第二章焊丝的熔化及熔滴过渡

第二章焊丝的熔化及熔滴过渡焊丝作用：1、作为电极并与工件之间产生电弧；2、作为填充金属；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。ξ2-1焊丝的加热与熔化一、焊丝的加热与熔化特性焊丝的加热与熔化能源PK或PAPR=I2Rs弧柱区辐射主要次要阴极区与阳极区的热功率阴极功率：Pk=I（Uk-Uw-UT）阳极功率：PA=I(UA+UW+UT)在电弧情况下，若弧柱温度为6000K时，UT1V。当电流密度较大时，UA近似为0简化Pk=I（Uk-Uw）；PA=IUWPK与PA大小比较阴极区功率：Pk=I（Uk-Uw-UT）阳极区功率：PA=I(UA+UW+UT)PkPA熔化极UKUWPkPA非熔化极UK用于加热和熔化焊丝的总热量Pm=I(Um+IRs)焊丝伸出长度电阻热示意图二、焊丝的熔化速度、熔化系数及其影响因素焊丝（条）的熔化速度（υm）:单位时间内焊丝熔化的长度（m/h）或熔化的重量（g/h）来表示。熔化系数:则指单位时间内通过单位电流时所熔化焊丝金属的重量（g/A·h），又称之为比熔化速度。mama1.焊接电流和电压的影响1.焊接电流和电压的影响h铝焊丝熔化极气体保护焊时电弧的自调节作用钢焊丝熔化极气体保护焊时电弧的自调节作用弧长变化与焊丝端部弧根长度的关系2电流极性、焊丝表面状态的影响3.保护气体介质的影响4.熔滴过渡形式的影响MIG焊ξ2-2熔滴过渡和飞溅一、熔滴上的作用力（一）表面张力Fσ（二）重力FWFσ=2πRσFσ通常阻碍熔滴过渡，短路过渡后期促进过渡FW？（三）电磁力电磁力由电流线密的地方指向电流线稀的地方小截面指向大截面阻碍促进对熔滴过渡作用与电弧形态有关（四）等离子流力等离子流力第一章已述促进熔滴过渡（五）斑点压力该力视斑点区面积而定较大时促进过渡较小时阻碍过渡（六）爆破力促进过渡常引起飞溅CO、金属蒸汽气体爆炸二、熔滴过渡的主要形式及特点自由过渡接触过渡渣壁过渡熔滴过渡三种类型可相互转化按照熔滴过渡方式及过渡时电弧形态的特点接触过渡大滴滴状过渡细颗粒喷射过渡射滴射流旋转射流爆炸过渡自由过渡短路过渡搭桥过渡渣壁过渡沿熔渣壳过渡沿套筒过渡（一)、滴状过渡大滴大滴排除大滴滴落高电压小电流MIG焊高电压小电流CO2焊接及正接时大电流CO2焊（一）滴状过渡大滴滴状过渡细颗粒高电压大电流CO2焊接（二）喷射过渡1.射滴过渡过渡熔滴的直径同焊丝直径相近，并沿焊丝轴线方向过渡到熔池中，过渡时的加速度大于重力加速度。这时的焊丝端部熔滴大部分或全部被弧根所笼罩射滴过渡时熔滴上的作用力FdFdFd、Fw?从大滴状过渡转变为射滴过渡的电流值称为射滴过渡临界电流。该电流大小与焊丝直径、焊丝材料、伸出长度和保护气体成分有关。I临（A）d丝（mm）焊丝直径与临界电流的关系1-铝合金2-纯铝2、射流过渡大电流MIG焊射流过渡形成机理示意图L1L2ab21UEll颈调弧条件：U颈≥（L2-L1)E当电流较小时为大滴状过渡，随着电流的增加熔滴的体积略有减小，当电流由255A增加到265A，熔滴数由15滴/s增加到240滴/s，熔滴数由频率发生了突然变化。熔滴直径也由4mm突然缩小到1mm，当电流达265A后，再进一步增大电流时，熔滴过渡频率增加得并不多，所以称265A为该条件下射流过渡的临界电流值。旋转射流过渡3、亚射流过渡铝合金MIG焊时，按其工艺参数的不同，通常可将熔滴过渡分为大滴状过渡、射滴过渡、短路过渡及介于短路与射滴之间的亚射滴过渡等形式。亚射滴过渡习惯上称为亚射流过渡。电弧电压U大滴区射滴区焊接电流I短路区铝合金MIG焊时熔滴过渡形式与规范的关系（三）短路过渡采用较小电流和低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝端头前就与熔池直接接触，电弧瞬时熄灭短路，熔滴在短路电流产生的电磁收缩力及液体金属的表面张力作用下过渡到熔池中。这种熔滴过渡方式称之为短路过渡。短路过渡形式的电弧稳定，飞溅较小，成形良好，是目前薄板件和全位置焊接生产中常用的焊接生产中常用的方式。1.短路过渡过程的特点规范特点：细焊丝、小电流、低电压；电弧时而短路熄灭，时而引弧燃烧；焊丝端头熔滴则是时而与熔池接触过渡，时而被电弧加热长大。UIUaImaxIaImint1Tt2t3短路过程与电流电压过程2.短路过渡的稳定性为保持短路过渡焊接过程的稳定进行，不但要求焊接电源有合适的静特性，同时还要具有合适的动特性。动特性主要包括以下三个方面。1）对不同直径的焊丝和工艺参数，要保证合适的短路电流上升速度，以使得“小桥”柔顺的断开，达到减少飞溅的目的。2）短路电流的峰值Im要适当，Im一般为焊接电流I0的2～3倍。Im值过大会引起缩颈“小桥”激烈地爆断，并造成飞溅；过小时则对引弧不利，甚至影响焊接过程的稳定性。3)短路过后，空载电压恢复速度要快，以便及时引燃电弧，避免熄弧现象。3.影响短路过渡频率的因素短路过渡时，过渡熔滴越小，短路频率越高，焊接过程越稳定，焊缝波纹越细密，因此常把短路过渡频率的高低作为短路过渡稳定性的标志。影响因素电弧电压送丝速度/I焊接回路电感（四）渣壁过渡渣壁过渡是指在涂料焊条手弧焊和埋弧焊时的熔滴过渡形式。埋弧焊三、焊丝（条）的熔敷系数和飞溅（一）熔数效率和熔敷系数熔敷效率：电弧焊接过程中，焊丝（条）熔化过渡到焊缝中的金属质量与使用掉焊丝（芯）质量之比称为熔敷效率。CO2焊：80%左右熔化极氩弧焊及埋弧自动焊：90%手弧：80%~200%熔敷系数：单位时间、单位焊接熔敷系数电流内所熔敷到焊缝上的焊丝金属质量。损失系数200300400500I（A）101214161820am，ay[g/(A.h)]123amayam图2-36电流与am和ay值的关系1,2-CO2焊，3—埋弧焊s100%mysmaaa——熔敷系数（g/（h·A））yama——熔化系数（g/（h·A））（二）熔滴过渡时的飞溅及影响因素1.短路过渡时的飞溅特点短路飞溅多是发生在短路小桥破断的瞬间，其大小取决于焊接条件且常常在很大范围内变化。当熔滴与熔池接触时，由熔滴把焊丝与熔池连接起来，形成液体小桥。随着短路电流的增加，小桥处的液体金属在电磁力作用下急剧收缩成较细的缩颈并被迅速加热，最后导致小桥金属发生汽化爆炸，并产生飞溅。f）2.颗粒状过渡时的飞溅特点当采用CO2、CO2+O2、N2、Ar+CO2（CO2含量大于30%）或Ar+H2(H233%）等活性气体进行保护焊接时，这时熔滴在斑点压力的作用下而上挠，易形成大滴状飞溅。3.射流过渡时的飞溅特点钢焊丝在射流过渡时，焊丝端头呈“铅笔尖”状并为圆锥形电弧所笼罩，熔滴沿焊丝轴线方向以细滴状过渡，飞溅极小，在正常射流过渡情况下，飞溅率仅在1%以下。当电流过大时，形成旋转射流过渡。此时熔滴往往是横向抛出形成飞溅。熔滴过渡形式、焊接工艺参数、焊丝成分、气体介质等因素都影响焊接过程飞溅的大小。