)系不銹鋼焊絲熔化速度與電流的關(guān)系第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 對熔化速度的影響對熔化速度的影響: :不銹鋼電阻率較不銹鋼電阻率較大，會加快焊絲的熔化速度，尤其是伸大，會加快焊絲的熔化速度，尤其是伸出長度較長時影響更為明顯。出長度較長時影響更為明顯。 對對焊絲熔化系

16、數(shù)的影響焊絲熔化系數(shù)的影響： 鋁合金鋁合金因電阻率小，焊絲熔化速度與因電阻率小，焊絲熔化速度與電流成線性關(guān)系。但是焊絲越細(xì)，熔化電流成線性關(guān)系。但是焊絲越細(xì)，熔化速度與電流關(guān)系曲線斜率越大，說明熔速度與電流關(guān)系曲線斜率越大，說明熔化系數(shù)隨焊絲直徑變小而增大，與電流化系數(shù)隨焊絲直徑變小而增大，與電流無關(guān)無關(guān) 。 不銹鋼不銹鋼電阻率較大，產(chǎn)生的電阻熱較電阻率較大，產(chǎn)生的電阻熱較大，因而焊絲熔化速度與電流不成線性大，因而焊絲熔化速度與電流不成線性關(guān)系，隨著電流增大，曲線斜率增大，關(guān)系，隨著電流增大，曲線斜率增大，說明熔化系數(shù)隨電流增加而增大，并且說明熔化系數(shù)隨電流增加而增大，并且隨焊絲伸出長度增加而

17、增加。隨焊絲伸出長度增加而增加。 5 5焊絲材料的影響焊絲材料的影響圖圖2-3 2-3 不銹鋼焊絲熔化速度與電流的關(guān)系不銹鋼焊絲熔化速度與電流的關(guān)系圖圖2-2 2-2 鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 焊絲接陽極時焊絲接陽極時： V Vm =KIUwm =KIUw與氣體介質(zhì)無關(guān)與氣體介質(zhì)無關(guān) 焊絲接陰極時焊絲接陰極時： V Vm =KI(Uk-Uwm =KI(Uk-Uw）UkUk與氣體介質(zhì)有關(guān)，與氣體介質(zhì)有關(guān)，因此氣體介質(zhì)影響熔化速度，例如在因此氣體介質(zhì)影響熔化速度，例如在ArAr中加中加COCO2 2可使可使V Vm

18、m增大增大 冷陰極電弧，冷陰極電弧，UkUw,PkPUkUw,PkPA A, ,正接時的熔化速度大于反接。正接時的熔化速度大于反接。6 6氣體介質(zhì)及焊絲極性的影響氣體介質(zhì)及焊絲極性的影響圖圖2-5 Ar2-5 Ar與與CO2CO2混合比對混合比對焊絲熔化速度的影響焊絲熔化速度的影響圖圖2-6 2-6 鋁焊絲氬弧焊鋁焊絲氬弧焊不同極性時的焊絲熔化速度不同極性時的焊絲熔化速度第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.2 2.2 熔滴上的作用力熔滴上的作用力 重力重力FgFg對熔滴的影響取決于焊對熔滴的影響取決于焊縫的空間位置。平焊時，重力是促縫的空間位置。平焊時，重力是促使熔滴脫離

19、焊絲末端的作用力；立使熔滴脫離焊絲末端的作用力；立焊和仰焊時，重力則為阻礙熔滴從焊和仰焊時，重力則為阻礙熔滴從焊絲末端脫離的作用力。重力為焊絲末端脫離的作用力。重力為 FgFgmg=4rmg=4r3 3g/3 (2-8)g/3 (2-8) 式中，式中，是熔滴密度，是熔滴密度，r r是熔滴是熔滴半徑，半徑，g g是重力加速度。是重力加速度。2.2.1 2.2.1 重力重力Fmg重力第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.2.2 2.2.2 表面張力表面張力FF可以分解為可以分解為徑向分力徑向分力F Frr以及以及軸向分力軸向分力F F， 徑向分力使熔滴在焊絲末端徑向分力使熔滴在

20、焊絲末端產(chǎn)生縮頸產(chǎn)生縮頸， 軸向分力則使熔滴保持在焊絲末端阻礙熔滴過渡軸向分力則使熔滴保持在焊絲末端阻礙熔滴過渡。F F =2=2R R (2-9) (2-9)焊絲半徑為焊絲半徑為R R，熔滴半徑為熔滴半徑為r r 是表面張力系數(shù)是表面張力系數(shù)第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 式式中，中，是表面張力系數(shù)，其數(shù)值與材料、溫度、氣是表面張力系數(shù)，其數(shù)值與材料、溫度、氣體介質(zhì)等因素有關(guān)。體介質(zhì)等因素有關(guān)。減小焊絲直徑，氧化性氣氛，提高熔減小焊絲直徑，氧化性氣氛，提高熔滴溫度，減小表面張力。滴溫度，減小表面張力。金屬M(fèi)gZnAlCuFeTiMoW103(Nm-1)65077090

21、01150 1220 1510 2250 2680 表表2-1 2-1 純金屬的表面張力系數(shù)純金屬的表面張力系數(shù) 只有重力和其它作用力的合力超過只有重力和其它作用力的合力超過F F時，時，熔滴才能脫離焊絲過渡到熔池中去熔滴才能脫離焊絲過渡到熔池中去: : a)a)一般情況下一般情況下F F是阻礙熔滴過渡的力。是阻礙熔滴過渡的力。 b)b)仰焊或其它位置（立焊、橫焊）焊接時，仰焊或其它位置（立焊、橫焊）焊接時，卻有利于熔滴過渡。因?yàn)橐皇侨鄣闻c熔池卻有利于熔滴過渡。因?yàn)橐皇侨鄣闻c熔池接觸時，表面張力有將熔滴拉入熔池的作接觸時，表面張力有將熔滴拉入熔池的作用；二是使熔池或熔滴不易流淌。用；二是使熔池

22、或熔滴不易流淌。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.2.3 2.2.3 電弧力電弧力 電弧中的電弧中的電磁收縮力電磁收縮力、等離子流力等離子流力、斑點(diǎn)斑點(diǎn)壓力壓力對熔滴過渡都有不同的影響。需要指出的是，對熔滴過渡都有不同的影響。需要指出的是，電流較小時電流較小時住往是住往是重力重力和和表面張力表面張力起主要作用；起主要作用；電流較大時電流較大時，電弧力電弧力對熔滴過渡起主要作用。對熔滴過渡起主要作用。 第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 在熔滴端部與弧柱間：在熔滴端部與弧柱間： 弧根直徑小于熔滴直徑，此弧根直徑小于熔滴直徑，此處電磁力合力向上，阻礙熔處

23、電磁力合力向上，阻礙熔滴過渡；滴過渡； 若弧根面積籠罩整個熔滴，若弧根面積籠罩整個熔滴，此處電磁力合力向下，促進(jìn)此處電磁力合力向下，促進(jìn)熔滴過渡。熔滴過渡。圖圖2-8 2-8 作用在熔滴上的電磁力作用在熔滴上的電磁力1.1.電磁收縮力電磁收縮力 作用在熔滴上的電作用在熔滴上的電磁力通常可分解為徑向磁力通?？煞纸鉃閺较蚝洼S向兩個分力。和軸向兩個分力。熔滴中的電磁收縮力第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 電弧等離子流力隨著等離子流電弧等離子流力隨著等離子流從焊絲末端側(cè)面切人，并沖向熔從焊絲末端側(cè)面切人，并沖向熔池而產(chǎn)生，它有助于熔滴脫離焊池而產(chǎn)生，它有助于熔滴脫離焊絲，并使其加

24、速通過電弧空間進(jìn)絲，并使其加速通過電弧空間進(jìn)入熔池。等離子流力與焊絲直徑入熔池。等離子流力與焊絲直徑和焊接電流有密切關(guān)系，采用的和焊接電流有密切關(guān)系，采用的焊絲直徑越細(xì)，電流越大，產(chǎn)生焊絲直徑越細(xì)，電流越大，產(chǎn)生的等離子流力和流速越大，因而的等離子流力和流速越大，因而對熔滴推力也就越大。在大電流對熔滴推力也就越大。在大電流焊接時，等離子流力會顯著地影焊接時，等離子流力會顯著地影響熔滴過渡特性。響熔滴過渡特性。2.2.等離子體流力等離子體流力第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 3.3.斑點(diǎn)壓力斑點(diǎn)壓力 斑點(diǎn)壓力包括斑點(diǎn)壓力包括: :正離子和電子對熔滴的撞擊力正離子和電子對熔滴

25、的撞擊力、電極材料蒸發(fā)時產(chǎn)生的電極材料蒸發(fā)時產(chǎn)生的反作用力反作用力以及弧根面積很小時以及弧根面積很小時產(chǎn)生的指向熔滴的產(chǎn)生的指向熔滴的電磁收縮力電磁收縮力。 a)a)在一定條件下，斑點(diǎn)壓力將阻礙金屬熔滴的過渡。在一定條件下，斑點(diǎn)壓力將阻礙金屬熔滴的過渡。 b)b)通常陽極受到的斑點(diǎn)壓力比陰極受到的斑點(diǎn)壓力要通常陽極受到的斑點(diǎn)壓力比陰極受到的斑點(diǎn)壓力要小，因而焊絲為陽極時熔滴過渡的阻礙力較小。這也小，因而焊絲為陽極時熔滴過渡的阻礙力較小。這也是許多熔化極電弧焊采用直流反接的主要原因之一。是許多熔化極電弧焊采用直流反接的主要原因之一。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 2.2.

26、42.2.4爆破力爆破力 若熔滴內(nèi)部含有易揮若熔滴內(nèi)部含有易揮發(fā)金屬或由于冶金反應(yīng)發(fā)金屬或由于冶金反應(yīng)而生成氣體，則在電弧而生成氣體，則在電弧高溫作用下氣體積聚和高溫作用下氣體積聚和膨脹而造成較大的內(nèi)力，膨脹而造成較大的內(nèi)力，從而使熔滴爆炸。在從而使熔滴爆炸。在COCO2 2短路過渡焊接時，電磁短路過渡焊接時，電磁力及表面張力的作用導(dǎo)力及表面張力的作用導(dǎo)致熔滴形成縮頸，電流致熔滴形成縮頸，電流密度增加，急劇加熱使密度增加，急劇加熱使液態(tài)小橋爆破形成熔滴液態(tài)小橋爆破形成熔滴過渡，同時也造成了較過渡，同時也造成了較大飛濺大飛濺。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.2.5 2.

27、2.5 電弧氣體吹力電弧氣體吹力 焊條電弧焊時，焊條藥皮的熔化滯焊條電弧焊時，焊條藥皮的熔化滯后于焊芯的熔化，在焊條的端頭形后于焊芯的熔化，在焊條的端頭形成套筒。藥皮中造氣劑分解產(chǎn)生的成套筒。藥皮中造氣劑分解產(chǎn)生的COCO、COCO2 2、H H2 2及及O O2 2等在高溫作用下急等在高溫作用下急劇膨脹，從套筒中沖出，推動熔滴劇膨脹，從套筒中沖出，推動熔滴沖向熔池。沖向熔池。 無論何種位置焊接，這種力都有無論何種位置焊接，這種力都有 利于熔滴過渡利于熔滴過渡。圖圖2-9 2-9 焊條藥皮套筒示意焊條藥皮套筒示意第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.32.3 熔滴過渡主要形

28、式及其特點(diǎn)熔滴過渡主要形式及其特點(diǎn) 熔滴過渡通?？煞譃槿N基本類型熔滴過渡通?？煞譃槿N基本類型: : 自由過渡自由過渡(Free Flight):(Free Flight):是指熔滴脫離焊是指熔滴脫離焊絲末端前不與熔池接觸，它經(jīng)電弧空間自絲末端前不與熔池接觸，它經(jīng)電弧空間自由飛行進(jìn)入熔池的一種過渡形式由飛行進(jìn)入熔池的一種過渡形式 接觸過渡接觸過渡(Contacting Transfer):(Contacting Transfer):通過焊通過焊絲末端的熔滴與熔池表面接觸成橋而過渡絲末端的熔滴與熔池表面接觸成橋而過渡的的 渣壁過渡渣壁過渡(Slag Guiding Transfer)(Slag

29、 Guiding Transfer) : :渣渣保護(hù)時的一種過渡形式，埋弧焊時在一定保護(hù)時的一種過渡形式，埋弧焊時在一定條件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成過渡。條件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成過渡。 第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡爆炸過渡旋轉(zhuǎn)射流過渡射流過渡射滴過渡噴射過渡細(xì)滴過渡排斥過渡粗滴過渡滴狀過渡自由過渡) 1 (套筒過渡沿渣殼過渡渣壁過渡搭橋過渡短路過渡接觸過渡)3()2(第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.3.1 2.3.1 短路過渡短路過渡 短路過渡短路過渡(Short Circuiting Transfer) 主要用于主要用于:1.6mm:1

30、.6mm以下的細(xì)絲以下的細(xì)絲CO2CO2氣氣體保護(hù)焊或使用堿性焊條，采用低體保護(hù)焊或使用堿性焊條，采用低電壓、小電流焊接工藝的焊條電弧電壓、小電流焊接工藝的焊條電弧焊。焊。 定義定義：由于電壓低，電弧較短，熔：由于電壓低，電弧較短，熔滴尚未長成大滴時即與熔池接觸而滴尚未長成大滴時即與熔池接觸而形成短路液橋，在向熔池方向的表形成短路液橋，在向熔池方向的表面張力及電磁收縮力的作用下面張力及電磁收縮力的作用下, ,熔滴熔滴金屬過渡到熔池中去這樣的過渡形金屬過渡到熔池中去這樣的過渡形式稱為短路過渡。式稱為短路過渡。 應(yīng)用應(yīng)用：這種過渡電弧穩(wěn)定，飛濺較：這種過渡電弧穩(wěn)定，飛濺較小，熔滴過渡頻率高（每秒可

31、達(dá)幾小，熔滴過渡頻率高（每秒可達(dá)幾十次至一百多次），焊縫成型良好。十次至一百多次），焊縫成型良好。廣泛用于薄板結(jié)構(gòu)及全位置焊接。廣泛用于薄板結(jié)構(gòu)及全位置焊接。圖圖2-12 2-12 短路過渡示意圖短路過渡示意圖第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 1.1.短路過渡過程短路過渡過程 正常的短路過渡過程，一般要經(jīng)歷電弧燃燒形成熔滴正常的短路過渡過程，一般要經(jīng)歷電弧燃燒形成熔滴熔滴長大并熔滴長大并與熔池短路熄弧與熔池短路熄弧液橋縮頸而斷開過渡液橋縮頸而斷開過渡電弧再引燃等四個階段。電弧再引燃等四個階段。圖圖2-132-13為短路過渡過程的電弧電壓和電流動態(tài)波形圖為短路過渡過程的電弧

32、電壓和電流動態(tài)波形圖t1-t1-燃弧時間燃弧時間 t2-t2-短路時間短路時間 t3-t3-拉斷熔滴后的電壓恢復(fù)時間拉斷熔滴后的電壓恢復(fù)時間 T-T-短路周期短路周期 T=t1+t2+t3 T=t1+t2+t3 Imax-Imax-最大電流，也稱短路峰值電流最大電流，也稱短路峰值電流 Imin-Imin-最小電流最小電流 Ia-Ia-平均焊接電流平均焊接電流 Ua-Ua-平均電弧電壓平均電弧電壓第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2 2 短路過渡的特點(diǎn)短路過渡的特點(diǎn) l l）短路過渡是燃弧、短路交替進(jìn)行。燃弧時）短路過渡是燃弧、短路交替進(jìn)行。燃弧時電弧對焊件加熱，短路時電弧熄

33、滅，熔池溫度降電弧對焊件加熱，短路時電弧熄滅，熔池溫度降低。因此，調(diào)節(jié)燃弧時間或熄弧時間即可調(diào)節(jié)對低。因此，調(diào)節(jié)燃弧時間或熄弧時間即可調(diào)節(jié)對焊件的熱輸入，控制母材熔深。焊件的熱輸入，控制母材熔深。 2 2）短路過渡時所使用的焊接電流（平均值）短路過渡時所使用的焊接電流（平均值）較小，但短路時的峰值電流可達(dá)平均電流的幾倍，較小，但短路時的峰值電流可達(dá)平均電流的幾倍，既可避免薄件的焊穿又能保證熔滴順利過渡，有既可避免薄件的焊穿又能保證熔滴順利過渡，有利于薄板焊接或全位置焊接。利于薄板焊接或全位置焊接。 3 3）短路過渡一般采用細(xì)絲（或細(xì)焊條），焊）短路過渡一般采用細(xì)絲（或細(xì)焊條），焊接電流密度大，

34、焊接速度快，故對焊件熱輸入低，接電流密度大，焊接速度快，故對焊件熱輸入低，而且電弧短，加熱集中，可減小焊接接頭熱影響而且電弧短，加熱集中，可減小焊接接頭熱影響區(qū)寬度和焊件變形。區(qū)寬度和焊件變形。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 3 3 短路過渡的穩(wěn)定性短路過渡的穩(wěn)定性 短路過渡過程實(shí)質(zhì)上可視為短路過渡過程實(shí)質(zhì)上可視為“短路短路燃燃弧弧”周期性的交替過程。周期性的交替過程。 短路過程的短路過程的穩(wěn)定性穩(wěn)定性一方面可以用這種交替過程一方面可以用這種交替過程的柔順、均勻一致程度以及過程中飛濺大小來衡的柔順、均勻一致程度以及過程中飛濺大小來衡量，同時還可以用短路過渡頻率特性來評定

35、。量，同時還可以用短路過渡頻率特性來評定。 周期周期T=T=燃弧時間燃弧時間t1+t1+熄弧時間熄弧時間t2t2 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)燃弧時間燃弧時間和和熄弧時間熄弧時間的大小，即可調(diào)節(jié)過的大小，即可調(diào)節(jié)過渡周期，亦即調(diào)節(jié)過渡頻率。渡周期，亦即調(diào)節(jié)過渡頻率。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 燃弧時間燃弧時間取決于取決于電弧電壓電弧電壓和和焊接電焊接電流流或或焊絲送進(jìn)速度焊絲送進(jìn)速度： a)a)增大電弧電壓，減小焊接電流增大電弧電壓，減小焊接電流或送絲速度，都使熔滴要經(jīng)過較長或送絲速度，都使熔滴要經(jīng)過較長時間才能和熔池接觸短路，故燃弧時間才能和熔池接觸短路，故燃弧時間長，熔滴尺寸較大，

36、短路頻率時間長，熔滴尺寸較大，短路頻率較低，將降低電弧穩(wěn)定性和增大飛較低，將降低電弧穩(wěn)定性和增大飛濺。反之，則燃弧時間短，短路頻濺。反之，則燃弧時間短，短路頻率增加。率增加。 b)b)如果電弧電壓過低或送絲速度如果電弧電壓過低或送絲速度過快，則會造成熔滴尚未脫離焊絲過快，則會造成熔滴尚未脫離焊絲時焊絲未熔化部分就可能插入熔池，時焊絲未熔化部分就可能插入熔池，造成造成固體短路固體短路，并產(chǎn)生大段爆斷，并產(chǎn)生大段爆斷，使飛濺增大。使飛濺增大。圖圖2-14 2-14 短路過渡的主要形式短路過渡的主要形式a) a) 固態(tài)短路時固態(tài)短路時 b) b) 細(xì)絲小電流時細(xì)絲小電流時 c) c) 中等電流小電感

37、時中等電流小電感時第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 短路時間短路時間主要取決于短路時的主要取決于短路時的電流增長速度電流增長速度di/dtdi/dt：a)a)di/dtdi/dt大，短路時間短；大，短路時間短； b)b)di/dtdi/dt小，短路時間長。小，短路時間長。 c)c)如果如果di/dtdi/dt過小，短路時電流不能及時增到相過小，短路時電流不能及時增到相應(yīng)數(shù)值，則熔滴不能及時過渡，熄弧時間就拉長，應(yīng)數(shù)值，則熔滴不能及時過渡，熄弧時間就拉長，電弧空間溫度下降許多，將造成電弧復(fù)燃困難。電弧空間溫度下降許多，將造成電弧復(fù)燃困難。另外，在等速送絲時，還可能引起固態(tài)焊

38、絲直接另外，在等速送絲時，還可能引起固態(tài)焊絲直接插入熔池，破壞電弧穩(wěn)定性，焊縫成形不佳，甚插入熔池，破壞電弧穩(wěn)定性，焊縫成形不佳，甚至使焊接過程無法進(jìn)行。至使焊接過程無法進(jìn)行。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 短路電流上升速度及短路峰值電流，一般是通過串聯(lián)在短路電流上升速度及短路峰值電流，一般是通過串聯(lián)在焊接回路中的電感來調(diào)節(jié)焊接回路中的電感來調(diào)節(jié)： a)a)電感大時短路電流上升速度慢，短路時間長，同時短電感大時短路電流上升速度慢，短路時間長，同時短路峰值電流也較小，短路頻率下降；路峰值電流也較小，短路頻率下降； b)b)反之，短路電流上升速度快，短路時間短，短路峰值反之

39、，短路電流上升速度快，短路時間短，短路峰值電流大，短路頻率增加。電感過小時，短路過程不穩(wěn)定，電流大，短路頻率增加。電感過小時，短路過程不穩(wěn)定，將造成大量飛濺。將造成大量飛濺。 c)c)電感過大時，則縮頸難以形成，同時因?yàn)槎搪贩逯惦婋姼羞^大時，則縮頸難以形成，同時因?yàn)槎搪贩逯惦娏鬟^小，短路時間過長，甚至流過小，短路時間過長，甚至造成固體短路造成固體短路，使焊接過程，使焊接過程不能正常進(jìn)行。不能正常進(jìn)行。 在短路過渡過程中，電源電壓的恢復(fù)速度對穩(wěn)定性在短路過渡過程中，電源電壓的恢復(fù)速度對穩(wěn)定性具有重要影響。如果縮頸爆斷后電源電壓不能及時恢復(fù)到具有重要影響。如果縮頸爆斷后電源電壓不能及時恢復(fù)到再引燃

40、電壓，則電弧不能及時再引燃而造成斷弧現(xiàn)象，這再引燃電壓，則電弧不能及時再引燃而造成斷弧現(xiàn)象，這就破壞了焊接過渡的連續(xù)性和穩(wěn)定性。就破壞了焊接過渡的連續(xù)性和穩(wěn)定性。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 搭橋過渡搭橋過渡：焊絲在：焊絲在電弧熱作用下熔化電弧熱作用下熔化形成熔滴與熔池接形成熔滴與熔池接觸，在表面張力、觸，在表面張力、 重力和電弧力作用重力和電弧力作用下，熔滴進(jìn)入熔池。下，熔滴進(jìn)入熔池。 圖圖2-18 2-18 搭橋過渡示意圖搭橋過渡示意圖第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.3.2 2.3.2 滴狀過渡滴狀過渡1 1 粗滴過渡粗滴過渡 電流較小而

41、電弧電電流較小而電弧電壓較高時，因弧長較長，壓較高時，因弧長較長，熔滴與熔池不發(fā)生短路，熔滴與熔池不發(fā)生短路，焊絲末端便形成較大的焊絲末端便形成較大的熔滴。當(dāng)熔滴長大到一熔滴。當(dāng)熔滴長大到一定程度后，重力克服表定程度后，重力克服表面張力使熔滴脫落。面張力使熔滴脫落。 圖圖2-19 2-19 粗滴過渡過程示意圖粗滴過渡過程示意圖第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2 2 細(xì)滴過渡細(xì)滴過渡 電流比較大時，電磁收縮力較大，熔滴表面電流比較大時，電磁收縮力較大，熔滴表面張力減小，熔滴細(xì)化，這些都促使熔滴過渡，使張力減小，熔滴細(xì)化，這些都促使熔滴過渡，使熔滴過渡頻率增加。這種過渡形式稱

42、為細(xì)滴過渡。熔滴過渡頻率增加。這種過渡形式稱為細(xì)滴過渡。因飛濺較少，電弧穩(wěn)定，焊縫成形較好，在生產(chǎn)因飛濺較少，電弧穩(wěn)定，焊縫成形較好，在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。中被廣泛應(yīng)用。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.3.3 2.3.3 噴射過渡噴射過渡 氬氣或富氬氣體保護(hù)焊接時在一定工藝條件下，會出現(xiàn)噴射氬氣或富氬氣體保護(hù)焊接時在一定工藝條件下，會出現(xiàn)噴射過渡。通常分為過渡。通常分為: : 射滴射滴: :是介于滴狀過渡與連續(xù)射流過渡之間的一種熔滴過渡形式是介于滴狀過渡與連續(xù)射流過渡之間的一種熔滴過渡形式 亞射流亞射流: :亞射流過渡是介于短路與射滴之間的一種過渡形式，亞射流過渡是介于

43、短路與射滴之間的一種過渡形式， 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流: :是在焊絲伸出長度較大，焊接電流比通常射流過渡臨是在焊絲伸出長度較大，焊接電流比通常射流過渡臨界電流高出很多時界電流高出很多時( (稱為第二臨界電流稱為第二臨界電流) )出現(xiàn)的一種熔滴過渡形出現(xiàn)的一種熔滴過渡形式。式。 射流過渡射流過渡: :是噴射過渡中最富有代表性且用途廣泛的一種過渡形是噴射過渡中最富有代表性且用途廣泛的一種過渡形式。獲得射流過渡的條件是采用式。獲得射流過渡的條件是采用純氬或富氬保護(hù)氣氛，直流反純氬或富氬保護(hù)氣氛，直流反接，除了保持高弧壓（長弧接，除了保持高弧壓（長弧) )外，還必須使焊接電流大于某一臨外，還必須使焊接電流大

44、于某一臨界值。界值。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡圖圖2-21 2-21 射流過渡形成機(jī)理示意圖射流過渡形成機(jī)理示意圖1. 1.射流過渡射流過渡第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡圖圖2-22 2-22 熔滴過渡頻率（體積）與電流的關(guān)系熔滴過渡頻率（體積）與電流的關(guān)系鋼焊絲鋼焊絲1.6mm 1.6mm 氣體氣體Ar+O2 1% Ar+O2 1% 弧長弧長6mm 6mm 直流反接直流反接 產(chǎn)生產(chǎn)生跳弧跳弧現(xiàn)象的現(xiàn)象的最小電流最小電流IC，稱為射，稱為射流過渡流過渡臨界電流臨界電流。當(dāng)。當(dāng)焊接電流小于臨界電焊接電流小于臨界電流時，電流的增大只流時，電流的增

45、大只是熔滴尺寸略有減小，是熔滴尺寸略有減小，熔滴過渡頻率變化不熔滴過渡頻率變化不大。電流一旦達(dá)到臨大。電流一旦達(dá)到臨界電流，熔滴尺寸減界電流，熔滴尺寸減小，過渡頻率大大增小，過渡頻率大大增加。隨后再增加電流，加。隨后再增加電流，熔滴過渡頻率變化不熔滴過渡頻率變化不大。大。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡射流過渡臨界電流的大小與下列因素有關(guān)射流過渡臨界電流的大小與下列因素有關(guān)： （1 1）焊絲成分焊絲成分 焊絲成分不同將引焊絲成分不同將引起電阻率、熔點(diǎn)及起電阻率、熔點(diǎn)及金屬蒸發(fā)能力的變金屬蒸發(fā)能力的變化。圖化。圖2-232-23為各種為各種不同成分焊絲的臨不同成分焊絲的臨界

46、電流。界電流。 圖圖2-232-23不同材質(zhì)焊絲的臨界電流不同材質(zhì)焊絲的臨界電流第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 （2 2）焊絲直徑焊絲直徑 即使是即使是同種材料的焊絲，直徑不同種材料的焊絲，直徑不同，其臨界電流值也不同。同，其臨界電流值也不同。隨焊絲直徑的增大，臨界隨焊絲直徑的增大，臨界電流成比例地增加。這是電流成比例地增加。這是因?yàn)楹附z直徑大，則電流因?yàn)楹附z直徑大，則電流密度小，熔化焊絲所需要密度小，熔化焊絲所需要的熱量增加，因而形成射的熱量增加，因而形成射流過渡的臨界電流值也隨流過渡的臨界電流值也隨之增大。之增大。 （3 3）焊絲伸出長度焊絲伸出長度 焊焊絲伸出長度

47、長，電阻熱的絲伸出長度長，電阻熱的預(yù)熱作用增強(qiáng)，焊絲熔化預(yù)熱作用增強(qiáng)，焊絲熔化快，易實(shí)現(xiàn)射流過渡，使快，易實(shí)現(xiàn)射流過渡，使臨界電流值降低。臨界電流值降低。圖圖2-242-24焊絲直徑、伸出長度焊絲直徑、伸出長度與臨界電流的關(guān)系與臨界電流的關(guān)系第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 （4 4）氣體介質(zhì)氣體介質(zhì) 不同氣體介質(zhì)對電不同氣體介質(zhì)對電弧電場強(qiáng)度的影響不同?；‰妶鰪?qiáng)度的影響不同。 在在ArAr氣保護(hù)下弧柱電場強(qiáng)度較低、氣保護(hù)下弧柱電場強(qiáng)度較低、電弧弧根容易擴(kuò)展，易形成射流過電弧弧根容易擴(kuò)展，易形成射流過渡，臨界電流值較低。渡，臨界電流值較低。 當(dāng)當(dāng)ArAr氣中加入氣中加入C

48、O2CO2時，隨加入時，隨加入CO2CO2的比例增加臨界電流值增大。若的比例增加臨界電流值增大。若CO2CO2的比例超過的比例超過3030，則不能形成，則不能形成射流過渡。射流過渡。 當(dāng)當(dāng)ArAr中加入中加入O O2 2時，如果時，如果O O2 2的比例的比例小于小于5 5，因?yàn)?，因?yàn)镺 O2 2使熔滴表面張力降使熔滴表面張力降低，減小過渡阻力，故可降低臨界低，減小過渡阻力，故可降低臨界電流值。但若電流值。但若O O2 2加入量增大，因?yàn)榧尤肓吭龃?，因?yàn)镺 O2 2的解離吸熱使弧柱電場強(qiáng)度提高，的解離吸熱使弧柱電場強(qiáng)度提高，電弧收縮不易擴(kuò)展，使臨界電流反電弧收縮不易擴(kuò)展，使臨界電流反而提高。而

49、提高。圖圖2-26 2-26 氣體介質(zhì)成分對氣體介質(zhì)成分對臨界電流的影響臨界電流的影響第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡 （5 5）電源極性電源極性 直流反接時直流反接時，焊絲為陽極，熔滴上的斑點(diǎn)壓力較，焊絲為陽極，熔滴上的斑點(diǎn)壓力較小，熔滴易脫落，臨界電流值較小，易實(shí)現(xiàn)射流小，熔滴易脫落，臨界電流值較小，易實(shí)現(xiàn)射流過渡；過渡； 直流正接時直流正接時，焊絲為陰極，熔滴上的斑點(diǎn)壓力較，焊絲為陰極，熔滴上的斑點(diǎn)壓力較大，阻礙熔滴過渡，臨界電流值較大，電弧不穩(wěn)大，阻礙熔滴過渡，臨界電流值較大，電弧不穩(wěn)定，不易實(shí)現(xiàn)射流過渡。定，不易實(shí)現(xiàn)射流過渡。 如果采用活化焊絲如果采用活化焊絲（在焊絲表面涂敷一層低逸出（在焊絲表面涂敷一層低逸出功的活化劑，例如功的活化劑，例如Cs2CO3Cs2CO3）可減弱熔滴上的斑點(diǎn)）可減弱熔滴上的斑點(diǎn)壓力，有利于形成射流過渡。壓力，有利于形成射流過渡。第二章第二章 焊絲的熔化和熔滴過渡焊絲的熔化和熔滴過渡2.3.4 2.3.4 渣壁過渡渣壁過渡 渣壁過渡是焊條電弧焊和埋弧焊中出現(xiàn)的一渣壁過渡是焊條電弧焊和埋弧焊中出現(xiàn)的一種熔滴過渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池，種熔滴過渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池，見圖見圖2-272-27。圖圖2-27 2-27 渣壁過渡渣