第二章焊丝的熔化和熔滴的过渡

1、第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 电弧焊时，焊丝（或焊条）的末端在电弧的高电弧焊时，焊丝（或焊条）的末端在电弧的高温作用下加热熔化，熔化的液体金属达到一定程度温作用下加热熔化，熔化的液体金属达到一定程度便以一定的方式脱离焊丝末端，过渡到熔池中去。便以一定的方式脱离焊丝末端，过渡到熔池中去。这个过程称为熔滴过渡。焊接过程中，焊丝的加热、这个过程称为熔滴过渡。焊接过程中，焊丝的加热、熔化及熔滴过渡会直接影响到焊缝质量和焊接生产熔化及熔滴过渡会直接影响到焊缝质量和焊接生产率。本章将讲述焊丝的加热与熔化、熔滴上的作用率。本章将讲述焊丝的加热与熔化、熔滴上的作用力、熔滴过渡的主要形

2、式以及熔滴过渡过程中产生力、熔滴过渡的主要形式以及熔滴过渡过程中产生的飞溅。的飞溅。 第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴焊丝的熔化和熔滴的过渡的过渡第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.1 2.1 焊丝的加热与熔化焊丝的加热与熔化 熔化极电弧焊时，焊丝具有两方面的作用熔化极电弧焊时，焊丝具有两方面的作用: : 一方面作为电弧的一极导电并传输能量；一方面作为电弧的一极导电并传输能量； 另一方面作为填充材料向熔池提供熔化金属并和另一方面作为填充材料向熔池提供熔化金属并和熔化的母材一起冷却结晶而形成焊缝。熔化的母材一起冷却结晶而形成焊缝。 a)a)焊丝的加热熔化主要靠单位时间内阴极区

3、焊丝的加热熔化主要靠单位时间内阴极区( (直流直流正接时正接时) )或阳极区或阳极区( (直流反接时直流反接时) )所产生的所产生的电弧热电弧热及及焊丝自身的焊丝自身的电阻热电阻热，弧柱的辐射热则是次要的。，弧柱的辐射热则是次要的。 b)b)非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊）非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊）填充焊丝时，主要靠填充焊丝时，主要靠弧柱的辐射热弧柱的辐射热来熔化焊丝。来熔化焊丝。2.1.12.1.1焊丝的熔化热源焊丝的熔化热源第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 1.1.电弧热电弧热 单位时间内阴极区和阳极区的产热量如果分别用电功率单位时间内阴极区

4、和阳极区的产热量如果分别用电功率P PK K和和P PA A表示，计算公式如下：表示，计算公式如下： （2-12-1） P PA AI I（U UA AU UWWU UT T） （2-22-2） 在通常电弧焊的情况下，弧柱的平均温度为在通常电弧焊的情况下，弧柱的平均温度为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 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 从焊丝与导电嘴的接触点从焊丝与导电嘴的接触点到电弧端头的一段焊丝上到电弧端头的一段焊丝上( (即焊即焊丝的丝的伸出长度伸出长度，用，

5、用L Ls s表示表示) )有焊有焊接电流流过时，将产生电阻热。接电流流过时，将产生电阻热。焊丝伸出长度的电阻为焊丝伸出长度的电阻为 RsRsLsLs/S/S (2-5) (2-5) 则电阻热为则电阻热为 P PR R I I2 2RsRs (2-6)(2-6) 式中，式中， RsRs是焊丝是焊丝LsLs段的电阻值，段的电阻值，是焊丝的电阻率，是焊丝的电阻率，LsLs是焊丝是焊丝的伸出长度，的伸出长度，S S是焊丝的横截面是焊丝的横截面积。积。2 2电阻热电阻热图图2-1 2-1 焊丝伸出长度的电阻热示意图焊丝伸出长度的电阻热示意图第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 熔化极

6、电弧焊时，综合电弧热和电阻热，熔化极电弧焊时，综合电弧热和电阻热，用于加热和熔化焊丝的总能量用于加热和熔化焊丝的总能量PmPm可表示可表示 PmPmI I（UmUm十十IRsIRs） （2-72-7） U Um m是电弧热的等效电压，是电弧热的等效电压， a)a)一般一般LsLs=10=1030mm30mm。对于导电性能良好的铝和铜。对于导电性能良好的铝和铜等金属焊丝，等金属焊丝，P PR R与与P PK K或或P PA A相比是很小的，可忽略不相比是很小的，可忽略不计。对于不锈钢、钢和钛等材料，电阻率较高，计。对于不锈钢、钢和钛等材料，电阻率较高，特别在细丝大电流时，焊丝伸出长度越大，特别在

7、细丝大电流时，焊丝伸出长度越大，P PR R越越大，这时大，这时P PR R与与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)焊丝为阳极时，焊丝为阳极时，U Um mU UW W；焊丝为阴极时，；焊丝为阴极时，U Um mU UK KU UW W。 这就是单位时间内由电弧热和电阻热提供的用于这就是单位时间内由电弧热和电阻热提供的用于加热和熔化焊丝的主要能量。加热和熔化焊丝的主要能量。 第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.1.22.1.2影响焊丝熔化速度的因素影响焊丝熔化速度的因素 熔化速度熔化速度VmVm：单位时间内焊丝的熔化量。：单位时间内焊

8、丝的熔化量。 单位：单位：g/s cm/sg/s cm/s 熔化系数熔化系数 m m：单位时间内，由单位电流所熔化的：单位时间内，由单位电流所熔化的焊丝量（长度，重量）焊丝量（长度，重量）单位：单位：g/A.S Cm/A.Sg/A.S Cm/A.S m m= = V Vm /Im /I 焊丝的熔化速度主要取决于式焊丝的熔化速度主要取决于式(2-7)(2-7)所表示的单所表示的单位时间内用于加热和熔化焊丝的总能量位时间内用于加热和熔化焊丝的总能量P Pm m。 第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 电弧热与电流成正比，电阻热与电流平方成正比。电弧热与电流成正比，电阻热与电流平方

9、成正比。电流增大，熔化焊丝的电阻热和电弧热增加，焊电流增大，熔化焊丝的电阻热和电弧热增加，焊丝熔化速度加快。丝熔化速度加快。图图2-2 2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系铝焊丝熔化速度与电流的关系1 1焊接电流的影响焊接电流的影响铝焊丝，可近似为铝焊丝，可近似为： PmPmIUmIUm焊丝直径越小，焊丝的熔化系焊丝直径越小，焊丝的熔化系数越大，斜率越大。数越大，斜率越大。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡图图2-3 2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 2 2电弧电压的影响电弧电压的影响

10、等速送丝熔化极气体保炉焊时，焊丝熔化速度等速送丝熔化极气体保炉焊时，焊丝熔化速度与电弧电压和电流的关系与电弧电压和电流的关系. . 图图2-4 2-4 熔化极气体保护焊时电弧的固有调节作用熔化极气体保护焊时电弧的固有调节作用 a) a) 铝焊丝（铝焊丝（1.61.6 b) b) 钢焊（钢焊（2.42.4）第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 图图2-4a2-4a中的曲线是在稳定的焊接条件下的铝焊丝的中的曲线是在稳定的焊接条件下的铝焊丝的电弧自身调节系统静特性曲线（即等熔化曲线电弧自身调节系统静特性曲线（即等熔化曲线):): a)a)当电弧较长时当电弧较长时( (电弧电压较高电

11、弧电压较高) )，曲线垂直于横轴，曲线垂直于横轴，即电弧电压对焊丝熔化速度影响很小。此时送丝速度即电弧电压对焊丝熔化速度影响很小。此时送丝速度与熔化速度平衡，熔化速度主要决定于电流的大小与熔化速度平衡，熔化速度主要决定于电流的大小(AB(AB段段) )。 b)b)当电弧弧长为当电弧弧长为8mm8mm到到2mm2mm区间区间(BC(BC段段) )时，曲线向左时，曲线向左倾斜，这说明随着电弧电压降低倾斜，这说明随着电弧电压降低( (弧长缩短弧长缩短) )，熔化一，熔化一定数量焊丝所要的电流减小，亦即等量的焊接电流所定数量焊丝所要的电流减小，亦即等量的焊接电流所熔化的焊丝增加。也就是说，电弧较短时熔

12、化系数增熔化的焊丝增加。也就是说，电弧较短时熔化系数增加了。之所以如此，是因为弧长缩短时，电弧热量向加了。之所以如此，是因为弧长缩短时，电弧热量向周围空间散失减少，提高了电弧的热效率，使焊丝的周围空间散失减少，提高了电弧的热效率，使焊丝的熔化系数增加所致。熔化系数增加所致。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 c)BCBC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义。例如，电流及送丝速度不变时，在弧长较短义。例如，电流及送丝速度不变时，在弧长较短的范围内，当弧长因受外界干扰发生变化时，使的范围内，当弧长因受外界干扰发生变化时，使弧长缩短或增长，则

13、因此时的熔化系数要增大或弧长缩短或增长，则因此时的熔化系数要增大或减小，导致熔化速度增大或减小，使弧长得以恢减小，导致熔化速度增大或减小，使弧长得以恢复。这种弧长受外界干扰发生变化时电弧本身具复。这种弧长受外界干扰发生变化时电弧本身具有自动恢复到原来弧长的能力，称为有自动恢复到原来弧长的能力，称为“电弧的固电弧的固有调节作用有调节作用(Intrinsic Self Regulation (Intrinsic Self Regulation Characters)Characters)”。铝焊丝电弧的固有调节作用很强，。铝焊丝电弧的固有调节作用很强，钢焊丝则较弱钢焊丝则较弱( (见图见图2-4b

14、)2-4b)，故铝焊丝采用这段弧，故铝焊丝采用这段弧长长( (亚射流过渡亚射流过渡) )进行焊接时进行焊接时, ,可以使用恒流电源实可以使用恒流电源实行等速送丝熔化极气体保护焊。行等速送丝熔化极气体保护焊。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 3 3焊丝直径的影响焊丝直径的影响 电流一定时，焊丝直径越细电阻热越大，同时电流一定时，焊丝直径越细电阻热越大，同时电流密度也越大从而使焊丝熔化速度增大，见电流密度也越大从而使焊丝熔化速度增大，见图图2-22-2。 图图2-2 2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系铝焊丝熔化速度与电流的关系第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴

15、过渡 4 4焊丝伸出长度的影响焊丝伸出长度的影响 其它条件一定时，焊丝伸出长度越长，电阻热其它条件一定时，焊丝伸出长度越长，电阻热越大，通过焊丝传导的热损失减少，所以焊丝熔越大，通过焊丝传导的热损失减少，所以焊丝熔化速度越快，见图化速度越快，见图2-32-3。 图图2-3 2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 对熔化速度的影响对熔化速度的影响: :不锈钢电阻率较不锈钢电阻率较大，会加快焊丝的熔化速度，尤其是伸大，会加快焊丝的熔化速度，尤其是伸出长度较长时影响更为明显。出长度较长时影响更为明显。 对对焊丝熔化系

16、数的影响焊丝熔化系数的影响： 铝合金铝合金因电阻率小，焊丝熔化速度与因电阻率小，焊丝熔化速度与电流成线性关系。但是焊丝越细，熔化电流成线性关系。但是焊丝越细，熔化速度与电流关系曲线斜率越大，说明熔速度与电流关系曲线斜率越大，说明熔化系数随焊丝直径变小而增大，与电流化系数随焊丝直径变小而增大，与电流无关无关 。 不锈钢不锈钢电阻率较大，产生的电阻热较电阻率较大，产生的电阻热较大，因而焊丝熔化速度与电流不成线性大，因而焊丝熔化速度与电流不成线性关系，随着电流增大，曲线斜率增大，关系，随着电流增大，曲线斜率增大，说明熔化系数随电流增加而增大，并且说明熔化系数随电流增加而增大，并且随焊丝伸出长度增加而

17、增加。随焊丝伸出长度增加而增加。 5 5焊丝材料的影响焊丝材料的影响图图2-3 2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系图图2-2 2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系铝焊丝熔化速度与电流的关系第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 焊丝接阳极时焊丝接阳极时： V Vm =KIUwm =KIUw与气体介质无关与气体介质无关 焊丝接阴极时焊丝接阴极时： V Vm =KI(Uk-Uwm =KI(Uk-Uw）UkUk与气体介质有关，与气体介质有关，因此气体介质影响熔化速度，例如在因此气体介质影响熔化速度，例如在ArAr中加中加COCO2 2可使可使V Vm

18、m增大增大 冷阴极电弧，冷阴极电弧，UkUw,PkPUkUw,PkPA A, ,正接时的熔化速度大于反接。正接时的熔化速度大于反接。6 6气体介质及焊丝极性的影响气体介质及焊丝极性的影响图图2-5 Ar2-5 Ar与与CO2CO2混合比对混合比对焊丝熔化速度的影响焊丝熔化速度的影响图图2-6 2-6 铝焊丝氩弧焊铝焊丝氩弧焊不同极性时的焊丝熔化速度不同极性时的焊丝熔化速度第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.2 2.2 熔滴上的作用力熔滴上的作用力 重力重力FgFg对熔滴的影响取决于焊对熔滴的影响取决于焊缝的空间位置。平焊时，重力是促缝的空间位置。平焊时，重力是促使熔滴脱离

19、焊丝末端的作用力；立使熔滴脱离焊丝末端的作用力；立焊和仰焊时，重力则为阻碍熔滴从焊和仰焊时，重力则为阻碍熔滴从焊丝末端脱离的作用力。重力为焊丝末端脱离的作用力。重力为 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是熔滴是熔滴半径，半径，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 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.2.2 2.2.2 表面张力表面张力FF可以分解为可以分解为径向分力径向分力F Frr以及以及轴向分力轴向分力F F， 径向分力使熔滴在焊丝末端径向分力使熔滴在

20、焊丝末端产生缩颈产生缩颈， 轴向分力则使熔滴保持在焊丝末端阻碍熔滴过渡轴向分力则使熔滴保持在焊丝末端阻碍熔滴过渡。F F =2=2R R (2-9) (2-9)焊丝半径为焊丝半径为R R，熔滴半径为熔滴半径为r r 是表面张力系数是表面张力系数第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 式式中，中，是表面张力系数，其数值与材料、温度、气是表面张力系数，其数值与材料、温度、气体介质等因素有关。体介质等因素有关。减小焊丝直径，氧化性气氛，提高熔减小焊丝直径，氧化性气氛，提高熔滴温度，减小表面张力。滴温度，减小表面张力。金属MgZnAlCuFeTiMoW103(Nm-1)65077090

21、01150 1220 1510 2250 2680 表表2-1 2-1 纯金属的表面张力系数纯金属的表面张力系数 只有重力和其它作用力的合力超过只有重力和其它作用力的合力超过F F时，时，熔滴才能脱离焊丝过渡到熔池中去熔滴才能脱离焊丝过渡到熔池中去: : a)a)一般情况下一般情况下F F是阻碍熔滴过渡的力。是阻碍熔滴过渡的力。 b)b)仰焊或其它位置（立焊、横焊）焊接时，仰焊或其它位置（立焊、横焊）焊接时，却有利于熔滴过渡。因为一是熔滴与熔池却有利于熔滴过渡。因为一是熔滴与熔池接触时，表面张力有将熔滴拉入熔池的作接触时，表面张力有将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 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.2.3 2.2.3 电弧力电弧力 电弧中的电弧中的电磁收缩力电磁收缩力、等离子流力等离子流力、斑点斑点压力压力对熔滴过渡都有不同的影响。需要指出的是，对熔滴过渡都有不同的影响。需要指出的是，电流较小时电流较小时住往是住往是重力重力和和表面张力表面张力起主要作用；起主要作用；电流较大时电流较大时，电弧力电弧力对熔滴过渡起主要作用。对熔滴过渡起主要作用。 第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 在熔滴端部与弧柱间：在熔滴端部与弧柱间： 弧根直径小于熔滴直径，此弧根直径小于熔滴直径，此处电磁力合力向上，阻碍熔处

23、电磁力合力向上，阻碍熔滴过渡；滴过渡； 若弧根面积笼罩整个熔滴，若弧根面积笼罩整个熔滴，此处电磁力合力向下，促进此处电磁力合力向下，促进熔滴过渡。熔滴过渡。图图2-8 2-8 作用在熔滴上的电磁力作用在熔滴上的电磁力1.1.电磁收缩力电磁收缩力 作用在熔滴上的电作用在熔滴上的电磁力通常可分解为径向磁力通常可分解为径向和轴向两个分力。和轴向两个分力。熔滴中的电磁收缩力第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 电弧等离子流力随着等离子流电弧等离子流力随着等离子流从焊丝末端侧面切人，并冲向熔从焊丝末端侧面切人，并冲向熔池而产生，它有助于熔滴脱离焊池而产生，它有助于熔滴脱离焊丝，并使其加

24、速通过电弧空间进丝，并使其加速通过电弧空间进入熔池。等离子流力与焊丝直径入熔池。等离子流力与焊丝直径和焊接电流有密切关系，采用的和焊接电流有密切关系，采用的焊丝直径越细，电流越大，产生焊丝直径越细，电流越大，产生的等离子流力和流速越大，因而的等离子流力和流速越大，因而对熔滴推力也就越大。在大电流对熔滴推力也就越大。在大电流焊接时，等离子流力会显著地影焊接时，等离子流力会显著地影响熔滴过渡特性。响熔滴过渡特性。2.2.等离子体流力等离子体流力第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 3.3.斑点压力斑点压力 斑点压力包括斑点压力包括: :正离子和电子对熔滴的撞击力正离子和电子对熔滴

25、的撞击力、电极材料蒸发时产生的电极材料蒸发时产生的反作用力反作用力以及弧根面积很小时以及弧根面积很小时产生的指向熔滴的产生的指向熔滴的电磁收缩力电磁收缩力。 a)a)在一定条件下，斑点压力将阻碍金属熔滴的过渡。在一定条件下，斑点压力将阻碍金属熔滴的过渡。 b)b)通常阳极受到的斑点压力比阴极受到的斑点压力要通常阳极受到的斑点压力比阴极受到的斑点压力要小，因而焊丝为阳极时熔滴过渡的阻碍力较小。这也小，因而焊丝为阳极时熔滴过渡的阻碍力较小。这也是许多熔化极电弧焊采用直流反接的主要原因之一。是许多熔化极电弧焊采用直流反接的主要原因之一。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 2.2.

26、42.2.4爆破力爆破力 若熔滴内部含有易挥若熔滴内部含有易挥发金属或由于冶金反应发金属或由于冶金反应而生成气体，则在电弧而生成气体，则在电弧高温作用下气体积聚和高温作用下气体积聚和膨胀而造成较大的内力，膨胀而造成较大的内力，从而使熔滴爆炸。在从而使熔滴爆炸。在COCO2 2短路过渡焊接时，电磁短路过渡焊接时，电磁力及表面张力的作用导力及表面张力的作用导致熔滴形成缩颈，电流致熔滴形成缩颈，电流密度增加，急剧加热使密度增加，急剧加热使液态小桥爆破形成熔滴液态小桥爆破形成熔滴过渡，同时也造成了较过渡，同时也造成了较大飞溅大飞溅。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.2.5 2.

27、2.5 电弧气体吹力电弧气体吹力 焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化滞焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化滞后于焊芯的熔化，在焊条的端头形后于焊芯的熔化，在焊条的端头形成套筒。药皮中造气剂分解产生的成套筒。药皮中造气剂分解产生的COCO、COCO2 2、H H2 2及及O O2 2等在高温作用下急等在高温作用下急剧膨胀，从套筒中冲出，推动熔滴剧膨胀，从套筒中冲出，推动熔滴冲向熔池。冲向熔池。 无论何种位置焊接，这种力都有无论何种位置焊接，这种力都有 利于熔滴过渡利于熔滴过渡。图图2-9 2-9 焊条药皮套筒示意焊条药皮套筒示意第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.32.3 熔滴过渡主要形

28、式及其特点熔滴过渡主要形式及其特点 熔滴过渡通常可分为三种基本类型熔滴过渡通常可分为三种基本类型: : 自由过渡自由过渡(Free Flight):(Free Flight):是指熔滴脱离焊是指熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触，它经电弧空间自丝末端前不与熔池接触，它经电弧空间自由飞行进入熔池的一种过渡形式由飞行进入熔池的一种过渡形式 接触过渡接触过渡(Contacting Transfer):(Contacting Transfer):通过焊通过焊丝末端的熔滴与熔池表面接触成桥而过渡丝末端的熔滴与熔池表面接触成桥而过渡的的 渣壁过渡渣壁过渡(Slag Guiding Transfer)(Slag

29、 Guiding Transfer) : :渣渣保护时的一种过渡形式，埋弧焊时在一定保护时的一种过渡形式，埋弧焊时在一定条件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成过渡。条件下熔滴沿熔渣的空腔壁形成过渡。 第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡爆炸过渡旋转射流过渡射流过渡射滴过渡喷射过渡细滴过渡排斥过渡粗滴过渡滴状过渡自由过渡) 1 (套筒过渡沿渣壳过渡渣壁过渡搭桥过渡短路过渡接触过渡)3()2(第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.3.1 2.3.1 短路过渡短路过渡 短路过渡短路过渡(Short Circuiting Transfer) 主要用于主要用于:1.6mm:1

30、.6mm以下的细丝以下的细丝CO2CO2气气体保护焊或使用碱性焊条，采用低体保护焊或使用碱性焊条，采用低电压、小电流焊接工艺的焊条电弧电压、小电流焊接工艺的焊条电弧焊。焊。 定义定义：由于电压低，电弧较短，熔：由于电压低，电弧较短，熔滴尚未长成大滴时即与熔池接触而滴尚未长成大滴时即与熔池接触而形成短路液桥，在向熔池方向的表形成短路液桥，在向熔池方向的表面张力及电磁收缩力的作用下面张力及电磁收缩力的作用下, ,熔滴熔滴金属过渡到熔池中去这样的过渡形金属过渡到熔池中去这样的过渡形式称为短路过渡。式称为短路过渡。 应用应用：这种过渡电弧稳定，飞溅较：这种过渡电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频率高（每秒可

31、达几小，熔滴过渡频率高（每秒可达几十次至一百多次），焊缝成型良好。十次至一百多次），焊缝成型良好。广泛用于薄板结构及全位置焊接。广泛用于薄板结构及全位置焊接。图图2-12 2-12 短路过渡示意图短路过渡示意图第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 1.1.短路过渡过程短路过渡过程 正常的短路过渡过程，一般要经历电弧燃烧形成熔滴正常的短路过渡过程，一般要经历电弧燃烧形成熔滴熔滴长大并熔滴长大并与熔池短路熄弧与熔池短路熄弧液桥缩颈而断开过渡液桥缩颈而断开过渡电弧再引燃等四个阶段。电弧再引燃等四个阶段。图图2-132-13为短路过渡过程的电弧电压和电流动态波形图为短路过渡过程的电弧

32、电压和电流动态波形图t1-t1-燃弧时间燃弧时间 t2-t2-短路时间短路时间 t3-t3-拉断熔滴后的电压恢复时间拉断熔滴后的电压恢复时间 T-T-短路周期短路周期 T=t1+t2+t3 T=t1+t2+t3 Imax-Imax-最大电流，也称短路峰值电流最大电流，也称短路峰值电流 Imin-Imin-最小电流最小电流 Ia-Ia-平均焊接电流平均焊接电流 Ua-Ua-平均电弧电压平均电弧电压第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2 2 短路过渡的特点短路过渡的特点 l l）短路过渡是燃弧、短路交替进行。燃弧时）短路过渡是燃弧、短路交替进行。燃弧时电弧对焊件加热，短路时电弧熄

33、灭，熔池温度降电弧对焊件加热，短路时电弧熄灭，熔池温度降低。因此，调节燃弧时间或熄弧时间即可调节对低。因此，调节燃弧时间或熄弧时间即可调节对焊件的热输入，控制母材熔深。焊件的热输入，控制母材熔深。 2 2）短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍，较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍，既可避免薄件的焊穿又能保证熔滴顺利过渡，有既可避免薄件的焊穿又能保证熔滴顺利过渡，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）短路过渡一般采用细丝（或细焊条），焊）短路过渡一般采用细丝（或细焊条），焊接电流密度大，

34、焊接速度快，故对焊件热输入低，接电流密度大，焊接速度快，故对焊件热输入低，而且电弧短，加热集中，可减小焊接接头热影响而且电弧短，加热集中，可减小焊接接头热影响区宽度和焊件变形。区宽度和焊件变形。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 3 3 短路过渡的稳定性短路过渡的稳定性 短路过渡过程实质上可视为短路过渡过程实质上可视为“短路短路燃燃弧弧”周期性的交替过程。周期性的交替过程。 短路过程的短路过程的稳定性稳定性一方面可以用这种交替过程一方面可以用这种交替过程的柔顺、均匀一致程度以及过程中飞溅大小来衡的柔顺、均匀一致程度以及过程中飞溅大小来衡量，同时还可以用短路过渡频率特性来评定

35、。量，同时还可以用短路过渡频率特性来评定。 周期周期T=T=燃弧时间燃弧时间t1+t1+熄弧时间熄弧时间t2t2 调节调节燃弧时间燃弧时间和和熄弧时间熄弧时间的大小，即可调节过的大小，即可调节过渡周期，亦即调节过渡频率。渡周期，亦即调节过渡频率。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 燃弧时间燃弧时间取决于取决于电弧电压电弧电压和和焊接电焊接电流流或或焊丝送进速度焊丝送进速度： a)a)增大电弧电压，减小焊接电流增大电弧电压，减小焊接电流或送丝速度，都使熔滴要经过较长或送丝速度，都使熔滴要经过较长时间才能和熔池接触短路，故燃弧时间才能和熔池接触短路，故燃弧时间长，熔滴尺寸较大，

36、短路频率时间长，熔滴尺寸较大，短路频率较低，将降低电弧稳定性和增大飞较低，将降低电弧稳定性和增大飞溅。反之，则燃弧时间短，短路频溅。反之，则燃弧时间短，短路频率增加。率增加。 b)b)如果电弧电压过低或送丝速度如果电弧电压过低或送丝速度过快，则会造成熔滴尚未脱离焊丝过快，则会造成熔滴尚未脱离焊丝时焊丝未熔化部分就可能插入熔池，时焊丝未熔化部分就可能插入熔池，造成造成固体短路固体短路，并产生大段爆断，并产生大段爆断，使飞溅增大。使飞溅增大。图图2-14 2-14 短路过渡的主要形式短路过渡的主要形式a) a) 固态短路时固态短路时 b) b) 细丝小电流时细丝小电流时 c) c) 中等电流小电感

37、时中等电流小电感时第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 短路时间短路时间主要取决于短路时的主要取决于短路时的电流增长速度电流增长速度di/dtdi/dt：a)a)di/dtdi/dt大，短路时间短；大，短路时间短； b)b)di/dtdi/dt小，短路时间长。小，短路时间长。 c)c)如果如果di/dtdi/dt过小，短路时电流不能及时增到相过小，短路时电流不能及时增到相应数值，则熔滴不能及时过渡，熄弧时间就拉长，应数值，则熔滴不能及时过渡，熄弧时间就拉长，电弧空间温度下降许多，将造成电弧复燃困难。电弧空间温度下降许多，将造成电弧复燃困难。另外，在等速送丝时，还可能引起固态焊

38、丝直接另外，在等速送丝时，还可能引起固态焊丝直接插入熔池，破坏电弧稳定性，焊缝成形不佳，甚插入熔池，破坏电弧稳定性，焊缝成形不佳，甚至使焊接过程无法进行。至使焊接过程无法进行。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 短路电流上升速度及短路峰值电流，一般是通过串联在短路电流上升速度及短路峰值电流，一般是通过串联在焊接回路中的电感来调节焊接回路中的电感来调节： a)a)电感大时短路电流上升速度慢，短路时间长，同时短电感大时短路电流上升速度慢，短路时间长，同时短路峰值电流也较小，短路频率下降；路峰值电流也较小，短路频率下降； b)b)反之，短路电流上升速度快，短路时间短，短路峰值反之

39、，短路电流上升速度快，短路时间短，短路峰值电流大，短路频率增加。电感过小时，短路过程不稳定，电流大，短路频率增加。电感过小时，短路过程不稳定，将造成大量飞溅。将造成大量飞溅。 c)c)电感过大时，则缩颈难以形成，同时因为短路峰值电电感过大时，则缩颈难以形成，同时因为短路峰值电流过小，短路时间过长，甚至流过小，短路时间过长，甚至造成固体短路造成固体短路，使焊接过程，使焊接过程不能正常进行。不能正常进行。 在短路过渡过程中，电源电压的恢复速度对稳定性在短路过渡过程中，电源电压的恢复速度对稳定性具有重要影响。如果缩颈爆断后电源电压不能及时恢复到具有重要影响。如果缩颈爆断后电源电压不能及时恢复到再引燃

40、电压，则电弧不能及时再引燃而造成断弧现象，这再引燃电压，则电弧不能及时再引燃而造成断弧现象，这就破坏了焊接过渡的连续性和稳定性。就破坏了焊接过渡的连续性和稳定性。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 搭桥过渡搭桥过渡：焊丝在：焊丝在电弧热作用下熔化电弧热作用下熔化形成熔滴与熔池接形成熔滴与熔池接触，在表面张力、触，在表面张力、 重力和电弧力作用重力和电弧力作用下，熔滴进入熔池。下，熔滴进入熔池。 图图2-18 2-18 搭桥过渡示意图搭桥过渡示意图第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.3.2 2.3.2 滴状过渡滴状过渡1 1 粗滴过渡粗滴过渡 电流较小而

41、电弧电电流较小而电弧电压较高时，因弧长较长，压较高时，因弧长较长，熔滴与熔池不发生短路，熔滴与熔池不发生短路，焊丝末端便形成较大的焊丝末端便形成较大的熔滴。当熔滴长大到一熔滴。当熔滴长大到一定程度后，重力克服表定程度后，重力克服表面张力使熔滴脱落。面张力使熔滴脱落。 图图2-19 2-19 粗滴过渡过程示意图粗滴过渡过程示意图第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2 2 细滴过渡细滴过渡 电流比较大时，电磁收缩力较大，熔滴表面电流比较大时，电磁收缩力较大，熔滴表面张力减小，熔滴细化，这些都促使熔滴过渡，使张力减小，熔滴细化，这些都促使熔滴过渡，使熔滴过渡频率增加。这种过渡形式称

42、为细滴过渡。熔滴过渡频率增加。这种过渡形式称为细滴过渡。因飞溅较少，电弧稳定，焊缝成形较好，在生产因飞溅较少，电弧稳定，焊缝成形较好，在生产中被广泛应用。中被广泛应用。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.3.3 2.3.3 喷射过渡喷射过渡 氩气或富氩气体保护焊接时在一定工艺条件下，会出现喷射氩气或富氩气体保护焊接时在一定工艺条件下，会出现喷射过渡。通常分为过渡。通常分为: : 射滴射滴: :是介于滴状过渡与连续射流过渡之间的一种熔滴过渡形式是介于滴状过渡与连续射流过渡之间的一种熔滴过渡形式 亚射流亚射流: :亚射流过渡是介于短路与射滴之间的一种过渡形式，亚射流过渡是介于

43、短路与射滴之间的一种过渡形式， 旋转射流旋转射流: :是在焊丝伸出长度较大，焊接电流比通常射流过渡临是在焊丝伸出长度较大，焊接电流比通常射流过渡临界电流高出很多时界电流高出很多时( (称为第二临界电流称为第二临界电流) )出现的一种熔滴过渡形出现的一种熔滴过渡形式。式。 射流过渡射流过渡: :是喷射过渡中最富有代表性且用途广泛的一种过渡形是喷射过渡中最富有代表性且用途广泛的一种过渡形式。获得射流过渡的条件是采用式。获得射流过渡的条件是采用纯氩或富氩保护气氛，直流反纯氩或富氩保护气氛，直流反接，除了保持高弧压（长弧接，除了保持高弧压（长弧) )外，还必须使焊接电流大于某一临外，还必须使焊接电流大

44、于某一临界值。界值。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡图图2-21 2-21 射流过渡形成机理示意图射流过渡形成机理示意图1. 1.射流过渡射流过渡第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡图图2-22 2-22 熔滴过渡频率（体积）与电流的关系熔滴过渡频率（体积）与电流的关系钢焊丝钢焊丝1.6mm 1.6mm 气体气体Ar+O2 1% Ar+O2 1% 弧长弧长6mm 6mm 直流反接直流反接 产生产生跳弧跳弧现象的现象的最小电流最小电流IC，称为射，称为射流过渡流过渡临界电流临界电流。当。当焊接电流小于临界电焊接电流小于临界电流时，电流的增大只流时，电流的增

45、大只是熔滴尺寸略有减小，是熔滴尺寸略有减小，熔滴过渡频率变化不熔滴过渡频率变化不大。电流一旦达到临大。电流一旦达到临界电流，熔滴尺寸减界电流，熔滴尺寸减小，过渡频率大大增小，过渡频率大大增加。随后再增加电流，加。随后再增加电流，熔滴过渡频率变化不熔滴过渡频率变化不大。大。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡射流过渡临界电流的大小与下列因素有关射流过渡临界电流的大小与下列因素有关： （1 1）焊丝成分焊丝成分 焊丝成分不同将引焊丝成分不同将引起电阻率、熔点及起电阻率、熔点及金属蒸发能力的变金属蒸发能力的变化。图化。图2-232-23为各种为各种不同成分焊丝的临不同成分焊丝的临界

46、电流。界电流。 图图2-232-23不同材质焊丝的临界电流不同材质焊丝的临界电流第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 （2 2）焊丝直径焊丝直径 即使是即使是同种材料的焊丝，直径不同种材料的焊丝，直径不同，其临界电流值也不同。同，其临界电流值也不同。随焊丝直径的增大，临界随焊丝直径的增大，临界电流成比例地增加。这是电流成比例地增加。这是因为焊丝直径大，则电流因为焊丝直径大，则电流密度小，熔化焊丝所需要密度小，熔化焊丝所需要的热量增加，因而形成射的热量增加，因而形成射流过渡的临界电流值也随流过渡的临界电流值也随之增大。之增大。 （3 3）焊丝伸出长度焊丝伸出长度 焊焊丝伸出长度

47、长，电阻热的丝伸出长度长，电阻热的预热作用增强，焊丝熔化预热作用增强，焊丝熔化快，易实现射流过渡，使快，易实现射流过渡，使临界电流值降低。临界电流值降低。图图2-242-24焊丝直径、伸出长度焊丝直径、伸出长度与临界电流的关系与临界电流的关系第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 （4 4）气体介质气体介质 不同气体介质对电不同气体介质对电弧电场强度的影响不同。弧电场强度的影响不同。 在在ArAr气保护下弧柱电场强度较低、气保护下弧柱电场强度较低、电弧弧根容易扩展，易形成射流过电弧弧根容易扩展，易形成射流过渡，临界电流值较低。渡，临界电流值较低。 当当ArAr气中加入气中加入C

48、O2CO2时，随加入时，随加入CO2CO2的比例增加临界电流值增大。若的比例增加临界电流值增大。若CO2CO2的比例超过的比例超过3030，则不能形成，则不能形成射流过渡。射流过渡。 当当ArAr中加入中加入O O2 2时，如果时，如果O O2 2的比例的比例小于小于5 5，因为，因为O O2 2使熔滴表面张力降使熔滴表面张力降低，减小过渡阻力，故可降低临界低，减小过渡阻力，故可降低临界电流值。但若电流值。但若O O2 2加入量增大，因为加入量增大，因为O O2 2的解离吸热使弧柱电场强度提高，的解离吸热使弧柱电场强度提高，电弧收缩不易扩展，使临界电流反电弧收缩不易扩展，使临界电流反而提高。而

49、提高。图图2-26 2-26 气体介质成分对气体介质成分对临界电流的影响临界电流的影响第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡 （5 5）电源极性电源极性 直流反接时直流反接时，焊丝为阳极，熔滴上的斑点压力较，焊丝为阳极，熔滴上的斑点压力较小，熔滴易脱落，临界电流值较小，易实现射流小，熔滴易脱落，临界电流值较小，易实现射流过渡；过渡； 直流正接时直流正接时，焊丝为阴极，熔滴上的斑点压力较，焊丝为阴极，熔滴上的斑点压力较大，阻碍熔滴过渡，临界电流值较大，电弧不稳大，阻碍熔滴过渡，临界电流值较大，电弧不稳定，不易实现射流过渡。定，不易实现射流过渡。 如果采用活化焊丝如果采用活化焊丝（在焊丝表面涂敷一层低逸出（在焊丝表面涂敷一层低逸出功的活化剂，例如功的活化剂，例如Cs2CO3Cs2CO3）可减弱熔滴上的斑点）可减弱熔滴上的斑点压力，有利于形成射流过渡。压力，有利于形成射流过渡。第二章第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡焊丝的熔化和熔滴过渡2.3.4 2.3.4 渣壁过渡渣壁过渡 渣壁过渡是焊条电弧焊和埋弧焊中出现的一渣壁过渡是焊条电弧焊和埋弧焊中出现的一种熔滴过渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池，种熔滴过渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池，见图见图2-272-27。图图2-27 2-27 渣壁过渡渣