第二章 焊丝的熔化和熔滴的过渡——【《熔焊方法及设备(第2版)》王宗杰】
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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。
2.1.2影响焊丝熔化速度的因素
•
焊丝熔化速度vm通常以单位时间内焊丝的熔
化长度(m/h或m/min)或熔化质量(kg/h)表示；熔化
系数或称比熔化速度αm,则是指每安培焊接电流在 单位时间内所熔化的焊丝质量(g/A·h)。焊丝的熔化
速度主要取决于式（2-7）所表示的单位时间内用
（2-2）
• 在通常电弧焊的情况下，弧柱的平均温度为6000K
左右，UT<1V；当焊接电流密度较大时，UA近似为零， 故上两式可简化为：
• PK＝I（UK －UW）
（2-3）
• PA＝ IUW
（2-4）
• 这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源。
2．电阻热
• 从焊丝与导电嘴的接触点到电弧端头的一段焊丝 上（即焊丝的伸出长度，用Ls表示）有焊接电流流 过时，将产生电阻热，这也是焊丝加热熔化的一部 分热源(图2-1)。焊丝伸出长度的电阻为
6．气体介质及焊丝极性的影响
• 气体介质不同，对阴极压降和电弧产热有直接影 响（对阳极产热影响不大）。由式（2-3）可知， 阴极产热与阴极压降有关，所以焊丝为阴极时，气 体介质的成分将直接影响焊丝熔化速度。
丝大电流时，焊丝伸出长度越大，PR越大，这时PR与PK 或PA相比才有重要的作用。
• 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Pm可表示
• Pm＝I（Um ＋IRs） （2-7）
• ＝U式W；中焊，丝Um为是阴电极弧时热，的U等m＝效U电K－压U，W焊。丝这为就阳是极单时位，时U间m
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ •
BC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“电弧的固有调节作用
(Intrinsic Self Regulation Characters)”。铝焊丝电弧
的固有调节作用很强，钢焊丝则较弱(见图2-4b)，
故铝焊丝采用这段弧长(亚射流过渡)进行焊接时,可
以使用恒流电源实行等速送丝熔化极气体保护焊。
• 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。
• 非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊） 填充焊丝时，主要靠弧柱热来熔化焊丝。
•
1．电弧热
• 根据第1章中的式（1-11）和式（1-12）可知，单位时 间内阴极区和阳极区的产热量如果分别用电功率PK和 PA表示，计算公式如下：
•
PK＝I（UK－UW－UT）
（2-1）
•
PA＝I（UA＋UW＋UT）
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
•
材料不同还会引起焊丝熔化系数的不同。铝
合金因电阻率小，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，与电流无关 。 不锈钢电阻率较大，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 且随焊丝伸出长度增加而增加。
• Rs＝ρLs/S (2-5)
• 则电阻热为 PR＝ I2Rs (2-6) • 式中， Rs是焊丝Ls段的电阻值，ρ是焊丝的电阻 率，Ls是焊丝的伸出长度，S是焊丝的横截面积。
图2-1 焊丝伸出长度的电阻热示意图
•
一般Ls=10～30mm。对于导电性能良好的铝和铜
等金属焊丝，PR与PK或PA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，特别在细
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。
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
5．焊丝材料的影响
• 焊丝材料不同，电阻率也不同，所产生的电阻热 不同，因而对熔化速度的影响也不同。不锈钢电阻 率较大，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。
第二章 焊丝的熔化和熔滴的过渡
• 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 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、 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 力、熔滴过渡的主要形式以及熔滴过渡过程中产生 的飞溅。
于加热和熔化焊丝的总能量Pm。
1．焊接电流的影响
• 由式（2-7）可知，电弧热与电流成正比，电阻 热与电流平方成正比。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。
图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
• 2．电弧电压的影响
• 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，见图2-4。
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
2.1 焊丝的加热与熔化
2.1.1焊丝的熔化热源
• 熔化极电弧焊时，焊丝具有两方面的作用，即 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熔化的母材 一起冷却结晶而形成焊缝。焊丝的加热熔化主要靠 单位时间内阴极区(直流正接时)或阳极区(直流反 接时)所产生的热量及焊丝自身的电阻热，弧柱的 辐射热则是次要的。
要能量。
2.1.2影响焊丝熔化速度的因素
•
焊丝熔化速度vm通常以单位时间内焊丝的熔
化长度(m/h或m/min)或熔化质量(kg/h)表示；熔化
系数或称比熔化速度αm,则是指每安培焊接电流在 单位时间内所熔化的焊丝质量(g/A·h)。焊丝的熔化
速度主要取决于式（2-7）所表示的单位时间内用
（2-2）
• 在通常电弧焊的情况下，弧柱的平均温度为6000K
左右，UT<1V；当焊接电流密度较大时，UA近似为零， 故上两式可简化为：
• PK＝I（UK －UW）
（2-3）
• PA＝ IUW
（2-4）
• 这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源。
2．电阻热
• 从焊丝与导电嘴的接触点到电弧端头的一段焊丝 上（即焊丝的伸出长度，用Ls表示）有焊接电流流 过时，将产生电阻热，这也是焊丝加热熔化的一部 分热源(图2-1)。焊丝伸出长度的电阻为
6．气体介质及焊丝极性的影响
• 气体介质不同，对阴极压降和电弧产热有直接影 响（对阳极产热影响不大）。由式（2-3）可知， 阴极产热与阴极压降有关，所以焊丝为阴极时，气 体介质的成分将直接影响焊丝熔化速度。
丝大电流时，焊丝伸出长度越大，PR越大，这时PR与PK 或PA相比才有重要的作用。
• 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Pm可表示
• Pm＝I（Um ＋IRs） （2-7）
• ＝U式W；中焊，丝Um为是阴电极弧时热，的U等m＝效U电K－压U，W焊。丝这为就阳是极单时位，时U间m
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ •
BC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“电弧的固有调节作用
(Intrinsic Self Regulation Characters)”。铝焊丝电弧
的固有调节作用很强，钢焊丝则较弱(见图2-4b)，
故铝焊丝采用这段弧长(亚射流过渡)进行焊接时,可
以使用恒流电源实行等速送丝熔化极气体保护焊。
• 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。
• 非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊） 填充焊丝时，主要靠弧柱热来熔化焊丝。
•
1．电弧热
• 根据第1章中的式（1-11）和式（1-12）可知，单位时 间内阴极区和阳极区的产热量如果分别用电功率PK和 PA表示，计算公式如下：
•
PK＝I（UK－UW－UT）
（2-1）
•
PA＝I（UA＋UW＋UT）
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
•
材料不同还会引起焊丝熔化系数的不同。铝
合金因电阻率小，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，与电流无关 。 不锈钢电阻率较大，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 且随焊丝伸出长度增加而增加。
• Rs＝ρLs/S (2-5)
• 则电阻热为 PR＝ I2Rs (2-6) • 式中， Rs是焊丝Ls段的电阻值，ρ是焊丝的电阻 率，Ls是焊丝的伸出长度，S是焊丝的横截面积。
图2-1 焊丝伸出长度的电阻热示意图
•
一般Ls=10～30mm。对于导电性能良好的铝和铜
等金属焊丝，PR与PK或PA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，特别在细
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。
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
5．焊丝材料的影响
• 焊丝材料不同，电阻率也不同，所产生的电阻热 不同，因而对熔化速度的影响也不同。不锈钢电阻 率较大，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。
第二章 焊丝的熔化和熔滴的过渡
• 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 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、 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 力、熔滴过渡的主要形式以及熔滴过渡过程中产生 的飞溅。
于加热和熔化焊丝的总能量Pm。
1．焊接电流的影响
• 由式（2-7）可知，电弧热与电流成正比，电阻 热与电流平方成正比。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。
图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
• 2．电弧电压的影响
• 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，见图2-4。
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
2.1 焊丝的加热与熔化
2.1.1焊丝的熔化热源
• 熔化极电弧焊时，焊丝具有两方面的作用，即 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熔化的母材 一起冷却结晶而形成焊缝。焊丝的加热熔化主要靠 单位时间内阴极区(直流正接时)或阳极区(直流反 接时)所产生的热量及焊丝自身的电阻热，弧柱的 辐射热则是次要的。