焊丝的加热及融化知识

FG＝mg＝(4／3)πRDρg ＝ ／
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。 是指焊丝端头上保持熔滴的作用力。
R Fa Fσ θ RD θ
Fσ＝2πRσ ——焊丝半径 焊丝半径； ——表面张力系数 表面张力系数。 式中 ： R——焊丝半径；σ——表面张力系数。
表面张力是促进熔滴过渡还是阻止过渡应针 对不同的焊接方法、不同的熔滴过渡形式来分析， 对不同的焊接方法、不同的熔滴过渡形式来分析， 如短路过渡后期，表面张力是促进容滴过渡的， 如短路过渡后期，表面张力是促进容滴过渡的， 特别是对于现在的STT电源，实现无飞溅过渡更是如此。 特别是对于现在的STT电源，实现无飞溅过渡更是如此。 STT电源
焊丝的加热、 第二章 焊丝的加热、熔化及熔滴过渡
在熔化极电弧焊时， 在熔化极电弧焊时，焊丝是否稳定的熔化并过渡到熔池中去是影响 焊接生产率和焊缝质量的关键因素。 焊接生产率和焊缝质量的关键因素。
2.1
一 焊丝的作用
焊丝的加热与熔化
作为电弧的一个电极； １） 作为电弧的一个电极； 提供熔化金属作为焊缝金属的一部分。 ２） 提供熔化金属作为焊缝金属的一部分。 二 焊丝的加热和熔化的热源 电弧焊时，用于加热、熔化焊丝的热源是电弧热和电阻热。 电弧焊时，用于加热、熔化焊丝的热源是电弧热和电阻热。熔 电弧热和电阻热 化极电弧焊时 焊丝的熔化主要靠阴极区(正接)或阳极区(反接) 化极电弧焊时，焊丝的熔化主要靠阴极区(正接)或阳极区(反接)所 阴极区 产生的热量及焊丝伸出长度上的电阻热， 产生的热量及焊丝伸出长度上的电阻热，弧柱区产生的热量对焊丝 的加热熔化作用较小。非熔化极电弧焊( 的加热熔化作用较小。非熔化极电弧焊(如钨极氩弧焊或等离子弧 焊)的填充焊丝主要靠弧柱区产生的热量熔化。 的填充焊丝主要靠弧柱区产生的热量熔化。 弧柱区产生的热量熔化
或焊条端部受热熔化形成熔滴， 电弧焊时，在电弧热作用下焊丝或焊条端部受热熔化形成熔滴， 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， 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。 从而熔滴以不同的形式脱离焊丝或焊条，过渡到熔池中去。
1) 射滴过渡:熔滴直径接近焊丝直径，f=100～200，熔滴加速度大于重 射滴过渡:熔滴直径接近焊丝直径，f=100～200， 力加速度，尺寸规则呈球形，沿轴向过度。 力加速度，尺寸规则呈球形，沿轴向过度。 形成原因：熔滴被弧根笼罩，电弧呈种罩形， 形成原因：熔滴被弧根笼罩，电弧呈种罩形，从而电磁收缩力形成 较强的推力。 较强的推力。 出现场合：铝及其合金的氩弧焊及钢的脉冲氩弧焊。 出现场合：铝及其合金的氩弧焊及钢的脉冲氩弧焊。 ２）射流过渡：电流密度大，熔滴直径小于焊丝直径，f=５00左右，熔 射流过渡：电流密度大，熔滴直径小于焊丝直径，f=５00左右， 左右 滴加速度比重力加速度大几十倍。 滴加速度比重力加速度大几十倍。 形成原因：电流密度大，焊丝熔化端部形成尖锥状，出现金属蒸发， 形成原因：电流密度大，焊丝熔化端部形成尖锥状，出现金属蒸发， 电弧跳弧（此时电流称为射流过渡的临界电流）， ），形成很强的等离 电弧跳弧（此时电流称为射流过渡的临界电流），形成很强的等离 子流力。 子流力。
2）电阻热 熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴时才和焊接电源接通（ 熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴时才和焊接电源接通（焊 ？）。因此，讨论焊丝的加热和熔化， 条？）。因此，讨论焊丝的加热和熔化，实际上是分析焊丝伸出部分 （称为焊丝干伸长：ls）的受热情况，因为焊丝伸出部分有电流流过 称为焊丝干伸长： 的受热情况， 时所产生的电阻热对焊丝有预热作用。 时所产生的电阻热对焊丝有预热作用。 CO2气体保护焊时， ls是焊丝直径的10～ 12倍。 气体保护焊时， 是焊丝直径的 ～ 倍 三 焊丝的熔化特性 １）熔化速度、熔化系数 熔化速度、 熔化速度（ 在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化系数а 在单位时间内，单位电流所熔化的焊丝质量。 熔化系数аm：在单位时间内，单位电流所熔化的焊丝质量。 ２）焊丝的熔化特性 焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度V 和焊接电流I之间的关系 之间的关系。 焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度 m和焊接电流 之间的关系。 在采用熔化极电弧焊进行焊接时， 在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速度等于送 丝速度，才能建立稳定的焊接过程。 丝速度，才能建立稳定的焊接过程。 用公式表示为： 用公式表示为：
BC段：电压降低，电流减小。 段 电压降低，电流减小。
原因：电弧短，热量损失少；熔滴加热温度低，带走能量少， 原因：电弧短，热量损失少；熔滴加热温度低，带走能量少，从而 溶化系数高。 溶化系数高。 C以下：短路时间增加，能量输入少，从而溶化系数减小。 以下：短路时间增加，能量输入少，从而溶化系数减小。 以下 固有自调节作用： 段 电弧本身有恢复原来弧长的能力。 固有自调节作用：BC段，电弧本身有恢复原来弧长的能力。 极性：一般正接比反接熔化速度大。焊条特例见P ４） 极性：一般正接比反接熔化速度大。焊条特例见 47. 气体介质:见 ５） 气体介质 见P47.
随着电流增加，电弧的电极斑点笼罩面积逐渐扩大， 随着电流增加，电弧的电极斑点笼罩面积逐渐扩大，以致达到熔滴 的根部；这时熔滴与焊丝间形成细颈，全部电流都通过细颈流过， 的根部；这时熔滴与焊丝间形成细颈，全部电流都通过细颈流过，该处 电流密度很高，细颈被过热，其表面将产生大量金属蒸气， 电流密度很高，细颈被过热，其表面将产生大量金属蒸气，从而使细颈 表面具备了产生电极斑点的有利条件，电弧将从熔滴根部跳至细颈根部， 表面具备了产生电极斑点的有利条件，电弧将从熔滴根部跳至细颈根部， 形成很强的等离子流力。熔滴过渡的主要力是等离子流力。 形成很强的等离子流力。熔滴过渡的主要力是等离子流力。 射流过渡的临界电流及其影响因素 定义：发生跳弧现象的最小电流。 定义：发生跳弧现象的最小电流。ICr. 影响因素：焊丝的种类、直径；焊丝干伸长；气体介质（ CO2解离， 影响因素：焊丝的种类、直径；焊丝干伸长；气体介质（如CO2解离， 解离 使电弧收缩不易扩展， 增加；但若在氩气中加入氧气， 降低）； 使电弧收缩不易扩展， ICr增加；但若在氩气中加入氧气， ICr降低）； 电极表面状态积极性。 电极表面状态积极性。 特点： 特点： 焊接电流必须大于I 电弧明显分为两层： 焊接电流必须大于ICr；电弧明显分为两层：一条黑线和圆锥状烁亮 电弧稳定，对气体的保护影响小； 区；电弧稳定，对气体的保护影响小；电流与电压的波形几乎是两条平 行线；输入功率大，熔深大，适合于焊接后件，不适合于焊接薄件。 行线；输入功率大，熔深大，适合于焊接后件，不适合于焊接薄件。 大电流MIG焊或大电流富氩混合气体保护焊出现。 大电流MIG焊或大电流富氩混合气体保护焊出现。 MIG焊或大电流富氩混合气体保护焊出现
V m
= α m I
四 熔化速度的影响因素
１） 焊接电流：直线关系（低碳钢等）；非直线关系（不锈钢：电阻率大，电 焊接电流：直线关系（低碳钢等）；非直线关系（不锈钢：电阻率大， ）；非直线关系 阻热作用明显）。 阻热作用明显）。 ２） 焊丝材料（电阻率）、干伸长（正比）及直径（反比）。 焊丝材料（电阻率）、干伸长（正比）及直径（反比）。 ）、干伸长 电弧电压： ３） 电弧电压： AB段 下降的压降主要在弧柱上， AB段：下降的压降主要在弧柱上， 不影响熔化。 不影响熔化。熔化速度主要 取决于电流。 B C I U A 熔化特性曲线
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。 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， 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； 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。 过渡。
分为三种：自由过渡、接触过渡（短路过渡）和渣壁过渡。 分为三种：自由过渡、接触过渡（短路过渡）和渣壁过渡。
细颗粒过渡：条件：较大电流时，大电流CO 频率高，电弧稳定， 细颗粒过渡：条件：较大电流时，大电流CO2焊。频率高，电弧稳定，焊 缝质量高, 重力、电磁力促进过渡。 缝质量高, 重力、电磁力促进过渡。 中等电流焊时：短路过渡加大滴状排斥过渡，飞溅大（讲解CO 注：CO2中等电流焊时：短路过渡加大滴状排斥过渡，飞溅大（讲解CO2 焊接从大颗粒过渡到细颗粒过渡的转换过程。 焊接从大颗粒过渡到细颗粒过渡的转换过程。 ② 喷射过渡： MIG焊时会出现这种形式的过渡，又分为：射滴过渡、 喷射过渡：在MIG焊时会出现这种形式的过渡，又分为：射滴过渡、 焊时会出现这种形式的过渡 亚射流过渡、射流过渡、旋转射流过渡。 亚射流过渡、射流过渡、旋转射流过渡。
FG
若熔滴上含有少量活化物质( 或熔滴温度升高， 若熔滴上含有少量活化物质(如O2、S等)或熔滴温度升高，都会减 小表面张力系数，有利于形成细颗粒熔滴过渡。 小表面张力系数，有利于形成细颗粒熔滴过渡。 3 电磁力 电流通过熔滴时，导电界面是变化的，在熔焊情况下，焊丝、 电流通过熔滴时，导电界面是变化的，在熔焊情况下，焊丝、 熔滴、电极斑点、弧柱之间产生电磁力的轴向分力， 熔滴、电极斑点、弧柱之间产生电磁力的轴向分力，其方向总是由 小截面志向大截面。电弧是否笼罩熔滴。 小截面志向大截面。电弧是否笼罩熔滴。
4 5 6
等离子流力： 等离子流力：促进熔滴过渡的力 斑点压力：撞击力、蒸发反作用力、电磁力。 斑点压力：撞击力、蒸发反作用力、电磁力。 爆破力：促进过渡。 爆破力：促进过渡。
综上所述： 综上所述： 1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧形态有关。 除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧形态有关。 熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间位置、熔滴过渡形式、 2） 熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间位置、熔滴过渡形式、 电弧形态、工艺条件等综合考虑。 电弧形态、工艺条件等综合考虑。 二 1 熔滴过渡的主要形式及其特点 自由过渡 自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行， 自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间 不发生直接接触的过渡方式。 不发生直接接触的过渡方式。 ① 滴状过渡：特点：熔滴直径大于焊丝直径。 滴状过渡：特点：熔滴直径大于焊丝直径。 大颗粒过渡：条件：电流较小，电弧电压高时，小电流MIG焊 过渡频率低， 大颗粒过渡：条件：电流较小，电弧电压高时，小电流MIG焊。过渡频率低， MIG 主要是重力与表面张力的平衡。 主要是重力与表面张力的平衡。