焊丝的熔化和熔滴过渡

重庆工学院 材料科学与工程学院 罗怡
本科生专业必修课 材料连接方法与工艺
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
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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；
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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
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=wenku.baidu.comU 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
?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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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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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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? 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。
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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
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
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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（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
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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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
（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。
（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。