现代焊接技术-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
5．焊丝材料的影响
对熔化速度的影响: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。 对焊丝熔化系数的影响： 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 图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系 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。
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十IRs） （2-7） Um是电弧热的等效电压， a)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 b)焊丝为阳极时，Um＝UW；焊丝为阴极时，Um ＝UK－UW。 这就是单位时间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。
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c)BC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义。
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2-2 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。
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PK和 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， 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一UW） （2-3） PA＝ IUW （2-4） 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UK和UW。 熔化极气体保护焊，为冷阴极电弧，UK>>UW,PK>PA
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
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，
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。焊 丝伸出长度的电阻为 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
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。
铝焊丝，可近似为： Pm＝IUm 焊丝直径越小，焊丝的熔化系 数越大，斜率越大。
1．焊接电流的影响
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
2.1.2影响焊丝熔化速度的因素
熔化速度Vm：单位时间内焊丝的熔化量。 单位：g/s cm/s 熔化系数m：单位时间内，由单位电流所熔化的 焊丝量（长度，重量） 单位：g/A.S Cm/A.S m= Vm /I 焊丝的熔化速度主要取决于式(2-7)所表示的单位 时间内用于加热和熔化焊丝的总能量Pm。
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。
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.
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（Φ 1.6ｍｍ b) 钢焊（Φ 2.4ｍｍ）
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): a)当电弧较长时(电弧电压较高)，曲线垂直于横轴，即 电弧电压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)。 b)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。
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: 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。 a)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)所产生的电弧热及焊 丝自身的电阻热，弧柱的辐射热则是次要的。 b)非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊） 填充焊丝时，主要靠弧柱的辐射热来熔化焊丝。
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。