2 焊丝熔化及熔滴过渡
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
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
• 射流过渡：
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 • 射流过渡：跳弧条件
U颈 E l2 -l1
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
• 射流过渡：临界电流
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
• 射流过渡：临界电流
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
• 短路过渡：是细焊丝(0.8-1.2mm)气体保护焊在采用小电 流和低电压规范时常见的一种熔滴过渡形式。特点是电 弧时而短路熄灭，时而引弧燃烧；焊丝端头熔滴则是时 而与熔池接触过渡，时而被电弧加热长大。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
• 2. 2 熔滴过渡与飞溅
3，焊丝的熔覆系数和飞溅
• 熔敷效率和熔敷系数
• 电弧焊接过程中，焊丝(条)悠比过渡到焊缝中的金员 重量与使用撑烽丝(条)重量之比称为熔敷效率。用焊条 焊接时，是按焊芯质量来计算。一般情况下熔敷效率可 达90％左右，熔化极员弧焊及埋弧自动焊的熔敷效串要 更高一些。CO2焊和手弧焊有时其熔敷效率只能达到80 ％左右，就是说约有l 0％－20％的焊丝金屑被飞溅、氧 化和蒸发掉。
2 焊丝的熔化与熔滴过渡
焊工知识：二氧化碳气体保护电弧焊
焊丝的熔化与熔滴过渡目的与要求：了解并掌握焊接电弧热和力的特点。
掌握溶滴过渡的形式、特点，初步掌握其应用。
一、焊丝的加热和熔化特性（一）焊丝的热源焊丝熔化的热源电弧热（主）+电阻热（次）（二）焊丝的熔化特性焊丝的熔化特性——焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系区别清楚与焊丝熔化有关的几个概念：熔化速度(mm/min & kg/h)熔化系数(g/A?h)熔敷系数(g/A?h)熔敷速度(kg/h)熔敷效率(%)飞溅率(%)损失系数(%)焊丝的熔化特性主要受焊丝材料、直径和伸出长度等因素影响。
二、熔滴上的作用力（重点）熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。
1、重力2、表面张力3、电弧力（注意其包含几项力在内！）4、熔滴爆破力5、电弧的气体吹送力在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，形成了不同的熔滴过渡形式三、熔滴过渡及特点（难点：从力的角度出发、从其规律讲起）熔滴过渡过程复杂，对电弧的稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响。
规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。
熔滴过渡：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡每一种又可以再分为不同的亚型。
目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。
自由过渡（重点）：滴状过渡喷射过渡: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）爆炸过渡接触过渡：短路过渡（重点）：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；热输入小、焊接变形小、全位置焊性能好但一般飞溅较大；适用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。
搭桥过渡渣壁过渡：沿渣壳（埋弧焊）沿套筒（焊条电弧焊）常见焊接方法的熔滴过渡形式焊条手工焊酸性焊条：细滴过渡碱性焊条：粗滴过渡+短路过渡CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡、表面张力过渡（STT）（细丝）MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡关于熔滴过渡技术的最新发展（特别介绍）STT、冷金属过渡（CMT）双脉冲（超脉冲）（double pulse、super pulse）过渡。
2.焊丝熔化及熔滴过渡资料
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
第二章焊丝的熔化和熔滴的过渡
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
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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.电弧电压的影响
等速送丝熔化极气体保炉焊时, 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. 电弧电压和电流的关系.
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第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
1.电弧热 1.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P 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 表示,计算公式如下: PA表示,计算公式如下: PK=I(UK-UW-UT)(2-1) PA=I(UA+UW+UT) ( 2 - 2) 在通常电弧焊的情况下,弧柱的平均温度为6000K左右, 6000K左右 在通常电弧焊的情况下,弧柱的平均温度为6000K左右, <1V;当焊接电流密度较大时, 近似为零, 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: 可简化为: P K = I (U K 一U W ) ( 2 - 3) PA= IUW ( 2 - 4) 这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源. 这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源. 规律:电流一定时,阴极区和阳极区的产热取决于U 规律:电流一定时,阴极区和阳极区的产热取决于UK和UW. 熔化极气体保护焊,为冷阴极电弧,UK>>UW,PK>PA 熔化极气体保护焊,为冷阴极电弧,
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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。
焊丝的熔化和熔滴过渡以及电弧产热,温度分布
熔滴过渡：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，熔化的金属积累到一定程度便以一定的方式脱离焊丝末端，并过渡到熔池中去，这个过程称作熔滴过渡。
熔化极电弧焊时，焊丝的作用：1、作为电弧的一极导电并传输能量，2、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形成焊缝。
焊丝熔化的热源：1、熔化极电弧焊焊丝的熔化主要依靠阴极区（直流正接）或者阳极区（直流反接）所产生的热量及焊丝自身的电阻热。
弧柱的热辐射是次要的。
2、非熔化极电弧焊填充焊丝时，主要依靠弧柱热来熔化焊丝。
电弧的静特性：是指在电极材料，气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压的变化关系，也成伏-安特性。
Ua=f(i)Ua=U k+U C+U AU a—电弧电压；U k阴极压降；U C弧柱压降；U A阳极压降电弧产热能量关系：焊接电弧是具有很强能量的导电体，其能量来源于焊接电源。
单位时间焊接电源向阴极区、弧柱区、阳极区提供的总能量表示为：P=P K+P C+P A=I U k+IU C+IU A阴极区产热：在阴极压降的环境下，电子和正离子不断的产生，消失，运动，构成了能量的转变和传递过程。
P K=I(U k– U w– U T)U k阴极压降，U w电子逸出电压，U T弧柱区温度等效电压阳极区产热：P A= I(U A + U w+ U T)弧柱区的产热：P C=IU c电弧的温度分布：1、纵向温度分布：阴极区和阳极区的电流密度和能量密度均高于弧柱区，但是温度的分布却与电流密度和能量密度不同，是电极的温度低而弧柱区温度较高，这是因为电极区受到电极材料的熔点和沸点的限制，而弧柱区中的气体和金属蒸气不受这一限制，而且气体介质的导热性能不如金属电极好，热量的散射相对较少，故而有较高的温度。
一般来讲，阴极因为要发射电子消耗能量较多，故温度比阳极低一些，阴极温度为2200~3500k，而阳极温度为2400~4200K。
2019最新2焊丝熔化及熔滴过渡英语
（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。
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
37
3．喷射过渡
亚射流过渡： 亚射流过渡特点： --弧长比较短，潜弧，熔深大 --有短路现象，但短路时间短 --与短路过渡比：先颈缩后短路,短路时间短,短路电流小 --与射滴过渡的区别：有短路现象存在。 --电弧稳定,飞溅小
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4．爆炸过渡
CO2焊时，熔滴在形成长大过程中，发生 激烈的冶金反应，生成大量的CO气体， 使熔滴急剧膨胀爆炸。
高电压小电流MIG焊。
28
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
29
2．颗粒过渡
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
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。
焊丝熔化及熔滴过渡
39
5. 接触过渡
接触过渡:焊丝（或焊条）端部的熔滴与熔池表面通过接触而 过渡的方式。可分为：短路过渡
搭桥过渡
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。
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
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。
一定的临界值，过渡形式才会从滴状过渡变为射滴过渡
射滴过渡特点：
斑点力和重力促进熔滴过渡 表面张力阻碍熔滴过渡 飞溅小，成型好 电流有临界值，且电流区间窄，难调 电弧成钟罩型
32
3．喷射过渡
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。
35
3．喷射过渡
旋转射流过渡：特
大电流MIG焊，焊丝伸 出长度较大，焊接电流 远大于射流临界电流， 液态金属长度增加，射 流过渡的细滴高速喷出 产生较大的反作用力， 一旦偏离轴线将产生旋 转射流过渡，电弧不稳、 成型不良、飞溅严重。
36
3．喷射过渡
亚射流过渡：大电流MIG焊铝合金时，弧压较低，电弧
旋转射流过渡
爆炸过渡
(2)接触过渡搭 短桥 路过 过渡 渡 (3)渣壁过渡套 渣筒 壁过 过渡 渡
第二章焊丝的加热熔化及熔滴过渡(土木)
1
1.1 电弧热： 直流正接：焊丝接电源负极作为阴极；工件接 电源正极作为阳极； 直流反接：焊丝—阳极；工件—阴极； ①直流正接：阴极热量用于加热、熔化焊丝： PK=I（UK-UT-UW）=Ium；其中Um为焊丝熔化 的等效电压； ②直流反接：阳极热量用于加热、熔化焊丝： PA=I（UA+UT+UW）=Ium； 当弧柱温度为6000K时，则UT＜1V；当电流密 度较大，则UA≈0； 以上两式可以简化为：PK’=I（UK-UW）； PA’=IUW；
a) 细丝小电流时
b) 中等电流大 电感时 c) 中等电流小 电感时 d) 固态短路时 e) 潜弧焊短路时 f) 大电流焊接 短路
39
3.2颗粒状过渡飞溅的特点：如图2-39所示； A)当用CO2、 CO2+O2、 CO2＋Ar（ CO2 的含量应 大于30%），小电流高电压时，会出现熔滴上挠现 象，如图a所示；； B)当电流再增加时，形成细颗粒过渡，此时飞溅小， 但在焊丝与熔滴之间，有时也会产生瞬时缩颈，缩 颈因过热而爆断，形成细小的飞溅；如图b所示； C) •在细颗粒过渡时，当焊丝的含碳量较大或焊丝、 工件清理不良时，在熔化的金属内部会形成大量的 气体（ CO2 、CO），聚集到一定程度而爆炸形成 细小的飞溅；如图c所示； •在大颗粒过渡时，熔滴内气体膨胀而引起爆炸， 从而造成较大的飞溅；如图d所示；
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= 2 dG
I log
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； 1.3.2 径向力Fr:在焊丝端头剪断熔滴，促进熔 滴过渡；如图2-9中Fcj力；
2焊丝熔化及熔滴过渡
(2)电阻热：
? PR=I2RS ? Rs=ρLs/S
8
(3）总热量
? 接负：Pm=PK+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：
42
5. 接触过渡
?搭桥过渡：非熔化极电弧焊。在表面张力、
重力及电弧力的作用下，熔滴进入熔池。
?形成条件：非熔化极填丝焊、气焊填丝
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5. 接触过渡
? 短路过渡与搭桥过渡的比较：
短路过渡： 焊丝导电，小滴， 电磁收缩力大于表面张力
搭桥过渡： 焊丝不导电，大滴， 电磁收缩力小于表面张力
44
6. 渣壁过渡：
46
五、熔滴过渡的控制
1. 脉冲电流控制法 ? 使用范围：熔化极氩弧焊 ? 控制方法：通过对焊接电流以一定的频率
进行变化，实现对焊丝熔化及熔滴过渡的 控制。这样可以使得平均电流保持在较小 的水平，实现对薄板的焊接。 ? 一般有三种方式：
47
1. 脉冲电流控制法
? 熔滴较大接近焊丝尺寸，在基值电流区间过渡， 沿轴向过渡，可用于仰焊、全位置焊接 。
28
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
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2．颗粒过渡
? 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
【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
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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。
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（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
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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。
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（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。
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Short circuit behavior of globular transfer
第三章 焊丝的熔化及熔滴过渡
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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
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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
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电弧力引起的飞溅
太原科技大学
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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。
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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
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药芯焊丝CO2焊熔滴过渡现象的观察与分析
面张力过渡时的短路过程。发现当短路过程不大于 ４脚时，过渡时一般很少发生电爆炸飞溅，在照片 中看到，当熔滴已经长得很大时熔滴开始与熔池发 生接触，熔池金属的表面张力促使熔滴过渡，短路过 渡过程平稳。
ＤＷｌ００焊丝在电弧电压２５．５ Ｖ和焊接电流 ２ｌＯ Ａ的条件下，虽然已经出现了表面张力过渡的 情况，但是大熔滴的排斥过渡仍然是主要的过渡形 式。因此还会发生大熔滴电爆炸飞溅和被电弧力排 斥而形成的上飘飞溅，表面张力过渡在低电压更大 电流的条件下才明显地表现出来。 ４．２药芯焊丝的细熔滴过渡
４表面张力过渡与细熔滴过渡
４．１药芯焊丝的表面张力过渡 当电流进一步增大时，送丝速度增大，电磁收缩
力对熔滴过渡的影响增强，使得熔滴在没有长大到 很大尺寸时，便与熔池接触短路，在熔池的表面张力 作用下，迅速向熔池过渡，过渡形态由排斥过渡向表 面张力过渡转变。
表面张力过渡是介于大熔滴的排斥过渡与细熔 滴过渡二者之间的一种过渡形式。作者曾经采用高 速摄影与汉诺威分析仪同步测试的方法研究焊丝表
２ 药芯焊丝熔滴过渡的基本形态
焊条电弧焊时，焊条的熔滴过渡形态主要由焊 条自身的条件决定的…，与焊条电弧焊不同。药芯 焊丝焊接时由于焊接参数可以在很大范围内调整， 因此药芯焊丝的熔滴过渡形态，除了药芯焊丝本身
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焊接学报
第２７卷
的因素外，很大程度上受焊接电参数的影响。药芯
焊丝ｃ０２气体保护焊时的熔滴过渡形式根据选取
．
，．
一一
Ｏ序
言
药芯焊丝的工艺性是影响药芯焊丝质量的突出 问题之一，在满足使用要求的前提下，焊丝的工艺质 量成为产品是否具有竞争力的重要因素。熔滴过渡 是弧焊过程中重要的电弧物理现象，它不仅决定着 焊条、焊丝的工艺性能，而且对焊接化学冶金、焊缝 成形，以至焊缝的性能都产生影响。进一步开展药 芯焊丝电弧物理的应用研究，为开发药芯焊丝新品 种和改进提高产品质量提供理论支持显得十分重 要。采用高速摄影和汉诺威焊接质量分析系统，进 一步对药芯焊丝在焊接过程中的熔滴行为进行观察 与分析，探讨药芯焊丝熔滴过渡形态特征，为建立熔 滴过渡形态与工艺性的内在联系，为药芯焊丝的工 艺性设计，提供试验依据。
焊丝的加热熔化及熔滴过渡土木
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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;
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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）
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•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
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。
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3．喷射过渡
富氩或氩气保护焊，可分为： 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： 射滴过渡：
熔滴直径达到与焊丝直径相近 电弧力使之强制脱离焊丝 时，电弧力使之强制脱离焊丝 端头，并快速通过电弧空间， 端头，并快速通过电弧空间， 向熔池过渡的形式。 向熔池过渡的形式。
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3．喷射过渡
形成条件：钢焊丝脉冲MIG焊、铝焊丝MIG焊，( 主 形成条件：钢焊丝脉冲 焊 铝焊丝 焊
要）电流必须达到一定的临界值，过渡形式才会从滴 电流必须达到一定的临界值， 状过渡变为射滴过渡 。
射滴过渡特点： 射滴过渡特点：
斑点力和重力促进熔滴过渡 表面张力阻碍熔滴过渡 飞溅小， 飞溅小，成型好 电流有临界值，且电流区间窄， 电流有临界值，且电流区间窄，难调 电弧成钟罩型
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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 12
影响焊丝熔化速度的因素
图1－26 电压 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
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影响焊丝熔化速度的因素
电流：电流↑→熔化速度↑ 熔化速度↑ 电流：电流↑→熔化速度 电压： 电压： 较长弧长范围内，电压变化→不影响焊丝的熔化 较长弧长范围内，电压变化→ 在较短弧长范围内，电压↓→熔化系数↑（自调节作用 熔化系数↑ 在较短弧长范围内，电压↓→熔化系数 在更短弧长范围内，电压↓→熔化系数 熔化系数↓ 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， 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 气体介质：反接时介质的影响不大， 较复杂， 较复杂，无明显规律 伸出长度：Ls↑→熔化速度↑ 熔化速度↑ 伸出长度：Ls↑→熔化速度 焊丝直径：d↑→熔化速度↓ 熔化速度↓ 焊丝直径：d↑→熔化速度
斑点面积比较小的时 候，斑点压力常常阻 碍熔滴过渡； 碍熔滴过渡；斑点面 积比较大的时候， 积比较大的时候，笼 罩整个熔滴， 罩整个熔滴，斑点压 力促进熔滴过渡。 力促进熔滴过渡。
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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， 有易蒸发金属时，在 电弧高温的作用下， 电弧高温的作用下， 使气体体积膨胀而产 生的内压力， 生的内压力，致使熔 滴爆破， 滴爆破，这一内压力 称为爆破力， 称为爆破力，它促进 熔滴过渡， 熔滴过渡，但产生飞 溅。
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） 影响电阻热的因素（Rs）
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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－ 一般 －30mm 对导电性能良好的Cu、 ， 对导电性能良好的 、Al，电阻热可 忽略， 忽略， 对于不锈钢等不容忽略
2
一、焊丝熔化的热量来源
焊丝的作用有两个： 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。
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一、焊丝熔化的热量来源
焊丝熔化的热量来源分两种情况： 焊丝熔化的热量来源分两种情况： 熔化极电弧焊： 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： 非熔化极电弧焊：弧柱区产热熔化焊丝
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4．爆炸过渡
CO2焊时，熔滴在形成长大过程中，发生 激烈的冶金反应，生成大量的CO气体， 激烈的冶金反应，生成大量的CO气体， 使熔滴急剧膨胀爆炸。 飞溅大，金属过渡少。
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接触过渡:焊丝（或焊条） 接触过渡:焊丝（或焊条）端部的熔滴与熔池表面通过接触而 过渡的方式。可分为： 过渡的方式。可分为：短路过渡 搭桥过渡 短路过渡:电流较小， 短路过渡 电流较小，电弧 电流较小 电压较低，弧长比较短， 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， 接触形成液态金属短路， 电弧熄灭， 电弧熄灭，金属熔滴过渡 到熔池中去。随后， 到熔池中去。随后，电弧 重新引燃，如此交替， 重新引燃，如此交替，这 种过渡称为短路过渡。 种过渡称为短路过渡。
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（1）电弧热
阴极区：P 阴极区：PK=I(UK-Uw) 阳极区：P 阳极区：PA=IUw 熔化极气体保护焊时，Uk>>Uw 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。
2．颗粒过渡
排斥过渡： 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
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2．颗粒过渡
细滴过渡： 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
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
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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 四、主要熔滴过渡形式及其特点 五、熔滴过渡的控制
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
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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。
粗滴过渡（大颗粒过渡） ： 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。
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三、熔滴上的作用力
1. 重力及表面张力 2. 电弧力 3. 爆破力
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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
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重力及表面张力
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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 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。
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(2)电阻热： (2)电阻热： 电阻热
PR=I2RS Rs=ρLs/S
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(3） (3）总热量
接负：Pm=P 接负：Pm=PK+PR= I（UK-Uw）+ I2Rs I（ 接正：Pm=P 接正：Pm=PA+PR= I(Uw + IRs)+ I2Rs 合并： Pm= I（Um+ IRs） I（ IRs） 焊丝接正时 Um=U Um=UW 焊丝接负时 Um=U Um=UK- UW
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3．喷射过渡
形成条件：钢焊丝 形成条件：钢焊丝MIG 焊中， 焊中，电流必须达到一 定的临界值。 定的临界值。 射流过渡过程： 射流过渡过程：
射流过渡：熔滴呈细小颗粒， 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。 池过渡的形式。
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3．喷射过渡
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3．喷射过渡
亚射流过渡：大电流MIG焊铝合金时，弧压较低， MIG焊铝合金时 亚射流过渡：大电流MIG焊铝合金时，弧压较低，电弧
呈半潜状态，熔滴尺寸约等于焊丝直径的射滴过渡， 呈半潜状态，熔滴尺寸约等于焊丝直径的射滴过渡，伴随 着瞬时短路，熔滴过渡频率达100 200个/s。 100～ 着瞬时短路，熔滴过渡频率达100～200个/s。介于短路与 射滴之间的过渡形式，其实应该称亚射滴过渡。 射滴之间的过渡形式，其实应该称亚射滴过渡。 形成条件：铝合金铝焊丝、 形成条件：铝合金铝焊丝、短弧焊 亚射流过渡过程：弧长 亚射流过渡过程： 比较短，熔滴形成、长大， 比较短，熔滴形成、长大， 在形成射滴过渡之际熔滴 与熔池短路， 与熔池短路，在电磁收缩 力的作用下细颈破断， 力的作用下细颈破断，完 成过渡，电弧重新引燃。 成过渡，电弧重新引燃。
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3．喷射过渡
亚射流过渡： 亚射流过渡： 亚射流过渡特点： 亚射流过渡特点： --弧长比较短，潜弧，熔深大 --弧长比较短 潜弧， 弧长比较短， --有短路现象，但短路时间短 --有短路现象 有短路现象， --与短路过渡比：先颈缩后短路,短路时间短,短路电流小 --与短路过渡比 先颈缩后短路,短路时间短, 与短路过渡比： --与射滴过渡的区别：有短路现象存在。 --与射滴过渡的区别 有短路现象存在。 与射滴过渡的区别： --电弧稳定,飞溅小 --电弧稳定 电弧稳定,
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四、主要熔滴过渡形式及其特点
1．熔滴过渡分类： 熔滴过渡分类： 2．颗粒过渡 3．喷射过渡： 喷射过渡： 4．爆炸过渡 5. 接触过渡 6. 渣壁过渡： 渣壁过渡：
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1．熔滴过渡分类： 熔滴过渡分类：
接触过渡
分类：
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
跳弧： 跳弧：电弧从熔滴的根部扩张到颈缩的根部 过渡机理： 过渡机理：
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3．喷射过渡
射流过渡： 射流过渡：
射流过渡特点： 射流过渡特点： --跳弧 跳弧 --等离子流力 等离子流力 --铅笔尖 铅笔尖 --熔滴仅为焊丝直径的 熔滴仅为焊丝直径的30%～60% 熔滴仅为焊丝直径的 ～ --熔滴过渡频率 个/s以上 熔滴过渡频率200个 以上 熔滴过渡频率 --电弧平稳,飞溅小 --电弧平稳 电弧平稳, --电流有临界值 电流有临界值 --锥形电弧 锥形电弧 --指状熔深 指状熔深 --钢焊丝富氩 钢焊丝富氩MIG 钢焊丝富氩