焊接电弧及熔滴控制

电弧焊的熔滴过渡§6—5电弧焊的熔滴过渡熔滴是电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴。

熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。

熔滴过渡对焊接过程的稳定性，焊缝形成，飞溅及焊接接头的质量有很大的影响，因此了解这个问题对于掌握熔化极焊接工艺是很重要的。

金属熔滴向熔池过程的形式，大致可分为三种即：滴状过渡、短路过渡、喷射过渡为什么熔滴过渡会有上述这些不同的形式呢？这是由于作用于液体金属熔滴上的外力不同的缘故。

在焊接时，采取一定的工艺措施。

就可以改变熔滴上的作用力，也就使熔滴按人们所需要的过渡形式自焊条向熔池过渡。

一熔滴过度的作用力1熔滴的重力任何物体都会因为本身的重力而具有下垂的倾向。

平焊时，金属熔滴的重力起促进熔滴过渡作用。

但是在立焊及仰焊时，熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡，成为阻碍力。

2表面张力液体金属象其它液体一样具有表面张力，即液体在没有外力作用时，其表面积会尽量减小，缩成圆形，对液体金属来说，表面张力使熔化金属成为球形。

焊条金属熔化后，其液体金属并不会马上掉下来，而是在表面张力的作用下形成球滴状悬挂在焊条末端。

随着焊条不断熔化，熔滴体积不断增大，直到作用在熔滴上的作用力超过熔滴与焊芯界面间的张力时，熔滴才脱离焊芯过渡到熔池中去。

因此表面张力对平焊时的熔滴过渡并不利。

但表面张力在仰焊等其它位置的焊接时，却有利于熔滴过渡，其一是熔池金属在表面张力作用下，倒悬在焊缝上而不易滴落；其二当焊条末端熔滴与熔池金属接触时，会由于熔池表面张力的作用，而将熔滴拉入熔池。

表面张力越大焊芯末端的熔滴越大。

表面张力的大小与多种因素有关，如焊条直径越大焊条末端熔滴的表面张力也越大；液体金属温度越高，其表面张力越小，在保护气体中加入氧化性气体（Ar—O2 Ar—CO2）可以显著降低液金属的表面张力，有利于形成细颗粒熔滴向熔池过渡。

3电磁力向相同，则这两根导体彼此相吸，使这两根导体相吸的力叫做电磁力，方向是从外向内，图1所示。

电焊条的原理电焊条是电弧焊接中的一种重要焊接材料，它承担着导电、导热、气体保护和添加合金等多种功能。

电焊条的原理是通过电弧的高温作用，使焊接材料和工件熔化，然后冷却凝固，从而实现焊接的目的。

下面我们将详细介绍电焊条的原理及其工作过程。

首先，电焊条的原理是基于电弧的产生和维持。

当两个导电材料之间施加足够的电压，电流通过导电材料形成电弧，产生高温和强烈的光辐射。

电弧的高温可以使焊接材料和工件表面熔化，形成熔池，然后冷却凝固成为焊缝。

电焊条在这个过程中起到了导电导热的作用，帮助维持电弧的稳定性，从而实现焊接。

其次，电焊条的原理还涉及到气体保护和合金添加。

在电弧焊接过程中，电焊条会释放出一定的气体，形成气体保护层，防止焊接熔池受到空气中氧气和氮气的污染，保证焊接质量。

同时，电焊条中还含有一定的合金元素，可以在焊接过程中向焊缝中添加合金，改善焊接材料的性能。

另外，电焊条的原理还包括了熔化的控制和焊接熔滴的传递。

在电弧焊接过程中，电焊条和工件之间的电流会产生热量，使电焊条熔化并形成熔滴，通过电弧的作用传递到工件表面，形成焊缝。

电焊条的化学成分和外部电流的控制可以影响熔滴的形成和传递，从而影响焊接的质量和效果。

最后，电焊条的原理还涉及到焊接材料的选择和工艺参数的调整。

不同的焊接材料和工件需要选择适合的电焊条，同时在实际焊接过程中需要根据不同的工艺要求调整电流、电压、焊接速度等参数，以保证焊接质量和效果。

总结一下，电焊条的原理是基于电弧的高温作用，通过导电导热、气体保护和合金添加等多种功能，实现焊接材料和工件的熔化、冷却凝固，从而完成焊接过程。

在实际应用中，我们需要充分理解电焊条的原理，合理选择焊接材料和工艺参数，以确保焊接质量和效果。

电弧焊接中的熔滴运动与形成规律研究电弧焊接是一种常见的金属焊接方法，通过电弧的热量将金属材料熔化并连接在一起。

在焊接过程中，熔滴的运动和形成规律对焊接质量起着重要的影响。

本文将探讨电弧焊接中熔滴的运动和形成规律的研究。

电弧焊接过程中，焊丝被电弧加热并熔化，形成熔滴。

熔滴在电弧的作用下，由焊丝上脱离并向焊缝方向运动。

熔滴的运动和形成规律直接决定了焊缝的形状和质量。

首先，熔滴的运动主要受到电弧力和重力的影响。

电弧力是由电弧的热气流产生的，它会将熔滴推向焊缝。

而重力则会使熔滴下落。

因此，在水平焊接时，熔滴会沿着焊缝方向运动；而在垂直焊接时，熔滴会向下落。

其次，熔滴的形成规律与焊接电流和电弧长度有关。

焊接电流的大小会影响焊丝的熔化速度和熔滴的形成。

当焊接电流较大时，焊丝熔化速度加快，熔滴形成较大；而当焊接电流较小时，焊丝熔化速度减慢，熔滴形成较小。

此外，电弧长度的变化也会影响熔滴的形成规律。

电弧长度较长时，焊丝熔化速度较慢，熔滴形成较小；而电弧长度较短时，焊丝熔化速度较快，熔滴形成较大。

另外，熔滴的形成还与焊接速度和焊丝直径有关。

焊接速度的变化会影响焊丝的熔化速度和熔滴的形成。

当焊接速度较快时，焊丝熔化速度加快，熔滴形成较大；而当焊接速度较慢时，焊丝熔化速度减慢，熔滴形成较小。

焊丝直径的变化也会影响熔滴的形成规律。

焊丝直径较大时，焊丝熔化速度较快，熔滴形成较大；而焊丝直径较小时，焊丝熔化速度较慢，熔滴形成较小。

此外，熔滴的形成还受到焊接工艺参数的影响。

焊接工艺参数包括焊接电流、电压、焊接速度等。

这些参数的变化会直接影响焊丝的熔化速度和熔滴的形成。

因此，在电弧焊接过程中，合理调节焊接工艺参数对于控制熔滴的形成规律至关重要。

综上所述，电弧焊接中熔滴的运动和形成规律是一个复杂的过程，受到多种因素的综合影响。

电弧力、重力、焊接电流、电弧长度、焊接速度和焊丝直径等因素都会对熔滴的形成和运动产生影响。

研究熔滴的运动和形成规律，可以帮助优化焊接工艺参数，提高焊接质量和效率。

磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究随着工业领域的发展，对焊接技术的要求也越来越高。

在焊接过程中，电弧-熔滴-熔池三者之间的耦合行为对焊接质量和效率有着重要影响。

因此，研究电弧-熔滴-熔池之间的耦合行为对于优化焊接工艺具有重要意义。

为了深入了解磁控高效MIG焊中电弧-熔滴-熔池之间的相互作用，我们进行了数值模拟研究。

本研究基于计算流体力学（CFD）方法，采用了OpenFOAM软件进行数值模拟，并结合了磁流体力学（MHD）模型和多相流模型，对电弧-熔滴-熔池的行为进行了细致分析。

首先，我们从电弧的形成开始。

电弧是焊接过程中产生的高温等离子体，它是通过两个电极之间的电流放电产生的。

在磁控高效MIG焊中，强磁场的作用会对电弧产生显著影响。

我们通过模拟研究了磁场对电弧的形态和稳定性的影响。

结果表明，磁场的存在可以改善电弧的稳定性，并能够控制电弧的沿焊丝流动的方向。

接下来我们研究了熔滴脱落的过程。

熔滴是由焊丝在电弧作用下熔化而形成的液态金属滴，它的脱落对焊接质量有着重要影响。

通过数值模拟，我们探究了熔滴脱落的机理和影响因素。

研究结果表明，在磁场的作用下，熔滴的脱落更加稳定，并且可以控制脱落角度和速度，从而提高焊接效率和质量。

最后，我们对熔池的行为进行了分析。

熔池是焊接过程中形成的液态金属池，它对焊接接头的形成和稳定性有着重要的影响。

我们通过模拟研究了熔池的形状、尺寸和温度分布，并探讨了磁场对熔池行为的影响。

结果表明，在磁场的作用下，熔池形状更加稳定，温度分布更加均匀，从而提高焊接质量。

总之，本研究通过数值模拟研究了磁控高效MIG焊中电弧-熔滴-熔池之间的耦合行为。

结果表明，磁场的存在可以改善电弧的稳定性、控制熔滴脱落和熔池形状，从而提高焊接质量和效率。

本研究对于优化磁控高效MIG焊的工艺参数具有重要的借鉴意义，为进一步提升焊接技术水平提供了理论依据综上所述，本研究通过模拟研究了磁场对电弧、熔滴和熔池行为的影响，并发现磁场的存在可以显著改善焊接过程中的稳定性和控制性。

熔滴上的作用力熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。

(1)、重力(2)、表面张力(3)、电弧力（包含几项力在内）(4)、熔滴爆破力(5)、电弧的气体吹送力F δ=2R πσ细焊丝焊丝直径较大而电流较小时重力及表面张力起主要作用1.重力及表面张力重力及表面张力2. 电弧力•电弧对熔滴和熔池的机械作用力包括：Ø电磁收缩力Ø等离子流力Ø斑点力•电弧力只有在焊接电流较大的时候，才对熔滴过渡起主要作用；电流小时，重力表面张力其主要作用。

电磁收缩力•电磁力对熔滴过渡的影响取决于电弧形态等离子流力•等离子流力：电流较大时，高速等离子流力对熔滴产生很大的推力，使之沿轴线方向运动。

斑点力•正离子或电子对熔滴的轰击力、•电极材料蒸发时产生的反作用力、•弧根很小时指向熔滴的电磁收缩力。

斑点力组成：斑点面积比较小的时候，斑点压力常常阻碍熔滴过渡；斑点面积比较大的时候，笼罩整个熔滴，斑点压力促进熔滴过渡。

3. 爆破力熔滴内部的气体或者金属蒸发，在电弧高温的作用下，气体体积膨胀而产生的内压力，致使熔滴爆破，这一内压力称为爆破力，它促进熔滴过渡，但产生飞溅。

短路过度时的爆破力示意图a) 短路b)爆破及再引燃总结：熔滴上的作用力及其特点重力（促进或阻碍熔滴过渡）表面张力（促进或阻碍熔滴过渡）电磁收缩力（促进或阻碍熔滴过渡）等离子流力（促进熔滴过渡）气体吹送力（促进熔滴过渡）金属蒸气的反作用力（阻碍熔滴过渡）斑点压力（阻碍熔滴过渡）爆破力（造成飞溅）在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，形成了不同的熔滴过渡形式。

射流过渡、熔滴过渡、脉冲过渡和短路过渡。

射流过渡、熔滴过渡、脉冲过渡和短路过渡是电弧焊接过程中常见的四种过渡状态。

这些过渡状态对焊接质量和焊接速度都有着重要的影响。

在本文中，我们将详细介绍这四种过渡状态的特点、影响和应对措施。

一、射流过渡射流过渡是电弧焊接过程中最常见的过渡状态之一。

在这种状态下，电弧的能量主要用于将金属表面加热并蒸发，形成一个高温、高速的气流。

这个气流可以将金属表面的氧化物和杂质吹走，从而清洁焊接区域，提高焊缝的质量。

射流过渡的特点是电弧稳定，焊接速度较快，但焊接质量较差。

这是因为在射流过渡状态下，电弧的能量主要用于加热和蒸发金属表面，而不是用于熔化金属。

因此，焊接区域的温度较低，焊缝的质量也较差。

应对措施：为了提高焊接质量，可以采取以下措施：1.增加电流密度，提高焊接区域的温度，促进金属的熔化。

2.增加焊接速度，减少射流过渡状态的时间，降低气流对焊缝的影响。

3.使用气体保护，减少氧化物和杂质的生成，提高焊缝的质量。

二、熔滴过渡熔滴过渡是电弧焊接过程中另一种常见的过渡状态。

在这种状态下，电弧的能量主要用于熔化金属，形成熔滴。

这些熔滴会从电极上脱落，落在焊缝上，形成焊缝。

熔滴过渡的特点是电弧不稳定，焊接速度较慢，但焊接质量较好。

这是因为在熔滴过渡状态下，电弧的能量主要用于熔化金属，形成熔滴。

这些熔滴可以充分熔化金属，形成均匀的焊缝。

应对措施：为了提高焊接速度，可以采取以下措施：1.减小电流密度，降低焊接区域的温度，减少熔滴的形成。

2.增加焊接速度，减少熔滴过渡状态的时间，提高焊接效率。

3.使用适当的电极直径和电极形状，使电弧稳定，减少熔滴的飞溅。

三、脉冲过渡脉冲过渡是一种特殊的焊接过渡状态。

在这种状态下，电弧的能量以脉冲形式释放，每个脉冲的时间很短，但能量很大。

这种方式可以使焊接区域的温度快速升高，熔化金属，形成焊缝。

脉冲过渡的特点是焊接速度快，焊接质量好，但需要特殊的焊接设备和技术。

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。