焊接电弧及熔滴控制
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
电弧焊的熔滴过渡
电弧焊的熔滴过渡§6—5电弧焊的熔滴过渡熔滴是电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴。
熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。
熔滴过渡对焊接过程的稳定性，焊缝形成，飞溅及焊接接头的质量有很大的影响，因此了解这个问题对于掌握熔化极焊接工艺是很重要的。
金属熔滴向熔池过程的形式，大致可分为三种即：滴状过渡、短路过渡、喷射过渡为什么熔滴过渡会有上述这些不同的形式呢？这是由于作用于液体金属熔滴上的外力不同的缘故。
在焊接时，采取一定的工艺措施。
就可以改变熔滴上的作用力，也就使熔滴按人们所需要的过渡形式自焊条向熔池过渡。
一熔滴过度的作用力1熔滴的重力任何物体都会因为本身的重力而具有下垂的倾向。
平焊时，金属熔滴的重力起促进熔滴过渡作用。
但是在立焊及仰焊时，熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡，成为阻碍力。
2表面张力液体金属象其它液体一样具有表面张力，即液体在没有外力作用时，其表面积会尽量减小，缩成圆形，对液体金属来说，表面张力使熔化金属成为球形。
焊条金属熔化后，其液体金属并不会马上掉下来，而是在表面张力的作用下形成球滴状悬挂在焊条末端。
随着焊条不断熔化，熔滴体积不断增大，直到作用在熔滴上的作用力超过熔滴与焊芯界面间的张力时，熔滴才脱离焊芯过渡到熔池中去。
因此表面张力对平焊时的熔滴过渡并不利。
但表面张力在仰焊等其它位置的焊接时，却有利于熔滴过渡，其一是熔池金属在表面张力作用下，倒悬在焊缝上而不易滴落；其二当焊条末端熔滴与熔池金属接触时，会由于熔池表面张力的作用，而将熔滴拉入熔池。
表面张力越大焊芯末端的熔滴越大。
表面张力的大小与多种因素有关，如焊条直径越大焊条末端熔滴的表面张力也越大；液体金属温度越高，其表面张力越小，在保护气体中加入氧化性气体（Ar—O2 Ar—CO2）可以显著降低液金属的表面张力，有利于形成细颗粒熔滴向熔池过渡。
3电磁力向相同，则这两根导体彼此相吸，使这两根导体相吸的力叫做电磁力，方向是从外向内，图1所示。
电焊条的原理
电焊条的原理电焊条是电弧焊接中的一种重要焊接材料，它承担着导电、导热、气体保护和添加合金等多种功能。
电焊条的原理是通过电弧的高温作用，使焊接材料和工件熔化，然后冷却凝固，从而实现焊接的目的。
下面我们将详细介绍电焊条的原理及其工作过程。
首先，电焊条的原理是基于电弧的产生和维持。
当两个导电材料之间施加足够的电压，电流通过导电材料形成电弧，产生高温和强烈的光辐射。
电弧的高温可以使焊接材料和工件表面熔化，形成熔池，然后冷却凝固成为焊缝。
电焊条在这个过程中起到了导电导热的作用，帮助维持电弧的稳定性，从而实现焊接。
其次，电焊条的原理还涉及到气体保护和合金添加。
在电弧焊接过程中，电焊条会释放出一定的气体，形成气体保护层，防止焊接熔池受到空气中氧气和氮气的污染，保证焊接质量。
同时，电焊条中还含有一定的合金元素，可以在焊接过程中向焊缝中添加合金，改善焊接材料的性能。
另外，电焊条的原理还包括了熔化的控制和焊接熔滴的传递。
在电弧焊接过程中，电焊条和工件之间的电流会产生热量，使电焊条熔化并形成熔滴，通过电弧的作用传递到工件表面，形成焊缝。
电焊条的化学成分和外部电流的控制可以影响熔滴的形成和传递，从而影响焊接的质量和效果。
最后，电焊条的原理还涉及到焊接材料的选择和工艺参数的调整。
不同的焊接材料和工件需要选择适合的电焊条，同时在实际焊接过程中需要根据不同的工艺要求调整电流、电压、焊接速度等参数，以保证焊接质量和效果。
总结一下，电焊条的原理是基于电弧的高温作用，通过导电导热、气体保护和合金添加等多种功能，实现焊接材料和工件的熔化、冷却凝固，从而完成焊接过程。
在实际应用中，我们需要充分理解电焊条的原理，合理选择焊接材料和工艺参数，以确保焊接质量和效果。
电弧焊接中的熔滴运动与形成规律研究
电弧焊接中的熔滴运动与形成规律研究电弧焊接是一种常见的金属焊接方法，通过电弧的热量将金属材料熔化并连接在一起。
在焊接过程中，熔滴的运动和形成规律对焊接质量起着重要的影响。
本文将探讨电弧焊接中熔滴的运动和形成规律的研究。
电弧焊接过程中，焊丝被电弧加热并熔化，形成熔滴。
熔滴在电弧的作用下，由焊丝上脱离并向焊缝方向运动。
熔滴的运动和形成规律直接决定了焊缝的形状和质量。
首先，熔滴的运动主要受到电弧力和重力的影响。
电弧力是由电弧的热气流产生的，它会将熔滴推向焊缝。
而重力则会使熔滴下落。
因此，在水平焊接时，熔滴会沿着焊缝方向运动；而在垂直焊接时，熔滴会向下落。
其次，熔滴的形成规律与焊接电流和电弧长度有关。
焊接电流的大小会影响焊丝的熔化速度和熔滴的形成。
当焊接电流较大时，焊丝熔化速度加快，熔滴形成较大；而当焊接电流较小时，焊丝熔化速度减慢，熔滴形成较小。
此外，电弧长度的变化也会影响熔滴的形成规律。
电弧长度较长时，焊丝熔化速度较慢，熔滴形成较小；而电弧长度较短时，焊丝熔化速度较快，熔滴形成较大。
另外，熔滴的形成还与焊接速度和焊丝直径有关。
焊接速度的变化会影响焊丝的熔化速度和熔滴的形成。
当焊接速度较快时，焊丝熔化速度加快，熔滴形成较大；而当焊接速度较慢时，焊丝熔化速度减慢，熔滴形成较小。
焊丝直径的变化也会影响熔滴的形成规律。
焊丝直径较大时，焊丝熔化速度较快，熔滴形成较大；而焊丝直径较小时，焊丝熔化速度较慢，熔滴形成较小。
此外，熔滴的形成还受到焊接工艺参数的影响。
焊接工艺参数包括焊接电流、电压、焊接速度等。
这些参数的变化会直接影响焊丝的熔化速度和熔滴的形成。
因此，在电弧焊接过程中，合理调节焊接工艺参数对于控制熔滴的形成规律至关重要。
综上所述，电弧焊接中熔滴的运动和形成规律是一个复杂的过程，受到多种因素的综合影响。
电弧力、重力、焊接电流、电弧长度、焊接速度和焊丝直径等因素都会对熔滴的形成和运动产生影响。
研究熔滴的运动和形成规律，可以帮助优化焊接工艺参数，提高焊接质量和效率。
磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究
磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究随着工业领域的发展，对焊接技术的要求也越来越高。
在焊接过程中，电弧-熔滴-熔池三者之间的耦合行为对焊接质量和效率有着重要影响。
因此，研究电弧-熔滴-熔池之间的耦合行为对于优化焊接工艺具有重要意义。
为了深入了解磁控高效MIG焊中电弧-熔滴-熔池之间的相互作用，我们进行了数值模拟研究。
本研究基于计算流体力学（CFD）方法，采用了OpenFOAM软件进行数值模拟，并结合了磁流体力学（MHD）模型和多相流模型，对电弧-熔滴-熔池的行为进行了细致分析。
首先，我们从电弧的形成开始。
电弧是焊接过程中产生的高温等离子体，它是通过两个电极之间的电流放电产生的。
在磁控高效MIG焊中，强磁场的作用会对电弧产生显著影响。
我们通过模拟研究了磁场对电弧的形态和稳定性的影响。
结果表明，磁场的存在可以改善电弧的稳定性，并能够控制电弧的沿焊丝流动的方向。
接下来我们研究了熔滴脱落的过程。
熔滴是由焊丝在电弧作用下熔化而形成的液态金属滴，它的脱落对焊接质量有着重要影响。
通过数值模拟，我们探究了熔滴脱落的机理和影响因素。
研究结果表明，在磁场的作用下，熔滴的脱落更加稳定，并且可以控制脱落角度和速度，从而提高焊接效率和质量。
最后，我们对熔池的行为进行了分析。
熔池是焊接过程中形成的液态金属池，它对焊接接头的形成和稳定性有着重要的影响。
我们通过模拟研究了熔池的形状、尺寸和温度分布，并探讨了磁场对熔池行为的影响。
结果表明，在磁场的作用下，熔池形状更加稳定，温度分布更加均匀，从而提高焊接质量。
总之，本研究通过数值模拟研究了磁控高效MIG焊中电弧-熔滴-熔池之间的耦合行为。
结果表明，磁场的存在可以改善电弧的稳定性、控制熔滴脱落和熔池形状，从而提高焊接质量和效率。
本研究对于优化磁控高效MIG焊的工艺参数具有重要的借鉴意义，为进一步提升焊接技术水平提供了理论依据综上所述，本研究通过模拟研究了磁场对电弧、熔滴和熔池行为的影响，并发现磁场的存在可以显著改善焊接过程中的稳定性和控制性。
电弧焊熔滴上的作用力
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主要因素。
(1)、重力(2)、表面张力(3)、电弧力（包含几项力在内）(4)、熔滴爆破力(5)、电弧的气体吹送力F δ=2R πσ细焊丝焊丝直径较大而电流较小时重力及表面张力起主要作用1.重力及表面张力重力及表面张力2. 电弧力•电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：Ø电磁收缩力Ø等离子流力Ø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。
电磁收缩力•电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态等离子流力•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。
斑点力•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。
斑点力组成：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。
3. 爆破力熔滴内部的气体或者金属蒸发，在电弧高温的作用下，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。
短路过度时的爆破力示意图a) 短路b)爆破及再引燃总结：熔滴上的作用力及其特点重力（促进或阻碍熔滴过渡）表面张力（促进或阻碍熔滴过渡）电磁收缩力（促进或阻碍熔滴过渡）等离子流力（促进熔滴过渡）气体吹送力（促进熔滴过渡）金属蒸气的反作用力（阻碍熔滴过渡）斑点压力（阻碍熔滴过渡）爆破力（造成飞溅）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。
焊接过程控制
干扰的特点： （1）影响大。如焊缝中心线变化 （2）易检测。与被控制量的检测相比，容易检测的干扰居 多，如电源电压波动 （3）事先可预测。多为事先能预想得到的干扰，如管环焊 材料成型控制工程基础 缝焊接。 2017/6/23
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6.1第6 焊接过程控制特点 章 焊接过程控制
3.控制方式的特点
出于电弧焊过程中干扰因素多和被控制量的检测又较困 难(检测性不好)。迄今为止，电弧焊工艺所采用的自动控制 方式属于完全的反馈系统的例子较少，而多数是属于干扰控 制或前馈控制。一般说来，它多用在反馈系统中，这时的框 图如图6.1所示。
材料成型控制工程基础
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第6章 焊接过程控制
（2）焊点质量控制 焊点质量实时控制方法。早期寻找能反映熔核形成的参量作 为质量控制的依据。不断发展，但始终没有一种方法可补偿各 种因素影响，未圆满解决。
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6.1第6 焊接过程控制特点 章 焊接过程控制
材料成型控制工程基础
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6.1第6 焊接过程控制特点 章 焊接过程控制
短路过渡优点：成本低，熔池容量很小不易流失，从而 可以很方便地进行全位置焊接， 短路过渡缺点：飞溅大,成型不佳,熔深不大,堆高很大 。 改善方法： （1）实时控制二氧化碳短路熔滴过渡稳定性技术 （2）一元化控制方式。
点焊影响因素主要来自以下几个方面： （1）焊机通电回路:包括网压波动、焊接回路感抗 及阻抗变化。 （2）焊机加压系统:主要是电极压力波动。 （3）电极材料及形状:包括电极磨损、电极表面玷 污、电极材料与所焊材料不匹配等问题。 （4）工件:包括被焊材料的表面质量、厚度及其它 焊点分流的影响。 （5）冷却条件:包括冷却水冷却状况及电极、工件 的散热等因素。
射流过渡、熔滴过渡、脉冲过渡和短路过渡。
射流过渡、熔滴过渡、脉冲过渡和短路过渡。
射流过渡、熔滴过渡、脉冲过渡和短路过渡是电弧焊接过程中常见的四种过渡状态。
这些过渡状态对焊接质量和焊接速度都有着重要的影响。
在本文中，我们将详细介绍这四种过渡状态的特点、影响和应对措施。
一、射流过渡射流过渡是电弧焊接过程中最常见的过渡状态之一。
在这种状态下，电弧的能量主要用于将金属表面加热并蒸发，形成一个高温、高速的气流。
这个气流可以将金属表面的氧化物和杂质吹走，从而清洁焊接区域，提高焊缝的质量。
射流过渡的特点是电弧稳定，焊接速度较快，但焊接质量较差。
这是因为在射流过渡状态下，电弧的能量主要用于加热和蒸发金属表面，而不是用于熔化金属。
因此，焊接区域的温度较低，焊缝的质量也较差。
应对措施：为了提高焊接质量，可以采取以下措施：1.增加电流密度，提高焊接区域的温度，促进金属的熔化。
2.增加焊接速度，减少射流过渡状态的时间，降低气流对焊缝的影响。
3.使用气体保护，减少氧化物和杂质的生成，提高焊缝的质量。
二、熔滴过渡熔滴过渡是电弧焊接过程中另一种常见的过渡状态。
在这种状态下，电弧的能量主要用于熔化金属，形成熔滴。
这些熔滴会从电极上脱落，落在焊缝上，形成焊缝。
熔滴过渡的特点是电弧不稳定，焊接速度较慢，但焊接质量较好。
这是因为在熔滴过渡状态下，电弧的能量主要用于熔化金属，形成熔滴。
这些熔滴可以充分熔化金属，形成均匀的焊缝。
应对措施：为了提高焊接速度，可以采取以下措施：1.减小电流密度，降低焊接区域的温度，减少熔滴的形成。
2.增加焊接速度，减少熔滴过渡状态的时间，提高焊接效率。
3.使用适当的电极直径和电极形状，使电弧稳定，减少熔滴的飞溅。
三、脉冲过渡脉冲过渡是一种特殊的焊接过渡状态。
在这种状态下，电弧的能量以脉冲形式释放，每个脉冲的时间很短，但能量很大。
这种方式可以使焊接区域的温度快速升高，熔化金属，形成焊缝。
脉冲过渡的特点是焊接速度快，焊接质量好，但需要特殊的焊接设备和技术。
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。
焊接电弧的静特性和熔滴过渡的形式
平特性
在B区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射能力增强， 阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也就是说电弧 中产生和运动等量的电荷不需要更强的电场。 对于弧柱区，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加造成的 热损失外，等离子气流的流动对电弧产生附加的冷却作用，因 此在一定的电弧区间内，电弧电压自动的维持一定的数值，保 证产热和散热的平衡。成平特性。 一般埋弧焊、手工焊、大电流TIG焊等都工作在平特性段。
下降特性
在A区：电流较小，电弧热量较低，电离度低，电弧的导电性 较差，需要有较高的电场推动电荷运动； 电弧阴极区，由于电极温度低，电子提供能力较差，不能实现 大量的电子发射，会形成比较强的阴极电压降。所以电流越小 电压越高。 弧柱区在小电流范围内电流密度基本不变，弧柱截面随电流的 增加按比例增加，但弧柱周长增加的少，产热多，散热少，电 弧温度提高，电离程度提高，电弧电场强度降低，弧压降低， 所以电弧成负阻特性。
上升特性
在C区：电流更大时， 金属蒸汽的发射及等离子流的冷却作用进一步加强，同时由于电 磁力的作用，电弧截面不能成比例增加，电弧的电导率减小，要 保证较大的电流通过相对比较小的截面，需要更高的电场。 MIG焊的电弧一般工作在上升段。
电弧电压决定于电弧长 度和焊接电流值
不同电弧长度的电弧静特性曲线
仰焊 横焊
重力
表面张力 气体吹力
电磁力 斑点压力
有利于熔滴过渡的打√，阻碍熔滴过渡的打×
斑点压力
斑点压力：斑点受到带电粒子的撞击，或金属蒸汽的反作用而对 斑点产生的压力，称为斑点力，或斑点压力。 阴极斑点力大于阳极斑点力
不论是阴极斑点力还是阳极 斑点力，其方向总是与熔滴 过渡方向相反，如图所示。 但由于阴极斑点力大于阳极 斑点力，所以熔化极气体保 护焊可通过采用直流反接减 小对熔滴过渡的阻碍作用， 减少飞溅。
焊接过程中电流电压与熔池熔滴的关系
焊接过程中电流电压与熔池熔滴的关系
在焊接过程中，电流、电压与熔池熔滴的关系是密切而微妙的。
这种关系主要体现在电流和电压对熔池深度和宽度的影响上。
首先，电流的大小会直接影响熔池的深度。
随着电流的增大，熔池的深度也会相应增大。
这是因为更大的电流会产生更多的热量，使得焊接区域的金属更容易熔化，从而形成更深的熔池。
其次，电压的大小则会影响熔池的宽度。
电压越大，熔池的宽度也会越宽。
这是因为电压决定了电弧的特性和焊接速度，电弧的长度和强度直接影响熔池的大小和形状。
此外，熔滴的形成和特性也与电流和电压的设定有关。
熔滴是在焊接过程中，由熔化的金属在电弧的作用下形成的，其大小和形状会受到电流和电压的影响。
合适的电流和电压设定可以帮助形成稳定、均匀的熔滴，从而提高焊接质量和效率。
同时，还需要考虑焊接速度、焊接材料类型以及母材本身的特性等因素，它们也会对熔池和熔滴的形成产生影响。
例如，焊接速度过快可能导致熔池过浅，焊接速度过慢则可能导致熔池过深，影响焊接质量。
总的来说，电流、电压与熔池熔滴的关系是焊接过程中的核心问题之一，合理的设定和控制这些参数是确保焊接质
量和效率的关键。
焊接电弧的偏吹成因与控制
焊接电弧的偏吹成因与控制[摘要] 焊接电弧的偏吹会给焊接工作造成不少困难，还会使焊缝产生气孔、未焊透和焊偏等缺陷，因此必须根据电弧偏吹的规律，采取相应的措施加以克服或减少电弧偏吹的现象。
[关键词] 焊接电弧偏吹短弧焊接小电流焊接1 前言电弧偏吹会使焊接电弧失去刚直性,造成电弧飘摆和不稳定,甚至导致电弧熄灭；电弧不稳定，会使熔滴过渡不规则,导致焊缝成形不良,会在焊缝中引起未焊透、夹渣等缺陷，此外，偏吹还会混入有害气体,影响焊缝的内在质量。
因此,必须研究电弧磁偏吹产生的原因,尽可能克服有害影响。
2焊接电弧偏吹的原因在正常情况下焊接时，电弧的中心轴线总是保持着沿焊条电极的方向。
随着焊条变换倾斜角度，电弧也跟着电极轴线的方向而改变。
因此，我们就利用电弧这一特性来控制焊缝成型。
但有时在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，使电弧中心偏离电极轴线的现象，这种现象称为电弧偏吹。
在焊接过程中，有时电弧偏吹的现象会引起电弧强烈的摆动甚至发生熄弧，不仅使焊接过程发生困难，而且影响了焊缝成形和焊接质量，因此焊接时应尽量减少或防止电弧偏吹现象。
引起电弧偏吹的原因很多，一般归纳为以下几方面：（1）焊条的偏心度过大所谓焊条的偏心度就是指焊条药皮沿焊芯直径方向偏心的程度。
焊条偏心度过大，主要是焊条的质量问题。
由于焊条药皮厚薄不匀，药皮较厚的一边比药皮较薄的一边熔化时需吸收更多的热，因此药皮较薄的一边很快熔化而使电弧外露，迫使电弧往外偏吹，如下图所示。
在焊接时遇到这种情况，通常采用调整焊条倾斜角度（使偏吹方向转向熔池）的方法来解决。
但如果焊条的偏心度过大时，仅依靠调整焊条倾斜角度是不能确保焊接质量的。
因此，为了保证焊接质量，在焊条生产中对焊条的偏心度有一定的限制，一般规定焊条的偏心度不超过3%。
符合这项标准的焊条，焊接时不会造成明显的偏吹。
焊条的偏心度计算方法如下：上式中各符号如下图所示。
（2）电弧周围气流的干扰电弧周围气体的流动也会把电弧吹向一侧而造成偏吹。
第二章 弧焊过程电弧稳定性方面的传感与控制
2.1.2 弧光传感弧长控制
3）弧光传感器的冷却与保护
由于弧光传感器不能离开电弧太远，焊接过程的 烟尘及高温辐射都可能干扰传感器的检测效果。
一种特殊设计的喷气保护式弧光传感器可以有效 地排除这些干扰。利用与焊枪内保护气同一气源， 引出一路气流，流经传感器的光电转换器，起冷却 作用，然后从传感器端头喷出，同时也起到排除烟 尘干扰作用。
弧焊过程电弧稳定性方面 的传感与控制
引言
电弧过程包括起弧、燃弧和收弧三个内容。
起弧和收弧过程主要由焊接设备及相应的控制程 序来保证，基本上不受焊接过程的随机干扰因素 的影响，所以一般不需要进行专门的传感和反馈 控制。
引言
对于TIG焊来说，影响燃弧稳定性的因素很多，如： 弧长变化、钨极烧损（端部形状）、保护气流成 分变化、工件表面清洁状态变化等。
2.1.2 弧光传感弧长控制
为了能检测到准确的弧长信号，取得较满意的控制 效果，除了一般传感器应考虑的问题以外，还要特 别考虑解决好以下几个问题：
1）弧光传感器有效工作区间的保证。
所有光电转换器件都有一个有效的线性工作段和达 到饱和的非线性区间。只有当光强度作用在线性工 作段，传感器的光电转换才能得到理想的结果。
焊接电弧光的强度很高，而且焊接电流调节范围较 宽（由十几A到几百A），弧光强度的动态变化范围 较大，因此用于焊接过程弧长控制的弧光传感器必 须解决光电转换器件始终工作在线性区间的问题。
2.1.2 弧光传感弧长控制
2）弧光传感器的空间安放位置
由于弧光辐射面较大，光强也较高，对弧光传感器 的安放位置要求并不十分严格。经过大量试验得出 的结论是：传感器端头与电弧之间的距离在 100~300mm之间，传感器轴线与工件之间的夹角在 15°~45°之间都能得到满意的检测效果。
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4章 电弧焊自动控制基础
稳定焊接的条件： V f Vm
熔化系数а m的影响因素：焊接电流、焊丝直径、焊丝干伸长。
2
熔化速度与焊接电流、焊接电压之间的关系
Vm k i I k uU
3
静特性曲线
； V f Vm Vm ki I kuU 由此可得静特性曲线方程为： 1 I (V f kuU ) ki 它表示在给定的送丝速度下，弧长稳定时，焊接电流与焊接电压之间的 关系。
UC
ki 斜率： k k u
k Ug k ku
弧压反馈调节系统静特性曲 线 I
４
曲线的物理意义及其特点
１）物理意义：曲线上的点送进速度等于熔化速度，系统稳定，否则 不稳定。 ２）特点：
a) b) c)
当ｋ足够大时，曲线斜率近似为０，因此弧压越稳定. 当Ug增加或减小时，曲线平行上移或下移. 焊丝直径减小或干伸长增加时，ki增加，从而曲线斜率增加，弧 压不稳，用处？（细丝时增大k，粗丝时减小k。）
速度会减小，甚至会回抽，两方面共同作用，电弧恢复原长。
四)
1 2
灵敏度
K增加时，灵敏度提高。K是否越大越好？ 弧柱的电场强度增加时，灵敏度提高。
五)电弧电压反馈调节系统的精度
1） 弧长波动时的调节精度
a.
电源外特性曲线 U
弧压反馈调节系统静特性曲线
焊炬相对工件高度不变 时能全部恢复。
O1 O2 I2 I1
图4-11 电弧静特性变化引起的焊接参数变化
图4-12 电源外特性变化引起的焊接参数变化
3 保证参数不变的调节系统 1） 人工调节系统（手弧焊为例）
脑 手 眼 2）自动调节系统 焊接电弧
比较环节 参考输入 偏差
控制量
fcaw焊接工艺参数
fcaw焊接工艺参数焊接工艺参数是指在焊接过程中，对电弧焊接设备的电流、电压、送丝速度等参数的设置。
正确选择和调整焊接工艺参数可以保证焊缝的质量和焊接效率。
以下是关于焊接工艺参数的相关参考内容。
一、焊接电流的选择焊接电流是决定焊接熔滴形成和传输的主要参数，它影响焊缝的形貌和焊接质量。
选择适当的焊接电流可以实现良好的焊接效果。
一般根据焊丝直径选择合适的电流范围。
焊丝直径较小时，应采用较低的电流；焊丝直径较大时，应采用较高的电流。
二、焊接电压的调整焊接电压是控制焊接电弧长度和电弧稳定性的重要参数，直接影响焊接速度和熔滴传输。
在焊接工艺参数选择上，应使焊缝的熔滴均匀、熔合好，焊缝形貌规整。
一般情况下，焊接电压较低时，易于产生较小的焊缝焊凸，但熔深较浅；焊接电压较高时，焊缝焊凸较大，但熔深较深。
因此，根据焊接材料的要求和焊接工艺的需要，选择合适的焊接电压。
三、送丝速度的控制送丝速度是指焊丝在焊接过程中的速度。
送丝速度的控制与电弧长度、焊接电流等密切相关。
焊接电流一定时，增加送丝速度可以减小电弧长度，加快焊接速度。
而焊接速度的快慢也会影响焊接质量和焊接效率。
送丝速度快时，焊接速度快，但焊缝熔凝不充分，焊缝质量可能较差；送丝速度慢时，焊接速度慢，但焊缝质量较好。
因此，在实际的焊接过程中，应根据焊接要求和焊接工艺选取合适的送丝速度。
四、熔化系数的调整熔化系数是控制焊丝熔化率和熔滴传输的参数。
通过调整熔化系数，可以改变焊缝的熔化程度和焊接速度。
熔化系数的确定需要结合焊接材料的特性、焊接电流、焊接电压等因素进行综合考虑。
五、气体保护参数的选择在焊接过程中，需要采用气体保护来防止氧、氮等有害气体对焊接熔池的污染。
根据不同的焊接材料和焊接要求，选择合适的气体保护剂种类和气体流量。
总结起来，焊接工艺参数的选择涉及电流、电压、送丝速度、熔化系数和气体保护参数等多个方面，需要根据焊接材料的特性、焊接要求和焊接工艺的需要进行综合调整。
焊条电弧焊的基本操作方法
焊条电弧焊的基本操作方法
焊条电弧焊是一种常用的金属焊接方法，它主要采用负极直流（DCEN）或者是交流（AC）电源，通过电极产生的电弧来加热和熔化被焊接的金属，并且利用熔融的金属将被焊接的金属连接在一起。
以下是焊条电弧焊的基本操作方法：
1. 准备设备：将焊接机放置在平稳的地方，接上电源并调整电压和电流，选择合适的焊条和电极，准备好所需的保护设备，例如手套、面罩和焊衣等。
2. 准备工作：将要焊接的金属表面清洁干净，去除油污和氧化物，在整个焊接过程中保持焊接区域干燥、干净和光亮。
3. 安装电极：将电极插入电极夹中，调整电极夹的位置和间距，确保电极和工件之间的距离适当。
4. 开始焊接：点亮电弧电极，将电极靠近工件开始焊接，按照预定的焊接顺序进行工作。
焊接的位置要随着焊条的熔化向前移动，避免电弧停留在一个地方造成氧化和冷却。
5. 控制熔滴和温度：焊接过程中，要注意熔滴的大小和位置，同时要控制焊接区域的温度，以及注意防止过热和过烧。
如果需要再次焊接，必须清除焊接残渣和污物，否则会影响下一次焊接。
6. 结束焊接：当焊接完成后，关闭电源和电极，待焊接部位完全冷却后，可以移除所有的保护设备，检查焊缝的质量和可靠程度。
以上就是焊条电弧焊的基本操作方法，需要注意的是，在操作焊接过程中要安全第一，保护好自己的身体，同时也要注意保护所在场所的环境和设备设施。
焊接电弧基本概念及熔焊原理-文档资料
二、埋弧焊的工艺特点、焊接工艺参数
埋弧焊是电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法，分为自动和半自动两种，是目前仅次于手 弧焊的应用最广泛的一种焊接方法。
(一)埋弧焊的工艺特点 1．优点 (1)生产率： (2)质量好： (3)节省材料和电能：
(4)改善劳动条件，降低劳动强度： 2．缺点 (1)只适用于水平(俯位)位置焊接。 (2) 难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属和合金。 (3)设备比较复。 (4) 不适合焊接厚度小于lmm的薄板。 (5) 对气孔敏感性大。 3．应用范围：焊接各种钢板结构。焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合
时熔池中杂质浓度升高使最后凝固部分产生 严重的偏析。宏观偏析易产生焊缝纵向裂纹。
层状偏析是在焊缝的横断面上出现的分 层组织，不同的分层，化学成分的分布是不 均匀
的，因此称为层状偏析。
4)一次结晶组织与性能：具有同样化学成 分的焊缝金属由于结晶组织不同，使其性能 有很大差异。
(一)焊接规范和线能量 电弧焊时的焊接规范如电流、电压和焊 接速度等，对焊接热循环有很大影响。电流 与电压
焊条或焊丝金属被电弧热不断熔化，形成 熔滴过渡到熔池中。手弧焊时过渡的熔滴数 约20～30滴／秒，电流、电压不断地变化， 变化时间约百万分之几秒。非脉冲电弧焊的 熔滴过渡形式有3种：喷射过渡、粗滴过渡和 短路过渡(图3—3)
六、交流或直流电弧
交流电弧的电流每秒钟有100次过零点， 电弧熄灭再反向引燃，所以稳定性差。电弧 熄灭的时间长短，决定了交流电弧的稳定性， 高空载电压电源、方波电源及电弧稳定器都 是根据这个原理来提高交流电弧的稳定性， 能适应低氢焊条，又保留了交流电弧无磁偏、 无极性选择的优点。
4、焊接电流的选择：主要由焊条直径、焊接位置和焊道层 次来决定。
电弧物理 课件 第四章 焊丝的熔化和熔滴的过渡
主讲教师：黄健康
第四章 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。
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。 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。
根据第二章中的可知，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） （4-1） PA＝I（UA＋UW＋UT） （4-2） 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） （4-3） PA＝ IUW （4-4） 这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源。
4.2.3 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Байду номын сангаас大时，电弧力对熔滴过渡起主要作用。 1.电磁收缩力 作用在熔滴上的电磁力通常可分解为径向和 轴向两个分力。
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无磁场焊接电弧特性
无磁场时对于熔滴上的作用力
1、重力 2、表面张力 3、电弧力（电磁收缩力、等离子流力、斑点压力） 4、爆破力 5、电弧气体吹力
斥过渡、细滴过渡、射滴过渡、 射流过渡、旋转射流过渡、爆炸过渡） 2、接触过渡（短路过渡、搭桥过渡） 3、渣壁过渡（沿渣壳过渡、沿套筒过渡）
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
图2-3为双阶梯形外特性示意图，包括3条恒 流特性、1条恒压特性和两条上升特性，电弧 的工作点在3条恒流特性间跳动，具有良好的 自调节作用。当焊接过正常进行，弧长稳定， 电弧工作在ib段上，此时恒定的燃弧电流可 以使电弧稳定的燃烧。若弧长变短，弧压下 降，工作点跳至恒流段ic上，则由于电流的增 加，加快了焊丝的熔化速度，使弧长增加， 工作点重新回到ib段。反之，若弧长变长， 使得电流工作点跳至ia段，则会因电流ia仅 仅具有维弧功能，无法熔化焊丝而使弧长变 短，工作点也会重新回到ib段。该方法可以 有效地减少焊接飞溅，但是复杂的外特性曲 线需要复杂的控制系统。随着焊接参数的改 变，外特性曲线也需作相应调整，设计上比 较复杂。
二、熔滴过程脉动送丝控制方式（ CMT控制）
脉动送丝方式主要是通过特殊的送丝机构，采用“一送一停”的 脉动方式进行，使熔滴过渡变得有规律，通过对焊丝直径、电阻 热、停送时间、送丝距离及速度的控制，达到细化熔滴尺寸的目 的。在送丝步距和送丝频率合适的情况下，CO2焊中的熔滴过渡 一改等速送丝时的杂乱无章，而变成一步一个熔滴，即每一次送 丝都造成一次短路过渡，过渡的频率等于脉动送丝的频率，熔滴 形成后，焊丝高速推进，将熔滴送入熔池完成短路过渡，这种强 制性短路过渡方式有利于克服阻碍熔滴过渡的斑点压力，使熔滴 顺利进入熔池，大大降低飞溅且不易形成咬边缺陷。这种方式的 另一个特点是不必过分控制电弧电压及焊接电流，适用于大范围 的焊接要求。其不足在于难以保证焊丝动作与熔滴过渡的同步， 机械结构复杂。脉动送丝的实现方式有很多，比如送丝回抽、凸 轮脉动送丝和焊接电流波形联合控制等。
无磁场焊接电弧特性
电磁收缩 力
电弧随机摆 动
无磁场时电 弧力的情况
等离子流 力
无磁场时电 弧运动情况
电弧呈锥状
斑点压力
无磁场焊接电弧特性
无磁场时电弧区域带电粒子的运动 ： 1.带电粒子的热运动 2.外加电场作用下带电粒子的运动 3.带电粒子在电弧自身径向(横向)电场作用下的运 动 4.因径向带电粒子浓度差异引起的扩散运动
一、熔滴过渡传统控制方法
传统的方法是在焊接回路中串联一个电感，限制短路电流上升速度di/dt以及短路电 流峰值Imax并且电感在短路期间储存的能量在燃弧期放出，有助于增加燃弧能量， 对获得良好的焊缝成形有利。目前国内大量使用的CO2焊机多采用这种方法。
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
当电感量小时，di/dt大，短路 峰值电流Isd也大，燃弧电流衰 减很快，并接近于0，如图22(a)。当电感合适时，di/dt较 小，Isd不高，燃弧电流衰减较 慢，如图2-2(b)。当电感较大 时，di/dt很小，Isd保持一段 时间之后小桥才能爆断，如图22(c)。显然，电感较小时，容易 产生小颗粒飞溅，而电感较大时 容易产生大颗粒飞溅，当电感很 大时，由于di/dt很小，焊丝与 熔池接触处来不及爆断，而使焊 丝与熔池发生固体短路，难以爆 断。
三、熔滴过渡组合外特性控制
由于CO2焊接短路过渡各阶段需要不同的电源外特性，国内外学 者又提出了通过组合外特性控制飞溅的方案。这种方案针对特定 阶段，定时切换电源外特性。其方法实质上与电流波形控制类似， 不同之处是不同的外特性对电弧具有不同的调节作用。
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
1.双阶梯形外特性控制
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
送丝回抽，是利用机械力来协助或控制液桥过渡的方法。这种方法的意 图是通过焊丝的瞬时回抽，用机械力来实现液桥过渡，避免液桥后期在 大电流下爆炸。在短路液桥收缩过程中的后期，在适当的时机，降低液 桥电流，通过控制焊丝回抽来拉断液桥。由于该方法是意图在低电流条 件下用机械力来拉断液桥，在原理上，可以避免液桥在大电流下的爆炸 和飞溅。但是，焊丝回抽系统的动态响应很难达到理想的程度，焊丝回 抽系统的动态响应决定于检测和控制系统的动态响应、电机和减速机械 系统的动态响应以及焊丝在送丝软管中运动的动态响应三部分组成。由 于焊丝由送进变为回抽所需的过渡时间太长，无法保证焊丝的运动与液 桥收缩和电流控制同步。由于送丝软管的存在，焊丝在软管里的运动是 一个具有弹性的过程，从送丝轮的运动到焊丝末端的运动有一个相对于 熔滴收缩的时间长得多的滞后，因此为保证焊丝末端的运动与电流控制、 液桥收缩的同步，需要对送丝系统和焊枪部分进行专门研发设计，导致 成本大大增加，不利于使用和推
无 磁 场 熔 滴 控 The metal transfer process during CMT process(frame/1ms). 制 方 (1)t0～t1 阶段基值电流为50～100 A，是形成熔滴的阶段，电流恒定。 式 (2)t1～t2 阶段在基值电流下，焊丝端部熔滴在表面张力作用下形成近似球 状，熔滴一旦接触熔池，电弧电压立刻提供反馈信号，基值电流很快降到10 A左右，表面张力开始吸引熔滴从焊丝向熔池过渡，形成小桥。 (3)t2～t3 为缩颈阶段，此阶段电流上升到一个较大值，由于电磁收缩力的 作用，加速了熔滴缩颈。 (4)t3～t4 为熔滴的过渡阶段，随着缩颈的形成，小桥电阻增大，在小桥断 裂前，电流很快减小，小桥在表面张力的作用下，实现无飞溅过渡。 (5)t5～t6 阶段为熔滴已通过表面张力作用过渡到熔池，同时增加电流使焊 丝熔化形成熔滴。 (6)t6～t7 阶段是形成熔滴后，电流降到基值电流，抑制熔池搅拌，准备进 行下一次的过渡循环。