chapter3 焊丝的加热、熔化及熔滴过渡

Chapter3焊丝的加热、熔化及熔滴过渡§3-1焊丝的加热与熔化§3-2熔滴过渡形式及其作用力§3-1焊丝的加热与熔化一、焊丝的加热与熔化特性产热有三部分：阳极区、弧柱区、阴极区主要讨论阳极区、阴极区的热量对焊丝的熔化作用。阴极区PK=I(UK-Uw-UT)阳极区PA=I(UA+Uw+UT)都与电流成正比。当弧柱的温度为6000K时，UT小于1V。当电流密度较大时UA近似为零。则以上公式可简化：PK=I(UK-Uw)PA=IUw即产热主要取决于Uk和Uw讨论1、熔化极电弧焊焊丝为阴极Pk与PA大小关系？2、TIG焊Pk与PA大小关系？焊丝还受到电阻热的作用。尤其是细焊丝及电阻系数大的材料，其电阻热的作用较大。因此，用于加热和熔化焊丝的总热量：Pm=I(Um+IRs)二、影响焊丝熔化速度的因素焊丝的熔化速度是随着焊丝的牌号、电流的种类（交流、直流和极性）而异的，受焊接规范参数及焊丝表面状态的影响很大。熔化系数（meltingcoefficient）αm：单位电流、单位时间内焊丝的熔化量。（g/Ah）又称比熔化量。1、电流和电压对熔化速度的影响熔化速度随着焊接电流成正比例变化。焊接电流/A铝焊丝熔化速度与电流的关系熔化速度/（m/min）右图是铝焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系。不管焊丝直径多少，熔化速度随着焊接电流成正比例变化。直线的斜率就是熔化系数（比熔化量）。电弧电压对熔化速度的影响作用不大。当电流一定时，即使弧长（电弧电压）改变，焊条熔化速度几乎不会发生变化。特别是电弧电压较高时，电弧电压对焊丝熔化速度影响不大。在弧压较低的范围内，弧压变小，焊丝的熔化速度会增加。铝焊丝熔化速度与焊接电流及电弧电压（电弧长度）的关系2、气体介质对焊丝熔化速度的影响影响作用比较复杂。不同气体介质直接影响阴极压降的大小和焊接电弧产热的多少。12016020024011.52kg/hA焊接电流熔化速度HeAr23~28V15~20V右图，分别是He气、Ar气，焊丝直径1.6mm，铝焊丝。熔化极气体保护焊时，Ar与CO2不同气体混合比的混合气体对焊丝熔化速度的影响如何？焊丝极性及混合气体比对熔化速度的影响1）焊丝接正，熔化速度与气氛关系不大。2）焊丝接负，熔化速度大于接正的情况，且随气氛的变化大。为什么？原因一：阴极区产热Pk=I(Uk-Uw)阳极区产热PA=IUw即阴极区产热主要取决于Uk和Uw阳极区产热主要取决于Uw1）UkUw2）Uk与气体成分有很大关系气体混合成份影响熔滴的过渡形式，过渡形式又影响着熔滴的加热及焊丝的熔化。原因二：3、电阻热的影响500C1000C1500CS电弧端面P导电嘴端面DABCEFGH导电嘴端面电弧端面考虑焊丝电阻热和端面电弧热共同作用时的温度分布曲线示意图。横坐标：离导电嘴端面的距离。ABC是电阻热决定的温升曲线（50S以前），电弧端面的温升只有CS=580CDEF是由电弧端面热传导决定的温升曲线。曲线AGF是由ABC和DEF合成的，表示焊丝的实际温度分布。已知电弧端面的总的温度HS=1535C则：FS=1535-580=955C对于电阻系数较大的金属焊丝，电阻热对焊丝熔化速度的影响非常明显，一般焊丝伸出长度增大，导致电阻热增加，预热温度升高，使得焊丝的熔化速度增大。电流/A干伸长度/mm熔化速度（m/min）不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系干伸长度对不锈钢焊丝熔化速度的影响熔化速度（m/min）§3-2熔滴过渡形式及其作用力一、熔滴上的作用力焊丝端部熔化金属所受到的作用力有：1、表面张力；2、重力；3、电磁收缩力；4、斑点压力；5、等离子流力；6、爆破力。（一）表面张力表面张力是使熔滴保持在焊丝端部的主要作用力。在电流非常小的情况下（即电磁收缩力，等离子流力很小），作用于焊丝端部熔滴的力主要是重力和表面张力。如果忽略其它力的影响作用，熔滴的受力状态，表面张力与重力平衡。表面张力Fδ=2πRσσ—表面张力系数。Fσ2RFg2r金属MgZnAlCuFeTiMoWσ*10-3（N/m）65077090011501220151022502680纯金属的表面张力系数例：直径1.6mm钢焊丝，已知σ=1200*10-3N/m求熔滴重量？如假设熔滴为球状，求熔滴直径？(已知密度ρ=7.6g/cm3)解：Fg=Fσmg=2πRσgm61.08.9101200)2/6.1(14.323334rm)(4.52mmr在熔滴上具有少量的表面活化物质时，可以大大降低表面张力系数。纯铁被氧饱和后表面张力系数为1030*10-3N/m液态金属表面张力随温度的变化(二)重力重力如果重力Fg表面张力Fσ，熔滴将过渡到熔池中去。grgvmgFg334grR33423223RgRr如果采用同样直径的焊丝，即R一定，由于表面张力系数和密度不同，其熔滴形态也不同。越大，则过渡的熔滴越细。（三）电磁力电磁力是具有方向和大小的矢量，设作用在单位体积上的力Fm(N/m3)，则有公式：Fm=J*BJ——电流密度（A/m2）B——磁力线密度（Wb/m2）电磁力的方向总是从小截面指向大截面。熔滴短路扩展电弧收缩电弧电磁力的计算公式a熔滴半径，b焊丝半径，asinθ阳极半径1）阳极区直径大于焊丝直径，Fm为正，则电磁力促进熔滴脱落。2）阳极区直径小于焊丝直径，Fm为负，则电磁力阻碍熔滴脱落。（四）等离子流力等离子流力与电流的大小有关，电流较大时，高速等离子流将对熔滴产生很大的推力，使熔滴沿焊丝轴线方向运动。促进熔滴过渡到熔池中去。如果减小电流，等离子流速降低，为了克服表面张力，熔滴尺寸将增大，而随着熔滴尺寸的增大，电流分布范围也将相应变大（电流密度减小），因此等离子流流速进一步降低。因此，当电流减小时，发生脱落所必须的熔滴尺寸急剧增加。所以，一般认为存在一个临界电流。（四）爆破力缩颈2、短路过渡形成的缩颈，缩颈处电流密度大，能量高，使小桥爆破。1、冶金反应形成气体爆破。如CO2焊，气体膨胀使熔滴爆破。*熔池金属受到的力——等离子流力——表面张力——电磁收缩力——金属浮力二、熔滴过渡主要形式及其特点（一）熔滴过渡的分类（metaltransfer）主要分为三种类型（按照InternationalInstituteofWelding分类）：自由过渡——熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端部和熔池之间不发生直接接触。接触过渡——焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡。渣壁过渡——手工电弧焊或埋弧焊时，焊条或焊丝端部的熔滴金属，沿药皮套筒壁面或熔渣壁面流向熔池的一种过渡形式。（二）自由过渡(freetransfer)滴状过渡喷射过渡大滴过渡细颗粒过渡射滴过渡射流过渡亚射流过渡旋转射流过渡爆炸过渡排斥过渡(spraytransfer)(explosivetransfer)(droptransfer)电流较小，电弧电压较高时。弧长较长，使熔滴不易与熔池短路。且电流较小，熔滴与焊丝之间的电磁力不易使熔滴形成缩颈，等离子流力也不大，另外斑点直径小于熔滴直径，使得斑点压力阻碍熔滴过渡，只用靠重力克服表面张力的作用。小电流，高弧压，CO2焊焊接电流增加，电磁力增加，使熔滴细化，熔滴过渡频率也增加。熔滴尺寸大于焊丝直径，电弧形态与大滴过渡相似。实际应用中，1.6mm焊丝，400A就是这种过渡形式。熔滴直径接近焊丝直径，熔滴脱落时加速度大于重力加速度。电弧呈钟罩形。从滴状过渡到射滴过渡，需要一定的电流，即临界电流。电流进一步加大，电弧阳极斑点笼罩的面积逐渐扩大，电弧形态呈“铅笔尖”状。熔滴一个接一个向熔池过渡。铝合金MIG焊，介于短路与射滴之间的一种过渡形式。弧长较短，熔滴与焊丝之间形成缩颈，并与熔池短路。焊丝伸出长度大，电流比射流临界电流大很多，电磁收缩力大，使得液态金属增加，射流过渡的细滴高速喷出，起反作用力使金属液柱旋转。这种过渡方式不稳定，焊缝成形不良，飞溅严重。产生跳弧的最小电流称为射流过渡的临界电流。例如，图中所示的工艺条件下，当电流由255A增加到265A时，熔滴过渡频率从15突增到240，熔滴直径由4mm降到1mm。当电流超过265A时，熔滴过渡频率增加不多，故265A可作为上述焊接条件下射流过渡的临界电流值。高电压，小电流，MIG焊高电压，小电流，CO2焊（三）接触过渡(contacttransfer)熔滴通过与熔池表面接触后形成的过渡形式。搭桥过渡（非熔化极填丝）短路过渡（shortcircuitingtransfer）（三）渣壁过渡(fluxwallguidedtransfer)第三章小结1、Uc，UA，Uw，对焊丝加热的作用？2、熔化焊丝的总热量Pm包括哪几部分？3、什么是熔化系数（比熔化量）？4、焊接电流，焊接电压对熔化速度的影响？5、熔滴上的作用力有哪些？分析这些力对熔滴过渡的作用。6、熔滴过渡有哪几种形式？