焊丝的熔化和熔滴过渡
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
熔化极气体保护焊的熔滴过渡形式完整版
滴状过渡时电弧电压较高，由于焊接参数及材料的不同又分为粗滴过渡（大颗粒过渡）及细滴过渡（细颗粒过渡）。
1、粗滴过渡 电流较小而电弧电压较高时，因弧长较长，熔滴与熔池不发生短路，焊丝末端便形成较大的熔滴。当熔滴长大到一定程度后，重力克服表面张力使熔滴脱落。这种过渡方式由于熔滴大，形成的时间长，影响电弧的稳定性，焊缝成型粗糙，飞溅较大，在生产中基本不采用。粗滴过渡形式如图1所示：
气体介质对射流过渡的影响:不同的气体介质对电弧电场强度的影响不同。在Ar气保护下弧柱电场强度较低，电弧弧根容易扩展，易形成射流过渡，临界电流值较低。当Ar气中加入CO2时，随着CO2比例增加临界电流值增大。若CO2的比例超过30%时，则不能形成射流过渡，这是由于CO2气体解离吸热对电弧的冷却作用较强，使电弧收缩，电场强度提高，电弧不易扩展所致。
2、细滴过渡 电流比较大时，电磁收缩力较大，熔滴表面张力减小，熔滴细化，这些都促使熔滴过渡，并使熔滴过渡频率增加。这种过渡形式称为细滴过渡，因为飞溅少，电弧稳定，焊缝成型良好，在生产中被广泛应用。细滴过渡形式如图2所示：
3、射流过渡?
射流过渡是喷射过渡中最富有代表性的且用途广泛的一种过渡形式。获得射流过渡的条件是采用纯氩气或富氩气体保护，大电压，还必须使焊接电流大于临界值。射流过渡电弧稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。由于电弧稳定，对保护气流的扰动作用小，故保护效果好。射流过渡电弧功率大，热流集中，对焊件的熔透能力强。而且过渡的熔滴沿电弧轴线高速流向熔池，使焊缝中心部位熔深明显增大而呈指状熔深。射流过渡形式如图3所示：
熔化极气体保护焊的熔滴过渡形式
熔化极短路过渡主要用于直径小于的细丝CO2气体保护焊或混合气体保护焊，采用低电压，小电流的焊接工艺。由于电压低，电弧较短，熔滴尚未长大成熔滴时即与熔池接触而形成短路液体过桥，在向熔池方向的表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴金属过渡到熔池中去，这样的过渡形式称为短路过渡。这种过渡电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频率高，焊缝成形良好，广泛用于薄板结构、根部打底焊及全位置焊接。
焊丝熔化及熔滴过渡总结解析
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。
形成条件：钢焊丝MIG 焊中，电流必须达到一 定的临界值。 射流过渡过程：
是不连续的。 • 实质：熔化速度与送丝速度不一致 • 短路过渡特点：
--细丝，短弧 --燃弧熄弧交替进行，Φ1.6-50Hz， Φ0.8-130Hz --平均电流小，峰值电流大，适合薄板及全位置焊接 --小直径焊丝，电流密度大，产热集中，焊接速度快 --弧长短，焊件加热区小，质量高 --过程稳定 --飞溅大
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。
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。
• 形成条件：钢焊丝脉冲MIG焊、铝焊丝MIG焊，电流必
须达到一定的临界值，过渡形式才会从滴状过渡变为射 滴过渡
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。
短路过渡:
• 形成条件：φ≤1.6mm，细丝CO2焊 • 短路过渡过程：由燃弧和熄弧两个交替的阶段组成，电弧的燃烧
1．熔滴过渡分类： 2．射流过渡： 3．短路过渡
自由过渡
接触过渡 渣壁过渡
大颗粒过渡
颗粒过渡排斥过渡
(2)接触过渡搭 短桥 路过 过渡 渡
细滴过渡
第二章 焊丝的熔化及熔滴过渡
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电弧焊时焊丝（条）的熔化主要是靠阴极区（正接）或阳极区（反接）所产生的热量，中括号焊接情况下，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。
而对钢和钛等材料，电阻率高。
当伸出长度较大时PR 与PA或PK相比较大才有重要的作用。
）来表这是mα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。
电弧焊熔化现象2 第7次详解
影响焊丝熔化速度的因素
－－－熔滴过渡形式
铝
结论： 以喷射过渡和粗滴过渡临界点处 的临界电流为分界线，熔化特性 曲线的斜率发生变化。在熔滴呈 细小颗粒的喷射过渡区，熔化特 性曲线的倾斜率较大，也就是比 熔化量减小。
原因： 喷射过渡区中从焊丝前端脱落的 熔滴其平均温度高于粗滴过渡区 的熔滴平均温度，熔化同量的焊 丝需要更多的热量输人。
伸区的电流产生的电阻热。
铝焊丝和钢焊丝的电阻率哪 个大？
焊丝的熔化与熔化速度
评价焊丝熔化特性的参数 ? 比熔化量：单位时间．单位电流下的脱落金属
量，称作焊丝的比熔化量MR[单位mg／(A.s)] 比熔化量与电流无关 用于评价同一材料不同直径的焊丝的熔化特性 ? 焊丝熔化速度 焊接参数: 送丝速度
焊接过程稳定的前提下， 焊丝熔化速度＝比熔化量x电流
5. 试分析常见焊缝成形缺陷的产生原因及防止措施。
干伸长与焊丝熔化速度的关系从 直线－曲线的原因？
预热 熔化
注意：
铝焊丝－－电阻产热的效果不显著，常忽略干伸 长区的电流产生的电阻热 钢焊丝－－电阻产热的影响非常大，必须考虑
熔化速度与电流关系 －－不锈钢焊丝与铝焊丝
正比 比熔化量定值
铝焊丝：比熔化量与焊丝直径无关，几乎为定值 不锈钢：非正比 ，比熔化量是变值
影响焊丝熔化速度的因素
比熔化量在弧长 8mm下发生变化
等熔化速度曲线
结论： 1. 电流增加，焊丝送进速度
增加 2. 短路过渡－亚射流过渡－
喷射过渡，功率增大，熔 滴从加热不充分－－加热 充分。 3. 在亚射流区，比熔化量增 大，由于弧长缩短，熔滴 的平均温度降低。 4. 滴状过渡－喷射过渡，由 于电流增加，温度增加， 熔滴表面张力增加
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。
焊丝的熔化和熔滴的过渡课件
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
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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。
11-氩弧焊概述及熔化极氩弧焊熔滴过渡形式.
二、MIG焊的熔滴过渡
3）喷射过渡——产生原因
MIG电弧能够产生熔滴喷射过渡的根本原因是电弧形态比较扩展。 CO2气体分解对电弧有很大的冷却作用，使得电弧形态收缩并处于熔滴 下部，熔滴过渡受到排斥。在MIG电弧下，氩气是单原子气体，没有分解 问题，而且热传导率较小，对电弧的冷却作用小，因此电弧电场强度低， 形态上容易扩展，能够较大范围包涵焊丝端头，熔滴过渡比较容易。直接 原因是电磁力超过了表面张力的作用。
二、MIG焊的熔滴过渡 2）喷射过渡——临界电流
不同材料焊丝的临界电流
钢焊丝MIG焊电流值与熔滴 过渡频度及熔滴体积之间的关系
实现细颗粒喷射过渡的下限电流值称作临界电流(critical current)。当电流超过临界电流值后，过渡频度剧增，熔滴体积急 剧减小。临界电流值因焊丝材质、焊丝直径、保护气等有着显著的 差异。
喷射过渡的特点总结：
1.有明显的临界电流值； 2.一般情况下，熔滴沿焊丝轴向过渡；
3.一般情况下，熔滴尺寸不大于焊丝直径；
4.电弧形态发生突然变化。
二、MIG焊的熔滴过渡 （2）亚射流过渡与电弧自身固有的调节作用 亚射流过渡：适用于铝合金短弧MIG焊，可视弧长在2～8mm之间，因电流 大小而取不同的数值，带有短路过渡的特征，当弧长取上限 值时，也有部分自由过渡（射滴）。 过渡过程描述：介于短路过渡与喷射过渡之间 燃弧时间增长熔滴长大——>焊丝与熔滴间形成缩颈达到临界脱落状态 ——>以射滴形式脱离之前同熔池短路——>电弧熄灭——>电磁收缩力和表 面张力作用下缩颈迅速破断——>完成过渡——>重燃电弧 与短路过渡的区别 短路:熔滴与熔池短路之前没有缩颈，短路 时间长，短路电流大，飞溅大过渡不 平稳。 亚射流:短路之前有缩颈，短路电流小， 路时间短，飞溅小，过渡平稳。
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
电弧增材制造焊丝熔化及熔滴过渡过程建模与仿真研究
电弧增材制造焊丝熔化及熔滴过渡过程建模与仿真研究
陈世雄;姚继开;范立想;唐伟东;康小明
【期刊名称】《电加工与模具》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】基于动网格和多物理场耦合技术,建立了焊丝熔化和熔滴过渡的热流耦合数学模型。
研究了焊丝熔化形成熔滴、熔滴与基板的接触和铺展、熔融金属桥形成和拉断过程。
分析了熔滴在送丝过程中的温度变化、熔滴和熔池的速度变化、熔滴传质过程中的体积变化。
结果表明,熔滴尺寸、形状与实验结果可较好吻合,最终转移至基板表面熔融铝的体积约占熔滴总体积的80%。
【总页数】6页(P48-53)
【作者】陈世雄;姚继开;范立想;唐伟东;康小明
【作者单位】长沙理工大学汽车与机械工程学院;省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室;上海交通大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG669
【相关文献】
1.熔滴过渡模式及丝材对电弧增材制造Al⁃6.3 Cu合金气孔含量的影响
2.30CrMnSiA金属粉芯型药芯焊丝熔滴过渡分析与电弧增材研究
3.单电源三丝电弧增材制造熔滴过渡行为及精度
4.药芯焊丝电弧焊电弧形态与熔滴过渡行为的研究
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第一章 电弧焊基础知识
下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。 下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。
瑞典ESAB公司发展的 瑞典ESAB公司发展的super pulse技术，在一个电流周期内可以采 公司发展的super pulse技术 技术， 用不同熔滴过渡形式的组合，即正、 用不同熔滴过渡形式的组合，即正、负半波可以分别采用不同的熔滴过 渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。 渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。 焊缝成形更多地依靠机器来完成， 焊缝成形更多地依靠机器来完成，大大降低了人为因素对焊缝成形的影 降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本， 响、降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本，而且使以 往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊 变得简单， 往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊）变得简单， 焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。 焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。 点击看双脉冲（ pulse）过渡技术（瑞典ESAB公司 公司）。 点击看双脉冲（super pulse）过渡技术（瑞典ESAB公司）。 点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司） 公司） 点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司
v cm
第一节
焊接电弧
弧柱区 阳极区
二、焊接电弧的导电特性
电弧的三个区域：阴极区 电弧的三个区域： （一）弧柱区的导电特性 热电离是弧柱部分产生带电粒子的主要途径 （二）阴极区的导电特性
（阴极区长度10-5～10-6cm ,阴极区压降约为106～107 V/cm） 阴极区长度10 ,阴极区压降约为 阴极区压降约为10 V/cm）
第三章 焊丝的熔化及熔滴过渡
太原科技大学
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
太原科技大学
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
太原科技大学
电弧力引起的飞溅
太原科技大学
太原科技大学
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。
太原科技大学
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
太原科技大学 2-29
chapter3 焊丝的加热熔化及熔滴过渡PPT课件
如果重力Fg>表面张力F σ，熔滴将过渡到熔池中去。
2R 4r3g
3
r 3 R3 2•源自gR223如果采用同样直径的焊丝，即R一定，由于表面张力 系数和密度不同，其熔滴形态也不同。 越大，则过渡的熔滴越细。
24
（三）电磁力
电磁力是具有方向和大小的矢量，设作用在单位体 积上的力Fm(N/m3) ，则有公式： Fm=J*B J——电流密度（A/m2） B——磁力线密度（Wb/m2）
/ m/min
熔 化 速 度 （
）
焊接电流/A 铝焊丝熔化速度与电流的关系
7
电弧电压对熔化速度的影响作用不大。当电流 一定时，即使弧长（电弧电压）改变，焊条熔化 速度几乎不会发生变化。特别是电弧电压较高时， 电弧电压对焊丝熔化速度影响不大。在弧压较低 的范围内，弧压变小，焊丝的熔化速度会增加。
8
铝焊丝熔化速度与焊接电流及电弧电压（电弧长度）的关系 9
原因二：
气体混合成份影响熔滴的过渡形式，过渡形式又影响
着熔滴的加热及焊丝的熔化。
13
3、电阻热的影响
考虑焊丝电阻热和端面电弧热
共同作用时的温度分布曲线示意
图。 横坐标：离导电嘴端面的距离。 电弧端面
ABC是电阻热决定的温升曲线 （50S以前），电弧端面的温升只
有CS=580C
DEF是由电弧端面热传导决定的
温升曲线。
曲线AGF是由ABC和DEF合成的，
表示焊丝的实际温度分布。
已知电弧端面的总的温度
A
HS=1535C 则：FS=1535-580=955C
P
导电嘴端面
导电嘴端面
H 1500C
G F 1000C
EC 500C
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。
【气体保护焊】3焊丝的加热、熔化及熔滴过渡
H 1500C G F 1000C
E
B
C 500C S
电弧端面
D
对于电阻系数较大的金属焊丝，电阻热对焊 丝熔化速度的影响非常明显，一般焊丝伸出长度 增大，导致电阻热增加，预热温度升高，使得焊 丝的熔化速度增大。
熔 化 速 度 熔 化 速 度
（
m/ min） 电流/A
（
m/ min）
干伸长度/mm
二、影响焊丝熔化速度的因素
焊丝的熔化速度是随着焊丝的牌号、电流的种 类（交流、直流和极性）而异的，受焊接规范参 数及焊丝表面状态的影响很大。 熔化系数（melting coefficient）α m ：单位电 流、单位时间内焊丝的熔化量。（g/Ah） 又称比熔化量。
1、电流和电压对熔化速度的影响
2r
Fg
4 m r 3 3
2 3.14 (1.6 / 2) 1200103 m 0.61g 9.8
2r 5.4(m m)
液态金属表面张力随温度的变化
(二)重力
4 3 重力 Fg mg gv r g 3
如果重力Fg>表面张力F σ，熔滴将过渡到熔池中去。
4 2R r 3 g 3
r 3 3 R 2 gR 2
如果采用同样直径的焊丝，即R一定，由于表面张力 系数和密度不同，其熔滴形态也不同。
越大，则过渡的熔滴越细。
（三）电磁力
电磁力是具有方向和大小的矢量，设作用在单位体 积上的力Fm(N/m3) ，则有公式： Fm=J*B J——电流密度（A/m2） B——磁力线密度（Wb/m2）
Chapter 3 焊丝的加热、熔化及熔滴过渡
§3-1 焊丝的加热与熔化 §3-2 熔滴过渡形式及其作用力
熔滴过渡方式
熔滴过渡方式焊接过程中，消耗电极（焊丝，焊条）熔滴过渡方式1）短路过渡使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG 焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。
电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。
短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。
焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。
以下对一个完整的焊接工艺过程进行分析，短路过渡工艺过程的示意见下图A 当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。
当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。
①较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。
②在图中短弧区，焊接电流迅速提高。
③当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。
B 采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。
此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。
C 当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中。
D 随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。
电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。
E 从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。
F 电弧对焊丝和焊缝进行加热。
G 在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。
《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。
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②焊丝接负斑点力阻止熔滴过渡，易产生飞溅；
③母材接负产热高，有利于母材熔化；
④阴极清理作用，有利于清除氧化膜。
? 非熔化极电弧焊（热阴极）：
∵U C<< U W ，∴P C<< P A，电极作阳极产热大
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
材料连接方法与工艺
第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡
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焊丝的熔化和熔滴过渡
2.1
焊丝的加热与熔化特性
2.2
熔滴上的作用力
2.3
熔滴过渡及其特点
2.4
焊接飞溅
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本章提示
? 本章重点：①焊丝的熔化机理；②熔滴上力的作 用及其对熔滴过渡的影响；③典型的熔滴过渡形 式，如短路过渡、喷射过渡；④焊接飞溅。
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
可得：焊丝端部产热量与电流成正比，比例常数
为熔化等价电压。
∵U T<1V ，j较大时，U A≈0
∴P A=IU W
——DCRP
PC=I(UC-UW) ——DCSP ? 熔化极电弧焊（冷阴极）：
∵U C>> U W ， ∴P C>> P A
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
（1 ）电弧热 焊丝作为阳极（ DCRP ）的产热量：
PA=I(UA+UW+UT) 焊丝作为阴极（ DCSP ）的产热量：
PC=I(UC-UW+UT) 其中，UA——阳极压降； UC——阴极压降； UW ——电极材料的功函数； UT——弧柱电子、 离子动能的等价电压。
铝焊丝电阻热可忽略，教材图 2.2 ，焊丝熔化速 度与I 成正比；
钢焊丝电阻产热对焊丝熔化速度的影响，教材图
2.3
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
?2.1.3 影响焊丝熔化速度的因素 （1）焊接电流 I
I增大，电弧热与电阻热增加 ——? vm增大；
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（2 ）电弧电压（弧长） 弧长较长时， U的变化对 vm影响不大； 弧长较短时， U减小， vm增大。教材图 2-4 电弧的固有调节作用：当弧长因受外界干扰而变 化时，电弧本身有恢复到原弧长的能力。
图2.5 电弧的固有调节作用 a.铝焊丝，b.钢焊丝
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图2.8 气体介质与熔化速度
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
（7）焊丝极性 DCSP ，焊丝为阴极， UC>>UW，所以 PC>PA，
图2-5、2-6
图2.9 焊丝极性与熔化速度的关系
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? 本章难点：与熔滴过渡有关的热、力的作用及其 对焊接工艺的影响。
? 学习方法建议：将焊丝熔化、熔滴过渡的物理过 程与焊接电弧物理相关知识结合，帮助学习理解。
? 学习提示：本章内容主要涉及添加焊丝的焊接方 法的熔化现象，即 MIG、MAG、CO2、SAW等熔化极 电弧焊与加丝 TIG、加丝PAW等非熔化极电弧焊。
（5 ）焊丝材料
图2.7 干伸长与焊丝熔化速度的关系
焊丝材料的电阻率不同，使 vm不同，图2-2，2-3
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
（6 ）气体介质 图2-5，CO 2增加，Ar 减少，CO 2分解使吸热增 加，电弧收缩效应使 U C增大，即 P C增大，使 vm随 之增加。
2.1 焊丝的加热与熔化特性
（8 ）熔滴的过渡形态
图2.10 熔滴过渡形态对熔化速度的影响
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图2.2 焊丝熔化速度与焊接
电流、焊丝直径的关系
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材料连接方法与工艺
2.1 焊丝的加热与熔化特性
电阻热对焊丝熔化速度的作用：
图2.3 铝焊丝熔化速度与电流关系 图2.4 不锈钢焊丝熔化速度与电流关系
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（2 ）电阻热
PR=I2Re Al、Cu 焊丝，Re小，PR可忽略不计； 钢、不锈钢等焊丝， Re大，PR不可忽略。 （3 ）焊丝熔化总热量
P m =I (Um +IR e) 即： P m=I (UC-UW)+I 2Re
P m =IU W+I 2Re
——DCSP ——DCRP
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
∴焊丝为阴极 (DCSP) 时产热比焊丝为阳极 (DCRP) 产热高 —— ? 焊丝接负时比焊丝接正时熔化快。
总结：熔化极电弧焊采用 DCRP 的原因
①焊丝接负（ DCSP）比接正熔化快，产生的焊缝 余高a大，不利于焊缝成形；
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
（3 ）焊丝直径
φ减小?电阻R增大?电阻热增加 ?vm增大,图2-2
图2.6 焊丝直径与熔化速度
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
（4 ）干伸长（焊丝伸出长度） ls增大?R增大? 电阻热增加 ? vm增大，图 2-3
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
?2.1.2 熔化速度和比熔化量 ——评价焊丝熔化特 性
（1）焊丝比熔化量（ MR） 定义：单位时间、单位电流下的熔化金属量，体 现了热效率，单位 mg/(A·s)。
（2）焊丝熔化速度（ vm） 定义：单位时间的熔化金属量，单位 m/min 或 kg/h 。由电弧热及焊丝电阻热决定。
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2.1 焊丝的加热与熔化特性
?2.1.1 焊丝的熔化热 ——焊丝的作用：①作为电极参与导电；②作为 填充材料填充焊缝。 ——焊丝熔化热来自于： ①电弧热； ②焊丝电 阻热。
图2.1 焊丝熔化热的组成
重Байду номын сангаас工学院 材料科学与工程学院 罗怡