第2章焊丝的熔化与熔滴过渡.
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1、第2章 焊丝的熔化与熔滴过渡在熔化极电弧焊时，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 2.1 焊丝的加热与熔化焊丝的加热与熔化1 1焊丝的作用焊丝的作用）作为电弧的一个电极；）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）提供熔化金属作为焊缝金属的一部分。2 2焊丝的加热和熔化的热源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焊时，用于加热、熔化焊丝的热源是电弧热和电阻热电弧热和电阻热。熔熔化极电弧焊化极电弧焊时，焊丝的熔化主要靠时，焊
2、丝的熔化主要靠阴极区阴极区( (正接正接) )或阳极区或阳极区( (反接反接) )所所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，弧柱区产生的热量对焊丝的加热熔化作用较小。的加热熔化作用较小。非熔化极电弧焊非熔化极电弧焊( (如钨极氩弧焊或等离子弧如钨极氩弧焊或等离子弧焊焊) )的填充焊丝主要靠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。1）电弧热）电弧热阴极区和阳极区两个区域的产热功率可表达为阴极区和阳极区两个区域的产热功率可表达为 P PK KIUIUK KIUIUW W IU IUT T P PA AIUIUA A + IU
3、 + IUw w + IU + IUT T 电弧焊时，当弧柱温度为电弧焊时，当弧柱温度为6000K6000K左右时，左右时，U UT T小于小于1V1V；当电流密度较大时，；当电流密度较大时，U UA A近似为零，故上两式可简化为：近似为零，故上两式可简化为： P PK KI(UI(UK KUUW W) ) P PA AIUIUW W 由此可看出，两电极区的产热量（功率）都与焊接电流成正比。当由此可看出，两电极区的产热量（功率）都与焊接电流成正比。当电流一定时，阴极区的产热量取决于电流一定时，阴极区的产热量取决于U UK K与与U UW W的差值；阳极区的产热量取的差值；阳极区的产热量取决于决
4、于U UW W。 在细丝熔化极气体保护电弧焊、使用含有在细丝熔化极气体保护电弧焊、使用含有CaFCaF2 2焊剂的埋弧焊和使用焊剂的埋弧焊和使用碱性焊条电弧焊等情况下，当采用同样大小的电流焊接同一种材料时，碱性焊条电弧焊等情况下，当采用同样大小的电流焊接同一种材料时，焊丝作为阴极时的产热量比作为阳极时的产热量多，在散热条件相同时，焊丝作为阴极时的产热量比作为阳极时的产热量多，在散热条件相同时，焊丝作阴极比作阳极时熔化速度快。焊丝作阴极比作阳极时熔化速度快。2 2）电阻热）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（焊条？）
5、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。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：（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的受热情况，因为焊丝伸出部分有电流流过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，气体保护焊时， ls是焊丝直径的是焊丝直径的10 12倍。倍。三焊丝的熔化特性三焊丝的熔化特性 ）熔化速度、熔化系数）熔化速度、熔化系数熔化速度（熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。：在单位时间内熔化的焊丝质量。熔化系数熔化系数m m：在单位时间内，单位电流所熔化
6、的焊丝质量。在单位时间内，单位电流所熔化的焊丝质量。）焊丝的熔化特性）焊丝的熔化特性焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度Vm和焊接电流和焊接电流I之间的关系。之间的关系。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：IVmm图2-1 焊丝伸出长度的电阻热示意图四熔化速度的影响因素四熔化速度的影响因素）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
7、（不锈钢：电阻率大，电阻热作用明显）。阻热作用明显）。）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）。）电弧电压：）电弧电压：ABAB段：下降的压降主要在弧柱上，段：下降的压降主要在弧柱上，不影响熔化。熔化速度主要不影响熔化。熔化速度主要取决于电流取决于电流。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，从而原因：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
8、系数减小。固有自调节作用：固有自调节作用：BC段，电弧本身有恢复原来弧长的能力。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。）极性：一般正接比反接熔化速度大。）气体介质）气体介质.熔化特性曲线熔化特性曲线IUBAC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图2-4 GMAW电弧的固有自调节作用a.铝焊丝 (1.6mm) b.钢焊丝(2.4mm) 图2-5 Ar与CO2混合比(体积分数)对焊丝熔化速度的影响图2-6 铝焊丝氩弧焊不同极性时焊丝熔化速度2 2 熔滴过渡和飞溅熔滴过渡和飞溅 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
9、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，从而熔滴以不同的形式脱离焊丝或焊条，过渡到熔池中去。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。1熔滴上的作用力熔滴上的作用力 熔滴上的作用力可分为重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破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 1 重力重力 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；
10、而在立焊及仰焊位置则阻碍熔滴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。 FGmg(43)RDg 2 2 表面张力表面张力F F 此处的表面张力此处的表面张力F F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。 F F2R2R式中式中 ： R R焊丝半径；焊丝半径；表面张力系数。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
11、现在的特别是对于现在的STTSTT电源，实现无飞溅过渡更是如此。电源，实现无飞溅过渡更是如此。 若熔滴上含有少量活化物质若熔滴上含有少量活化物质( (如如O O2 2、S S等等) )或熔滴温度升高，都会减或熔滴温度升高，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 3电磁力电磁力 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，其方向总是由熔滴、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。小截面志向大截面。电弧是否笼
