2 焊丝熔化及熔滴过渡PPT课件
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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
12 焊丝熔化及熔滴过渡PPT课件
12
（1）电磁收缩力
电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态
在熔滴端部与弧柱间导电的 弧根面积的大小将决定该处电磁力 的方向，如果弧根直径小于熔滴直径，此处电磁力合力向上，阻 碍熔滴过渡；反之，若弧根面积笼罩整个 熔滴，此处电磁力合 力向下，促进熔滴过渡。
13
（2）等离子流力
等离子流力：电流较大时， 高速等离子流力对熔滴产 生很大的推力，使之沿轴 线方向运动。
在仰焊或其它位置（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。
11
2. 电弧力
电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：
➢ 电磁收缩力 ➢ 等离子流力 ➢ 斑点力
电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对 熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表 面张力其主要作用。
根据外观形态，熔滴尺寸以及过渡频率等特
征。熔滴过渡通常可分为三种基本类型，即自由
过渡(Free Flight)、接触过渡(Contacting Transfer)
16
上述诸力，对于熔滴过渡的作
用随工艺条件、焊接位置以及熔滴
状态等的变化而异。例如，长弧焊
时，表面张力总是阻碍熔滴从焊丝
末端脱离，而成为反过渡力。但短
弧焊时．当熔滴与熔池金属短路并
形成液态金属过桥时(图30)，由于
与熔池接触界面很大，使向下的表
面张力远大于焊丝端向上的表面张
力，结果使液桥被拉进熔池而有利
焊丝熔化的热量来源分两种情况： 熔化极电弧焊：
阴极区产生的电弧热 阳极区产生的电弧热 焊丝伸出长度上的电阻热 弧柱区的热量作用比较小
非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝
（1）电磁收缩力
电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态
在熔滴端部与弧柱间导电的 弧根面积的大小将决定该处电磁力 的方向，如果弧根直径小于熔滴直径，此处电磁力合力向上，阻 碍熔滴过渡；反之，若弧根面积笼罩整个 熔滴，此处电磁力合 力向下，促进熔滴过渡。
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（2）等离子流力
等离子流力：电流较大时， 高速等离子流力对熔滴产 生很大的推力，使之沿轴 线方向运动。
在仰焊或其它位置（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。
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2. 电弧力
电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：
➢ 电磁收缩力 ➢ 等离子流力 ➢ 斑点力
电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对 熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表 面张力其主要作用。
根据外观形态，熔滴尺寸以及过渡频率等特
征。熔滴过渡通常可分为三种基本类型，即自由
过渡(Free Flight)、接触过渡(Contacting Transfer)
16
上述诸力，对于熔滴过渡的作
用随工艺条件、焊接位置以及熔滴
状态等的变化而异。例如，长弧焊
时，表面张力总是阻碍熔滴从焊丝
末端脱离，而成为反过渡力。但短
弧焊时．当熔滴与熔池金属短路并
形成液态金属过桥时(图30)，由于
与熔池接触界面很大，使向下的表
面张力远大于焊丝端向上的表面张
力，结果使液桥被拉进熔池而有利
焊丝熔化的热量来源分两种情况： 熔化极电弧焊：
阴极区产生的电弧热 阳极区产生的电弧热 焊丝伸出长度上的电阻热 弧柱区的热量作用比较小
非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝
2.焊丝熔化及熔滴过渡资料
15
三、熔滴上的作用力
1. 重力及表面张力 2. 电弧力 3. 爆破力
16
1. 重力及表面张力
焊丝直径较大而电流较小时重力及表面张力起主要作用
Fδ=2Rπσ 细焊丝
17
重力及表面张力
18
2. 电弧力
电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：
电磁收缩力 等离子流力 斑点力
电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对 熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表 面张力其主要作用。
熔滴过渡录像
24
1．熔滴过渡分类：
接触过渡
自由过
渣壁过
25
(a) E5003熔滴直径变化 (b) E5015熔滴直径变化 (c) E5015焊条短路过渡
不同焊条焊接时的熔滴过渡过程高速摄影
26
1．熔滴过渡分类：
大颗粒过渡
颗粒过渡排斥过渡
细滴过渡
(1)自由过渡喷射过渡射 射流 滴过 过渡 渡
电弧焊基础知识
焊丝熔化及熔滴过渡
Welding wire Melting and droplet transfer
材料成型及控制工程 2011
1ห้องสมุดไป่ตู้
主要内容
一、焊丝熔化的热量来源 二、焊丝熔化速度及熔化系数 三、熔滴上的作用力 四、主要熔滴过渡形式及其特点 五、熔滴过渡的控制
2
一、焊丝熔化的热量来源
焊丝接正时 Um=UW 焊丝接负时 Um=UK- UW
所以影响产热的因素包括：
电流、 影响电子发射的因素（ UK、 UW ）、 影响电阻热的因素（Rs）
9
影响产热的因素
焊丝材料 有无氧化膜 焊丝熔点 焊丝直径 焊丝伸出长度 焊丝电阻率
三、熔滴上的作用力
1. 重力及表面张力 2. 电弧力 3. 爆破力
16
1. 重力及表面张力
焊丝直径较大而电流较小时重力及表面张力起主要作用
Fδ=2Rπσ 细焊丝
17
重力及表面张力
18
2. 电弧力
电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：
电磁收缩力 等离子流力 斑点力
电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对 熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表 面张力其主要作用。
熔滴过渡录像
24
1．熔滴过渡分类：
接触过渡
自由过
渣壁过
25
(a) E5003熔滴直径变化 (b) E5015熔滴直径变化 (c) E5015焊条短路过渡
不同焊条焊接时的熔滴过渡过程高速摄影
26
1．熔滴过渡分类：
大颗粒过渡
颗粒过渡排斥过渡
细滴过渡
(1)自由过渡喷射过渡射 射流 滴过 过渡 渡
电弧焊基础知识
焊丝熔化及熔滴过渡
Welding wire Melting and droplet transfer
材料成型及控制工程 2011
1ห้องสมุดไป่ตู้
主要内容
一、焊丝熔化的热量来源 二、焊丝熔化速度及熔化系数 三、熔滴上的作用力 四、主要熔滴过渡形式及其特点 五、熔滴过渡的控制
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一、焊丝熔化的热量来源
焊丝接正时 Um=UW 焊丝接负时 Um=UK- UW
所以影响产热的因素包括：
电流、 影响电子发射的因素（ UK、 UW ）、 影响电阻热的因素（Rs）
9
影响产热的因素
焊丝材料 有无氧化膜 焊丝熔点 焊丝直径 焊丝伸出长度 焊丝电阻率
焊丝的加热熔化及熔滴过渡土木
建筑精选课件
16
1.6 气体吹送力:气体总是由焊丝冲向工件,所以 此力是促进熔滴过渡的;
1.7爆破力:主要造成飞溅,破坏熔滴过渡的轴向 性,它是无方向的,是有害的力;
建筑精选课件
17
思考题：
1.平焊位置，熔滴直径大于焊丝直径，弧根直径 大于焊丝直径，分析熔滴过渡所收到的力？ （画图说明）
建筑精选课件
建筑精选课件
13
•在熔滴与弧柱之间： （所形成的轴向力F推2表 示）；如图2-9所示；
F推2= I 2 log d G dD
其中，dG为弧根面积的直径； 当dG＜dD时， F推2的方向由弧根指向熔滴， 方向向上，则阻碍熔滴过渡；如图中力4所示； 当dG ＞dD时， F推2的方向由熔滴指向弧根， 方向向下，则促进熔滴过渡；
1.5斑点压力：①离子的撞击力；
②金属蒸汽的反作用力；这两个力的方向是指
向斑点的，所以阻碍熔滴过渡；
③电磁收缩力：当斑点面积较小，小于熔滴直
径，那么它的方向指向熔滴，所以阻碍熔滴过
渡；
当斑点面积较大时，大于熔滴直径，那么它的
方向指向斑点，故促进熔滴过渡；
综合考虑以上三个力：斑点压力总的来说是阻
碍熔滴过渡；
第二章 焊丝的加热熔化及熔滴过渡
在熔化极电弧焊过程中，焊丝金属在焊缝中占 相当大的份额（约30~80%），所以焊丝熔化的 快、慢、多、少以及熔滴过渡状态对电弧的稳 定性、焊接质量及焊接生产率起重要作用；
第一节 焊丝的加热与熔化
1、焊丝的加热与熔化特性：
焊丝的熔化热由两部分组成：
①电弧热（阴极区和阳极区的热）：占主要地位 （占95~100%）；
过程的生产率；
f
Gf 3600 I •t
第二章 焊丝的加热熔化及熔滴过渡(土木)
短路液柱在Fr和Fσ作用 下，很快形成短路小桥， 然后拉断它，之后再引 燃电弧； 所以短路过渡的过程为： 熔滴的形成和长大－短 路－小桥破断－再引燃； 周而复始，频率可达 50~100次／秒；
C)短路过渡过程中的热与力： 伴随着“燃弧－熄弧”的交替进行，电弧热也有一 定的变化规律： 短路阶段（熄弧）－仅有电阻热（熔池温度下降， 相当于冷却）； 燃弧阶段（燃弧）－主要是电弧热（熔池温度上升， 相当于加热）； 所以：短路过渡是“加热－冷却”交替进行，周而 复始； 为此，短路过渡适于薄板和全位置焊接；
Gm G f Gm 100 %
m m
f
100 %
2.4 熔敷效率：熔敷金属量与熔化的填充金属 量的百分比； G f f 100 % 100 % 熔敷效率=
Gm
m
在焊条中加入30%以上的铁粉，铁粉在焊接 时熔化并过渡到焊缝中去，增加了熔敷金属 量，所以熔敷效率增大；普通焊条的熔敷效 率为90%左右，加入铁粉后可达130%左右；
1.6 气体吹送力:气体总是由焊丝冲向工件,所以 此力是促进熔滴过渡的;
1.7爆破力:主要造成飞溅,破坏熔滴过渡的轴向 性,它是无方向的,是有害的力;
思考题： 1.平焊位置，熔滴直径大于焊丝直径，弧根直径 大于焊丝直径，分析熔滴过渡所收到的力？ （画图说明）
2、熔滴过渡的主要形式及其特点：
• 熔滴过渡：熔焊时，在焊条（焊丝）端头形成 熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程； • 按照熔滴过渡的形态可将其分为： 自由过渡、接触过渡、渣壁过渡； 2.1自由过渡：熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端 头与熔池之间不发生直接的接触； 自由过渡又可分为：滴状（颗粒状）过渡、喷射 过渡、爆炸过渡；
搭桥过渡
高级焊工技术培训(熔滴过度)课件
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高级焊工技术培训(熔滴过度)
• 6）电压
•
Ua（La）大时， m与Ua无关
•
Ua（La）较小时，Ua下降时m 增大（如I不变
则m ↑），使电弧具有保持弧长稳定的能力。
• • 固有自调节作用：弧长较短时， m随La下降
而增大，使得电弧具有抵抗外界干扰的保持稳定不
变的能力，这种能力被称为固有自调节作用。
•C
•A
•I
高级焊工技术培训(熔滴过度)
• 2.熔敷效率，熔敷系数
•
1）基本概念
•
熔敷效率：过渡到焊缝中的焊丝金属重量与熔
化的焊丝重量之比。
•
熔敷系数：单位时间内由单位电流熔敷到焊缝
中焊丝金属重量m •
•
损失系数：
•
•
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高级焊工技术培训(熔滴过度)
• 2）影响的因素：
•
（1）焊接方法
•
（1）厚药皮
•
（2）酸性药皮
•
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•3.接触过渡
• 1）短路过渡
•
条件：CO2细丝焊，且Ua小，Ia小
• 特点：电弧稳定，稍有飞溅
•
• 2）搭桥过渡
• 条件：填丝TIG焊中
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•1
•2
•3
•4
•短路过渡过程及电流、电压波形
Fg=mg=
•r—熔滴半径 ，ρ—密度
• 作用： • ① 平焊时促进过渡； • ② 立焊，仰焊时阻碍过渡。
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高级焊工技术培训(熔滴过度)
第一章第二节焊丝的熔化和熔滴过渡
2.4 焊接飞溅
（2）测量方法：收集飞溅颗粒（称重法）、测量焊丝损失 率 （3）影响飞溅的因素： a.材料：熔点低，活泼金属飞溅大。 b.焊材：焊条：碱性大于酸性；焊丝：实芯大于药芯。 c.气体：CO2大，氩弧焊小。 d.焊接方法：CO2焊大于手弧焊。 e.过渡形式：颗粒过渡大于短路过渡。 f.焊接工艺：电压、电流、干伸长、倾角、送丝速度。 g.焊接电源：交流大于直流；正接大于反接。
Fγ
短弧焊——促进熔滴过渡力（短路过渡）
2.2 熔滴上的作用力
（2）重力 Fg=ρVg 平焊——促进熔滴过渡力，如果熔滴重力大于表 面张力，熔滴脱离焊丝； 仰焊、立焊——阻碍熔滴过渡力。 （3）电磁力 径向分力——促进颈缩的形成； 轴向分力——方向总是从小截面指向大截面。
2.2 熔滴上的作用力
电流流过熔滴时，导体截面是变化的（熔化极， 指焊丝——熔滴——电极斑点——弧柱之间）
2.3 熔滴过渡及其特点
2.3.3颗粒过渡 特点：电弧电压高（弧长较长） （1）粗滴过渡 焊接电流小，电弧力小，基本靠重力实现自 由过渡，因此熔滴较大，焊接飞溅较大，焊接稳 定性差，焊缝质量差，基本不采用。
粗滴过渡过程示意图
2.3 熔滴过渡及其特点
（2）细滴过渡 焊接电流较大，熔滴细化，飞溅较小，电弧稳定， 成形较好，广泛采用，常见于CO2焊接。（与射 滴过渡相区别）。 2.3.4喷射过渡 喷射过渡:易在（富）氩气氛种获得，熔深大， 熔敷效率高，适用于中、厚板平位置的填充、盖 面。（有上、下限电流，可加脉冲）
2.3 熔滴过渡及其特点
2.3.2短路过渡 短路过渡在各种气氛中，低电压、细焊丝 （小电流）（但电流密度不小）均可获得。 （1）短路过渡过程 条件：细焊丝（0.6mm-1.4mm），实际生产 可到1.6mm，大于1.6mm的短路过渡飞溅严重， 很少采用；低电压；小焊接电流。
【精选】第三章焊丝的熔化及熔滴过渡介绍PPT课件
爆炸飞溅
Spatter owing to explosive
喷洒飞溅
Spatter owing to
spray
▲
▲
▲
▲
▲
▲
飘离飞溅
Slow dropping spatter
▲
电弧力
飞溅
Spatter owing to arc force
气体逸出飞溅
Spatter owing to the gas diverts
太原科技大学
熔化极气体保护焊时，焊丝均为冷阴极材料， UK＞＞ UW ， 所以 PK＞PA 。 焊丝为阴极时的产热量比焊丝为阳极时的 产热量多，焊丝接负时熔化更快。
太原科技大学
（2）电阻热 焊丝伸出部分有电流流过时所产生的电阻热对焊丝有预热 作用，因而也影响焊丝的熔化速度。
焊丝伸出长度的电阻热示意图
Uw ；焊丝为阴极时，Um=UK-UW
太原科技大学
3.2.2 焊丝的熔滴过渡
在电弧作用下，焊丝末端加热熔化形成熔滴，并在各 种力的作用下脱离焊丝进入熔池，称之为熔滴过渡。
三种过渡类型：
自由过渡是指熔滴脱离焊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。
接触过渡是通过焊丝末端的熔滴与熔池表面接触成过 桥而过渡的。
太原科技大学
（1） 粗熔滴过渡的熔滴行为（短路过渡）
Droplet behavior of globular transfer
特点:
➢熔滴尺寸大，自由 熔滴可以长大到 超过焊芯直径； ➢熔滴过渡时与熔池短路，并出 现爆炸飞溅； ➢过渡频率低，一般f =1.5～5 s-1。
太原科技大学
Short circuit behavior of globular transfer
第二章焊丝熔化与熔滴过渡
精心整理第二章焊丝的熔化及熔滴过渡熔化极电弧焊的焊丝（条）具有两个作用：一是作为电极并与工件之间产生电弧；另是本身被加热熔化并作为填充金属过渡到熔池中去。
焊丝（条）的熔化及熔滴过渡，是熔化极电弧焊接过程中的重要物理现象，熔滴过渡方式及特点将直接影响焊接质量和生产效率。
第一节焊丝的加热与熔化一、焊丝的加热与熔化特性熔化极气体保护焊接时，焊丝均为冷阴极材料；在使用含有焊剂的埋弧焊或碱性药皮手弧焊等焊接情况下，UK >>UW所以Pk>PA，这时，在同一材料和同一电流情况下，焊丝（条）为阴极（正接）时的产生热量要比为阳极（反接）时多。
因散热条件相同，所以焊丝（条）接负时比焊丝（条）接正时熔化快。
焊丝除了受电弧的加热外，在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴的接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度用表示）有焊接电流流过，所产生电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度（图2-1）。
特别是焊丝比较细和焊丝金属的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更为明显。
焊丝伸出长度的电阻热为：P R=I2RsRs=PLs/S（2-4）式中Rs----为Ls段的电阻值；P-----焊丝的电阻率；Ls----焊丝的伸出长度；S----焊丝的断面积。
材料不同时，焊丝伸出长度部分产生的电阻热也不同。
如熔化极气体保护焊时，通常Ls=10～30mm，对于导电良好的铝和铜等金属，PR 与PA或PK相比是很小的，可忽略不计。
而对钢和钛等材）来表这是mα因电流数值不同而变化所致。
弧长较长时，电弧电压的变化对焊丝熔化速度影响不大；但在弧长较短的范围内，电弧电压降低，反而使得焊丝熔化速度增加。
在铝合金焊接时这种现象特别明显，图2-4a中的各条曲线，表示了直径为φ1.6mm铝合金焊丝等速送进时的熔化速度与电弧电压及电流的关系。
由图中可见，当弧长较长时，曲线AB段段与横轴垂直，此时的焊丝送进速度与熔化速度相平衡，焊丝的熔化速度主要决定于电流的大小。
焊丝熔化与熔滴过渡课件
的影响。
研究焊丝熔化和熔滴过渡过程中 的冶金反应和化学反应，揭示焊 接材料与母材的相互作用机制。
深入研究焊丝熔化和熔滴过渡的 传热、传质和动力学过程，建立 完善的理论模型，为优化焊接工
艺和焊接材料提供理论支持。
焊丝熔化和熔滴过渡的实验研究
开展焊丝熔化和熔滴过渡的实验研究，观察和测量焊丝熔化和熔滴过渡的过程，获取直观、 真实的数据。
电弧长度
电弧长度的变化会影响焊丝的熔化 和熔滴过渡的稳定性。
焊接设备的选择
手工焊机
适用于各种焊接工艺，但需要较 高的操作技能。
自动焊机
适用于高效、高质量的焊接，但 设备成本较高。
脉冲焊机
适用于薄板、不锈钢等材料的焊 接，具有较好的焊接质量和稳定
性。
保护气体的选择和使用
氩气
惰性气体，适用于各种材料的焊接，可以防止氧 化和腐蚀。
通过实验研究，分析焊丝熔化和熔滴过渡过程中的物理现象和化学反应，揭示其内在规律。
通过实验研究，对焊丝熔化和熔滴过渡的过程进行参数优化，提高焊接效率和焊接质量。
焊丝熔化和熔滴过渡的技术创新
针对焊丝熔化和熔滴过渡过程中存在的问题，开展技术创新研究，开发 新型焊接装备和焊接工艺。
利用新材料、新工艺和新方法，提高焊丝熔化和熔滴过渡的效率和质量， 提升焊接生产水平。
程。
热传导方程
描述了热量在焊丝和熔滴中的 传递过程。
表面张力方程
描述了表面张力对熔滴形成和 脱离焊丝的作用。
电极力方程
描述了电流通过焊丝产生的电 阻热对焊丝熔化的影响。
焊丝熔化和熔滴过渡的控制方法
焊接参数的调整
焊接电流和电压
通过调整焊接电流和电压，可以 控制焊丝的熔化和熔滴的大小。
研究焊丝熔化和熔滴过渡过程中 的冶金反应和化学反应，揭示焊 接材料与母材的相互作用机制。
深入研究焊丝熔化和熔滴过渡的 传热、传质和动力学过程，建立 完善的理论模型，为优化焊接工
艺和焊接材料提供理论支持。
焊丝熔化和熔滴过渡的实验研究
开展焊丝熔化和熔滴过渡的实验研究，观察和测量焊丝熔化和熔滴过渡的过程，获取直观、 真实的数据。
电弧长度
电弧长度的变化会影响焊丝的熔化 和熔滴过渡的稳定性。
焊接设备的选择
手工焊机
适用于各种焊接工艺，但需要较 高的操作技能。
自动焊机
适用于高效、高质量的焊接，但 设备成本较高。
脉冲焊机
适用于薄板、不锈钢等材料的焊 接，具有较好的焊接质量和稳定
性。
保护气体的选择和使用
氩气
惰性气体，适用于各种材料的焊接，可以防止氧 化和腐蚀。
通过实验研究，分析焊丝熔化和熔滴过渡过程中的物理现象和化学反应，揭示其内在规律。
通过实验研究，对焊丝熔化和熔滴过渡的过程进行参数优化，提高焊接效率和焊接质量。
焊丝熔化和熔滴过渡的技术创新
针对焊丝熔化和熔滴过渡过程中存在的问题，开展技术创新研究，开发 新型焊接装备和焊接工艺。
利用新材料、新工艺和新方法，提高焊丝熔化和熔滴过渡的效率和质量， 提升焊接生产水平。
程。
热传导方程
描述了热量在焊丝和熔滴中的 传递过程。
表面张力方程
描述了表面张力对熔滴形成和 脱离焊丝的作用。
电极力方程
描述了电流通过焊丝产生的电 阻热对焊丝熔化的影响。
焊丝熔化和熔滴过渡的控制方法
焊接参数的调整
焊接电流和电压
通过调整焊接电流和电压，可以 控制焊丝的熔化和熔滴的大小。
焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
• 脉冲电流控制法
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
• 波形控制法
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
• 脉动送丝法
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
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
1，熔滴上的作用力
• 电磁力
当dG<dD时，形成的合力向上， 构成斑点力的一部分，阻碍 熔滴过渡。 dG>dD时, 形成的 合力向下，会促进熔滴过渡。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
2，熔滴过渡的主要形式和特点
• 自由过渡：熔滴脱离焊丝端部后，经过电弧空间自由运 动一段距离后而落入熔他的过渡形式。当焊接条件不同
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
焊丝金属的重量(g/Ah)，又称之为比熔化速度。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
4，熔滴过渡的控制
• 脉冲电流控制法
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
• 波形控制法
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
• 脉动送丝法
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
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
1，熔滴上的作用力
• 电磁力
当dG<dD时，形成的合力向上， 构成斑点力的一部分，阻碍 熔滴过渡。 dG>dD时, 形成的 合力向下，会促进熔滴过渡。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
2，熔滴过渡的主要形式和特点
• 自由过渡：熔滴脱离焊丝端部后，经过电弧空间自由运 动一段距离后而落入熔他的过渡形式。当焊接条件不同
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
焊丝金属的重量(g/Ah)，又称之为比熔化速度。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
4，熔滴过渡的控制
焊丝的熔化和熔滴的过渡课件
感谢您的观看。
焊丝伸出长度主要影响热传导和电阻热。
坡口形状主要影响传热和流场。
窄而深的坡口有利于集中热量，促进熔滴过渡。
宽而浅的坡口可能会导致热量分散，影响熔滴过渡的稳定性。
坡口形状的不一致也可能导致焊接过程中的飞溅和驼峰缺陷。
01
02
03
04
04
CHAPTER
焊丝熔化和熔滴过渡过程中的问题及措施
焊缝成形不良主要是由于焊接参数不匹配、焊丝与工件表面不清洁或焊接电弧不稳定等原因引起的。
ISO 3834、EN 1090 等标准体系，以及相应的材料、工艺和焊缝质量要求。
焊接质量控制标准
气孔、夹渣、未熔合、裂纹等。
常见的焊接缺陷
针对不同缺陷产生的原因，采取相应的工艺和操作措施进行预防和纠正。
防止措施
以某钢结构焊接为例，分析其焊接缺陷产生的原因，提出相应的防止措施。
案例分析
THANKS
解决方法
可以通过调整焊接参数、确保熔滴过渡稳定以及保持焊丝和工件表面清洁等方式来解决未熔合的问题。
05
CHAPTER
实际应用及案例分析
激光焊接、电子束焊接、搅拌摩擦焊接等。
高效焊接工艺
以激光焊接为例，介绍其原理、特点、应用范围及优势。
案例介绍
了解熔滴过渡的形式和特点，掌握熔滴过渡的控制方法。
熔滴过渡控制
随着焊接速度的增加，热输入降低，焊丝熔化速度减慢，熔滴体积减小，过渡频率也会降低。
焊接速度过快可能会导致熔滴未完全熔化就已过渡，造成焊接缺陷。
随着焊丝伸出长度的增加，电阻热增加，焊丝熔化速度加快，熔滴体积增大，过渡频率也会增加。
焊丝伸出长度过短可能会造成顶吹现象，过长的焊丝伸出长度可能会增加飞溅。
焊丝伸出长度主要影响热传导和电阻热。
坡口形状主要影响传热和流场。
窄而深的坡口有利于集中热量，促进熔滴过渡。
宽而浅的坡口可能会导致热量分散，影响熔滴过渡的稳定性。
坡口形状的不一致也可能导致焊接过程中的飞溅和驼峰缺陷。
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04
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CHAPTER
焊丝熔化和熔滴过渡过程中的问题及措施
焊缝成形不良主要是由于焊接参数不匹配、焊丝与工件表面不清洁或焊接电弧不稳定等原因引起的。
ISO 3834、EN 1090 等标准体系，以及相应的材料、工艺和焊缝质量要求。
焊接质量控制标准
气孔、夹渣、未熔合、裂纹等。
常见的焊接缺陷
针对不同缺陷产生的原因，采取相应的工艺和操作措施进行预防和纠正。
防止措施
以某钢结构焊接为例，分析其焊接缺陷产生的原因，提出相应的防止措施。
案例分析
THANKS
解决方法
可以通过调整焊接参数、确保熔滴过渡稳定以及保持焊丝和工件表面清洁等方式来解决未熔合的问题。
05
CHAPTER
实际应用及案例分析
激光焊接、电子束焊接、搅拌摩擦焊接等。
高效焊接工艺
以激光焊接为例，介绍其原理、特点、应用范围及优势。
案例介绍
了解熔滴过渡的形式和特点，掌握熔滴过渡的控制方法。
熔滴过渡控制
随着焊接速度的增加，热输入降低，焊丝熔化速度减慢，熔滴体积减小，过渡频率也会降低。
焊接速度过快可能会导致熔滴未完全熔化就已过渡，造成焊接缺陷。
随着焊丝伸出长度的增加，电阻热增加，焊丝熔化速度加快，熔滴体积增大，过渡频率也会增加。
焊丝伸出长度过短可能会造成顶吹现象，过长的焊丝伸出长度可能会增加飞溅。
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粗滴过渡（大颗粒过渡） ：
➢高弧压，小电流 ➢重力克服表面张力作用 ➢电弧稳定性和焊缝质量都
比较差。
➢高电压小电流MIG焊。
27
2．颗粒过渡
排斥过渡：
➢弧根小 ➢电流较大，斑点压力大 ➢高电压较大电流CO2气体保护焊 ➢直流正接时，斑点压力很大，
CO2、MIG都有明显的大颗粒排斥 过渡
28
2．颗粒过渡
15
三、熔滴上的作用力
1. 重力及表面张力 2. 电弧力 3. 爆破力
16
1. 重力及表面张力
焊丝直径较大而电流较小时重力及表面张力起主要作用
Fδ=2Rπσ 细焊丝
17
重力及表面张力
18
2. 电弧力
电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：
➢ 电磁收缩力 ➢ 等离子流力 ➢ 斑点力
电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对 熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表 面张力其主要作用。
第一章 电弧焊基础知识
§2 焊丝熔化及熔滴过渡
Welding wire Melting and droplet transfer
材料成型及控制工程 2007
1
主要内容
一、焊丝熔化的热量来源 二、焊丝熔化速度及熔化系数 三、熔滴上的作用力 四、主要熔滴过渡形式及其特点 五、熔滴过渡的控制
2
一、焊丝熔化的热量来源
焊丝的熔化系数：单位时间内通过单位电 流时焊丝的熔化量。g/(A.h)
等熔化曲线：送丝速度与熔化速度相等条 件下，获得的电流电压的关系。
电弧的固有调节作用：弧长因外界干扰发 生变化时，能自动回复到原来长度的特性。
11
影响焊丝熔化速度的因素
图1-24 铝焊丝熔化速度与电流、焊丝 直径的关系
图1-25 不锈钢焊丝熔化速度与电流、 伸出长度的关系
22
3. 爆破力
当熔滴内部因冶金反 应而生成气体或者含 有易蒸发金属时，在 电弧高温的作用下， 使气体体积膨胀而产 生的内压力，致使熔 滴爆破，这一内压力 称为爆破力，它促进 熔滴过渡，但产生飞 溅。
23
四、主要熔滴过渡形式及其特点
1．熔滴过渡分类： 2．颗粒过渡 3．喷射过渡： 4．爆炸过渡 5. 接触过渡 6. 渣壁过渡：
19
电磁收缩力
电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态
20
等离子流力
等离子流力：电流较大时，高速等离子流 力对熔滴产生很大的推力，使之沿轴线方 向运动。
21
斑点力
斑点力组成：
正离子或电子对熔滴的轰击力、 电极材料蒸发时产生的反作用力、 弧根很小时指向熔滴的电磁收缩力。
斑点面积比较小的时 候，斑点压力常常阻 碍熔滴过渡；斑点面 积比较大的时候，笼 罩整个熔滴，斑点压 力促进熔滴过渡。
30
3．喷射过渡
12
影响焊丝熔化速度的因素
图1－26 电压对焊丝熔化速度的影响
13
影响焊丝熔化速度的因素
14
影响焊丝熔化速度的因素
电流：电流↑→熔化速度↑ 电压：
➢ 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↓
24
1．熔滴过渡分类：
接触过渡
自由过
渣壁过
25
1．熔滴过渡分类：
(1)自由过渡
颗粒过渡
喷射过渡
爆炸过渡
大颗粒过渡
排斥过渡
细滴过渡
射滴过渡
射流过渡
旋转射流过渡
(2)接触过渡
短路过渡 搭桥过渡
(3)渣壁过渡
渣壁过渡 套筒过渡
26
2．颗粒过渡
电弧电压高，电流小，粗滴过渡、细滴过渡、排斥过渡。
焊丝的作用有两个： 电极导电 填充金属
作为填充金属，其熔化和过渡的特性将会对 焊缝的质量产生较大的影响。
3
一、焊丝熔化的热量来源
焊丝熔化的热量来源分两种情况： 熔化极电弧焊：
阴极区产生的电弧热 阳极区产生的电弧热 焊丝伸出长度上的电阻热 弧柱区的热量作用比较小
非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝
4
（1）电弧热
阴极区：PK=IUK-IUw-IUT
阳极区：PA=IUA+IUw+IUT
UK阴极压降
UA阳极压降
电流密度较大时：近似为0
Uw逸出电压
UT弧柱温度等效电压
电弧温度6000K时：小于1V
5
（1）电弧热
阴极区：PK=IUK-IUw=I(UK-Uw) 阳极区：PA=IUw
焊丝接负时：焊丝加热与熔化取决于（Uk-Uw）。 很多因素影响阴极电子发射，即影响的Uk大小。 如 电流、温度、材料等。
细滴过渡：
➢高弧压，更大电流 ➢电流比较大，电磁收缩力增
大，表面张力减小
➢熔滴存在的时间短，熔滴细
化，过渡频率增加
➢电弧稳定性比较高，飞溅少，
焊缝质量高
➢CO2细丝较大电流
29
3．喷射过渡
富氩或氩气保护焊，可分为： 射滴过渡 射流过渡 旋转射流过渡 亚射流过渡
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。
焊丝接正时：主要取决于材料逸出功和电流的大 小。当电流一定时，由于逸出功为常数，此时， 焊丝熔化系数为定值。
6
（1）电弧热
阴极区：PK=I(UK-Uw) 阳极区：PA=IUw 熔化极气体保护焊时，Uk>>Uw ，Pk>Pw
所以，同种材料，在相同的电流的作用下， 焊丝作为阴极的产热将比焊丝作为阳极时 产热多。因为散热条件相近，所以焊丝接 负时比焊丝接正时熔化快。
电流、 影响电子发射的因素（ UK、 UW ）、 影响电阻热的因素（Rs）
9
影响产热的因素
焊丝材料 有无氧化膜 焊丝熔点 焊丝直径 焊丝伸出长度 焊丝电阻率
一般10－30mm
对导电性能良好的Cu、Al，电阻热可 忽略，
对于不锈钢等不容忽略
10
二、焊丝熔化速度及熔化系数
焊丝的熔化速度：单位时间内，熔化的焊 丝的长度。m/h
7
(2)电阻热：
PR=I2RS Rs=ρLs/SPK+PR= I（UK-Uw）+ I2Rs 接正：Pm=PA+PR= I(Uw + IRs)+ I2Rs 合并： Pm= I（Um+ IRs）
焊丝接正时 Um=UW 焊丝接负时 Um=UK- UW
➢所以影响产热的因素包括：
➢高弧压，小电流 ➢重力克服表面张力作用 ➢电弧稳定性和焊缝质量都
比较差。
➢高电压小电流MIG焊。
27
2．颗粒过渡
排斥过渡：
➢弧根小 ➢电流较大，斑点压力大 ➢高电压较大电流CO2气体保护焊 ➢直流正接时，斑点压力很大，
CO2、MIG都有明显的大颗粒排斥 过渡
28
2．颗粒过渡
15
三、熔滴上的作用力
1. 重力及表面张力 2. 电弧力 3. 爆破力
16
1. 重力及表面张力
焊丝直径较大而电流较小时重力及表面张力起主要作用
Fδ=2Rπσ 细焊丝
17
重力及表面张力
18
2. 电弧力
电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：
➢ 电磁收缩力 ➢ 等离子流力 ➢ 斑点力
电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对 熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表 面张力其主要作用。
第一章 电弧焊基础知识
§2 焊丝熔化及熔滴过渡
Welding wire Melting and droplet transfer
材料成型及控制工程 2007
1
主要内容
一、焊丝熔化的热量来源 二、焊丝熔化速度及熔化系数 三、熔滴上的作用力 四、主要熔滴过渡形式及其特点 五、熔滴过渡的控制
2
一、焊丝熔化的热量来源
焊丝的熔化系数：单位时间内通过单位电 流时焊丝的熔化量。g/(A.h)
等熔化曲线：送丝速度与熔化速度相等条 件下，获得的电流电压的关系。
电弧的固有调节作用：弧长因外界干扰发 生变化时，能自动回复到原来长度的特性。
11
影响焊丝熔化速度的因素
图1-24 铝焊丝熔化速度与电流、焊丝 直径的关系
图1-25 不锈钢焊丝熔化速度与电流、 伸出长度的关系
22
3. 爆破力
当熔滴内部因冶金反 应而生成气体或者含 有易蒸发金属时，在 电弧高温的作用下， 使气体体积膨胀而产 生的内压力，致使熔 滴爆破，这一内压力 称为爆破力，它促进 熔滴过渡，但产生飞 溅。
23
四、主要熔滴过渡形式及其特点
1．熔滴过渡分类： 2．颗粒过渡 3．喷射过渡： 4．爆炸过渡 5. 接触过渡 6. 渣壁过渡：
19
电磁收缩力
电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态
20
等离子流力
等离子流力：电流较大时，高速等离子流 力对熔滴产生很大的推力，使之沿轴线方 向运动。
21
斑点力
斑点力组成：
正离子或电子对熔滴的轰击力、 电极材料蒸发时产生的反作用力、 弧根很小时指向熔滴的电磁收缩力。
斑点面积比较小的时 候，斑点压力常常阻 碍熔滴过渡；斑点面 积比较大的时候，笼 罩整个熔滴，斑点压 力促进熔滴过渡。
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3．喷射过渡
12
影响焊丝熔化速度的因素
图1－26 电压对焊丝熔化速度的影响
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影响焊丝熔化速度的因素
14
影响焊丝熔化速度的因素
电流：电流↑→熔化速度↑ 电压：
➢ 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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1．熔滴过渡分类：
接触过渡
自由过
渣壁过
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1．熔滴过渡分类：
(1)自由过渡
颗粒过渡
喷射过渡
爆炸过渡
大颗粒过渡
排斥过渡
细滴过渡
射滴过渡
射流过渡
旋转射流过渡
(2)接触过渡
短路过渡 搭桥过渡
(3)渣壁过渡
渣壁过渡 套筒过渡
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2．颗粒过渡
电弧电压高，电流小，粗滴过渡、细滴过渡、排斥过渡。
焊丝的作用有两个： 电极导电 填充金属
作为填充金属，其熔化和过渡的特性将会对 焊缝的质量产生较大的影响。
3
一、焊丝熔化的热量来源
焊丝熔化的热量来源分两种情况： 熔化极电弧焊：
阴极区产生的电弧热 阳极区产生的电弧热 焊丝伸出长度上的电阻热 弧柱区的热量作用比较小
非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝
4
（1）电弧热
阴极区：PK=IUK-IUw-IUT
阳极区：PA=IUA+IUw+IUT
UK阴极压降
UA阳极压降
电流密度较大时：近似为0
Uw逸出电压
UT弧柱温度等效电压
电弧温度6000K时：小于1V
5
（1）电弧热
阴极区：PK=IUK-IUw=I(UK-Uw) 阳极区：PA=IUw
焊丝接负时：焊丝加热与熔化取决于（Uk-Uw）。 很多因素影响阴极电子发射，即影响的Uk大小。 如 电流、温度、材料等。
细滴过渡：
➢高弧压，更大电流 ➢电流比较大，电磁收缩力增
大，表面张力减小
➢熔滴存在的时间短，熔滴细
化，过渡频率增加
➢电弧稳定性比较高，飞溅少，
焊缝质量高
➢CO2细丝较大电流
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3．喷射过渡
富氩或氩气保护焊，可分为： 射滴过渡 射流过渡 旋转射流过渡 亚射流过渡
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。
焊丝接正时：主要取决于材料逸出功和电流的大 小。当电流一定时，由于逸出功为常数，此时， 焊丝熔化系数为定值。
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（1）电弧热
阴极区：PK=I(UK-Uw) 阳极区：PA=IUw 熔化极气体保护焊时，Uk>>Uw ，Pk>Pw
所以，同种材料，在相同的电流的作用下， 焊丝作为阴极的产热将比焊丝作为阳极时 产热多。因为散热条件相近，所以焊丝接 负时比焊丝接正时熔化快。
电流、 影响电子发射的因素（ UK、 UW ）、 影响电阻热的因素（Rs）
9
影响产热的因素
焊丝材料 有无氧化膜 焊丝熔点 焊丝直径 焊丝伸出长度 焊丝电阻率
一般10－30mm
对导电性能良好的Cu、Al，电阻热可 忽略，
对于不锈钢等不容忽略
10
二、焊丝熔化速度及熔化系数
焊丝的熔化速度：单位时间内，熔化的焊 丝的长度。m/h
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(2)电阻热：
PR=I2RS Rs=ρLs/SPK+PR= I（UK-Uw）+ I2Rs 接正：Pm=PA+PR= I(Uw + IRs)+ I2Rs 合并： Pm= I（Um+ IRs）
焊丝接正时 Um=UW 焊丝接负时 Um=UK- UW
➢所以影响产热的因素包括：