焊丝的熔化和熔滴过渡
第2章 焊丝的熔化与熔滴过渡
滴，由于受到各种大小不同的作用力，具体形状和位置不断变 化，从而熔滴以不同的形式脱离焊丝或焊条，过渡到熔池中去。
一
熔滴上的作用力
熔滴上的作用力可分为重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力 和电弧气体的吹力等。
1
重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。平焊时， 熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰焊位置则阻碍熔滴 过渡。
1)
s
m y m
100%
焊接中飞溅的产生
a. 伴随气体析出而引起的飞溅．
b. c. d.
气体爆炸引起的飞溅
电弧斑点力引起的飞溅
短路过渡再引燃引起的飞溅 焊接方法和规范 过渡形式 电源动特性 气体介质 极性 焊丝、焊件表面的清洁度
２）影响飞溅的因素
a. b. c. d. e. f.
图2-21 射流过渡形成机理示意图
图2-22 熔滴过渡频率（或体积）与电流的关系 钢焊丝 φ1.6mm,Ar+O2(1%),弧长6mm,DCEP
图2-23 不同材质焊丝的临界电流
图2-24 焊丝直径、伸出长度与临界电流的关系
图2-25 射流过渡时飞溅示意图
磁控旋转射流过渡
a.正常射流过渡 b.旋转射流过渡
c. ５） a. b.
c.
d.
图2-12 短路过渡示意图
图2-13 短路过渡过程电弧电压和电流动态波形图
图2-14 短路过渡的主要形式
a.固态断路 b.细丝小电流时 c.中等电流小电感时
图2-15 短路过渡频率与电弧电压的关系
图2-16 送丝速度与短路过渡频率、短路时间和短路电流峰值的关系
２ 接触过渡（短路过渡）
１） 定义：当电流较小，电弧电压较低时，弧长较短，熔滴未长成大 滴就与熔池接触形成液态金属短路，电弧熄灭，随之金属熔滴在 表面张力及电磁收缩力的作用下过渡到熔池中去，熔滴脱落之后 电弧重新引燃，如此交替进行。 短路过渡的过程： 稳定性及其影响因素
焊丝的熔化与熔滴过渡
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 1 焊丝的加热与熔化
1，焊丝的加热与熔化特性－电弧热 • 当弧柱温度为6000K时，UT<1V, 当电流密度较大时，
UA≈0，因此，
PK =I (Uk -Uw )
PA =IU w
即阴极区与阳极区的产热量多少主要与UW和UK值有关。 焊丝接正极时产生的热量主要决定于材料溢出电压UW和 电流大小。当焊丝按负极时，其加热熔化情况则与(UK－ UW)值有关。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 1 焊丝的加热与熔化
1，焊丝的加热与熔化特性－电阻热 • 焊丝干伸长Ls的电阻热为：
PR =I 2Rs
Rs =
Ls S
当焊丝材料为碳钢、不锈 钢和钛等电阻率较大的材 料时，电阻热的作用是明 显的，热丝TIG焊就是电 阻热的一大应用。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 1 焊丝的加热与熔化
(反接)所产生的热量，弧柱区所产生的高温辐射热量对焊丝(条) 熔化居次要地位。 • 阴极区与阳极区的产热情况是不同的，热功率分别表示为:
PK =I (Uk -Uw -UT )
PA=I (U A+Uw +UT )
可知焊丝端部的产热量都与焊接电流成正比，它的比例常数等于式 中括号内的数值，将其称为焊丝熔化的等效电压并用Um表示。 Um 值的大小与极性、电极材料、工艺参数及气体介质等因素有关。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 1 焊丝的加热与熔化
2，焊丝的熔化速度、熔化系数及其影响因素 • 焊丝(条)的熔化速度(vm)是以单位时间内焊丝熔化的长
度(m/h)或熔化的重量(g/h)来表示。
• 熔化系数(m)则是指单位时间内通过单位电流时所熔化
焊丝熔化及熔滴过渡总结解析
射流过渡：熔滴呈细小颗
粒，沿焊丝的铅笔尖状的端 头以喷射状态快速通过电弧 空间向熔池过渡的形式。
形成条件：钢焊丝MIG 焊中，电流必须达到一 定的临界值。 射流过渡过程：
是不连续的。 • 实质：熔化速度与送丝速度不一致 • 短路过渡特点：
--细丝，短弧 --燃弧熄弧交替进行，Φ1.6-50Hz， Φ0.8-130Hz --平均电流小，峰值电流大，适合薄板及全位置焊接 --小直径焊丝，电流密度大，产热集中，焊接速度快 --弧长短，焊件加热区小，质量高 --过程稳定 --飞溅大
射滴过渡：
熔滴直径达到与焊丝直径相近 时，电弧力使之强制脱离焊丝 端头，并快速通过电弧空间， 向熔池过渡的形式。
射滴过渡：熔滴直径达到与焊丝直径相近时，电弧力使之
强制脱离焊丝端头，并快速通过电弧空间，向熔池过渡的 形式。
• 形成条件：钢焊丝脉冲MIG焊、铝焊丝MIG焊，电流必
须达到一定的临界值，过渡形式才会从滴状过渡变为射 滴过渡
短路过渡:电流较小，电弧电 压较低，弧长比较短，熔滴未 长成大滴就与熔池接触形成液 态金属短路，电弧熄灭，金属 熔滴过渡到熔池中去。随后， 电弧重新引燃，如此交替，这 种过渡称为短路过渡。
短路过渡:
• 形成条件：φ≤1.6mm，细丝CO2焊 • 短路过渡过程：由燃弧和熄弧两个交替的阶段组成，电弧的燃烧
1．熔滴过渡分类： 2．射流过渡： 3．短路过渡
自由过渡
接触过渡 渣壁过渡
大颗粒过渡
颗粒过渡排斥过渡
(2)接触过渡搭 短桥 路过 过渡 渡
细滴过渡
co2气体保护焊熔滴过渡形式
co2气体保护焊熔滴过渡形式
CO2气体保护焊是一种常用的焊接方法，其作用是在焊接过程中用纯净的CO2气体环境保护焊接熔滴，从而确保焊缝的质量。
而CO2气
体保护焊的熔滴过渡形式是指焊丝在焊接过程中形成熔滴的过程和形
态变化。
首先，焊丝在通过焊枪进入焊接区域后，会被电弧加热并熔化。
当焊丝被完全熔化时，就会形成一个熔滴。
这个熔滴的形态会随着焊
接电流和电弧长度的变化而发生变化。
一般来说，焊接电流越大，电
弧长度越短，熔滴就会更大；反之，焊接电流越小，电弧长度越长，
熔滴就会更小。
其次，熔滴在焊丝末端形成后，会由重力和表面张力的作用下滴
落到焊接区域。
这个过程需要注意的是，熔滴滴落的速度和形态会受
到焊接电流和焊接速度的影响。
当焊接电流较大、焊接速度较快时，
熔滴滴落速度较快，形成的焊缝较宽；反之，焊接电流较小、焊接速
度较慢时，熔滴滴落速度较慢，形成的焊缝较窄。
最后，熔滴在滴落到焊接区域后，会迅速冷却凝固并形成焊缝。
这个过程是焊接过程中最关键的一步，关系到焊缝的质量。
如果熔滴
在滴落到焊接区域时没有受到适当的保护，会受到氧气的影响而产生
气孔等缺陷。
因此，通过CO2气体保护，可以避免氧气对焊缝的影响，确保焊缝的质量。
综上所述，CO2气体保护焊的熔滴过渡形式是一个动态的过程，其形态和滴落速度会受到焊接电流、电弧长度和焊接速度的影响。
在实际操作中，需要根据焊接要求和焊接工艺参数来调整这些因素，以获得良好的焊接效果。
只有掌握了CO2气体保护焊的熔滴过渡形式，才能实现焊缝的质量控制，提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
11-氩弧焊概述及熔化极氩弧焊熔滴过渡形式.
二、MIG焊的熔滴过渡
3）喷射过渡——产生原因
MIG电弧能够产生熔滴喷射过渡的根本原因是电弧形态比较扩展。 CO2气体分解对电弧有很大的冷却作用，使得电弧形态收缩并处于熔滴 下部，熔滴过渡受到排斥。在MIG电弧下，氩气是单原子气体，没有分解 问题，而且热传导率较小，对电弧的冷却作用小，因此电弧电场强度低， 形态上容易扩展，能够较大范围包涵焊丝端头，熔滴过渡比较容易。直接 原因是电磁力超过了表面张力的作用。
二、MIG焊的熔滴过渡 2）喷射过渡——临界电流
不同材料焊丝的临界电流
钢焊丝MIG焊电流值与熔滴 过渡频度及熔滴体积之间的关系
实现细颗粒喷射过渡的下限电流值称作临界电流(critical current)。当电流超过临界电流值后，过渡频度剧增，熔滴体积急 剧减小。临界电流值因焊丝材质、焊丝直径、保护气等有着显著的 差异。
喷射过渡的特点总结：
1.有明显的临界电流值； 2.一般情况下，熔滴沿焊丝轴向过渡；
3.一般情况下，熔滴尺寸不大于焊丝直径；
4.电弧形态发生突然变化。
二、MIG焊的熔滴过渡 （2）亚射流过渡与电弧自身固有的调节作用 亚射流过渡：适用于铝合金短弧MIG焊，可视弧长在2～8mm之间，因电流 大小而取不同的数值，带有短路过渡的特征，当弧长取上限 值时，也有部分自由过渡（射滴）。 过渡过程描述：介于短路过渡与喷射过渡之间 燃弧时间增长熔滴长大——>焊丝与熔滴间形成缩颈达到临界脱落状态 ——>以射滴形式脱离之前同熔池短路——>电弧熄灭——>电磁收缩力和表 面张力作用下缩颈迅速破断——>完成过渡——>重燃电弧 与短路过渡的区别 短路:熔滴与熔池短路之前没有缩颈，短路 时间长，短路电流大，飞溅大过渡不 平稳。 亚射流:短路之前有缩颈，短路电流小， 路时间短，飞溅小，过渡平稳。
焊接工艺问答—熔滴过渡方式
焊接工艺问答—熔滴过渡方式焊接过程中，消耗电极（焊丝，焊条）熔滴过渡方式1、短路过渡使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG 焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。
电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。
短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。
焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。
以下对一个完整的焊接工艺过程进行分析，短路过渡工艺过程的示意见下图。
（1）当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。
当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。
①较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。
②在图中短弧区，焊接电流迅速提高。
③当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。
（2）采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。
此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。
（3）当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中。
（4）随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。
电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。
（5）从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。
（6）电弧对焊丝和焊缝进行加热。
（7）在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。
现代焊接技术-第二章焊丝的熔化和熔滴的过渡
中国矿业大学材料科学与工程学院
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
2.2.3 电弧力
电弧中的电磁收缩力、等离子流力、斑点压 力对熔滴过渡都有不同的影响。需要指出的是， 电流较小时住往是重力和表面张力起主要作用； 电流较大时，电弧力对熔滴过渡起主要作用。
School of Material Science & Engineering
Fmg
重力
中国矿业大学材料科学与工程学院
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
2.2.2 表面张力
Fδ=2πRσ (2-9)
焊丝半径为R， 熔滴半径为r σ是表面张力系数
Fδ可以分解为径向分力Fδr以及轴向分力Fδα，
径向分力使熔滴在焊丝末端产生缩颈， 轴向分力则使熔滴保持在焊丝末端．阻碍熔滴过渡。
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
School of Material Science & Engineering
中国矿业大学材料科学与工程学院
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
6．气体介质及焊丝极性的影响 焊丝接阳极时： Vm =KIUw与气体介质无关 焊丝接阴极时： Vm =KI(Uk-Uw）Uk与气体介质有关，
c)BC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义。
School of Material Science & Engineering
中国矿业大学材料科学与工程学院
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
3．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 流密度也越大．从而使焊丝熔化速度增大，见图 2-2。
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
第二章 电弧焊熔化现象
注意：微量元素会对熔深、熔宽有影响，当采用规范参数 不变时，可通过调整微量元素来改变熔深。
3） 焊接熔池表面张力流的研究（自学） 注意：微量元素会对熔深的影响原因是 引起表面张力的正温度系数变化。氧、
硫使熔深增加的原因如右图：
3
等离子流及电磁对流对熔化现象的影响 等离子流使熔池表面金属产生向着周边的流动。 电磁对流使熔池表面金属产生向着熔池中心的流动。
2）坡口和间隙
采用对接形式焊接薄板时不需留间隙，也不需开坡口； 板厚较大时，为了焊透工件需留一定间隙或开坡口，此时 余高和熔合比随坡口或间隙尺寸的增大而减小，因此，焊 接时常采用开坡口来控制余高和熔合比。
总之，影响焊缝成形的因素很多，想获得良好的焊缝 成形，需根据工件的材料和厚度、焊缝的空间位置、接头 形式、工作条件、对接头性能和焊缝尺寸要求等，选择合 适的焊接方法和焊接工艺参数；否则就可能造成焊缝的成
（一）熔滴上的作用力
1
重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。 平焊时，熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰 焊位置则阻碍熔滴过渡。 FG＝mg＝(4／3)πRD³ρg
2
表面张力Fσ 此处的表面张力Fσ 是指焊丝端头上保持熔滴的 作用力。
Fσ ＝2π Rσ 式中 ： R——焊丝半径；σ ——表面张力系数。
3） 熔池内部的电流产生的电磁力：指向电流发散方向。
4）熔化金属密度差引起的浮力流。 2 表面张力流与微量元素的影响 1）液态金属的表面张力 （1） 表面张力随温度的增加而降低。
（2） 大多数液态金属，当其含有氧、硫等表面活性元素 时，表面张力会大幅度降低。 注意：当有表面活性元素存在时，表面张力的温度系数会 变为正值。见P65图2.11。 2） 微量元素对熔池现象的影响（自学）
第三章 焊丝的熔化及熔滴过渡
太原科技大学
Spatter is caused by droplet explosive
Slow dropping spatter is caused by flux-well guided transfer Spatter is caused by droplet explosive
起 的熔 飞滴 溅爆 炸 引
Spatter is caused by arc force
The movie of covered electrode droplet transfer process taking with high speed photography Petazent-16 Type High Speed Movie Camera (1000 f / s) 太原科技大学 2-31
喷 射 过 渡 形 成 的 喷 洒 飞 溅
渣壁过渡形 成的飘离飞溅
太原科技大学
Spatter is caused by arc force
电 弧 力 引 起 的 飞 溅
当熔滴偏离套筒时电弧斑点压力将 熔滴推离套筒，造成飞溅。熔滴越 粗大，飞溅的几率也越大。
Arc force
太原科技大学
电弧力引起的飞溅
太原科技大学
太原科技大学
3.1 焊条的熔化与熔滴过渡
焊芯直接受到电弧热的作用，焊芯的加热熔化和金属 向熔池的过渡，明显地超前于药皮，而药皮的熔化，其内 层又超前于外层，这样经过一段很短的电弧过程后，焊条
端部形成套筒。
太原科技大学
3.1.1 焊条的加热及熔化 （1）焊芯的加热 ① 电阻热 在正常的工艺参数下，电阻预热作用不太大，当
熔 池 表 面 气 体 逸 出 引 起 的 飞 溅
太原科技大学 2-29
chapter3 焊丝的加热熔化及熔滴过渡PPT课件
如果重力Fg>表面张力F σ，熔滴将过渡到熔池中去。
2R 4r3g
3
r 3 R3 2•源自gR223如果采用同样直径的焊丝，即R一定，由于表面张力 系数和密度不同，其熔滴形态也不同。 越大，则过渡的熔滴越细。
24
（三）电磁力
电磁力是具有方向和大小的矢量，设作用在单位体 积上的力Fm(N/m3) ，则有公式： Fm=J*B J——电流密度（A/m2） B——磁力线密度（Wb/m2）
/ m/min
熔 化 速 度 （
）
焊接电流/A 铝焊丝熔化速度与电流的关系
7
电弧电压对熔化速度的影响作用不大。当电流 一定时，即使弧长（电弧电压）改变，焊条熔化 速度几乎不会发生变化。特别是电弧电压较高时， 电弧电压对焊丝熔化速度影响不大。在弧压较低 的范围内，弧压变小，焊丝的熔化速度会增加。
8
铝焊丝熔化速度与焊接电流及电弧电压（电弧长度）的关系 9
原因二：
气体混合成份影响熔滴的过渡形式，过渡形式又影响
着熔滴的加热及焊丝的熔化。
13
3、电阻热的影响
考虑焊丝电阻热和端面电弧热
共同作用时的温度分布曲线示意
图。 横坐标：离导电嘴端面的距离。 电弧端面
ABC是电阻热决定的温升曲线 （50S以前），电弧端面的温升只
有CS=580C
DEF是由电弧端面热传导决定的
温升曲线。
曲线AGF是由ABC和DEF合成的，
表示焊丝的实际温度分布。
已知电弧端面的总的温度
A
HS=1535C 则：FS=1535-580=955C
P
导电嘴端面
导电嘴端面
H 1500C
G F 1000C
EC 500C
熔滴过渡名词解释
熔滴过渡名词解释熔滴过渡是指在电弧热作用下，焊丝或焊条端部的熔化金属形成熔滴，受到各种力的作用从焊丝端部脱离并过渡到熔池的全过程。
它与焊接过程稳定性、焊缝成形、飞溅大小等有直接关系，并最终影响焊接质量和生产效率。
熔滴过渡状态是指焊条熔化后滴入熔池的状态。
对熔滴过渡产生影响的因素包括保护气体的种类和成分，焊接电流和电压，焊条的成分和直径等。
1. 粒状熔滴过渡(Globular transfer)指熔滴直径比所使用的wire直径大时的过渡状态。
可以细分为低电流和中间程度的焊接电流范围内所产生的drop transfer和较高电流co2焊接时产生的repelled transfer。
2.短路熔滴过渡(Short circuiting transfer)Wire端部产生的熔滴与熔池直接接触过渡。
在低电流电压co2焊接时，或在惰性气体成分高的焊接条件下，即MAG或MIG焊接时会出现。
3.旋转熔滴Rotating transfer :在GMAW的大电流领域产生的现象。
由于电流越高熔合效率越高，因此从效率方面考虑时电流越高越好。
但是与其相对应缺点是很难控制熔池，易产生焊接不良。
目前对提高焊接效率的研究主要集中在rotating mode的control方面。
4.射流过渡Spray transfer :是指比焊接wire小的熔滴的过渡状态。
在较高电流中Ar主成份的保护气体焊接时产生。
喷雾过渡时熔滴一滴一滴有规律的过渡，因此称为projected transfer。
熔化后滴落的wire前端形成小的粒状，熔滴以流淌的状态过渡，称为streaming transfer 。
另外熔化的wire前端拉长并高速旋转的过渡称为rotating transfer。
5.球状体过渡前端熔化金属变大形成球状，继而发展为比表面张力还重的大粒熔滴，向母材侧落下过渡的形态叫球状体过渡。
这种形式在CO2焊接的电流区更明显。
因熔滴过渡时不是直落而下，所以焊缝略显不规则，飞溅也多。
co2气体保护焊的熔滴过渡形式
co2气体保护焊的熔滴过渡形式CO2气体保护焊是一种常用的焊接方法，它使用CO2气体作为保护气体，以保护熔池免受空气中氧气和水蒸气的侵蚀。
在CO2气体保护焊过程中，焊工需要掌握熔滴过渡形式，以确保焊接质量和效率。
首先，让我们来理解什么是熔滴过渡形式。
在焊接过程中，焊接电弧所产生的热量会使焊接材料（工件和焊丝）熔化，形成熔滴，并通过熔滴的传送与焊件融为一体，从而完成焊接。
而熔滴过渡形式指的是焊接过程中熔滴的形态变化。
熔滴的过渡形式主要有滴落式、喷射式和短脉冲式三种。
滴落式熔滴过渡形式是最常见的形式。
在焊接开始阶段，焊丝在电弧烧蚀下形成小颗粒熔滴，这些熔滴相对较大，重力的作用下从焊丝底部滴落到焊件上，并在焊件表面凝固。
这种形式下，焊丝的滴落速度是稳定的，而且既能保证焊缝质量又能提高焊接效率。
喷射式熔滴过渡形式则是在滴落式基础上发展而来。
当焊接电弧稳定后，焊丝熔化后的熔滴将在电弧的作用下向前喷射，形成悬挂在焊丝末端的熔滴。
这种形式下，焊丝的滴落速度相对较快，焊接质量更高，但焊接速度相对较慢，因为喷射式会使热量更加集中在一个小区域，能够提供更高的焊接温度和更好的焊缝质量。
短脉冲式熔滴过渡形式是一种技术复杂度较高的形式。
焊接电弧通过调节电流和电压的变化，实现了熔滴短脉冲的形成。
这种形式下，焊丝的熔滴会以非常快的速度喷出，并迅速接触到焊件表面，焊缝形成后熔滴迅速冷却凝固。
这种形式下，焊接热输入较小，可避免焊接变形，能够用于焊接薄板。
掌握不同熔滴过渡形式的方法对焊工来说非常重要，因为不同的形式适用于不同材料和焊接要求。
在实际操作中，焊工需要根据焊接材料的厚度、焊缝形式和焊接速度等因素，选择合适的熔滴过渡形式，以保证焊接质量和效率。
总结起来，熔滴过渡形式是CO2气体保护焊中关键的焊接参数之一。
通过了解滴落式、喷射式和短脉冲式三种形式的特点和适用范围，焊工可以选择合适的熔滴过渡形式，提高焊接质量和效率，确保焊接工作的顺利进行。
【气体保护焊】3焊丝的加热、熔化及熔滴过渡
H 1500C G F 1000C
E
B
C 500C S
电弧端面
D
对于电阻系数较大的金属焊丝，电阻热对焊 丝熔化速度的影响非常明显，一般焊丝伸出长度 增大，导致电阻热增加，预热温度升高，使得焊 丝的熔化速度增大。
熔 化 速 度 熔 化 速 度
（
m/ min） 电流/A
（
m/ min）
干伸长度/mm
二、影响焊丝熔化速度的因素
焊丝的熔化速度是随着焊丝的牌号、电流的种 类（交流、直流和极性）而异的，受焊接规范参 数及焊丝表面状态的影响很大。 熔化系数（melting coefficient）α m ：单位电 流、单位时间内焊丝的熔化量。（g/Ah） 又称比熔化量。
1、电流和电压对熔化速度的影响
2r
Fg
4 m r 3 3
2 3.14 (1.6 / 2) 1200103 m 0.61g 9.8
2r 5.4(m m)
液态金属表面张力随温度的变化
(二)重力
4 3 重力 Fg mg gv r g 3
如果重力Fg>表面张力F σ，熔滴将过渡到熔池中去。
4 2R r 3 g 3
r 3 3 R 2 gR 2
如果采用同样直径的焊丝，即R一定，由于表面张力 系数和密度不同，其熔滴形态也不同。
越大，则过渡的熔滴越细。
（三）电磁力
电磁力是具有方向和大小的矢量，设作用在单位体 积上的力Fm(N/m3) ，则有公式： Fm=J*B J——电流密度（A/m2） B——磁力线密度（Wb/m2）
Chapter 3 焊丝的加热、熔化及熔滴过渡
§3-1 焊丝的加热与熔化 §3-2 熔滴过渡形式及其作用力
熔滴过渡方式
熔滴过渡方式焊接过程中，消耗电极（焊丝，焊条）熔滴过渡方式1）短路过渡使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG 焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。
电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。
短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。
焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。
以下对一个完整的焊接工艺过程进行分析，短路过渡工艺过程的示意见下图A 当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。
当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。
①较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。
②在图中短弧区，焊接电流迅速提高。
③当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。
B 采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。
此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。
C 当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中。
D 随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。
电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。
E 从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。
F 电弧对焊丝和焊缝进行加热。
G 在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。
《焊接工程基础》知识要点复习
《焊接工程基础》知识要点复习第一章电弧焊基础知识及第二章焊丝的熔化和熔滴过渡一焊接的概念：通过适当的物理化学过程（加热或者加压，或者两者同时进行，用或不用填充材料）使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。
二电弧的概念：电弧是在一定条件下电荷通过电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。
三电弧中带电粒子的产生:电弧是由两个电极和它们之间的气体空间组成。
电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生的，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。
四电离与激励（一)电离：在一定条件下中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离.电离的种类： 1 .热电离：高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。
2. 电场电离：带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过程称为电场作用下的电离。
3.光电离: 中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。
（二）电子发射：金属表面接受一定的外加能量，自由电子冲破金属表面的约束而飞到电弧空间的现象.1、热发射金属表面承受热作用而产生的电子发射现象.热阴极：W、C 电极的最高温度不能超过沸点；冷阴极：Fe，Cu，Al,Mg等。
影响因素：温度、材质、表面形态2、电场发射：当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用,当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称电场发射。
对低沸点材料，电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用。
影响因素：温度、材质、电场大小3、光发射：当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来,这种现象称为光发射。
4、粒子碰撞发射：高速运动的粒子（电子或离子)碰撞金属表面时,将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。
在一定条件下，粒子碰撞发射是电弧阴极区提供导电所需电子的主要途径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图2.5 电弧的固有调节作用 a.铝焊丝，b.钢焊丝
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（3）焊丝直径
φ减小电阻R增大电阻热增加vm增大,图2-2
图2.6 焊丝直径与熔化速度
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
（6）气体介质 图2-5，CO2增加，Ar减少，CO2分解使吸热增 加，电弧收缩效应使UC增大，即PC增大，使vm随 之增加。
图2.8 气体介质与熔化速度
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（7）焊丝极性 DCSP，焊丝为阴极，UC>>UW，所以PC>PA，
②焊丝接负斑点力阻止熔滴过渡，易产生飞溅；
③母材接负产热高，有利于母材熔化；
④阴极清理作用，有利于清除氧化膜。
❖ 非熔化极电弧焊（热阴极）：
∵UC<<UW，∴PC<<PA，电极作阳极产热大
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（2）电阻热
2.1 焊丝的加热与熔化特性
❖ 2.1.2熔化速度和比熔化量——评价焊丝熔化特 性
（1）焊丝比熔化量（MR） 定义：单位时间、单位电流下的熔化金属量，体 现了热效率，单位mg/(A·s)。
（2）焊丝熔化速度（vm）
定义：单位时间的熔化金属量，单位m/min或 kg/h。由电弧热及焊丝电阻热决定。
铝焊丝电阻热可忽略，教材图2.2，焊丝熔化速 度与I成正比；
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（4）干伸长（焊丝伸出长度） ls增大R增大电阻热增加 vm增大，图2-3
（5）焊丝材料
图2.7 干伸长与焊丝熔化速度的关系
焊丝材料的电阻率不同，使vm不同，图2-2，2-3
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
图2-5、2-6
图2.9 焊丝极性与熔化速度的关系
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（8）熔滴的过渡形态
图2.10 熔滴过渡形态对熔化速度的影响
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.2 熔滴上的作用力
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
❖ 2.1.1焊丝的熔化热 ——焊丝的作用：①作为电极参与导电；②作为 填充材料填充焊缝。 ——焊丝熔化热来自于： ①电弧热； ②焊丝工学院 材料科学与工程学院 罗怡
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
可得：焊丝端部产热量与电流成正比，比例常数 为熔化等价电压。
∵UT<1V，j较大时，UA≈0
∴PA=IUW
——DCRP
PC=I(UC-UW) ——DCSP
❖ 熔化极电弧焊（冷阴极）：
∵UC>>UW， ∴PC>>PA
❖ 2.2.1熔滴上的作用力 熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
电阻热对焊丝熔化速度的作用：
图2.3 铝焊丝熔化速度与电流关系 图2.4 不锈钢焊丝熔化速度与电流关系
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（2）电弧电压（弧长） 弧长较长时，U的变化对vm影响不大； 弧长较短时，U减小， vm增大。教材图2-4 电弧的固有调节作用：当弧长因受外界干扰而变 化时，电弧本身有恢复到原弧长的能力。
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
∴焊丝为阴极(DCSP)时产热比焊丝为阳极(DCRP) 产热高——焊丝接负时比焊丝接正时熔化快。
总结：熔化极电弧焊采用DCRP的原因
①焊丝接负（DCSP）比接正熔化快，产生的焊缝 余高a大，不利于焊缝成形；
材料连接方法与工艺
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
重庆理工大学
焊丝的熔化和熔滴过渡
2.1
焊丝的加热与熔化特性
2.2
熔滴上的作用力
2.3
熔滴过渡及其特点
2.4
焊接飞溅
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
本章提示
❖ 本章重点：①焊丝的熔化机理；②熔滴上力的作 用及其对熔滴过渡的影响；③典型的熔滴过渡形 式，如短路过渡、喷射过渡；④焊接飞溅。
PR=I2Re Al、Cu焊丝，Re小，PR可忽略不计； 钢、不锈钢等焊丝，Re大，PR不可忽略。 （3）焊丝熔化总热量
Pm=I(Um+IRe) 即：Pm=I(UC-UW)+I2Re
Pm=IUW+I2Re
——DCSP ——DCRP
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
钢焊丝电阻产热对焊丝熔化速度的影响，教材图
2.3
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
❖ 2.1.3影响焊丝熔化速度的因素 （1）焊接电流I
I增大，电弧热与电阻热增加——vm增大；
图2.2 焊丝熔化速度与焊接
电流、焊丝直径的关系
重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（1）电弧热 焊丝作为阳极（DCRP）的产热量： PA=I(UA+UW+UT) 焊丝作为阴极（DCSP）的产热量： PC=I(UC-UW+UT) 其中，UA——阳极压降；UC——阴极压降； UW——电极材料的功函数；UT——弧柱电子、 离子动能的等价电压。
❖ 本章难点：与熔滴过渡有关的热、力的作用及其 对焊接工艺的影响。
❖ 学习方法建议：将焊丝熔化、熔滴过渡的物理过 程与焊接电弧物理相关知识结合，帮助学习理解。
❖ 学习提示：本章内容主要涉及添加焊丝的焊接方 法的熔化现象，即MIG、MAG、CO2、SAW等熔化极 电弧焊与加丝TIG、加丝PAW等非熔化极电弧焊。