電弧焊熔化現(xiàn)象

電弧焊熔化現(xiàn)象第一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日一、焊縫（weld）形成過(guò)程

母材熔化形成熔池(moltenpool)／熔池凝固形成焊縫——熔池形狀與焊縫質(zhì)量有關(guān)二、焊縫形狀與焊縫質(zhì)量的關(guān)系

焊縫成形的基本參數(shù)：

熔深；熔寬；余高；焊縫成形系數(shù)：焊縫寬度／焊縫厚度第二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)母材熔化與焊縫成形

1．母材的熔化熱電弧產(chǎn)熱借助于傳導(dǎo)、輻射、電子能量、極區(qū)能量、熔滴、等離子氣流等傳人母材。電弧焊輸入到母材中的熱量一般由下式給出：一、母材熔化特征和焊縫形狀尺寸

η為電弧加熱母材的熱效率；η＝工件熱輸入/電弧熱功率＝（電弧熱功率－總的熱損失）/電弧熱功率第三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日電弧熱損失包括：電極、導(dǎo)電嘴等傳導(dǎo)散熱；熔化焊絲、焊劑、藥皮等熱損耗；電弧光輻射、熱輻射、氣流散熱；熔滴飛濺的熱損失；TIG焊、等離子弧焊η約為(50～70)％；熔化極弧焊，由于熔滴過(guò)渡時(shí)將其保有的熱量帶到母材，η可達(dá)到(70～80)％，其中埋弧焊的η值最高；

電弧介質(zhì)及焊接電流值對(duì)η的影響較小，但弧長(zhǎng)會(huì)對(duì)η有某種程度的影響。第四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2．母材的熔化斷面形狀

在電弧熱作用下，母材的熔化形態(tài)基本上由母材的熱物理參數(shù)(比熱、熱傳導(dǎo)率等)、母材的形狀、焊接速度等決定，并受到電弧對(duì)母材的熱輸入量及電弧燃燒形態(tài)的影響。

在大厚板表面焊接時(shí)，根據(jù)移動(dòng)點(diǎn)熱源熱傳導(dǎo)理論計(jì)算，所形成的焊縫斷面形狀是呈半圓形的。然而實(shí)際焊接中得到的焊縫斷面形狀是多種多樣的，依據(jù)焊接條件(弧長(zhǎng)、電流、速度)、焊絲直徑、熔滴過(guò)渡形態(tài)等而有顯著變化。第五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

電弧力和等離子氣流對(duì)熔他的壓力都是起因于流經(jīng)弧柱的電流，把兩者合并考慮，力的數(shù)值可以用下式表達(dá)：式中，k是與電弧形狀有關(guān)的比例常數(shù)，δ為電極端部電弧的電流密度。設(shè)焊絲直徑為d，則可以用下式近似表示：母材熔化形態(tài)變化的原因是源于電弧力或等離子氣流對(duì)熔池的挖掘作用。

綜合上面兩式可看出，熔池受到的挖掘力與電流的平方成正比，而與電極直徑的平方成反比。因此，細(xì)焊絲大電流的氣保護(hù)熔化極電弧焊，其熔池受到的向下挖掘力是非常大的，熔化形狀呈中心熔化型，熔深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過(guò)熱傳導(dǎo)理論計(jì)算的數(shù)值。第七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

周邊熔化型形態(tài)是指周邊區(qū)的熔深比中心區(qū)大。這是由于熔池內(nèi)金屬向外側(cè)流動(dòng)，熱量通過(guò)熔化金屬的對(duì)流被逐漸傳送到周邊區(qū)，促進(jìn)周邊區(qū)的熔化原因。這種形狀通常出現(xiàn)在電弧較長(zhǎng)或焊接速度較慢時(shí)。產(chǎn)生的機(jī)理可能包括以下幾方面。

熔池中心區(qū)與周邊區(qū)的溫度差所造成的表面張力流；熔池內(nèi)部電流密度差產(chǎn)生的磁力流；等離子氣流引發(fā)的吹力流等；然而其詳細(xì)機(jī)構(gòu)尚不完全清楚。第八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D（a）為指狀熔深，在氬氣MIG焊時(shí)出現(xiàn)。其形成因素包括：工件受到陰極清理作用，熔滴噴射過(guò)渡；圖（b）的形態(tài)是大電流CO2焊中出現(xiàn)的（也可能在氦氣MIG

焊、埋弧焊中出現(xiàn)）。其形成因素包括：弧柱受熱拘束而收縮，工件無(wú)陰極清理作用；圖（c）是CO2焊中焊絲端部深入焊接坡口內(nèi)出現(xiàn)的形態(tài)，又稱

“梨形”熔深，其焊縫組織易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。第九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

熱輸入、電弧力

母材的熔化形狀

因此可以在不改變對(duì)母材的熱輸入量前提下，對(duì)母材的熔深進(jìn)行控制。

選擇電極的直徑是一個(gè)有效手段，電極直徑越細(xì)，母材熔化越深。右圖給出鋼材料MIG焊時(shí)在相同電流、電壓、速度下，改變焊絲直徑所得到的熔深實(shí)測(cè)值，它與電流密度成正比增加，即與焊絲直徑的平方的倒數(shù)成正比。第十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

以平面單道對(duì)接焊縫為討論對(duì)象。形狀參數(shù)：

H、B、Φ、a、γ；Φ＝B/H—焊縫成形系數(shù)；B/a—余高系數(shù)；γ＝Fm/(Fm

+FH)—焊縫熔合比；通常Φ﹥1；一般取a=0～3mm；B/H=4～8；3．焊縫形狀尺寸

焊接工藝方法和規(guī)范參數(shù)對(duì)熔池體積及熔池長(zhǎng)度等都有很大的影響。

在厚板非完全熔透焊接中，H對(duì)接頭的承載能力有重要影響；而在薄件完全熔透的焊接中，B對(duì)焊縫性能有影響；

Φ的大小對(duì)熔池中氣體的逸出、熔池的結(jié)晶方向、成分偏析、裂紋傾向性等有影響；γ的大小對(duì)焊縫合金成分、接頭強(qiáng)度、裂紋傾向等有影響。第十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

熔池內(nèi)部存在著液態(tài)金屬的流動(dòng)，力是產(chǎn)生液體流動(dòng)的原因。右圖示意無(wú)添加焊絲GTAW（TIG焊）電弧作用下熔池內(nèi)部的4種對(duì)流驅(qū)動(dòng)力。其中浮力對(duì)流是次要的。二、熔池金屬的對(duì)流1．對(duì)流驅(qū)動(dòng)力第十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

表面張力與熔滴過(guò)渡、熔池形成及其內(nèi)部的流動(dòng)都有緊密的聯(lián)系。因此。凡是影響表面張力的因素，都會(huì)對(duì)表面張力流產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響熔池形狀。2．表面張力流及微量元素的影響

影響表面張力的主要因素：

合金系；溫度；微量表面活性元素；第十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

對(duì)影響熔池形狀的元素進(jìn)行探討，試驗(yàn)研究結(jié)果顯示：對(duì)于TIG焊，當(dāng)母材中含有O、S等第VI族元素及鹵族元素時(shí)可以增大熔深；Se、Te的存在也有同樣作用，而Ce的存在作用相反；

保護(hù)氣中S含量的增加也會(huì)增大熔深，與純氮保護(hù)的情況相比，采用Ar氣和Ar+H2氣保護(hù)時(shí)，S元素的影響更為顯著。第十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊接熔池表面張力流的研究表明：當(dāng)焙池表面流從熔池中心區(qū)向周邊區(qū)流動(dòng)時(shí)，得到的焙深較淺，如下圖（a）所示；當(dāng)焙池表面流從熔池中心區(qū)向周邊區(qū)流動(dòng)時(shí)，得到的焙深較淺，如圖（b）所示。第十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

等離子氣流使熔池表面金屬產(chǎn)生向著周邊的流動(dòng)，而電磁對(duì)流產(chǎn)生向著熔池中心的流動(dòng)。流動(dòng)強(qiáng)度與電弧的形態(tài)有關(guān)。3．等離子流及電磁對(duì)流對(duì)熔池流動(dòng)的影響

在熔池表面上陽(yáng)極區(qū)域較大的情況下，等離子氣流增強(qiáng)，而熔池內(nèi)的電流密度下降，從而使電磁對(duì)流相對(duì)減弱，如圖(a)的情況。而在陽(yáng)極區(qū)收縮的情況下，如圖(b)所示，電磁對(duì)流的影響增強(qiáng)。第十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

其它條件不變時(shí)，焊接電流增大時(shí)，焊縫的熔深和余高增加，而熔寬略有增加。三、焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫尺寸的影響1.電流、電壓、焊接速度的影響第十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

各種電弧焊方法為了得到合適的焊縫成形，在增大焊接電流時(shí)，也要適當(dāng)?shù)靥岣唠娀‰妷?，即在熔化極電弧焊中電弧電壓通常要根據(jù)焊接電流來(lái)確定。

焊接電流不變，電弧電壓增大后，熔寬增大，而熔深、焊縫余高略有減小。這是由于電弧電壓的增加是以增加電弧長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)的，使得電弧熱源半徑增大，工件熱輸入能量密度減?。煌瑫r(shí)由于焊絲送進(jìn)速度和焊絲熔化量沒(méi)有改變，使得電弧功率加大，工件熱輸入有所增大。

焊速提高時(shí)，熔寬和熔深都減小，余高也減小。增大焊接速度可以提高焊接生產(chǎn)率，但在提高焊接速度時(shí)要相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上所需要的焊縫尺寸。

需要注意在大功率下高速焊接，有可能在工件熔化及凝固中形成焊接缺陷，比如裂紋、咬邊等，因此對(duì)焊速的提高一般需要加以限制。第二十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

電流種類和極性影響到工件熱輸入量的大小，也影響到熔滴過(guò)渡的情況以及熔池表面氧化膜的去除等。鎢極端部的磨尖角度和焊絲的直徑，影響到電弧的集中性和電弧壓力的大小。而焊絲的直徑和焊絲的伸出長(zhǎng)度等，還影響到焊絲的熔化和熔滴的過(guò)渡，因此都會(huì)影響到焊縫的尺寸。2．電流種類、極性及電極尺寸對(duì)焊縫尺寸的影響

TIG焊時(shí)，以直流正接所形成的焊接熔深最大，直流反接時(shí)的熔深最小，交流居于兩者之間；熔化極弧焊時(shí)，直流反接的熔深和熔寬都要大于直流正接的情況，交流焊接居于兩者之間。但在直流正接時(shí)，焊絲熔化快；第二十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊絲伸出長(zhǎng)度加大時(shí)，焊絲電阻熱增加，熔化速度增加，使余高增大而熔深有所減小，這在鋼質(zhì)細(xì)徑焊絲中表現(xiàn)最為明顯，而鋁焊絲的影響不大。

坡口形式、尺寸、間隙的大小，電極與工件間的傾角，接頭的空間位置及焊接方式等對(duì)焊縫成形也有影響。

總之，要獲得良好的焊縫成形，需要根據(jù)工件的材料、厚度、接頭的形式及焊縫的空間位置，以及對(duì)接頭性能和焊縫尺寸方面的要求，選擇適宜的焊接方法、焊接規(guī)范和焊接工藝。

TIG焊中，鎢極端部越尖銳，電弧越集中、電弧壓力越大，熔深越大，而熔寬相應(yīng)減小。應(yīng)該根據(jù)使用的電流、焊件厚度選取合適的形狀尺寸；

熔化極弧焊中，在同等電流在下焊絲越細(xì)，電弧加熱越為集中，熔深增加，熔寬減小。但在特定條件下，焊絲直徑的選取還要考慮電流值和熔池形態(tài)，避免不良焊縫的出現(xiàn)。2．其它工藝因素對(duì)焊縫尺寸的影響第二十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第二十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊絲伸出長(zhǎng)度對(duì)焊道形狀的影響1—余高2—熔深3—焊道寬度○—焊絲直徑Φ1.2mm,焊接電流250A；●—焊絲直徑Φ1.6mm,焊接電流350A(保護(hù)氣體Ar95%+CO25%，氣流量25L/min)；第二十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日坡口角度及間隙：增大，則余高及熔合比減小；板厚：增大，則熔深及余高減?。浑姌O傾角：前傾焊——熔深變小，熔寬變大，余高變?。缓髢A焊——熔深變大，熔寬變小，余高變大；第二十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日焊件傾角：上坡焊——相當(dāng)于后傾焊；下坡焊——相當(dāng)于前傾焊；第二十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊接缺陷有多種，包括內(nèi)部缺陷和外部缺陷、微觀組織缺陷和宏觀缺等。氣孔、夾渣、裂紋缺陷除與焊接規(guī)范和工藝有關(guān)外，更主要的是受到焊縫冶金因親和焊接熱循環(huán)的影響，其成因相對(duì)比較復(fù)雜。以下僅探討焊縫成形方面所出現(xiàn)的宏觀缺陷，這些缺陷的成因主要是焊接工藝參數(shù)不合理。四、焊縫缺陷及形成原因第二十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

未焊透、末熔合有相同的產(chǎn)生原因，主要是焊接電流小、焊速過(guò)高，或者是坡口尺寸不合適，以及電弧中心線偏離焊縫、電弧產(chǎn)生偏吹等。細(xì)絲短路過(guò)渡CO2焊接，由于工件熱輸入量少，容易產(chǎn)生這種缺陷；薄板焊接中，如果夾具對(duì)焊件背面的散熱程度大，也會(huì)出現(xiàn)未焊透。1.未焊透與未熔合

單面焊接時(shí)，接頭根部末完全焊透的現(xiàn)象叫未焊透；單層焊、多層焊或雙面焊時(shí)，焊道與母材之間、焊道與焊道之間未能完全結(jié)合的部分稱作未熔合。第二十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊接時(shí)熔化金屬自焊縫背面流出并脫離焊道形成穿孔的現(xiàn)象叫焊穿。焊接電流過(guò)大、焊速過(guò)小都可能出現(xiàn)這種缺陷。厚板焊接時(shí)，熔池過(guò)大，熔化金屬的表面張力不足以承受熔池重力和電弧力的作用，造成熔池脫落；薄板焊接時(shí)，如果電弧力過(guò)于集中，或者對(duì)縫間隙過(guò)大也會(huì)出現(xiàn)焊穿。2.焊穿3.咬邊與凹坑

焊縫表面兩側(cè)與母材交界處出現(xiàn)的凹槽，稱為咬邊。

在高速焊接過(guò)程中，若焊縫兩側(cè)的金屬?zèng)]有被足夠加熱，熔化金屬受表面張力的作用容易聚集在一起而對(duì)焊趾部位的潤(rùn)濕性不好，凝固后出現(xiàn)咬邊。第二十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊縫中凹坑的形成主要是由于在一定的焊速下電流值過(guò)大，導(dǎo)致電弧壓力對(duì)熔池的沖擊過(guò)大造成的。第三十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊瘤有兩種表現(xiàn)形態(tài)：熔化金屬流淌到焊縫區(qū)以外未熔化母材上堆集。這是由于填充金屬過(guò)多，或熔池重力作用引起的；在焊縫上聚集成凸出的堆高。這大多是由于不穩(wěn)定的熔滴過(guò)渡造成。4.焊瘤及其它缺陷

焊縫的其它缺陷如右圖所示，其成因涉及到綜合的工藝因素。第三十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.焊絲熔化熱

焊絲熔化所需要的熱量大部分來(lái)自電弧對(duì)電極前端的加熱?；『钢泻附z作為陽(yáng)極還是作為陰極，其前端的產(chǎn)熱量是不同的，各自產(chǎn)熱的等價(jià)電能PA、PC分別可用下面簡(jiǎn)化公式表達(dá)：第二節(jié)焊絲熔化與熔滴過(guò)渡一、焊絲熔化熱與熔化速度

式中UA為陽(yáng)極壓降，Uc為陰極壓降，Uw為電極材料的功函數(shù)，UT為弧柱電子動(dòng)能的等價(jià)電壓。

PC=Ⅰ（Uc–Uw–UT1）PA=Ⅰ（UA+UT2

+Uw）第三十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

在普通電弧焊接中，即使弧柱溫度達(dá)到6000K，UT值也在1V以下，并且電流密度較大時(shí)UA接近于0，因此熔化等價(jià)電壓主要由Uc和Uw值決定。熔化極電弧焊，焊絲都是冷陰極材料，由于Uc＞Uw，通常有PC》PA的關(guān)系，即焊絲作為陰極的產(chǎn)熱量較大。而TIG焊時(shí)則與此相反。

焊絲除了受電弧極區(qū)能量的加熱之外，還受到干伸長(zhǎng)段的電阻熱。這部分熱量對(duì)焊絲起預(yù)熱作用，提高焊絲的熔化速度，尤其對(duì)細(xì)絲和材質(zhì)電阻率大的焊絲更為明顯。對(duì)于電阻率高的細(xì)絲，在干伸長(zhǎng)較大的大電流下焊接時(shí)，PR可以達(dá)到與PA或PC同等值。第三十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

可以認(rèn)為用于焊絲熔化的總熱量Pm就是PA或PC與PR之和，一般用下式表示：

式中Um是電弧極區(qū)熔化熱的等價(jià)電壓；

此外，還有電弧弧柱區(qū)的輻射、對(duì)流傳熱對(duì)焊絲的加熱等。通常將這部分熱量忽略。第三十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2.焊絲的熔化速度與比熔化量

焊絲的熔化速度由來(lái)自電弧的熱輸入量及焊絲的電阻產(chǎn)熱所決定，大致與電弧電流成比例，此外還受到熔滴保有熱量的支配。如果焊絲端部達(dá)到熔點(diǎn)，在發(fā)生熔化的同時(shí)熔滴即刻脫離焊絲，這種情況下熔滴保有熱量最低，效率也高。第三十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

單位時(shí)間、單位電流下的焊絲熔化脫落重量，稱作焊絲的比熔化量（單位mg／A.S），用MR表示。

焊絲前端被加熱到該材料熔點(diǎn)以上溫度時(shí)產(chǎn)生熔化，隨后熔化金屬短時(shí)保持在焊絲前端，然后不斷脫落過(guò)渡。熔滴脫落時(shí)將其所保有的熱量從焊絲前端帶走，即在電弧長(zhǎng)度維持一定時(shí)，向連續(xù)送進(jìn)的焊絲提供的熱量與熔滴脫落過(guò)渡帶走的熱量應(yīng)當(dāng)相等。單位時(shí)間脫落熔滴的保有熱量Qm由下式給出：式中，w為單位時(shí)間內(nèi)熔化焊絲的重量，C為金屬比熱；Tf為脫落熔滴的平均溫度，H為潛熱，J為功當(dāng)量。第三十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

在焊絲材料的物理常數(shù)C、H、Tf數(shù)值確定以后，W/I只取決于(Um+I.Re)。在MIG焊的特定場(chǎng)合，焊絲作為陽(yáng)極時(shí)的Um與材料的功函數(shù)Uw大致相等而為一定值，若忽略電極干伸長(zhǎng)的電阻產(chǎn)熱，則比熔化量與電流值無(wú)關(guān)，是個(gè)定值。第三十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第三十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日焊接電流電弧長(zhǎng)度焊絲直徑干伸長(zhǎng)焊絲極性電弧氣體種類熔滴過(guò)渡形態(tài)3.影響焊絲熔化速度的因素在鋁材料MIG焊中，熔化速度與熔滴過(guò)渡形態(tài)的關(guān)系以噴射過(guò)渡和粗滴過(guò)渡臨界點(diǎn)處的臨界電流為分界線，熔化特性曲線的斜率發(fā)生變化。在熔滴呈細(xì)小顆粒的噴射過(guò)渡區(qū)，熔化特性曲線的傾斜率較大，即比熔化量減小，其原因是噴射過(guò)渡區(qū)中焊絲脫落熔滴的平均溫度高于粗滴過(guò)渡區(qū)的溫度，熔化同量的焊絲需要更多的熱量。第三十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

通常情況下，氣體保護(hù)熔化極電弧焊焊絲前端的熔滴受到電弧的強(qiáng)烈加熱，其溫度高于熔點(diǎn)溫度，接近于蒸發(fā)溫度而處于過(guò)熱狀態(tài)。如鋁焊絲達(dá)到1400～1800℃，鋼焊絲達(dá)到1800～2200℃。這種情況下，熔滴越細(xì)小，受到的加熱就越嚴(yán)重，脫落熔滴的平均溫度也越高，比熔化量就減小。第四十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第四十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

焊接電弧的穩(wěn)定性；熔滴過(guò)渡過(guò)程的影響焊縫成形；

飛濺；熔滴過(guò)渡是在各種力的作用下進(jìn)行的。二、焊絲熔滴受力與熔滴過(guò)渡1.熔滴上的作用力熔滴受的作用力有：電弧力：包括電磁力、等離子流力（摩擦力）、斑點(diǎn)壓力；重力；

表面張力；第四十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日表面張力：

在滴狀過(guò)渡中，起阻礙作用，而在短路過(guò)渡中變?yōu)榇龠M(jìn)作用。重力：

在平焊工況下，起促進(jìn)作用（一般在焊條直徑大、電流小的情況下作用較為顯著），而在立焊、仰焊工況下，起阻礙作用。等離子流力（摩擦力）：總是促進(jìn)熔滴過(guò)渡。第四十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第四十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日電磁力：

焊絲—熔滴—電極斑點(diǎn)—弧柱為電流通道，其截面大小不一，軸向電磁力的方向總是由小截面指向大截面。因此它對(duì)熔滴過(guò)渡的作用具有雙重性。第四十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日在不同的焊接條件下，力的種類、大小不同，形成了不同的熔滴過(guò)渡形式

重力（促進(jìn)或阻礙熔滴過(guò)渡）

表面張力（促進(jìn)或阻礙熔滴過(guò)渡）

電磁收縮力（促進(jìn)或阻礙熔滴過(guò)渡）

等離子流力（促進(jìn)熔滴過(guò)渡）

氣體吹送力（促進(jìn)熔滴過(guò)渡）金屬蒸氣的反作用力（阻礙熔滴過(guò)渡）

斑點(diǎn)壓力（阻礙熔滴過(guò)渡）

爆破力（造成飛濺）總結(jié)：熔滴上的作用力及其特點(diǎn)第四十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

熔化極電弧焊中都存在熔滴過(guò)渡問(wèn)題。對(duì)于MIG/MAG（實(shí)心焊絲），當(dāng)保護(hù)氣體確定后，通常焊接電流和焊接電壓決定著熔滴過(guò)渡形態(tài)。

然而，過(guò)渡形態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的電流、電壓值及其影響因素？保護(hù)氣成份及焊絲中的合金元素，藥芯焊絲的成分等對(duì)熔滴過(guò)渡的影響？

等等不明確的問(wèn)題目前還有許多。尤其是后一個(gè)問(wèn)題，不僅涉及熔化金屬的粘性及表面張力改變問(wèn)題，而且還涉及電弧等離子體的導(dǎo)電性及熱傳導(dǎo)率改變問(wèn)題。這些問(wèn)題單純從熔滴過(guò)渡角度來(lái)進(jìn)行研究是不能解決的。2.熔滴過(guò)渡及其分類第四十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

總之，熔滴過(guò)渡形態(tài)因?qū)嵺`中的許多操作因素而變化，如焊接方法、焊接條件（電流、電壓）、極性、保護(hù)氣、焊絲材質(zhì)、焊絲種類（實(shí)心、藥芯）、焊絲直徑、母材等。然而，就各種因素的影響目前還較多地停留在定性理解水平。

IIW（國(guó)際焊接學(xué)會(huì)）從研究與利用角度考慮，基于熔滴形狀及大小、過(guò)渡狀況等外在特征對(duì)過(guò)渡形態(tài)進(jìn)行分類。第四十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第五十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日第五十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日三、熔滴過(guò)渡形式及其特點(diǎn)（1）滴狀過(guò)渡

熔滴在重力作用下經(jīng)電弧空間落入熔池；這類過(guò)渡出現(xiàn)在小電流密度、弧長(zhǎng)大的情況，熔滴與焊絲之間不能形成縮頸，難以爆斷，而且電磁推力小、斑點(diǎn)壓力大（弧根直徑小于熔滴直徑），直到熔滴長(zhǎng)大至重力大于其它總的向上力時(shí)脫落。

熔滴直徑一般大于焊絲直徑，熔滴擺動(dòng)、電弧飄蕩、焊縫表面粗糙甚至呈斷續(xù)狀。出現(xiàn)場(chǎng)合：在小電流、弧長(zhǎng)大的Ar氣保護(hù)焊；CO2氣保焊工況下出現(xiàn)（正極性接法時(shí)更顯著）。

傳統(tǒng)上將熔滴過(guò)渡(metaltransfer)分成自由過(guò)渡、接觸過(guò)渡、渣壁過(guò)渡

三種主要形式，每一種又可以再分為不同的亞型。目前，熔滴過(guò)渡的名稱尚未規(guī)范、統(tǒng)一。1、自由過(guò)渡第五十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日（2）噴射過(guò)渡

在Ar氣保護(hù)（或富氬氣保護(hù)）、電流密度較大且弧長(zhǎng)也較大的情況下出現(xiàn)。熔深大、熔敷效率高，適用于中、厚板平位置的填充、蓋面焊。可細(xì)分為以下幾種形態(tài)：a）射滴過(guò)渡

熔滴脫離焊絲沿軸向射入熔池；熔滴直徑接近焊絲直徑，加速度大于重力加速度。熔滴大部分或全部被弧根包圍，電磁收縮力大、斑點(diǎn)壓力小，大大促進(jìn)熔滴脫離焊絲端部。出現(xiàn)場(chǎng)合：Al合金熔化極氬弧焊（熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱好、熔滴呈球狀）；鋼焊絲熔化極弧焊（脈沖電流時(shí)易出現(xiàn)），電流區(qū)間窄；第五十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日射滴過(guò)渡的臨界電流

——指從滴狀過(guò)渡轉(zhuǎn)為射滴過(guò)渡的最小電流。臨界電流值與焊絲材質(zhì)、直徑、極性、干伸長(zhǎng)，保護(hù)氣成份等有關(guān)。焊絲材質(zhì)熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱快、直徑小、干伸長(zhǎng)大、接正極，氣體中Ar含量高均會(huì)使之降低。b）射流過(guò)渡細(xì)小熔滴從焊絲端部接連不斷射向熔池的過(guò)渡方式（比射滴過(guò)渡的熔滴小、速度快，等離子流力的作用使其加速度達(dá)重力加速度的幾十倍）。在其它因素相同的條件下，發(fā)生射流過(guò)渡的電流較射滴過(guò)渡的大，從射滴轉(zhuǎn)換為射流的最小電流稱為射流過(guò)渡的臨界電流，其值同樣與焊絲材質(zhì)、直徑、極性、干伸長(zhǎng)，保護(hù)氣成份等有關(guān)，但變化范圍很窄。第五十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

當(dāng)電流增加到高出臨界電流很多時(shí)，高速射流的反作用力使較長(zhǎng)的金屬液柱偏離軸線并使之旋轉(zhuǎn)，就發(fā)生了“旋轉(zhuǎn)射流過(guò)渡”，此時(shí)電弧不穩(wěn)、飛濺嚴(yán)重、焊縫成形變差，一般應(yīng)當(dāng)避免。

總之，噴射過(guò)渡的電弧穩(wěn)定（電流、電壓波動(dòng)?。w濺很小，焊縫成形好，氣流保護(hù)均勻，電弧熱流集中、穿透力強(qiáng)，熔池呈T形。比較適合于3mm以上的厚板焊接。第五十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日C）亞射流過(guò)渡

這是一種介于短路過(guò)渡與射滴過(guò)渡之間的過(guò)渡形式，在鋁合金焊絲的MIG焊中出現(xiàn)。在短弧長(zhǎng)情況下，熔滴形成縮頸即將以射滴形式脫離時(shí)已與熔池接觸短路，較大的電磁收縮力即刻使縮頸斷開而完成過(guò)渡。它比正常的“短路過(guò)渡”短路時(shí)間少、短路電流?。娏鱽?lái)不及上升已脫開）。這種過(guò)渡方式下的電流、電壓變化不劇烈、電弧穩(wěn)定、焊縫成形美觀，在Al合金MIG焊中廣泛采用，弧長(zhǎng)在2～8mm內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)這種過(guò)渡形式，且電弧具有較強(qiáng)的自調(diào)節(jié)能力，即使使用“恒流電源”，也能進(jìn)行等速送絲MIG焊。第五十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日

在低電壓（短弧長(zhǎng)）、小電流下，熔滴未長(zhǎng)大（未形成縮頸）即與熔池接觸短路，表面張力和電磁收縮力的共同作用使熔滴進(jìn)入熔池。在電源動(dòng)特性好的情況下，可使電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成形好。適用于薄板焊、全位置焊。使用細(xì)絲（￠0.8～1.6），電流密度高、電弧功率大、線能量小、穿透力弱、熔池小、凝固快、變形小。

短路過(guò)渡的穩(wěn)定性與電源的外特性（Iwd/If）及動(dòng)（did/dit、電壓恢復(fù)速度）關(guān)系密切。

Iwd/If過(guò)小，熔滴不易脫開、燒絲，甚至熄弧；Iwd/If過(guò)大，飛濺嚴(yán)重；

did/dit過(guò)小，過(guò)渡頻率低；did/dit過(guò)大，過(guò)渡不平穩(wěn)，飛濺也大；電壓恢復(fù)速度越快越好，有利于熔滴脫開電弧重燃。短路過(guò)渡的頻率越高，過(guò)渡熔滴越細(xì)，過(guò)程越平穩(wěn)。2、接觸（短路）過(guò)渡第五十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日3、渣壁過(guò)渡（Fluxwallguidedtransfer）

熔滴沿渣殼（埋弧焊）或

沿藥皮套筒（焊條電弧焊）流入熔池的過(guò)渡方式。藥皮焊條焊：熔滴過(guò)渡形式與藥皮成分、厚度、電流電壓值、極性、操作位置等有關(guān)，可以有短路、渣壁、大顆粒及小顆粒滴狀過(guò)渡多種形式。（1）堿性焊條只能短路過(guò)渡或大顆粒過(guò)渡。因?yàn)橐簯B(tài)金屬與熔渣壁之間的界面張力很大不能潤(rùn)濕，不可能形成渣壁過(guò)渡；（2）酸性焊條

在藥皮厚度1.2mm左右及焊接電流值適當(dāng)?shù)那闆r下，出現(xiàn)部分熔化金屬沿著藥皮套筒內(nèi)壁流入熔池，并伴有小顆粒滴狀過(guò)渡；埋弧焊：電弧在焊劑的覆蓋下燃燒。熔滴主要通過(guò)焊劑的渣壁流入到熔池中。過(guò)渡熔滴的大小與電流電壓值、極性等有關(guān)。在焊絲接正時(shí)，過(guò)渡熔滴較小，過(guò)渡頻率較高；反之，過(guò)渡熔滴變大，過(guò)渡頻率降低；第五十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日常見焊接方法的熔滴過(guò)渡形式焊條手工焊（SMAW）：

酸性焊條：渣壁過(guò)渡＋細(xì)顆粒滴狀過(guò)渡；

堿性焊條：粗滴過(guò)渡（Globulartransfer&Drop

transfer），短路過(guò)渡（Shortcircuitingtransfer）；

CO2焊：

滴狀過(guò)渡（粗絲）；短路過(guò)渡，表面張力過(guò)渡（STT）（細(xì)絲）MIG焊：射滴、射流（焊鋁）過(guò)渡，亞射流過(guò)渡；MAG焊：熔滴過(guò)渡形式最多、最靈活，可以有短路過(guò)渡、射滴過(guò)渡、射流過(guò)渡等多種形式；

規(guī)律：隨著電流的增加，熔滴過(guò)渡的體積減小、頻率加快。第五十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1、熔敷效率、熔敷系數(shù)

熔敷效率＝

MIG焊、SAW達(dá)90％以上；CO2焊、SMAW在80％以下；損失的重量是由飛濺、氧化、蒸發(fā)造成的。一般情況下，電流越大、弧長(zhǎng)越大，損失越多，熔敷效率越低。ay：熔敷系數(shù)——單位時(shí)間、單位電流內(nèi)熔敷到焊縫上的金屬重量；am：熔化系數(shù)——單位時(shí)間、單位電流內(nèi)熔化焊絲的重量；

Φs：損失系數(shù)＝x%

一般情況下，CO2焊的am最大，但隨著電弧電壓和焊速的增加，am、ay均減小，而Φs卻增大。三、熔敷系數(shù)與飛濺過(guò)渡到焊縫中的金屬重量消耗焊絲（焊條指焊芯）的重量am－ayam第六十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2、飛濺及影響因素

焊絲熔滴飛落在熔池之外稱為飛濺。飛濺不僅降低焊接生產(chǎn)率，而且還影響焊縫質(zhì)量，不便焊工操作。不同的熔滴過(guò)渡方式，飛濺的特點(diǎn)也不同。（1）短路過(guò)渡飛濺

熔滴短路時(shí)液態(tài)金屬小橋被加熱汽化爆斷，總是要產(chǎn)生飛濺。飛濺大小與液體小橋爆斷的能量有關(guān)，還與小橋的位置有關(guān)，小橋出現(xiàn)在熔滴與熔池之間時(shí)，飛濺較大。而爆斷能量、小橋位置又都與電源的動(dòng)特性

did/dit有關(guān)，

did/dit不能過(guò)大。但在電弧電壓較低、

did/dit過(guò)小的情況下，會(huì)發(fā)生固體焊絲短路，產(chǎn)生成段焊絲爆斷飛出。在很大電流焊接時(shí)（包括潛弧焊），短路電流會(huì)更高，可能引起熔池強(qiáng)烈飛濺。第六十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日（2）滴狀顆粒過(guò)渡飛濺

在較大電流和較高電壓的MAG（如CO2,CO2+O2,Ar+30%以上CO2，N2，Ar+33%以上H2）焊時(shí)，熔滴在斑點(diǎn)壓力的作用下而上繞，形成大顆粒排斥飛濺。大顆粒自由過(guò)渡時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生熔滴爆炸拋出飛濺，其原因有：熔滴在焊絲端部停留時(shí)間太長(zhǎng)，受熱爆炸；熔滴脫落過(guò)程中引起串弧，受電弧力作用而拋出；

MAG焊在很高電流下，只產(chǎn)生小顆粒飛濺。其原因有：熔滴與焊絲之間的縮頸爆斷；焊絲或工件清理不良，高溫下產(chǎn)生氣體噴發(fā)；焊絲含碳量較高，熔化金屬內(nèi)產(chǎn)生大量CO氣爆出；小顆粒飛濺的飛濺率較低。第六十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日（3）噴射過(guò)渡飛濺

噴射過(guò)渡主要是由等離子流力將細(xì)長(zhǎng)熔滴拉斷的結(jié)果，通常飛濺率很低，只有1％左右。但當(dāng)焊接工藝參數(shù)不合適，如電流過(guò)大、電壓較高、干伸長(zhǎng)過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流過(guò)渡，導(dǎo)致飛濺率增大。

飛濺率＝

飛濺損失的金屬重量熔化焊絲金屬的重量第六十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1、脈沖電流控制法這種方法常用于薄板的全位置焊及熱敏感材料的焊接，以較小的平均電流（脈沖電流大于臨界電流）實(shí)現(xiàn)噴射過(guò)渡，減小熔池尺寸及飛濺。脈沖電流的波形、幅值、頻率會(huì)對(duì)噴射過(guò)渡產(chǎn)生影響，有以下幾種狀態(tài)：（1）一個(gè)脈沖過(guò)渡一滴在脈沖電流幅值和脈寬適當(dāng)?shù)那闆r下出現(xiàn)，熔滴呈小球狀（直徑與焊絲相近）落入熔池。（2）一個(gè)脈沖過(guò)渡多滴在脈沖電流的幅值和寬度均較大的情況下出現(xiàn)，一個(gè)脈沖周期內(nèi)有多顆細(xì)熔滴射入熔池。（3）多個(gè)脈沖過(guò)渡一滴在脈沖電流幅值及寬度均較小的情況下出現(xiàn)，此時(shí)在單個(gè)脈沖周期內(nèi)焊絲的熔化量不足，并且電弧力太弱難以推脫熔滴，必須在后續(xù)脈沖作用下積累熔化量才能發(fā)生過(guò)渡。過(guò)渡熔滴直徑較焊絲大。四、熔滴過(guò)渡的控制第六十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2、噴射——短路交替控制法

采用脈沖電源，通過(guò)電源外特性與送絲速度的同步切換，使系統(tǒng)獲得兩個(gè)工作點(diǎn)。適用于仰焊及立焊位置工況。

噴射過(guò)渡點(diǎn)：電流大、弧壓高，在坡口兩側(cè)；短路過(guò)渡點(diǎn)：電流小、弧壓低，在坡口中間；

要求送絲機(jī)構(gòu)的慣性小，能適時(shí)變速。3、脈沖送絲控制法

送絲速度按一定的脈