STT焊接技术及其在海洋工程中的应用 徐玉强 （海洋石油工程股份有限公司） 摘要：针对熔化极气体保护电弧焊短路过渡工艺领域的新技术——STT焊接技术，从传统领域的局限、STT的原理、STT的波形控制与关键参数的选择原则，以及STT的技术特征、技术优势与应用前景等方面进行了分析，并对该项技术在海洋工程领域的应用进行了说明。STT焊接技术的应用提高了焊接效率，降低了成本，缩短了海洋工程的建造周期。 关键词：STT 表面张力过渡短路过渡液态小桥基值电流峰值电流海洋工程海底管道结构钢管 STT WELDING TECHNIQUE AND ITS APPLICATIONS ON OFFSHORE ENGINEERING Xu Yuqiang (China Offshore Oil Engineering Co., Ltd.) Abstract: STT (Surface tension transfer) is a kind of new short-circuit transfer mode of Gas Metal Arc Welding process. In this paper, limitations of traditional transfer methods, theory of STT, waveform control of STT and the key parameters selection principles are researched. The technical characters, advantages and prospects of STT are also studied herein. Nowadays, this kind of welding process is widely used in many aspects of offshore engineering. The applications of STT technique have improved the welding efficiency, reduced the cost and shortened the periods of offshore engineering projects to a great extent. Key Words: STT Surface tension transfer Short-circuit transfer Liquid mechanical bridge Background current Peak current Offshore engineering Subsea pipeline Structural steel tubular
09物理师范一班刘朋朋 课题:第二章第五节《液体的表面张力》 一、教学目标： 1.知识与技能 （1）认识液体表面张力的有关现象 （2）掌握液体表面张力产生的原因和方向 （3）养成细心观察实验的能力和分析解决问题的能力 2.过程与方法 （1）经历探究液体的表面张力的过程 （2）学习从物质的分子间作用力解释宏观现象的方法。 3．情感态度与价值观 体验物理世界的奇妙现象，从细微之处探究自然规律的奇妙，激发学习物理的兴趣。 二、重点： 1）液体表面张力产生的原因 2）液体表面张力的方向 3）运用所学知识解释一些生活现象 三、难点:液体表面张力产生的原因 四、课型：新授课 五、课时：1课时 六、教学器具:多媒体设备水槽肥皂水拴有棉线的铁丝圈 七、教学过程 总思路 首先通过观察活动，提出问题启发学生思考，导入新课；做肥皂膜和棉线实验，提出液体的表面张力定义并分析实验；接着把做好的钢针、硬币浮在水面实验，从微观方面进行解释，让学生理解表面张力存在的原因及方向，放flash动画让学生更形象认识液体的表面张力；小结本节所学内容，最后提出思考题。 具体 导入：从日常生活现象出发，提出三个生活中的问题： 为什么早晨的露珠是球形的呢？ 为什么蜥蜴会在水面上行走而不掉入水中呢？ 为什么硬币会浮在液体的表面上呢？ 让我们带着这些问题一起走进物理的课堂来学习液体的表面张力。 （一）、液体表面张力的方向（实验探究活动） 肥皂膜与棉线实验 指导学生实验： 同学们你们的课桌上有肥皂水和栓有棉线的铁丝圈，我们要用这些实验用具做一个小实验，拿起桌子上的铁丝圈，把系有棉线的铁环放入肥皂水中，拿出时，铁环上布满一层肥皂膜。刺破一侧肥皂膜，观察另一侧肥皂膜和棉线的变化。 让学生描述实验现象： 1、捅破薄膜前棉线处于松弛状态； 2、捅破棉线左侧的薄膜，右侧的薄膜处于收缩趋势，使棉线处于绷紧状态；捅破棉线
电弧焊基础知识 第一节焊接电弧 目的与要求：了解电弧的实质、获得的途径、电弧各区域及其导电机构的特点、能量与温度的分布规律；掌握电弧偏吹的概念及影响因素、解决措施。 一、焊接电弧的物理基础 （一）电弧及其电场强度分布 电弧的实质：气体放电（导电） 电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大 （二）电弧中带电粒子的产生 获得电弧的途径：气体电离+电子发射 1、电离的种类： 热电离场致电离光电离 电离能及其与引弧的关系 2、（阴极）电子发射 热发射场致发射光发射粒子碰撞发射 逸出功及其与引弧的关系 1、电离的种类： 热电离场致电离光电离 电离能及其与引弧的关系 2、（阴极）电子发射
热发射场致发射光发射粒子碰撞发射 逸出功及其与引弧的关系 二、焊接电弧的导电特性 电弧的三个区域：阴极区弧柱区阳极区 （一）弧柱区的导电特性 最小电压原理（难点，通过水珠的形状与能量的关系辅以解释说明） （二）阴极区的导电特性 1、热发射型 2、电场发射型阴极斑点 （三）阳极区的导电特 1、阳极斑点 2、阳极区导电形式 三、焊接电弧的工艺特性 电弧的工艺特性主要包括：热能特性、力学特性、电弧稳定性等。 （一）电弧的热能特性 1、电弧热的形成机构 电弧的弧柱、阴极区、阳极区的产热特性各不相同。 ⑴弧柱的产热 ⑵阴极区的产热特性 ⑶阳极区的产热特性
2、电弧的温度分布 ⑴轴向－两极区低弧柱区高 ⑵径向－中心高四周低 3、焊接电弧的热效率及能量密度 电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形式散失，所以会存在热效率问题。 能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小径向－中心大四周小 （二）、电弧的力学特性 1、电弧力类型及作用（重点） 电磁（收缩）力——使电弧获得刚直性，促进熔滴过渡 等离子流力——促进熔滴过渡 斑点（压）力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡 电极材料蒸发的反作用力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡 熔滴(droplet)冲击力——对熔池造成冲击 短路爆破力——短路时产生，导致飞溅 2、电弧力的主要影响因素 气体介质、焊接电流和电压、焊丝（条）直径、极性和电极端部形状等。 四、焊接电弧的稳定性 电弧稳定性的概念（P19） 影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（芯）（焊剂）、
表面张力的力量 摘要：表面张力无论在生活还是在物理中都是一个重要的物理量。它是存在于液体表面层的相互作用力，它主要取决于液体的表面张力系数。本文就从生活中的具体事例入手，通过实验阐述液体表面张力的形成，并解释生活中的物理现象，分析表面张力的影响因素，最后展示液体表面张力的应用。 关键词：液体表面张力；影响因素；用途 在我们的日常生活中存在着许多物理现象，也许我们对于它们已经习以为常，但是当别人真正问起为什么的时候，我们才发现我们对它们并不熟悉。在这里我们就来看看大自然中存在的一些物理现象，比如说我们一不小心就打碎了体温计，里面的水银撒在地上，当我们仔细观察就会发现这些小水银滴都是成球形的；雨后我们可以看到树上的叶子，草上，最明显的就是荷叶上的小水珠都是球形的。而且我们可以拿一杯水，取一枚细针，小心的水平放置在水上，我们会发现针不会下沉而浮在水面上，并在针下方的水面形成一个小小的凹陷。究其原因这些现象都和液体表面有关。 那么什么是液体表面张力呢?这一概念最早是在1805年由英国物理学家托马斯首次提出，并作为研究对象得到社会的显著关注。液体表面张力本质上是一种分子力，它促进了液体的表面收缩。其实液体与空气接触时，会形成一个表面层，由于液体表面层结构不同于液体
内部，这就是相邻液体分子间的相互作用力变现为一种张力，而这种张力就是表面张力。表面张力由液体分子问很大的内聚力引起。处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层有如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，使液体尽可能地缩小它的表面面积。虽然液体表面层像一张紧绷的橡皮膜，但是液体表面张力本质上与橡皮膜张力不同，橡皮膜的分子间距会随着橡皮膜面积的增大而增大，而液体的表面张力却不受面积变化的影响，当液体表面增大时，液体内部分子会自动补充到液体表面来维持液体表面内分子间距不变。这就可以解释为什么树叶，草上的水滴成球状了，因为球形是在一定体积下具有最小表面积的几何形体，在表面张力的作用下，水滴总是力图保持球状。 那么究竟什么因素会影响液体的表面张力呢？ 第一. 它与液体本身的纯度与浓度有关。首先杂质会明显地改变液体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水，表面张力就比洁净的水小，也就是说，洁净水表面具有更大的收缩趋势。加入杂质导致的变化与液体的浓度有较大关系，具体表现出三种情况：一是液体表面的张力随液体浓度的增加而上升；二是随着液体浓度增加而下降；第三种有点特殊，当液体被稀释到一定程度时，液体表面张力系数随浓度增加呈现极度下降的趋势，之后一般不随液体浓度的变化而变化。 第二. 表面张力还受液体温度变化的影响。一般来说，液体表面张力与液体温度呈反比因为液体表面温度的升高，液体表面分子间的距
液体的表面张力与液体的表面现象 在日常生活中，只要你稍加留意，就会观察到许多与液体表面张力有关的现象。如草叶上晶莹剔透的露珠，荷叶上滚动着的小水滴，玻璃板上的小水银滴等，它们为什么都是球形或近似球形？这就是因为液体表面张力的作用结果。当用细管吹出一个个五彩缤纷的肥皂泡时，在泡膜的表面上就布满了液体表面张力。用数学可以证明，在体积相同的各种形状的几何体中，球体的表面积最小。正是由于表面张力的作用，才会出现露珠、小水银滴等都收缩为球形的现象。 你若有机会观察护士给病人输液，你会看到在输液之前，护士总是要把输液管中的空气泡排除干净。不然的话，若让那些气泡混入人体血管中，在表面张力的作用下，气泡将会阻碍血液的正常流动。 下面就来分析一下液体的表面张力，以及液体表面现象发生的原因。 1 表面张力的成因、大小和方向 表面张力就是促使液体表面收缩的力。液体与气体的交界面（属于液体薄层），称为表面层。在表面层中，液体分子因受到液体内部分子的引力，而有一部分会被拉入液体内，致使表面层液体分子密度小于液内分子密度。表面层中液体分子的这种布局，使得液体表面层就像一张“绷紧”的橡皮膜，而具有收缩趋势。表面层一直处在具有收缩趋势的表面张力作用之下。 这里应指出，液体表面张力与橡皮膜张力在本质上是不同的。橡皮膜的分子间距会随着膜面积的增大而增大。而液体表面张力却不受面积变化的影响，当液体表面层面积增大时，液内分子会自动进入液面来补充，从而维持液面内分子间距不变。 可以用一个很简单的实验，来可说明表面张力的存在。取一段铜丝制成一个直径约 cm ～85的圆环，在环上跨系一根细红线（用红线易于观察） 。将环浸入洗洁精溶液再取出，环上蒙了一层液膜，这时用粉笔头轻触线一侧的液膜，原来自由弯曲的红线则立即被液膜拉向另一侧，成为一段张紧的弧线。实验表明，液体表面具有收缩到最小面积的趋势。同时它还表明，表面张力的方向垂直于任一周界线且与液面相切。 理论和实验表明，表面张力的大小，可用如下公式表示： ???==)(2)(双表面层单表面层L F L F αα 上式中，α称为表面张力系数。α与液体的种类、温度等因素有关。不同的液体，α不同；同一种液体，α随温度升高而减小。另外，α也与液体中的杂质有关。因此，当人体使用了某些药物后，血液或尿液的表面张力系数则会发生变化。 在生活中有许多与表面张力有关的现象。例如，对人来说，重力有时会造成很大的麻烦。人若不慎从高处落下，可能会被摔得不轻。而小昆虫一点也不害怕重力，它在落下时一点危险也没有。但表面张力对某些昆虫来说则有可能造成很大威胁，小昆虫有时最怕表面张力。当一个成人从浴池中站起时，他身上会带起厚约mm 2.0的一层水，这些水大约kg 5.0，不到人体重的%1，这对人来说不会感到有什么负担。即使是人的全身涂满了肥皂泡沫，其表面张力对人也不会产生任何威胁。而一只蚊子一旦被肥皂泡沫弄湿，它将很危险。这时蚊子将难逃表面张力“法网”。
第二章 毛细现象 要求：了解表面张力和表面自由能的定义，产生机理，它们之间的关系；理解 《表面物理化学》四大定律之一的Young-Laplace formula 的含义，掌握其应用；掌握毛细现象产生机理及其重要意义；了解液体表面张力的测定方法 §2.1表面自由能和表面张力 §2.1.1 表面自由能 1、定义 系统增加单位表面积时所需做的可逆功，也可以说是单位表面积的表面相分子与本体相分子相比，所具有的额外的势能，这种势能只有分子处于表面时才有，所以叫表面自由能，单位为：J/m 2。 2、表面自由能产生的机理 由于表面或界面的分子或原子与本体相的分子或原子相比，其所受到的键力不平衡，从而存在着表面或界面不饱和键力。表面不饱键力的存在是表面自由能产生的根本原因。 图2-1 不饱和键力示意图 物质结构不一样，不饱和键力大小不一样，离子键物质不饱和键力>原子键物质>分子键物质。 根据热力学原理，有不饱和键力的表面，是热力学上不稳定的体系，一有机会就要想法补偿： （1） 在真空中，则表面不饱和键力能得不到任何补偿； （2） 在空气中，由于氧、氮分子密度低，又是非极性分子，所以表面不 饱和键力能得到的补偿很小； （3） 补偿。 －－－ O －－－－ －－－－－－－－－－ －－－－－－－－－－－ －－ O －－－－－－－ －－－－－－－－－
3、表面或界面越大的体系，表面能越大，这些体系都是不稳定体系 （1） 微细颗粒体系是不稳定体系，容易聚团； （2） 油水混合体系是不稳定体系，容易分层； （3） 材料中的裂缝体系，热力学上也不稳定，存在着很强的作用力； 4、表面能： S G A G ?=? §2.1.2 表面张力 定义：沿液体表面切线方向，单位长度上所受到的，使液体表面收缩的力，叫表面张力，其是纯粹物质表面层分子间实际存在的力，单位：N/m, dyne/cm 。 §2.1.3 如图2-2所示的皂膜拉伸示意图。液体的表面张力σ为： L F 2=σ 图2-2中，在F 力的作用下金属丝移动了dx 的距离，则所作的功为： dx L Fdx dW ??==2σ 但2Ldx 等于液膜的面积增量dA, 所以 dA dW ?=σ 将上式改写成如下形式： S G dA dW ==σ 从上式可知：液体的表面张力实际上在数值上等于表面自由能。 量纲分析： [σ]=[N/m]=[Nm/m 2]=[J/m 2]=[G s ]。由此可知，表面张力与表面自由能量纲一致。
焊接技术的发展及使用情况 姓名：xxx 学号：20100226x Xxxx学院 摘要：机械工业是为所有的工业，农业，国防以及交通运输业提供机器和装备的工业。在实现我国四个现代化的过程中，不断解决自行设和制造效能高、寿命长、重量轻、体积小、容量大、成本低的机器和设备的问题十分重要。本文所介绍的焊接技术作为一种加工工创新新的焊接技术，艺，在机械行业中扮演者至关重要的角色。在现代工业中,焊接技术已广泛用于航天、航空和船舶、海洋结构物及压力锅炉,化工容器、’机械制造等产品的建造。就船舶建造而言,焊接工时要占船体建造总工时的30～40％。为了实现焊接产品或焊接结构生产的高效率、低，国内外都在大力开发。 关键词：压力焊熔化焊钎焊 一、焊接技术的发展历史 焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。 焊接技术是随着金属的应用而出现的，中国最古代早的焊接的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊，在商朝时期制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。19世纪末，当Oscar Kjellberg成立伊萨公
司以探索他发明的涂层焊条时，伊萨从一开始就和电弧焊的发展结下了不解之缘。19世纪80年代，焊接只用于铁匠锻造上。工业化的发展和两次世界大战的爆发对现代焊接的快速发展产生了影响。基本焊接方法—电阻焊、气焊和电弧焊都是在一战前相继出现。但20世纪早期，气体焊接切割在制造和修理工作中占主导地位。过些年后，电焊得到了同样的认可。 (1)压力焊 压力焊，对焊件待焊处加压或加压又加热，最后在压力下焊接的方法，如：电阻焊，摩擦焊，冷压焊等[1]。 。近代首例电阻焊实例是在1856年。James Joule（Joule加热原理发明者）成功用电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。第1台电阻焊机用于对接焊。1886年，英国的Elihu Thomson造出了第1个焊接变压器并在来年为此项工艺申请了专利。该变压器在2V空载电压时能产生200A电流输出。此后，Thomson又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机，后来点焊成为电阻焊最常用的方法，如今已广泛应用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。1964年，Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。（2）熔化焊 熔化焊，将焊件待焊处加热至融化状态，冷凝固后焊接的方法，如：手工电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊等。 1888年，俄罗斯发明了手工电弧焊接技术，使用无药皮的裸露金属棒来产生保护气体。直到20世纪初，在瑞典发明卡尔伯格
图1 三丝焊接系统示意图 弧焊技术发展现状 清华大学机械工程系 陈强 孙振国 0 引言 弧焊技术是现代焊接技术的重要组成部分，其应用范围几乎涵盖了所有的焊接生产领域。近年来随着市场竞争的日趋激烈，提高焊接生产的生产率、保证产品质量、实现焊接生产的自动化、智能化越来越得到焊接生产企业的重视。而人工智能技术、计算机视觉技术、数字化信息处理技术、机器人技术等现代高新技术的溶入，也促使弧焊技术正向着焊接工艺高效化、焊接电源控制数字化、焊接质量控制智能化、焊接生产过程机器人化的方向发展。 1 焊接工艺高速高效化 以实现高速度、熔敷率、高质量的焊接工艺为目标，国内外在多丝多弧焊接工艺、多元气体保护焊接工艺、活性化焊接新工艺等方面开展了广泛而深入的研究。 1.1 多丝多弧焊接新工艺 传统的弧焊工艺（如TIG 焊、CO 2焊）一般采用单电源供电或单焊丝的方式，近年来日本、瑞士、德国等公司在多根焊丝配以单个或多个电源方面进行焊接开展了大量的研究工作，在提高焊接生产速度和金属熔敷率方面取得了一些实用化的成果。 日本的藤村告史开发的多丝焊接系统（如图1所示）采用电流相位控制 的脉冲焊接焊丝，电弧在三条焊丝上轮流燃烧，在保证电弧挺度的同时，通 过调节各焊丝之间的位置关系及其焊接方向的夹角，来改变能量分布，使焊 接过程稳定，从而减少咬边及驼峰等成形缺陷。该方法可用于角焊缝的高速 焊接，焊速可以达到1.8 m/min [1]。 为了避免一个电弧时热量过于集中，电流太大时发生烧穿，日本IHH 发 明了双弧TIG 焊法，其原理如图2所示。两个电极是四方形的，中间用绝缘 材料绝缘，另外外加热丝补充；三者都采用脉冲电流，两个电极的脉冲和基 值电流时间由同步器协调至正好互补，但电流值不同。在横焊时两个电极一 上一下，上电极电流小，下电极电流大，可以进行窄间隙焊接[2]。 日本在54届IIW 年会上发表的双丝MAG 焊工艺，其原理是用熔池过热多余的热量来熔化填充焊丝，增加熔敷率，同时用大电流提高焊接速度。在焊接电流大，焊接速度快的施焊条件下，由于填充丝吸收了热量，母材热影响区热输入大为减少，减少了性能恶化和变形，也改善了焊缝成形。如图3所示，前面的焊丝产生电弧，后面的填充丝直接插 入熔池，流入熔池的电 流有一小部分倒过来通 过填充丝流入地线。由 于两根焊丝的电流相 反，熔滴在反向电流产 生的磁场排斥作用下向 前倾斜，而使填充丝能 顺利送入熔池，填充丝 下部导管用陶瓷保温， 增加熔化率[2]。 图 2 高效双弧TIG 焊 图3 双丝MAG 焊
神奇的表面张力
神奇的表面张力 同学们，水是自然界中常见的物质。你们知道吗？它有许多神奇的特性。本期水娃娃将带你研究水的神奇特性之――水的表面张力。生活在线 2013年6月20日，神舟十号航天员在天宫一号上开展基础物理实验，为全国6000多万中小学生展开了一场别开生面的太空授课。其中，王亚平老师的水球实验格外引人注目。那晶莹剔透的水球如同水晶球一般充满了神奇的魔力，这就是水的表面张力在起作用啊。 水黾是水生半翅目类昆虫，体色呈黑褐色，身体细长，约22毫米，非常轻盈。它前脚短，可以用来捕捉猎物;中脚和后脚很细长，长着具有油质的细毛。当水黾在水面上行走时，脚上的这些小细毛不会破坏水的表面，反而使水的表面托住水黾的脚，使它不会沉入水中。它中间的两只脚则起到船桨的作用，使它可以在水面上自由地滑行。水黾就是利用了水的表面张力栖息于水面上。 水的表面张力无处不在，只要仔细观察，你就会发现很多有关水的表面张力现象。
同学们，把毛笔放入水中浸润后提起，你就会发现，毛笔的毛尖处就会聚拢成一点，这也是水的表面张力的作用。 雨后草叶上可爱的小水滴，夏秋晴朗的天气在荷叶上形成的小露珠，也是水的表面张力的作用形成的。 不仅如此，我们洗过的水果表面挂着的小水珠，以及我们流下的汗珠、眼泪都是水的表面张力在发挥着神奇的作用呢。 知道了这么多有关水的表面张力现象。那你知道水的表面张力究竟是一种什么样的力吗？本期我们将通过一些科学探究小实验，和你们一起认识水的神奇特性――水的表面张力。你准备好了吗？探究体验知?R解密什么是水的表面张力？ 水是由许许多多的水分子组成的。表面的水分子紧紧靠拢在一起，它们之间有一种相互吸引的力，这就是水的表面张力。水的表面张力就像在水的表面形成了一层像“皮肤”一样的水膜，能够包裹着里面的水不流出来，像我们在实验中不断地添加曲别针，水面凸起来了，而水却没有流出来，再如自然界中的露珠、汗珠呈球状等等。水的表面张力是一种神奇的力，但它只能够托起数量有限的比较轻小的物体，如曲别针等。
1最小能量（电压）原理——在给定的电流及周边条件情况下， 电弧稳定燃烧时，其导电区截面 能自动调节使电场强度达到最低 值（即电弧电压取最低值），以 维持最低的能量消耗。 最低能量（电压）原理描述了一定电流及周边条件下电弧 自我保持最低能量消耗的自然属性。 Ⅰ值一定，以E 为最小确定其导电截面，这时若外界因 素使导电截面增大或缩小，都会导致E 的增大。 2影响温度分布的因素： 电弧电流； 电极斑点； 电弧长度； 电极材料及尺寸； 保护气成分及环境条件 P41 阴极清理作用的机理是正离子受阴极电场加速以很高的速度冲击阴极表面．使阴极表面上的氧化膜破碎并消失；另外在通常情况下，氧化物的功函数比纯金属低，阴极斑点会不断地移动寻找新的氧化膜，形成新的阴极斑点，从而将电弧覆盖区内的氧化膜扫除。 阴极斑点的清理作用是来自电弧空间正离子对阴极表面的碰撞所造成的，所以使用氩气比使用氦气的清理效果要好，因为氩气的原子质量较大。 P42电弧的挺直性(arc stiffness) 电弧挺直性是指电弧作为柔性导体具有抵抗外界干扰、力 求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。 电弧挺直性是由自身磁收缩力、等离子流力等赋予的，也 是流过电极棒中的电流在电弧空间形成的磁力线与电弧电流之 间产生的电磁力作用的结果。它能保持弧柱轴线与工件成一定 倾角。 电弧的挺直性随电流值的增大而增大。电流越大，电弧 自身磁场强度越大，电弧越受拘束，电弧的挺直性也就越大。 此外，电弧的等离子气流、保护气气流、周围气流的冷却作 用，也有助于电弧挺直性的提高。 保护气种类影响电弧的挺直性．如CO2、H2、He等气氛均 有利于提高电弧挺直性。 利用电弧挺直性这一特性，在高速焊和全位置焊时，电极 倾斜，电弧亦随之倾斜，可以得到所希望的焊缝成形，这在实 际中已有广泛应用。 产生的机理可能包括以下几方面。 熔池中心区与周边区的温度差所造成的表面张力流； 熔池内部电流密度差产生的磁力流； 等离子气流引发的吹力流等 ：熔滴上的作用力及其特点
水的表面张力【摘要】：. 水随处可见，是一种很平常的物质，但是如果深入研究，却会发现它有许多奇妙的地方。认识水的表面存在着一股收缩的力——表面张力，表面张力可以改变。细致观察水的表面张力现象，并能设计实验研究水的表面张力。作出科学预测并通过实验验证。了解生活中水的表面张力现象。【关键词】：表面张力洗涤剂曲别针【正文快照】：水随处可见，是一种很平常的物质，但是如果深入研究，却会发现它有许多奇妙的地方。认识水的表面存在着一股收缩的力——表面张力，表面张力可以改变。细致观察水的表面张力现象，并能设计实验研究水的表面张力。作出科学预测并通过实验验证。了解生活中水的表面张力现象。1,设计实验实验目的:了解水的表面张力,知道液体的表面张力在生活中的应用.实验器材:曲别针一枚,玻璃杯一个,洗涤剂(如洗洁精、洗衣粉),清水.2.实验操作(1)将准备好的玻璃杯中装满水.(2)向装满水的玻璃杯中加入一枚曲别针,放在平静的水面，我们发现针是浮着的。（3）然后拿起洗涤剂，往水里一挤，曲别针就沉下去了。这是因为水分子紧紧地结合在一起，产生了表面张力，把曲别针给“撑”了起来。上述实验中，由于加入了洗清液，这种有机化合物降低了清水表面的张力。所以，原本浮在水上的曲别针下沉了。那么什么是表面张力呢。下面，我们来解释一下这个概念。表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。通过实验我们发现水有表面张力，表面张力是水表面的一个重要性质，而洗精液等有机化合物会破坏水的表面张力。我们发现水的表面张力还可以解释生活中的一些现象，如水滴在荷叶上会形成水珠，水黾可以在水面上滑行，刚洗净的苹果上挂着的水珠、水龙头上蠢蠢欲滴的水滴等。
数字化逆变式表面张力过渡气体保护焊机控制软件用户说明书 数字化逆变式表面张力过渡气体保护焊机控制软件是基于本公司多功能全数字化逆变焊机控制软件而开发成功的软件，对气保焊的焊接工艺起到了进一步优化的作用，特别针对输油输气管道、化工管道、压力管道等焊接时的无飞溅、单面焊双面成型打底焊而研发的专用控制软件，在国内和国际同行业都具有领先的设计思想。以下为该软件的主要功能说明。 一、该软件具有很多可调参数，用户既可以采用系统默认的参数非常方便地设置焊机，也可以根据不同的焊接要求精细地调整焊机，使之达到最佳的焊接效果。并且软件系统设计了逻辑加密锁，根据用户的定制要求，可以在控制软件中解锁某些焊接方式的使用权限。从而为生产带来方便，只要下载更新不同版本的软件，就可以完成升级，而无需在硬件电路。 二、该软件通过外接操作键、显示屏即可方便的设置焊机的功能和浏览使用说明，迅速掌握该焊机的操作方法；通过外接操作键、显示屏还可以方便的设定焊接参数，存储和调用焊机的专家库数据,显示屏可清晰的显示焊接电压和电流数值，便于焊接过程中焊接参数的观察。 该控制软件使用LCD 液晶显示器作为用户和焊机的接口界面，红色LED 显示器作为焊机的工作电流、工作电压的显示界面。面板布局如下图示： 按键符号定义： 1，“ ”增加键，用“+ ”表示 2，“”减少键，用“-”表示 3，“”退出键，用“ESC ”表示 4，“”确认键，用“OK ”表示 5，“”上移键，用“↑”表示 6，“”下移键，用“↓”表示 7，“ ” 菜单光标
外接操作显示屏采用包括汉字在内的六种语言的菜单进行操作，方便、快捷、直观。 通过面板组合按键的操作，用户可以完成控制软件提供的丰富的功能，其主要操作如下： 打开焊机后部的自动空气开关，焊机得电，系统进行复位，初始化DSP 处理器，初始化LCD 液晶显示器，初始化系统设定变量、寄存器及相关标志位，并读取内部存储器数据，更新LCD 及LED 显示数据。完成启动后，LED 显示电压、电流数据。LCD 显示器进入上次关机时所在的焊接方式，按下“ESC ”键后回到主菜单中，显示如图1所示，按“↑”和“↓”键可以上下移动光标“ ”选择“表面张力过渡气保焊”（LCD 显示屏上，打“√” 表示有此功能；打“×” 表示尚未开通此功能，用户可和公司联系，购买该功能）。 当光标位于“表面张力过渡气保焊”时，按下“OK ”键，可以进入“表面张力过渡气保焊”的二级子菜单，按下“↑”和“↓”键进一步调整在“表面张力过渡气保焊”方式下所需要的焊接参数。如图2、图3、图4。 将光标移动到第一行参数“焊接电流”项，按“+”和“-”键改变焊接电流设定值，之后再继续调整其它参数，调整完所有参数选项后，按 “ESC ”键退出二级子菜单，完成参数设定。若在某选项下按下“OK ”键则进入三级子菜单项，可以显示第三级子菜单的内容。 三级菜单分三种： 第一种是参数说明，即能够显示每一个参数的含义、单位及调整说明。当要求查询某一个参数的说明，只需将光标指向该参数按“OK ”键即可。 如果说明内容较多，可用上、下键进行翻阅，退出时按“ESC ”键即可。 第二种是参数存储与调用，即用户可以将调整好的参数存入某个参数存储区，也可以从某个参数存储区调入参数，省去了每次调整参数的麻烦。焊机每次开机后自动调入上次焊接的参数，进入上次焊接的方式，所以您如果想用和上次一样参数进行焊接，开机后不需任何调节即 图2 图1 图3 图4
了解STT、CMT焊接工艺 一、STT焊接 STT表面张力过渡（Surface-Tension-Transfer），在熔滴过渡全过程的主要推动力为表面张力的一种孤独形式。短路过渡工艺中，每个熔滴的过渡期间总要经历两个“液态小桥”阶段，即熔滴与熔池早期接触的短路小桥与熔滴脱离液态焊丝之前的缩颈小桥。短路小桥一旦形成，电弧被液态金属短路熄灭，气体导电由液态金属导电所取代。由于液态金属的电阻远小于气体电弧的电阻，焊接二次回路阻抗大幅度减小，导致焊接电流快速增大。当较大的短路电流通过很小的导电截面时，其电流密度比燃弧期间要增大数百倍，极短的时间内强大的短路电流流经微小的导电截面会带来两个作用：一是更大的电磁压力阻碍了短路小桥向熔池的快速铺展；二是强大的焦耳热作用极易导致液态小桥汽化爆炸，尤其是短路小桥的爆炸，是焊接过渡工艺中飞溅大的主要原因。 短路小桥、缩颈小桥形成与存在期间通过很大的焊接电流是导致飞溅的本质原因。表面张力过渡理论认为，两个“小桥”存在期间，只要通过较大的焊接电流，就不可能较好的抑制液态小桥的汽化爆炸。只有把小桥的形成与存着期间的焊接电流降至比燃弧电流低得多的水平才能叫理想的遏制飞溅。 表面张力过渡工艺在缩颈小桥断裂之后再引燃电弧、熔滴形成与长大，该阶段为燃弧期，其余为熄弧期。整个熄弧期间（自熔滴与熔池接触短路开始，至缩颈断裂并完成过渡的瞬间为止），熔滴上没有等离子流力、电弧推力、斑点力、金属蒸汽反作用力等力的作用，若不考虑重力与电磁力的作用，可以认为熔滴向熔池的铺展缩颈与断裂期间，全处于熔池与熔滴融合界面的表面张力的作用下。 STT工艺与传统技术下的短路过渡工艺相比有一下技术优势：①飞溅率降低90%，熔滴呈轴向过渡；②焊接烟尘降低50%；③作业环境更舒适（低烟尘、低飞溅、低光辐射）；④焊接热输入低；⑤具有良好的打底焊道全位置单面焊双面成形的能力；⑥操作容易，效率高等。非常适用于薄板、中厚板全位置焊接、封底焊道的单面焊双面成形、焊接机器人等焊接生产领域。 二、CMT焊接工艺 冷金属过渡（CMT）技术第一次将送丝与焊接过程控制直接地联系起来，实现了送丝监控与过程控制的统一。当数字化的过程控制监测到一个短路信号，就会反馈给送丝机，送丝机作出回应回抽焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离。在全数字化的控制下，这种过渡方式完全区别于传统的熔滴过渡方式。 电弧燃烧过程中焊丝向熔池方向运动 当焊丝与熔池接触时，电弧熄灭，焊接电流减小
第1节液体的表面张力 1．实验：回形针、硬币漂在水面上 (1)现象：当回形针或硬币漂浮在水面上时，托起回形针或硬币的水面稍有弯曲，就像放有圆形小物品的橡皮膜稍有弯曲一样． (2)结论：液面给回形针或硬币等小物品施加了向上的支持力． 2．实验：观察肥皂膜的变化 (1)现象 ①铁丝框上的肥皂膜会把滑棍拉回． ②肥皂膜里的棉线圈，当刺破圈内肥皂膜，棉线圈外的肥皂膜使棉线张紧，形成圆形． (2)结论：液体的表面类似于张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势． 3．实验结论 由实验知，液体表面有一种收缩的趋势，正是这种收缩的趋势使露珠、乳滴等变为球形． 1．液体的表面都有收缩的趋势．(√) 2．昆虫不落入水中，是因为受到了向上的支持力．(√) 3．体积相同的各种形状物体中，球形物体表面积最大．(×) 小木船漂浮在水面上是由水面的收缩趋势引起的吗？ 【提示】不是．小木船漂浮在水面上是由小木船受到了水对船的浮力引起
的，而不是由水面的收缩趋势引起的． 探讨：如图3-1-1所示是液体表面附近分子分布的大致情况．请结合图片思考：液体表面层内的分子距离和分子力各有什么特点？ 图3-1-1 【提示】液体表面层内分子间距离较大，大于分子在平衡位置的距离，分子力表现为引力． 1．液体内部分子的运动特点 在液体内部，每个分子周围有许多分子．当某个分子从平衡位置向某一方向运动时，它一方面要受到所离开的那个方向的分子的吸引，另一方面又要受到所靠拢的那个方向的分子的推斥．引力和斥力的数量级相同，通常可认为其大小相等，因此，液体内部分子只能在平衡位置附近振动，分子间距等于r0. 2．液体表面分子的分布 液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，因为外部空气和蒸汽分子对它的斥力很小，不起显著作用，它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大，使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大，一些动能大的分子就有可能冲出吸引力范围，成为蒸汽分子，结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子间的距离就比较大(r＞r0)． 1．关于液体表面的收缩趋势，错误的说法是() A．因为液体表面分子的分布比内部密集，所以有收缩趋势 B．液体表面分子的分布和内部相同，所以有收缩趋势 C．因为液体表面分子的分布比内部稀疏，所以有收缩趋势 D．液体表面分子受到与其接触的气体分子的斥力作用，使液体表面有收缩趋势 E．液体表面层分子间距r>r0，分子力为引力 【解析】液体表面层内分子比液体内部分子分布稀疏．在液体内部分子间
表面张力过渡技术简介 摘要：介绍了一种新型焊接技术——表面张力过渡分析了它与通常CO2焊接工艺的不同之处论述了这一技术的优点和不足。最后对其应用领域的前景进行了探讨。 关键词：焊接；表面张力过渡；CO2焊接；飞溅 SURFACE TENSION TRANSITION TECHNOLOGY INTRODUCTION Abstract: this paper introduces a new type welding technology surface tension with the transition analysisit usually CO2 welding process of different theory Keywords: welding; Surface tension transition; CO2 welding; splash 1、前言 CO2气体保护焊的优点有: 生产效率高; 焊接成本低, 能耗低; 适用范围广可进行全位置的焊接; 抗锈能力较强, 焊缝含氢量低, 抗裂性好; 便于实现焊接过程的机械化和自动化等。但同时仍存在许多不足。其缺点主要有: 一是运用CO2气体保护焊进行根焊, 实现单面焊双面成形, 其条件是在较小电流范围内产生短路过渡形式, 而短路过渡特点是电压低, 电流小, 总体热输入量小, 在一定程度上抑制了CO2气体保护焊效率的发挥; 二是采用短路过渡方式进行根焊焊接时, 根部较易出现内凹、未焊透、内咬边等缺陷; 三是由于CO2 气体保护焊焊接过程中金属飞溅是CO2气体保护焊中较为突出的问题。 针对在CO2气体保护焊中所出现的一系列问题,美国林肯电气公司研制出一种新的专利技术——表面张力过渡(surface tension transfer．简称STT)技术并成为CO2焊接领域的较大突破。自从该公司的Stava高级工程师首次提出以来，迅速引起了世界焊接界的关注。目前．这一新型工艺已经成熟，已在工业生产中获得了应用。 2、技术原理 CO2气体保护焊最大的缺陷是飞溅, 而飞溅形成的原因是由于CO2 气体保
焊接技术专业设置调研报告 篇一：焊接技术专业设置调研报告 吉林机电工程学校 焊接技术专业设置调研论证报告 为进一步落实我市中等职业教育三年发展规划和中等职业学校“一校一策”改革与发展方略，继续加强中等职业学校专业建设，打造中等职业学校办学特色，提高服务我市经济发展的能力，我校根据上级指示的精神，开展了具有针对性的调研活动。 在此期间，由我校的机械、电气化、信息和管理专业的教师组成的专业调研组，分别对南北方的各企业及事业单位展开调研活动，为我校的专业设臵及整体发展提供了大量可靠的依据。 以下是针对焊接专业的调研论证。 一、焊接专业情况概述 焊接是一种永久性连接金属材料的
工艺方法。锅炉、压力容器、发电设备、核设施、石油化工、管道、冶金、矿山、铁路、汽车、造船、港口设施、航空航天、建筑、农业机械、水利设施、工程机械、机器制造、医疗器械、精密仪器和电子等行业中的工业产品的制造都应用到焊接技术，它在现代工业生产中具有十分重要的作用。根据现代社会对焊接专业人才的需求，为了更好地服务社会，经过大量缜密的市场调查，我校于2006年3月新增设了焊接专业，此专业作为学校重点建设专业，目前共有焊接专 业班级四个，规模在逐渐扩大，发展空间十分广阔。 二、焊接相关行业背景 下面从焊接专业涉及的相关行业的现状和发展趋势两个方面进行论证。 （一）焊接相关行业的现状 1、我国焊接行业总体特点 新中国建立以来，特别是改革开放以来，中国先后自行研制、开发和引进
了一些先进的焊接设备、技术和材料。随着我国社会主义市场经济的进一步成熟，我国焊接行业有了很大的发展，特别是大型焊接生产骨干企业的焊接生产技术有了显著的提高，但就整个焊接行业来看，我国焊接技术与工业发达国家相比，还存在较大的差距，目前我国焊接行业发展有以下特点： （1）焊接材料生产情况 近几年我国焊接材料发展较快，目前我国焊接材料产量已突破150万吨。 （2）焊接设备生产情况 目前我国电焊机行业各类企业大约有1000家左右，生产产品主要包括手工电弧焊机、自动半自动弧焊机、电阻焊机、特种焊机及各类专用成套焊接设备。电焊机产量逐年有较大增幅；交流弧焊机仍为量大面广的焊接设备；直流弧焊机生产增幅也比较 大；电阻焊机、特种焊机、专用成套焊接设备都有较大增加。另外，我国电焊机行业通过自行开发、设计、引进
《焊接工程学》课程教学大纲 第一篇焊接方法 第三章熔化极电弧焊方法 第一节MIG和MAG 原理：熔化极气体保护焊属于用电弧作为热源的熔化焊方法，其电弧建立在连续送进的焊丝与熔池之间。熔化的焊丝金属与母材金属混合而成的熔池在电弧热源移走后结晶而形成焊缝，并把分离的母材通过冶金方式连接起来。 熔滴过渡的方式：短路过渡（小电流，短弧），滴状过渡（小电流，长弧），射滴过渡（MIG，铝），射流过渡（MIG, 钢焊丝，直流反接，长弧），亚射流过渡（焊缝起皱现象，铝合金，短弧，直流反极性接法），旋转射流过渡（钢焊MIG焊，伸出长度长，或电流远大于射流临界电流）。 喷射临界电流：不同焊接材料不同保护气氛等工艺参数的影响。 电流极性：直流正接和直流反接。 气体保护方式：MIG以Ar或He为主，MAG在Ar或He中加入O2(一般小于5%)和CO2(一般小于30%)。MAG焊中氧化反应，合金损失。 电弧控制：自调节（微升外特性电源或平特性电源配等速送丝系统）；弧长自调节（恒流外特性电源配等速送丝）；弧压反馈调节（陡降外特性电源配变速送丝系统）。 方法特性：惰性气体保护，焊缝纯净度高，力学性能好；电弧燃烧稳定；熔滴细小，过渡稳定；飞溅小。 应用特性：初用于铝和铝合金，实际适用所有材料，由于成本高现多用于有色金属及合金，不锈钢的焊接中。 设备：焊接电源，冷却，供气，送丝机构，焊枪（） 第二节CO2气体保护焊 焊接原理：短路过渡（长弧细丝小电流），细颗粒过渡（粗丝长弧大电流），潜弧射滴过渡（粗丝大电流低电压反极性），表面张力过渡 气体保护方式：氧化反应，还原反应，气孔（CO H2 N2）， 控制飞溅：焊丝，保护气体，极性，短路控制，其它 电弧控制：自调节（微升外特性电源或平特性电源配等速送丝系统）；弧压反馈调节（陡降外特性电源配变速送丝系统）。 方法特性：生产效率高；焊接成本低；能耗低；焊缝中含[H]少；抗冷裂纹能力高；飞溅大 应用特性：用于低碳钢，低合金钢，低合金高强钢。 设备： 第四章非熔化极弧焊方法 定义：钨极氩弧焊是以难熔金属钨或其合金棒作为电源一极，采用惰性气体氩气作为保护气体，利用钨极与工件之间产生的电弧作为热源，加热并熔化工件和填充金属的一种电弧焊方法. 极性：阴极破碎，不同极性的选择，直流与交流的选择（除铝，镁及其合金外，其他各种金属材料均采用直流正极性焊接） 起弧方法：高频振荡引弧，脉冲叠加引弧（引弧特性差，需要多次引弧，但是引燃后，能够在低电压下维持燃烧，具有良好的稳定性） 方法应用特性：薄板小电流。
作业一 1. 对不同熔滴过度形式比较，包括形成条件，熔滴过度过程的不同特点，应用等内容。 答一、熔滴过渡的分类： ①自由过渡（Free Flight），是指熔滴脱离焊丝末端前不与熔池接触，脱离焊 丝后经电弧空间自由飞行进入熔池的一种过渡形式。包括：颗粒过渡（包括大颗粒过渡、排斥过渡和细滴过渡）、喷射过渡（包括射滴过渡、亚射流过渡、射流过渡和旋转射流过渡）和爆炸过渡。 ②接触过渡（Bridging Transfer），是通过焊丝末端的熔滴与熔池表面接触成 桥而过渡的。包括：短路过渡和搭桥过渡。 ③渣壁过渡（Slag Guiding Transfer），包括：沿渣壳过渡和沿药皮筒过渡。 二、形成条件、特点和应用 ①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 接质量比较差，可用于高电压、小电流MIG焊。 ②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 ③细滴过度：高弧压，更大电流，电流比较大，电磁收缩力增大，表面张力 作用减小，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。 ④射滴过度：熔滴直径达到与焊丝直径相近时，电弧力使之脱离焊丝端头， 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。 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；电弧成钟罩型。 ⑤射流过度：熔滴呈细小颗粒，沿焊丝的铅笔尖状的端部以喷射状态快速通 过电弧空间向熔池过渡的形式。 获得射流过渡的条件是采用纯氩或富氩保护气氛，直流反极性接法，除了保持高弧压（长弧）外，还必须使焊接电流大于某临界值。电弧从熔滴的根部扩张到颈缩的根部 射流过渡特点：跳弧；铅笔尖状；锥形电弧；等离子流力；指状熔深；电弧平稳,飞溅小；电流有临界值。 ⑥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。 ⑦亚射流过度：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，伴随着瞬时短路，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。