第二章_焊条熔化及熔池形成1011
焊接方法与设备第2章 焊条电弧焊知识讲解
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(2)BX1—300型弧焊变压器 BX1—300是动铁式弧焊变压器，它由一个口字形固定铁心和一
个梯形活动铁心组成，活动铁心构成了一个磁分路，以增强漏 磁使焊机获得陡降外特性。她的一次侧和二次侧绕组各自分成 两半，分别绕在变压器固定铁心上，一次侧绕组两部分串联接 电源，二次侧绕组两部分并联接焊接回路。 BX1-300焊机的焊接电流调节方便，仅需移动铁心就可满足电流 调节要求，其调节范围为75-400A，调节范围广。当活动铁心由 里向外移动而离开固定铁心时，漏磁减少，则焊接电流增大， 反之，焊接电流减少。其梯形动铁心相对固定铁心移动调节电 流大小，如图2-9所示。
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图2-9 动铁心相对固定铁心移动调节电流
Ⅰ—静铁心 Ⅱ—动铁心 δ—气隙长度
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2.弧焊整流器 (1)硅弧焊整流器 硅弧焊整流器是以硅二极管作为整流元件，利用降压变 压器将50Hz的单相或三相交流电网电压降为焊接时所需的低电压，经硅整 流器整流和电抗器滤波后获得直流电的直流弧焊电源。硅弧焊整流器曾一 度是直流弧焊发电机的替代产品之一，现有被晶闸管式弧焊整流器、弧焊 逆变器替代的趋势，其型号有ZXG—160、ZXG—400等。硅弧焊整流器的组 成如图2-10所示。
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三、 常用焊条电弧焊电源 1.弧焊变压器 (1)BX3—300型弧焊变压器 BX3—300型弧焊变压器属于动圈式，是生 产中应用最广的一种交流焊机，其外 形如图2-7所示。它是依靠一、二次 侧绕组间漏磁获得陡降外特性的。
图2-7 BX3—300型弧焊变压器外形 17
其结构如图2-8所示，它有一 个高而窄的口字形铁心。变压 器的一次侧绕组分成两部分， 固定在口形铁芯两芯柱的底部。 二次侧绕组也分成两部分，装 在两铁心柱的上部并固定于可 动的支架上，通过丝杆连接， 转动手柄可使二次侧绕组上下 移动，以改变一、二次侧绕组 间的距离，从而调节焊接电流 的大小。
焊接工程学(第二章)-1ppt课件
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六、电焊条的选用原则
1、从焊件的力学性能和化学成分考虑：
部不受电弧光的辐射和灼伤。有手持式和头
盔式两种。面罩的护眼玻璃有减弱电弧光并
过滤红外线、紫外线的作用。
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五、电焊条的分类
1、按焊条用途分
结构钢焊条——焊接碳钢和低合金高强钢；
钼和铬钼耐热钢焊条——焊接珠光体耐热钢和 马氏体耐热钢；
低温钢焊条——焊接低温工作的结构钢；
铸铁焊条——用于补焊铸铁构件；
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物理熔剂：在气焊铝及其合金时，熔池 表面会形成一层Al2O3薄膜，该薄膜不 能被酸性或碱性熔剂中和，会阻碍焊 接过程的进行。此时，可用有物理作 用的熔剂将Al2O3溶解，从而获得高质 量焊缝。
物理熔剂有氯化钾、氯化钠、氯化锂、 氟化钾、氟化钠、硫酸氢钠等。
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气焊熔剂的选择：应根据母材金属在气焊过
焊接普通碳素钢时采用H08A、H08Mn、H08 MnA焊丝；焊接优质碳素钢和低合金结构钢 时采用H08Mn、H08MnA、H10Mn2、H10 Mn2MoA焊丝。
铸铁用焊丝：分灰铸铁焊丝和合金铸铁焊丝两
种。
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2、气焊熔剂
A、气焊熔剂的作用
气焊过程中，被加热的熔化金属极易与周围 空气中的氧或火焰中的氧化合生成氧化物， 使焊缝中产生气孔和夹渣等缺陷。为防止金 属的氧化及消除已经形成的氧化物，在焊接 有色金属、铸铁和不锈钢等材料时，必须采 用气焊熔剂。
焊接(第2章)
真空
真空电子束焊接
自保护
用含有脱氧、脱氧剂的“自保护 ‘焊丝进行焊接
注意：要获得与母材性能相同的焊缝金属，不要求二者的化学成分完全一样。
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第2章 焊接化学冶金过程
3）机械保护作用
•焊条药皮、药芯焊丝一般由造气剂、造渣剂、铁合 金等组成。这些物质熔化后形成熔渣覆盖在液体金属 表面，将金属与空气隔离，防止金属中有益元素的烧 损和有害元素的侵入。
4）飞溅率Ψ
aH = mH /It
Ψ = (m- mH )/m = 1- aH /ap
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第2章 焊接化学冶金过程
3 焊条金属的过渡特性
1）熔滴过渡参数
•焊条金属熔化后，只有一小部分（<10％）的蒸发损失， 而90％的是以滴状过渡到熔池中。
• 熔滴过渡的速度和熔滴的尺寸影响焊接过程的稳定性、 飞溅程度、焊缝的成形好坏。
因此，焊接的金属与气体的作用可归结为 氢、氮、氧的作用。
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第2章 焊接化学冶金过程
二 氢对熔池金属的作用 1.氢在金属中的熔解
2.氢的扩散 3.氢对焊接质量的影 ( 1）氢脆性：
（2）白点：
（3）气孔： （4）冷裂纹：
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第2章 焊接化学冶金过程
4 控制氢的措施 （1）限制焊接材料中氢的来源：焊接材料中 的有机物和各形式的水分是焊缝中氢的主要来 源。 （2）清除焊件和焊丝表面的杂质： （3）冶金处理： （4）控制焊接参数： （5）焊后脱氢处理：
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第2章 焊接化学冶金过程
三 熔渣的碱度 1 定义
碱度是表征熔渣碱性强弱的一个量。 2 氧化物分类
•酸性氧化物：
SiO2，TiO2，P2O5，V2O5(由强至弱)
金工实习答案-焊接
一、弧焊初步5.如何引弧？引弧操作应注意那些方面？引弧就是开始焊接时使焊条和工件间产生稳定的电弧。
引弧时首先是焊条末端和工件表面接触形成短路，然后迅速将焊条向上提起2~4mm的距离，即可引燃电6.手弧焊机有哪几种？说明你在实习中使用的手弧焊机的型号和主要技术参数。
能否把焊条和焊件连在普通变压器的两端进行起弧和焊接？为什么？按电源种类分为：交流弧焊机和直流弧焊机两大类。
其中直流弧焊机按变流方式又分弧焊发电机、弧焊整流器、逆变弧焊器。
实习中使用的手弧焊机型号为BX3—300交流弧焊机（增强漏磁类、动圈式）主要技术参数：初级电压、空载电压、工作电压、输入容量、电流调节范围、负载持续率等。
不能，弧焊变压器实际上是一台具有一定特性的变压器，其主要特征是在等效次级回路中增加阻抗，获得陡降的外特性，以满足焊接工艺的要求。
焊接变压器中可调感抗的作用，不仅是用来获得下降特性，同时还用来稳定电弧和调节焊接电流。
7.焊芯起到什么作用？对焊芯的化学成分应提什么样的要求？为什么要提这些要求？药皮起什么作用？试问用光丝能否进行焊接？若用，会产生什么后果和应采取什么措施？焊条芯主要起传导电流和填补焊缝金属。
对焊芯的化学成分和非金属杂质的多的作用，少将直接影响焊缝质量。
因此，焊条芯的钢材都是经过专门冶炼的，符合国家标准。
焊条钢芯具有较低的含碳量和一定含锰量。
焊条芯直径为0．4~9mm，其中直径为3~5mm的焊条应用最普遍。
焊条长度为300~ 450mm。
主要作用：提高焊接电弧的稳定性；对焊缝金属脱氧、脱硫和脱磷；向焊缝金属渗入合金元素。
在空气中不能用光丝进行焊接。
只有在惰性气体和真空下光丝能够进行焊接。
8.你在实习中使用的焊条类型、型号和尺寸是什么？举例说明型号各部分的意义是什么？实习中使用的焊条类型是：碳钢焊条型号是：E4303、（牌号是：J422）Φ3.2、L为350。
CBll7—85规定的碳钢焊条型号以字母“E”加四位数字组成，如E4303。
焊接化学冶金
(二) 保护的方式和效果
1 埋弧焊：利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金 属的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。 2 气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气 体(氩、氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其 合金。 3 渣-气联合保护：焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣 剂和铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣-气联合保 护。 4 真空：真空保护效果是最理想的，如真空度高于0.0133Pa的 真空室内进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小。
t max
L v
m tcp vAw
Aw，焊缝截面积
3 熔池的温度
熔池各处的温度不均匀。
熔池前部，母材就不断地熔化 熔池中部具有最高的温度。
熔池后部的温度逐渐降低。
低碳钢熔池的平均温度约为 1770±100 ℃。
图1-4熔池的温度分布 1-中部 2-前部 3-后部
4 熔池中流体的运动状态 熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池中 热量和质量传输过程得以进行。 1 运动方向 熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯 曲表面向熔池的后部运动； 熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向 中心运动。 2 运动作用 a) 使母材和焊条金属充分混合，形成成分 均匀的焊缝金属。 b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提高 焊接质量。
电弧热：焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源。
2 焊条金属的平均熔化速度 平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。平均熔化速 度与焊接电流成正比 。gM=G/t=αpI 平均熔敷速度 ：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均 熔敷速度。gD=GD/t=αHI 损失系数：在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部 分焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系 数。
现代焊接技术-第二章焊丝的熔化和熔滴的过渡
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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。
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Fmg
重力
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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
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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。
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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）
金工实习答案焊接
金工实习答案-焊接一、弧焊初步5.如何引弧？引弧操作应注意那些方面？引弧就是开始焊接时使焊条和工件间产生稳定的电弧。
引弧时首先是焊条末端和工件表面接触形成短路，然后迅速将焊条向上提起2~4mm的距离，即可引燃电6.手弧焊机有哪几种？说明你在实习中使用的手弧焊机的型号和主要技术参数。
能否把焊条和焊件连在普通变压器的两端进行起弧和焊接？为什么？按电源种类分为：交流弧焊机和直流弧焊机两大类。
其中直流弧焊机按变流方式又分弧焊发电机、弧焊整流器、逆变弧焊器。
实习中使用的手弧焊机型号为BX3—300交流弧焊机（增强漏磁类、动圈式）主要技术参数：初级电压、空载电压、工作电压、输入容量、电流调节范围、负载持续率等。
不能，弧焊变压器实际上是一台具有一定特性的变压器，其主要特征是在等效次级回路中增加阻抗，获得陡降的外特性，以满足焊接工艺的要求。
焊接变压器中可调感抗的作用，不仅是用来获得下降特性，同时还用来稳定电弧和调节焊接电流。
7.焊芯起到什么作用？对焊芯的化学成分应提什么样的要求？为什么要提这些要求？药皮起什么作用？试问用光丝能否进行焊接？若用，会产生什么后果和应采取什么措施？焊条芯主要起传导电流和填补焊缝金属。
对焊芯的化学成分和非金属杂质的多的作用，少将直接影响焊缝质量。
因此，焊条芯的钢材都是经过专门冶炼的，符合国家标准。
焊条钢芯具有较低的含碳量和一定含锰量。
焊条芯直径为0．4~9mm，其中直径为3~5mm 的焊条应用最普遍。
焊条长度为300~ 450mm。
主要作用：提高焊接电弧的稳定性；对焊缝金属脱氧、脱硫和脱磷；向焊缝金属渗入合金元素。
在空气中不能用光丝进行焊接。
只有在惰性气体和真空下光丝能够进行焊接。
8.你在实习中使用的焊条类型、型号和尺寸是什么？举例说明型号各部分的意义是什么？实习中使用的焊条类型是：碳钢焊条型号是：E4303、（牌号是：J422）Φ3.2、L为350。
CBll7—85规定的碳钢焊条型号以字母“E”加四位数字组成，如E4303。
焊接热源及熔池形成解析
gM
G t
pI
p ——焊条熔化系数
熔敷速度：单位时间内焊接材料进入焊缝金 属的质量。
gD
GD t
H I
H ——焊条熔敷系数
损失系数：飞溅、氧化和金属蒸发损失焊条金 属与熔化金属总量之比。
G GD gM gD 1 H
G
gM
p
或
M (1 ) p
焊条金属的瞬 时熔化速度
分析可知提高焊条熔化速度的途径：
单位时间内通过单位面积传入焊
件的热能）分布，可近似地用高
斯数学模型来描述。
q(r) qmeKr 2
立体高斯曲面下的总热量为
q
q(r)dF
பைடு நூலகம்
qme
Kr
2
d
r
F
0
K qm
qm
K
q
影响热能分布因素
K值说明热源的集 中程度，决定于焊接 方法、规范和材料导 热性能等。
1.1.3 焊接温度场
1）焊接传热的基本形式 电弧焊条件下，由热源传给焊件主要以辐
mtr
—
—熔滴平均质量
gcp
mtr
— —一个周期内焊芯平均熔化速度
cp
m0 mtr
1 2
平均作用时间变化范围0.01～1.0s
5）熔滴温度
对低碳钢熔滴平均温度2100～2700K。 电流 I↑，熔滴温度T↑ 焊条直径Φ↑，T↓
1.2.2 熔池的形成
熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、 流动状态对熔池中的冶金反应、结晶方向、晶 体结构、夹杂物数量分布、焊接缺陷的产生均 有重要影响。
存在时间 tmax=L/v, 几秒～几十秒
平均作用时间
激光照射焊件，一部分被吸收，另一部分被反射。 只要被吸收就能被充分利用。
2.1焊条熔化
严格限制焊芯和药皮的加热温度，一般焊接终了时， 焊芯的温度不应超过600~650℃。
3) 化学反应热
药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。 约占总热量的1%-3%，可以忽略不计。
二、焊条（焊丝）金属的熔化速度
焊条的熔化速度是标志焊接生产率的主要参数 ◆ 平均熔化速度（vm）：单位时间内熔化的焊芯质量或长
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。
பைடு நூலகம்
图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系
4．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 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2-3。
电弧电压影响焊丝熔化速度
电弧电压： AB段：下降的压降主要在弧柱上， 不影响熔化。熔化速度主要 取决于电流。 BC段：电压降低，电流减小。 原因：电弧短，热量损失少；熔滴加热温度低，带走能量少，从 而溶化系数高。
C U A 熔化特性曲线 B I
C以下：短路时间增加，能量输入少，从而溶化系数减小。
固有自调节作用：BC段，电弧本身有恢复原来弧长的能力。
图2-4 熔化极气体保护焊时电弧的固有调节作用 a) 铝焊丝（Φ1.6ｍｍ b) 钢焊（Φ2.4ｍｍ）
图2-4a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），每一条曲线都代表一个送丝速度，其 上的每一点都满足送丝速度与熔化速度相等。当 电弧较长时(电弧电压较高)，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 速度与熔化速度平衡，熔化速度主要决定于电流 的大小(AB段)。当电弧弧长为8mm到2mm区间(BC段 )时，曲线向左倾斜，这说明随着电弧电压降低( 弧长缩短)，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。
焊接熔池的形成
焊接熔池的形成
熔池：焊接时，在母材上由熔化的焊条金属和局部熔化的母材组成只有一定几何形状的液态金属叫熔池。
※熔池的形状、尺寸、体积、温度和存在时间以及液态金属的流动状态，对熔池中的治金反应、结晶方向、晶体结构、夹杂物的数量及分布，以至焊接缺陷（气孔和结晶裂纹）的产生均有极其重要的影响。
1、熔池的形状及尺寸
※熔池的形成需要一定的时间，这段时间叫过渡的时期。
经过过渡时期以后就进入准过渡时期，这时熔池的形状、尺寸和质量不再变化，只取决于母材的种类和焊接工艺条件，并随着热源作同步运动，形状类似于椭圆形，其轮廓为温度等于母材的熔点的等温面。
电流I↑最大深度Hmax↑最大宽度Bmax↓（相对↓）随着电弧电压υ↑最大深度Hmax↓最大宽度Bmax↑
熔池的温度：熔池内的温度分布是不均匀的。
取决于被焊材料的性质和周围材料的散热条件，头部温度较高，尾部较低。
对于碳钢熔池的平均温度约为1770±100℃
4、熔池中流体的运动状态
熔池的强烈运动使得焊材金属和母材均匀混合，冶金反应得以顺利进行，运动原因如下：
（1）液体中的密度差产生自由对流运动
熔池各部分的温度不同，T↑P（密度）↓；T↓P↑P大→P小——低温流向高温（2）表面张力引起强迫对流运动
T↑表面张力↓；T↓表面张力↑—低温流向高温
（3）熔池中的各种作用力作用产生的搅拌作用作用于熔池
如：熔滴下落的重力、电磁力、气流吹力、金属（熔池）蒸发时产生的反作用力、粒子的冲击力。
熔焊原理-焊接化学冶金过程的特点
1.1 焊接化学冶金过程的特点
影响熔滴过渡形式、尺寸及频率的因素
• 药皮类型
• 焊芯直径 • 焊接电流
碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡； 酸性焊条主要是细颗粒状过渡和附壁过渡。 直径减小，熔滴变细 电流增大，熔滴变细，过渡频率↑
1.1 焊接化学冶金过程的特点
熔滴的比表面积和相互作用时间：
熔滴的比表面积S：熔滴的表面积与其质量之比。
熔L焊O原G理O
1.1 焊接化学冶金过程的特点
1.1 焊接化学冶金过程的特点
焊接化学冶金过程
在熔焊过程中，焊接区内各种物质（包括气体、 液态金属、熔渣）之间在高温下相互作用的过程。
普通化学冶金过程
焊接化学冶金过程
对金属熔炼加工过程，在放入特 金属在焊接条件下，再熔炼的
定的炉中进行。
过程，焊接时焊缝相当高炉。
可知，R↓,S↑，有利于冶金反应进行。 如增大焊接电流↑I，在药皮中加入表面活性物质等。
熔滴的平均作用时间：与熔滴存在的时间τ和比值mo/mtr有关，一般近似表示，0.01~1s。
熔滴的温度：手工电弧焊焊接低碳钢焊条：2100~2700K，熔渣平均温度：1600ºC
1.1 焊接化学冶金过程的特点
熔池的形成
熔池的形状和尺寸
熔池
焊条
母材
焊缝
熔池:母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一 定几何形状的液体金属。
形状:为半椭球，其轮廓为温度等于母材熔点的等温面。熔池的宽度和深度沿X
轴连续变化，一般地，I↑，Bmax↓，Hmax ↑；U ↑，Bmax ↑，Hmax ↓
尺寸：L=P2IU 其中，P2为比例系数，取决于焊接点：
原材料：矿石、焦炭、废钢铁等。原材料：焊条、焊丝、焊剂等。
《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。
2015焊接工艺学(劳动版)课件：焊条、焊丝母材的熔化
未熔合
未熔合是指焊缝与母材之间或焊 缝内部未能完全熔合在一起。预 防未熔合的产生，应正确选择焊 接参数，确保热输入适中，使母
材充分熔化。
CHAPTER 06
总结与展望
焊条、焊丝母材熔化的研究现状
01
焊条、焊丝母材熔化的基础理论
目前对焊条、焊丝母材熔化的基础理论已经有了较为深入的研究，包括
用于焊接铸铁，根据铸铁的类型和用途选 择相应的铸铁焊条，如珠光体铸铁焊条、 灰口铸铁焊条等。
不锈钢焊条
堆焊焊条
用于焊接不锈钢，根据不锈钢的类型和用 途选择相应的焊条，如奥氏体不锈钢焊条 、铁素体不锈钢焊条等。
用于堆焊金属表面，根据需要选择相应的 堆焊焊条，如耐磨堆焊焊条、耐腐蚀堆焊 焊条等。
焊条的熔点与熔化速度
CHAPTER 04
焊条、焊丝母材熔化的影响因素
焊接电流与电压
焊接电流
电流是熔化焊条、焊丝的主要热源之一 ，电流的大小直接影响母材的熔化速度 和熔深。电流过大可能导致母材过热甚 至熔化，电流过小则可能导致母材熔化 不完全。
VS
焊接电压
电压是电弧燃烧的必要条件，电压过低可 能导致电弧不稳定，过高则可能导致电弧 燃烧困难。合适的电压有助于保持稳定的 电弧和良好的熔滴过渡。
焊接缺陷检测
定期对焊缝进行外观检查和无损检 测，发现缺陷应及时处理，防止缺 陷扩大或遗留。
焊接缺陷的产生与预防措施
气孔
气孔是由于熔池中的气体在凝固 时未能逸出而形成的。预防气孔 的产生，应注意清除焊条、焊丝 表面的油污、锈迹，减少焊缝中
的含氢量。
夹渣
夹渣是由于焊接过程中熔渣未能 及时浮出而残留在焊缝中。预防 夹渣的产生，应合理控制焊接电 流和焊接速度，使熔池保持一定
《金属熔化焊基础》课程标准
《金属熔化焊基础》课程标准一、课程定位《金属熔化焊基础》是高职高专院校焊接技术及自动化专业必修的一门职业技术课程。
它主要讨论焊接材料、焊接热过程、焊接化学冶金过程、焊接接头的组织与性能、焊接缺陷的产生与防止等有关熔化焊的基础理论知识和应用知识。
该课程理论性较强，新概念较多，同时又与生产实际有着密切联系。
本课程无论对学生的思维素质、创新能力、科学精神以及在工作中解决实际问题的能力的培养，还是对后继课程的学习，都具有十分重要的作用，在整个专业教学计划中占有相当重要的地位。
二、课程目标通过《金属熔化焊基础》课程的学习，使学生具有正确选用焊接材料的能力，初步具有正确制定焊接工艺的能力1.知识目标（1）熟悉焊条、焊丝等焊接材料的型号与牌号的编制规则。
（2）了解常用焊条的工艺性能和冶金性能。
（3）了解熔焊时焊件温度变化的规律，熟悉常用焊接热源及其特性，理解影响焊接温度场及热循环的因素。
（4）熟悉焊接接头在形成过程中其成分、组织与性能变化的基本规律；理解改善焊缝性能的主要措施。
（5）掌握焊接冶金过程中，常见缺陷的特征、产生条件极其影响因素。
2.能力目标（1）能够根据被焊材料、焊件的使用等要求正确选用焊接材料。
（2）能够根据焊接化学冶金的一般规律，合理地选用焊接材料。
（3）能够根据实际情况，在施焊过程中采用合理的措施来改善与控制焊接接头的组织与性能。
（4）能够根据生产实际条件分析缺陷产生的原因，并提出防止措施。
3.素质目标（1）具有勤奋学习的态度，良好的职业道德和爱岗敬业精神。
（2）具有认真、严谨、耐心、细致的工作作风。
三、课程设计1.设计思想教学内容框架绪论（焊接过程的物理本质及发展状况）→焊接材料→焊接热过程→焊接化学冶金过程→焊接接头的组织与性能→焊接缺陷的产生与防止总体设计思路以焊接接头在焊接过程中的组织形成与性能变化为主线，最终落实到焊接材料的选用上，由浅入深、由易到难，理论教学结合实验教学，让学生能够根据被焊材料、焊件的使用等要求正确选用焊接材料。
金属熔焊原理 第3版 第二单元 焊缝金属的构成
过
程 的
熔滴过渡的特性对焊接热输入有一定的影响，改变熔滴
影
过渡的特性可以在一定程度上调节焊接热输入，从而改
响
变焊缝的结晶过程和热影响区的尺寸及性能
熔滴过渡的作用力
3 熔滴过渡的作用力
（1）重力
当焊丝直径较大而焊接电流较小 时，在平焊位置的情况下，使熔滴脱 离焊丝的力主要是重力，其大小为
金属熔焊原理
第二单元 焊缝金属的构成
焊条（焊丝）的加热与熔化
熔滴过渡
母材的熔化与焊缝的形成
1 理解焊条（焊丝）的加热 2 掌握焊条的熔化速度 3 了解焊条药皮的熔化及过渡
焊条（焊丝）的加热
1 焊条（焊丝）的加热
焊条（焊丝）： 电弧放电的电极之一 与熔化的母材混合成焊缝
电弧焊时，加热和熔化焊条的能量有： 焊接电流通过焊芯时所产生的电阻热； 焊条电弧传给焊条端部的热能； 化学冶金反应产生的反应热（可忽略）
vm
m
I
式中vm——焊条的平均熔化速度（g/h）； m——熔化的焊芯质量（g）； τ——电弧燃烧的时间（h）； ɑp——焊条的熔化系数（g/(h·A)）。
ɑp=
m Iτ
ɑp的物理意义是： 熔焊过程中，在单位时间内使用单位电流时焊芯（焊丝）的熔化量。
2 焊条的熔化速度
单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量称为熔
αH=（1-ψ）αP
真正反映焊条金属利用率及生产率的指标是熔敷系数。
焊条药皮的熔化及过渡
3 焊条药皮的熔化及过渡
焊条药皮是压涂在焊芯表面上的涂 料层，它是具有不同物理和化学性 质的细颗粒物质的紧密混合物
化合物分解
各 组 成 物 间 相 互 作 用
水分的蒸发
焊条熔化及熔池形成优秀课件
熔滴上的作用力：
• 1. 重力 • 2. 表面张力 • 3. 电磁力 • 4. 摩擦力
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
稳定性是指焊接持续稳定、 飞溅大小、成形等方面 a. 电流上升率； b. 短路最大电流IMax c. 空载电压恢复速度； d. 短路频率：越大越稳定。
４）影响短路频率的因素： a. 电弧电压：有一个最佳值；b. 送丝速度：有一个最佳值。 c. 电感：增加，频率降低，但可增加燃弧时间，调节热输入。 ５） 特点 a. 短路过渡是燃弧、熄弧交替进行的。 b. 短路过渡时，焊接过程中的平均电流较小，而短路电流峰值又
相当大，这种电流形式既可避免薄板的焊穿，又可保证熔滴过 渡的顺利进行，有利于薄板焊接或全位置焊接。 c. 短路过渡时，一般使用小直径的焊丝或焊条，电流密度较大， 电弧产热集中，焊丝或焊条熔化速度快，因而焊接速度快。同 时，短路过渡的电弧弧长较短，焊件加热区较小，可减小焊接 接头热影响区宽度和焊接变形量，提高焊接接头质量 d. 小电流、低电压、细焊丝，二氧化碳细丝焊。
３ 渣壁过渡（附壁过渡）
定义：渣壁过渡是熔滴沿着熔渣的壁面流入熔池的一种过渡形式。
出现的焊接方法：埋弧焊和焊条电弧焊。
埋弧焊时，电弧在熔渣形成的空腔(气泡)内燃烧，熔滴主要通过 渣壁流入熔池，只有极少数熔滴通过空腔内的电弧空间进入熔池。 埋弧焊的熔滴过渡频率及熔滴尺寸与极性、电弧电压和焊接电流有 关。直流反接时：熔滴较细，沿渣壁以小滴状过渡，频率较高；直流正接
近年来，随着逆变技术特别是数字技术在焊接设备上的应用 逐渐推广，已经可以对熔滴过渡进行快速、精确的实时控制， 情况发生了很大的变化，在熔化极气体保护焊中出现了如表面 张力过渡（STT）、冷金属过渡（CMT）和双脉冲（double pulse、super pulse）过渡等新的熔滴过渡技术。
焊条焊丝及母材的熔化描述课件
焊芯是金属导电体， 通常为铁丝或低碳钢 丝。
焊条的加热过程
焊条通过电弧或气体火焰进行加 热。
电弧加热是通过焊接电源提供的 电ห้องสมุดไป่ตู้将焊条和母材加热到熔化状
态。
气体火焰加热是使用气体燃烧器 提供的热能将焊条和母材加热到
熔化状态。
焊条熔化后的行为
焊条熔化后形成熔池，与母材 熔合在一起。
焊条熔化后的熔池在冷却后形 成焊缝。
焊条焊丝及母材的 熔化描述课件
目 录
• 焊条熔化 • 焊丝熔化 • 母材熔化 • 焊接过程中的热量传递 • 焊接过程中的材料流动与行为 • 焊接工艺及参数选择
01
CATALOGUE
焊条熔化
焊条的结构与成分
焊条由焊芯和药皮组 成。
药皮是包裹在焊芯外 面的混合物，通常由 矿石、木炭、石墨等 组成。
焊接速度
焊接速度与激光功率和光束质 量相互影响，合适的速度可以 获得良好的焊缝质量。
保护气体
保护气体可以防止熔化金属氧 化，提高焊接质量。
其他焊接方法的工艺及参数选择
1 2
等离子弧焊的工艺及参数选择
等离子弧焊的电流、电压、气体流量等参数对焊 接质量和效率有重要影响。
电子束焊的工艺及参数选择
电子束焊的电子束能量、扫描速度、工作距离等 参数对焊接质量和效率有重要影响。
05
CATALOGUE
焊接过程中的材料流动与行为
电弧焊中的材料流动与行为
熔滴过渡
电弧焊时，焊条端部形成熔滴，通过电弧空间过渡到熔池中。
熔池流动
熔池中液态金属在表面张力、重力、电磁力等作用下流动，形成 焊道。
母材熔化
母材在电弧热作用下熔化，与焊条金属熔滴融合形成焊缝。
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三、焊条金属的过渡特性
熔滴是指电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的向熔 池过渡的液态金属滴。
熔滴通过电弧空间向熔池的转移过程即熔滴过渡。
熔化极电弧焊（焊条电弧焊、CO2焊、MIG、MAG、埋 弧焊）
熔滴上的作用力： • 1. 重力
•
分为三种：自由过渡、 接触过渡（短路过渡）和渣壁过渡（附壁过渡）。
①
滴状过渡：特点：熔滴直径大于焊丝直径。
大颗粒过渡：条件：电流较小，电弧电压高时，小电流MIG焊。过渡频率 低，主要是重力与表面张力的平衡。 细颗粒过渡：条件：较大电流时，大电流CO2焊。频率高，电弧稳定，焊 缝质量高, 重力、电磁力促进过渡。 注：CO2中等电流焊时：短路过渡加大滴状排斥过渡，飞溅大。
• 碱性焊条：大滴状或短路过渡。（弧长较短时，短路过渡；弧长较长时， 大滴状过渡） • 酸性焊条：细颗粒过渡（部分沿套筒内壁过渡，部分直接过渡）
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附壁过渡
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关于熔滴过渡技术的最新发展
传统上，熔滴过渡在一个电流周期，形式内比较单一，缺乏 灵活性，焊缝成形的好坏在很大程度上仍然依赖于焊工的操作技 术水平和心理状态。 近年来，随着逆变技术特别是数字技术在焊接设备上的应用 逐渐推广，已经可以对熔滴过渡进行快速、精确的实时控制， 情况发生了很大的变化，在熔化极气体保护焊中出现了如表面 张力过渡（STT）、冷金属过渡（CMT）和双脉冲（double pulse、super pulse）过渡等新的熔滴过渡技术。
•
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2. 表面张力
3. 电磁力
•
4. 摩擦力
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
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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。 F σ ＝2 π R σ Fa 式中 ： R——焊丝半径；σ ——表面张力系数。 表面张力是促进熔滴过渡还是阻止过渡应针 对不同的焊接方法、不同的熔滴过渡形式来分析， 如短路过渡后期，表面张力是促进熔滴过渡的， 特别是对于现在的STT电源，实现无飞溅过渡更是如此。
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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。 ２） 短路过渡的过程：以P20图2-2进行分析。
３）
稳定性及其影响因素
熔滴过渡的形式：
接触过渡
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自由过
渣壁过
焊接金属熔滴及其过渡特性
焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴 焊接过程 稳定性 重点研究
熔滴特性 至关重要
焊接冶金
焊缝成形
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二
1
熔滴过渡的主要形式及其特点
自由过渡
自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之 间不发生直接接触的过渡方式。
R
Fσ θ RD θ FG
若熔滴上含有少量活化物质(如O2、S等)或熔滴温度升高，都会减 小表面张力系数，有利于形成细颗粒熔滴过渡。
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电弧力
• 电弧中的电磁压缩力、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。
vH=mH/t=аHI
◆ 熔化系数p：单位时间内，由单位电流单位时间内所熔化
的焊丝量（长度，重量） P= m /It 单位：g/(A.H)
◆ 熔敷系数（αH）是真正反映焊接生产率的指标！ аH=mH/ 单位：g/(A.H)
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思考：提高焊条熔化速度的措施？⑤
影响焊丝熔化速度的因素 • 电流：电流↑→熔化速度↑ • 电压：——详看下一页 –较长弧长范围内，电压变化→不影响焊丝的熔化 –在较短弧长范围内，电压↓→熔化系数↑（自调 节作用 –在更短弧长范围内，电压↓→熔化系数↓ • 电流极性：焊丝为阴极时，熔化速度大， • 气体介质：反接时介质的影响不大，正接时介质的 影响比较复杂，无明显规律 • 伸出长度：Ls↑→熔化速度↑ • 焊丝直径：d↑→熔化速度↓
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射滴过渡
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3） 亚射流过渡（亚射滴过渡） 介于短路过渡与射滴过渡之间的 熔滴过渡形式。 形成：因其电弧较短，在电弧热作用 下，形成的熔滴长大，在即将 以射滴过渡时与熔池短路，在 电磁收缩力的作用下断裂形成 过渡。 特点：短路前就已经形成细颈；短路 时间短，电流上升不大；飞溅 小，焊缝成形美观；电弧自调 节能力极强（弧长2～8mm)；主 要用于铝及其合金的焊接。
第二章
第一节
焊条熔化及熔池形成
焊条的加热及熔化
•
一、焊条金属的加热
（ 电弧热 电阻热 化学反应热）
1）
电弧热
焊接电弧传给焊条的热量占焊接电弧总功率的20%-27%
一部分：熔化药皮和焊芯，使焊条端部的液态金属过热 和蒸发。
一部分：传到未熔化的焊芯深处，使焊芯和药皮升温。
2）电阻热
电阻热与焊接电流密度，焊芯的电阻和焊接时 间有关。
时：熔滴较大，在斑点力的作用下摆动，呈粗滴状过渡，频率较低。
焊条电弧焊时，熔滴过渡形式可能有四种：渣壁过渡、粗滴过渡、 细滴过渡和短路过渡，过渡形式取决于药皮成分和厚度、焊接参数、 电流种类和极性等。当采用厚药皮焊条焊接时，焊芯比药皮熔化快， 使焊条端头形成有一定角度的药皮套筒，控制熔滴沿套筒壁落入熔 池，形成渣壁过渡。
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② 喷射过渡：在MIG焊(熔化极惰性气体保护焊)时会出现这种形式 的过渡，又分为：射滴过渡、亚射流过渡、射流过渡、 旋转射流过渡。 1) 射滴过渡:熔滴直径接近焊丝直径，熔滴加速度大于重 力加速度，尺寸规则呈球形，沿轴向过度。
形成原因：熔滴被弧根笼罩，电弧呈种罩形，从而电磁 收缩力形成较强的推力。 出现场合：铝及其合金的氩弧焊及钢的脉冲氩弧焊。 ２）射流过渡：电流密度大，熔滴直径小于焊丝直径，熔滴 加速度比重力加速度大几十倍。 形成原因：电流密度大，焊丝熔化端部形成尖锥状，出 现金属蒸发，电弧跳弧，形成很强的等离子流力。
•
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4 爆破力
•
若熔滴内部含有易挥发 金属或由于冶金反应而生成气体， 则在电弧高温作用下气体积聚和 膨胀而造成较大的内力，从而使 熔滴爆炸。在CO2短路过渡焊接时， 电磁力及表面张力的作用导致熔 滴形成缩颈，电流密度增加，急 剧加热使液态小桥爆破形成熔滴 过渡，同时也造成了较大飞溅。
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稳定性是指焊接持续稳定、 飞溅大小、成形等方面
a. 电流上升率；
b. 短路最大电流IMax
c. 空载电压恢复速度；
d. 短路频率：越大越稳定。
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４）影响短路频率的因素： a. c. ５） a. b. 电弧电压：有一个最佳值；b. 送丝速度：有一个最佳值。 电感：增加，频率降低，但可增加燃弧时间，调节热输入。 特点 短路过渡是燃弧、熄弧交替进行的。 短路过渡时，焊接过程中的平均电流较小，而短路电流峰值又 相当大，这种电流形式既可避免薄板的焊穿，又可保证熔滴过 渡的顺利进行，有利于薄板焊接或全位置焊接。 短路过渡时，一般使用小直径的焊丝或焊条，电流密度较大， 电弧产热集中，焊丝或焊条熔化速度快，因而焊接速度快。同 时，短路过渡的电弧弧长较短，焊件加热区较小，可减小焊接 接头热影响区宽度和焊接变形量，提高焊接接头质量
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3) 化学反应热
药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。 约占总热量的1%-3%，可以忽略不计。
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二、焊条金属的熔化速度
◆ 平均熔化速度（vm）：单位时间内熔化的焊芯质量或长
度。 vm=m/t =αpI 分金属质量。 单位：g/h
◆ 平均熔敷速度（vH）：单位时间内真正进入焊缝的那部
比表面积（S）：熔滴表面积（A）与其质量（ρV）之比， 即S=A/ρV 。 设熔滴是半径为R的球体，则S=3/ρR。
熔滴越细其熔滴比表面积越大，凡是能使熔滴变细的因素， 都能加强冶金反应。
熔滴相互作用时间近似等于熔滴存在时间（0.01~1.0s），是 很短暂的。
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熔滴过渡的形式：
国际焊接学会（IIW）对熔滴过渡形式分类：
等离子流力：促进熔滴过渡的力
斑点压力：撞击力、蒸发反作用力、电磁力。阻碍过渡 爆破力：促进过渡。
综上所述：
1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧形态有关。 2） 熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间位置、熔滴过渡形 式、电弧形态、工艺条件等综合考虑。
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熔滴的比表面积和作用时间：
大颗粒过渡 颗粒过渡 排斥过渡 细滴过渡 射滴过渡 (1)自由过渡 喷射过渡 射流过渡 旋转射流过渡 爆炸过渡
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短路过渡 (2)接触过渡 搭桥过渡 渣壁过渡 (3)渣壁过渡 套筒过渡
正常焊接 —— 加热药皮 电流密度，焊条伸出长度——开裂
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焊条电阻热过大的不良影响：
1、飞溅增加； 2、药皮开裂或脱落，电弧燃烧不稳定； 3、药皮丧失冶金作用； 4、焊条发红变软，操作困难； 5、焊缝成形变坏，甚至产生气孔等缺陷。
不锈钢焊条焊接时，这种现象更为突出。
严格限制焊芯和药皮的加热温度，一般焊接终了时， 焊芯的温度不应超过600~650℃。
c.
d.
小电流、低电压、细焊丝，二氧化碳细丝焊。
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３
渣壁过渡（附壁过渡）