熔滴的过渡

第二章焊丝的熔化及熔滴过渡熔化极电弧焊的焊丝（条）具有两个作用：一是作为电极并与工件之间产生电弧；另是本身被加热熔化并作为填充金属过渡到熔池中去。

焊丝（条）的熔化及熔滴过渡，是熔化极电弧焊接过程中的重要物理现象，熔滴过渡方式及特点将直接影响焊接质量和生产效率。

第一节焊丝的加热与熔化一、焊丝的加热与熔化特性熔化极电弧焊时焊丝（条）的熔化主要是靠阴极区（正接）或阳极区（反接）所产生的热量，中括号焊接情况下，UK >> UW所以Pk>PA，这时，在同一材料和同一电流情况下，焊丝（条）为阴极（正接）时的产生热量要比为阳极（反接）时多。

因散热条件相同，所以焊丝（条）接负时比焊丝（条）接正时熔化快。

焊丝除了受电弧的加热外，在自动和半自动焊时，从焊丝与导电嘴的接触点到焊丝端头的一段焊丝（即焊丝伸出长度用表示）有焊接电流流过，所产生电阻热对焊丝有预热作用，从而影响焊丝的熔化速度（图2-1）。

特别是焊丝比较细和焊丝金属的电阻系数比较大时（如不锈钢），这种影响更为明显。

焊丝伸出长度的电阻热为：P R=I2RsRs=PLs/S （2-4）式中 Rs----为Ls段的电阻值；P-----焊丝的电阻率；Ls----焊丝的伸出长度；S----焊丝的断面积。

材料不同时，焊丝伸出长度部分产生的电阻热也不同。

如熔化极气体保护焊时，通常Ls=10～30mm，对于导电良好的铝和铜等金属，PR 与PA或PK相比是很小的，可忽略不计。

而对钢和钛等材料，电阻率高。

当伸出长度较大时PR 与PA或PK相比较大才有重要的作用。

）来表这是mα弧长较长时，电弧电压的变化对焊丝熔化速度影响不大；但在弧长较短的范围内，电弧电压降低，反而使得焊丝熔化速度增加。

在铝合金焊接时这种现象特别明显，图2-4a中的各条曲线，表示了直径为φ1.6mm铝合金焊丝等速送进时的熔化速度与电弧电压及电流的关系。

由图中可见，当弧长较长时，曲线AB段段与横轴垂直，此时的焊丝送进速度与熔化速度相平衡，焊丝的熔化速度主要决定于电流的大小。

[收藏]•自由过渡滴状过渡：这其中又可以分为大滴状过渡和细颗粒过渡两种形式。

大滴状过渡当电弧电流较小和电弧电压较高时，弧长较长，熔滴不易与熔池接触，也就是说这时很难发生短路过渡。

由于电流较小，弧根面积较小，焊丝和熔滴之间的电磁推力以及熔滴和弧根之间的电磁推力很难使熔滴形成缩颈，而斑点压力对熔滴过渡起阻碍作用，因此这时只有依靠重力来抵消表面张力使得熔滴过渡到熔池。

以上为大滴状过渡的描述，具体到各种焊接方法：（1）熔化极气体保护焊DCSP时，无论是用的氩气还是二氧化碳气体，由于阴极斑点压力较大，都会出现大滴状过渡。

（2）二氧化碳气体保护焊时（电流较小时），由于二氧化碳气体高温解离吸热以及很高的导热系数，对电弧有很强的冷却作用。

因而电弧收缩，弧根面积难于扩展，斑点压力较大而有碍熔滴过渡最终形成大滴状过渡。

（DCRP）（3）高电压小电流的MIG和MAG中也是会出现这种过渡形式。

细颗粒过渡这种过渡形式主要出现在二氧化碳气体保护焊中。

随着焊接电流的增加，斑点面积增加，电磁推力增加，斑点压力逐渐有利于熔滴过渡。

这时熔滴过渡的频率增加，熔滴直径相对较小。

这种过渡形式就是细颗粒过渡。

（这时的熔滴直径仍然大于焊丝直径）这种过渡形式在二氧化碳气体保护焊中应用非常广泛，主要针对于中厚板。

注：二氧化碳气体保护焊中存在大滴状过渡，短路过渡以及细颗粒过渡。

但是大滴状过渡很少用。

喷射过渡这种过渡形式又可以分为射滴过渡、射流过渡以及亚射流过渡。

喷射过渡主要出现在氩气或者是富氩气体保护焊中。

射滴过渡这种过渡形式主要出现在钢和铝的MIG焊中。

由于电流较大，弧根面积可以笼罩整个熔滴，熔滴直径接近于焊丝直径。

这时电磁推力和斑点压力都有利于熔滴过渡，阻碍熔滴过渡的只有表面张力。

值得说明的是，这种过渡形式的电流区间是比较窄的，在焊接过程中并没有可以采用这种形式。

射流过渡射流过渡主要出现在钢的大电流的MIG焊中。

其实钢的氩气保护焊或者富氩保护焊中出现的过渡形式有：大滴状过渡、射滴过渡（甚至有学者认为钢的M IG焊中不存在这种形式）、射流过渡。

§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外表张力液体金属象其它液体一样具有外表张力，即液体在没有外力作用时，其外表积会尽量减小，缩成圆形，对液体金属来说，外表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，而是在外表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。

因此外表张力对平焊时的熔滴过渡并不利。

但外表张力在仰焊等其它位置的焊接时，却有利于熔滴过渡，其一是熔池金属在外表张力作用下，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，会由于熔池外表张力的作用，而将熔滴拉入熔池。

外表张力越大焊芯末端的熔滴越大。

外表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外表张力也越大；液体金属温度越高，其外表张力越小，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外表张力，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。

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。

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。

熔滴过渡熔滴过渡：焊丝（条）端头的金属在电弧热作用下被加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝（条）进入熔池，称之为熔滴过渡。

熔滴过渡状态是指焊条熔化后滴入熔池的状态。

对熔滴过渡产生影响的因素包括保护气体的种类和成分，焊接电流和电压，焊条的成分和直径等。

1. 粒状熔滴过渡(Globular transfer)指熔滴直径比所使用的wire直径大时的过渡状态。

可以细分为低电流和中间程度的焊接电流范围内所产生的drop transfer和较高电流co2焊接时产生的repelled transfer。

2.短路熔滴过渡(Short circuiting transfer)Wire端部产生的熔滴与熔池直接接触过渡。

在低电流电压co2焊接时，或在惰性气体成分高的焊接条件下，即MAG或MIG焊接时会出现。

3.旋转熔滴Rotating transfer :在GMAW的大电流领域产生的现象。

由于电流越高熔合效率越高，因此从效率方面考虑时电流越高越好。

但是与其相对应缺点是很难控制熔池，易产生焊接不良。

目前对提高焊接效率的研究主要集中在rotating mode的control方面。

4.喷雾型熔滴过渡Spray transfer :Pulse mode是指比焊接wire小的熔滴的过渡状态。

在较高电流中Ar主成份的保护气体焊接时产生。

喷雾过渡时熔滴一滴一滴有规律的过渡，因此称为projected transfer。

熔化后滴落的wire前端形成小的粒状，熔滴以流淌的状态过渡，称为streaming tran sfer 。

另外熔化的wire前端拉长并高速旋转的过渡称为rotating transfer。

什么是熔滴的自由过渡?熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池的过渡形式称为自由过渡。

因条件不同，熔滴的自由过渡又可分为滴状过渡和喷射过渡两种形式。

1、滴状过渡焊接电流较小时，熔滴的直径大于焊丝直径，当熔滴的尺寸足够大时，主要依靠重力将熔滴缩短拉断，熔滴落入熔池，熔滴的这种过渡形式称为滴状过渡。

焊接工艺问答—熔滴过渡方式焊接过程中，消耗电极（焊丝，焊条）熔滴过渡方式1、短路过渡使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG 焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。

电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。

短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。

焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。

以下对一个完整的焊接工艺过程进行分析，短路过渡工艺过程的示意见下图。

（1）当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。

当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。

①较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。

②在图中短弧区，焊接电流迅速提高。

③当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。

（2）采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。

此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。

（3）当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中。

（4）随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。

电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。

（5）从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。

（6）电弧对焊丝和焊缝进行加热。

（7）在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。