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1、第二章电弧焊熔化现象本讲稿第一页，共七十页一、焊缝（一、焊缝（weld）形成过程）形成过程 母材熔化形成熔池(molten pool)熔池凝固形成焊缝熔池形状与焊缝质量有关二、焊缝形状与焊缝质量的关系二、焊缝形状与焊缝质量的关系 焊缝成形的基本参数：焊缝成形的基本参数：熔深；熔深；熔宽；熔宽；余高；余高；焊缝成形系数：焊缝成形系数：焊缝宽度焊缝厚度本讲稿第二页，共七十页第一节第一节 母材熔化与焊缝成形母材熔化与焊缝成形 1母材的熔化热 电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、极区能量、熔滴、等离子气流等传人母材。电弧焊输入到母材中的热量一般由下式给出：一、母材熔化特征和焊缝形状尺寸一、母材熔化特征
2、和焊缝形状尺寸 为电弧加热母材的热效率；工件热输入/电弧热功率 （电弧热功率总的热损失）/电弧热功率本讲稿第三页，共七十页电弧热损失包括：电极、导电嘴等传导散热；熔化焊丝、焊剂、药皮等热损耗；电弧光辐射、热辐射、气流散热；熔滴飞溅的热损失；TIG焊、等离子弧焊 约为(5070)；熔化极弧焊，由于熔滴过渡时将其保有的热量带到母材，可达到(7080)，其中埋弧焊的值最高；电弧介质及焊接电流值对 的影响较小，但弧长会对有某种程度的影响。本讲稿第四页，共七十页2母材的熔化断面形状母材的熔化断面形状 在电弧热作用下，母材的熔化形态基本上由母材的热物理参数(比热、热传导率等)、母材的形状、焊接速度等决定，
3、并受到电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态的影响。在大厚板表面焊接时，根据移动点热源热传导理论计算，所形成的焊缝断面形状是呈半圆形的。然而实际焊接中得到的焊缝断面形状是多种多样的，依据焊接条件(弧长、电流、速度)、焊丝直径、熔滴过渡形态等而有显著变化。本讲稿第五页，共七十页本讲稿第六页，共七十页 电弧力和等离子气流对熔他的压力都是起因于流经弧柱的电流，把两者合并考虑，力的数值可以用下式表达：式中，k是与电弧形状有关的比例常数，为电极端部电弧的电流密度。设焊丝直径为d，则可以用下式近似表示：母材熔化形态变化的原因是源于电弧力或等离子气流对熔池的挖掘作用。综合上面两式可看出，熔池受到的挖掘力与电流的
4、平方成正比，而与电极直径的平方成反比。因此，细焊丝大电流的气保护熔化极电弧焊，其熔池受到的向下挖掘力是非常大的，熔化形状呈中心熔化型，熔深远远大于通过热传导理论计算的数值。本讲稿第七页，共七十页 周边熔化型形态周边熔化型形态是指周边区的熔深比中心区大。这是由于熔池内金属向外侧流动，热量通过熔化金属的对流被逐渐传送到周边区，促进周边区的熔化原因。这种形状通常出现在电弧较长或焊接速度较慢时。产生的机理可能包括以下几方面。熔池中心区与周边区的温度差所造成的表面张力流；熔池内部电流密度差产生的磁力流；等离子气流引发的吹力流等；然而其详细机构尚不完全清楚。本讲稿第八页，共七十页图（a）为指状熔深，在氩气
5、MIG焊时出现。其形成因素包括：工件受到阴极清理作用，熔滴喷射过渡；图（b）的形态是大电流CO2焊中出现的（也可能在氦气MIG 焊、埋弧焊中出现）。其形成因素包括：弧柱受热拘束而收缩，工件无阴极清理作用；图（c）是CO2焊中焊丝端部深入焊接坡口内出现的形态，又称 “梨形”熔深，其焊缝组织易产生结晶裂纹。本讲稿第九页，共七十页 热输入、电弧力 母材的熔化形状 因此可以在不改变对母材的热输入量前提下，对母材的熔深进行控制。选择电极的直径是一个有效手段，电极直径越细，母材熔化越深。右图给出钢材料MIG焊时在相同电流、电压、速度下，改变焊丝直径所得到的熔深实测值，它与电流密度成正比增加，即与焊丝直径的
6、平方的倒数成正比。本讲稿第十页，共七十页 以平面单道对接焊缝为讨论对象。形状参数：H、B、a a、；B/HB/H 焊缝成形系数；B/aB/a 余高系数；F Fm m/(F/(Fm m +F+FH H)焊缝熔合比；通常 1；一般取 a=03 mm；B/H=48；3焊缝形状尺寸焊缝形状尺寸 焊接工艺方法和规范参数对熔池体积及熔池长度等都有很大的影响。在厚板非完全熔透焊接中，H H 对接头的承载能力有重要影响；而在薄件完全熔透的焊接中，B对焊缝性能有影响；的大小对熔池中气体的逸出、熔池的结晶方向、成分偏析、裂纹倾向性等有影响；的大小对焊缝合金成分、接头强度、裂纹倾向等有影响。本讲稿第十一页，共七十页
7、 熔池内部存在着液态金属的流动，力是产生液体流动的原因。右图示意无添加焊丝GTAW（TIG焊）电弧作用下熔池内部的4种对流驱动力。其中浮力对流是次要的。二、熔池金属的对流二、熔池金属的对流二、熔池金属的对流二、熔池金属的对流1对流驱动力对流驱动力本讲稿第十二页，共七十页 表面张力与熔滴过渡、熔池形成及其内部的流动都有紧密的联系。因此。凡是影响表面张力的因素，都会对表面张表面张力流力流产生影响，进而影响熔池形状。2表面张力流及微量元素的影响表面张力流及微量元素的影响 影响表面张力的主要因素：合金系；合金系；温度；温度；微量表面活性元素；微量表面活性元素；本讲稿第十三页，共七十页本讲稿第十四页，共
8、七十页本讲稿第十五页，共七十页 对影响熔池形状的元素进行探讨，试验研究结果显示：对于 TIG 焊，当母材中含有 O、S 等第VI族元素及卤族元素时可以增大熔深；Se、Te 的存在也有同样作用，而 Ce 的存在作用相反；保护气中 S 含量的增加也会增大熔深，与纯氮保护的情况相比，采用 Ar 气和 Ar+H2 气保护时，S 元素的影响更为显著。本讲稿第十六页，共七十页 焊接熔池表面张力流的研究表明：当焙池表面流从熔池中心区向周边区流动时，得到的焙深较浅，如下图（a）所示；当焙池表面流从熔池中心区向周边区流动时，得到的焙深较浅，如图（b）所示。本讲稿第十七页，共七十页 等离子气流使熔池表面金属产生向
9、着周边的流动，而电磁对流产生向着熔池中心的流动。流动强度与电弧的形态有关。3等离子流及电磁对流对熔池流动的影响等离子流及电磁对流对熔池流动的影响 在熔池表面上阳极区域较大的情况下，等离子气流增强，而熔池内的电流密度下降，从而使电磁对流相对减弱，如图(a)的情况。而在阳极区收缩的情况下，如图(b)所示，电磁对流的影响增强。本讲稿第十八页，共七十页 其它条件不变时，焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增加，而熔宽略有增加。三、焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响三、焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响三、焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响三、焊接工艺参数对焊缝尺寸的影响1.电流、电压、焊接速度的影响电流、电压、焊接速度的影
10、响本讲稿第十九页，共七十页 各种电弧焊方法为了得到合适的焊缝成形，在增大焊接电流时，也要适当地提高电弧电压，即在熔化极电弧焊中电弧电压通常要根据焊接电流来确定。焊接电流不变，电弧电压增大后，熔宽增大，而熔深、焊缝余高略有减小。这是由于电弧电压的增加是以增加电弧长度实现的，使得电弧热源半径增大，工件热输入能量密度减小；同时由于焊丝送进速度和焊丝熔化量没有改变，使得电弧功率加大，工件热输入有所增大。焊速提高时，熔宽和熔深都减小，余高也减小。增大焊接速度可以提高焊接生产率，但在提高焊接速度时要相应提高焊接电流和电弧电压，以保证结构设计上所需要的焊缝尺寸。需要注意在大功率下高速焊接，有可能在工件熔化及
11、凝固中形成焊接缺陷，比如裂纹、咬边等，因此对焊速的提高一般需要加以限制。本讲稿第二十页，共七十页 电流种类和极性影响到工件热输入量的大小，也影响到熔滴过渡的情况以及熔池表面氧化膜的去除等。钨极端部的磨尖角度和焊丝的直径，影响到电弧的集中性和电弧压力的大小。而焊丝的直径和焊丝的伸出长度等，还影响到焊丝的熔化和熔滴的过渡，因此都会影响到焊缝的尺寸。2电流种类、极性及电极尺寸对焊缝尺寸的影响电流种类、极性及电极尺寸对焊缝尺寸的影响 TIG焊时，以直流正接所形成的焊接熔深最大，直流反接时的熔深最小，交流居于两者之间；熔化极弧焊时，直流反接的熔深和熔宽都要大于直流正接的情况，交流焊接居于两者之间。但在直
12、流正接时，焊丝熔化快；本讲稿第二十一页，共七十页 焊丝伸出长度焊丝伸出长度加大时，焊丝电阻热增加，熔化速度增加，使余高增大而熔深有所减小，这在钢质细径焊丝中表现最为明显，而铝焊丝的影响不大。坡口形式、尺寸、间隙的大小，电极与工件间的倾角，接头的空间位置坡口形式、尺寸、间隙的大小，电极与工件间的倾角，接头的空间位置及焊接方式及焊接方式等对焊缝成形也有影响。总之，要获得良好的焊缝成形，需要根据工件的材料、厚度、接头的形式及焊缝的空间位置，以及对接头性能和焊缝尺寸方面的要求，选择适宜的焊接方法、焊接规范和焊接工艺。TIG焊中，钨极端部越尖锐，电弧越集中、电弧压力越大，熔深越大，而熔宽相应减小。应该根
13、据使用的电流、焊件厚度选取合适的形状尺寸；熔化极弧焊中，在同等电流在下焊丝越细，电弧加热越为集中，熔深增加，熔宽减小。但在特定条件下，焊丝直径的选取还要考虑电流值和熔池形态，避免不良焊缝的出现。2其它工艺因素对焊缝尺寸的影响其它工艺因素对焊缝尺寸的影响本讲稿第二十二页，共七十页本讲稿第二十三页，共七十页 焊丝伸出长度对焊道形状的影响 1余高 2熔深 3焊道宽度 焊丝直径1.2mm,焊接电流250A；焊丝直径1.6mm,焊接电流350A(保护气体Ar95%+CO25%，气流量25L/min)；本讲稿第二十四页，共七十页坡口角度及间隙：增大，则余高及熔合比减小；板厚：增大，则熔深及余高减小；电极倾
14、角：前倾焊熔深变小，熔宽变大，余高变小；后倾焊熔深变大，熔宽变小，余高变大；本讲稿第二十五页，共七十页焊件倾角：焊件倾角：上坡焊相当于后倾焊；下坡焊相当于前倾焊；本讲稿第二十六页，共七十页 焊接缺陷有多种，包括内部缺陷和外部缺陷、微观组织缺陷和宏观缺等。气孔、夹渣、裂纹缺陷除与焊接规范和工艺有关外，更主要的是受到焊缝冶金因亲和焊接热循环的影响，其成因相对比较复杂。以下仅探讨焊缝成形方面所出现的宏观缺陷，这些缺陷的成因主要是焊接工艺参数不合理。四、焊缝缺陷及形成原因四、焊缝缺陷及形成原因四、焊缝缺陷及形成原因四、焊缝缺陷及形成原因本讲稿第二十七页，共七十页 未焊透、末熔合有相同的产生原因，主要是
15、焊接电流小、焊速过高，或者是坡口尺寸不合适，以及电弧中心线偏离焊缝、电弧产生偏吹等。细丝短路过渡CO2焊接，由于工件热输入量少，容易产生这种缺陷；薄板焊接中，如果夹具对焊件背面的散热程度大，也会出现未焊透。1.未焊透与未熔合未焊透与未熔合 单面焊接时，接头根部末完全焊透的现象叫未焊透；单层焊、多层焊或双面焊时，焊道与母材之间、焊道与焊道之间未能完全结合的部分称作未熔合。本讲稿第二十八页，共七十页 焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离焊道形成穿孔的现象叫焊穿。焊接电流过大、焊速过小都可能出现这种缺陷。厚板焊接时，熔池过大，熔化金属的表面张力不足以承受熔池重力和电弧力的作用，造成熔池脱落；薄板焊接时
16、，如果电弧力过于集中，或者对缝间隙过大也会出现焊穿。2.焊穿焊穿3.咬边与凹坑咬边与凹坑 焊缝表面两侧与母材交界处出现的凹槽，称为咬边。在高速焊接过程中，若焊缝两侧的金属没有被足够加热，熔化金属受表面张力的作用容易聚集在一起而对焊趾部位的润湿性不好，凝固后出现咬边。本讲稿第二十九页，共七十页 焊缝中凹坑的形成主要是由于在一定的焊速下电流值过大，导致电弧压力对熔池的冲击过大造成的。本讲稿第三十页，共七十页 焊瘤有两种表现形态：熔化金属流淌到焊缝区以外未熔化母材上堆集。这是由于填充金属过多，或熔池重力作用引起的；在焊缝上聚集成凸出的堆高。这大多是由于不稳定的熔滴过渡造成。4.焊瘤及其它缺陷焊瘤及其
17、它缺陷 焊缝的其它缺陷如右图所示，其成因涉及到综合的工艺因素。本讲稿第三十一页，共七十页1.焊丝熔化热焊丝熔化热 焊丝熔化所需要的热量大部分来自电弧对电极前端的加热。弧焊中焊丝作为阳极还是作为阴极，其前端的产热量是不同的，各自产热的等价电能PA、PC 分别可用下面简化公式表达：第二节 焊丝熔化与熔滴过渡一、焊丝熔化热与熔化速度一、焊丝熔化热与熔化速度 式中UA为阳极压降，Uc为阴极压降，Uw为电极材料的功函数，UT为弧柱电子动能的等价电压。PC=（Uc Uw UT1）P PA A =（U UA+U+UT2T2+U+Uw w）本讲稿第三十二页，共七十页 在普通电弧焊接中，即使弧柱温度达到6000
18、K，UT值也在1V以下，并且电流密度较大时UA接近于0，因此熔化等价电压主要由Uc和Uw值决定。熔化极电弧焊，焊丝都是冷阴极材料，由于UcUw，通常有PC PA的关系，即焊丝作为阴极的产热量较大。而TIG焊时则与此相反。焊丝除了受电弧极区能量的加热之外，还受到干伸长干伸长段的电阻热段的电阻热。这部分热量对焊丝起预热作用预热作用，提高焊丝的熔化速度，尤其对细丝和材质电阻率大的焊丝更为明显。对于电阻率高的细丝，在干伸长较大的大电流下焊接时，PR可以达到与PA或PC同等值。本讲稿第三十三页，共七十页 可以认为用于焊丝熔化的总热量 Pm 就是 PA或 PC 与 PR之和，一般用下式表示：式中Um是电弧
19、极区熔化热的等价电压；此外，还有电弧弧柱区的辐射、对流传热对焊丝的加热等。通常将这部分热量忽略。本讲稿第三十四页，共七十页2.焊丝的熔化速度与比熔化量 焊丝的熔化速度焊丝的熔化速度由来自电弧的热输入量及焊丝的电阻产热所决定，大致与电弧电流成比例大致与电弧电流成比例，此外还受到熔滴保有热熔滴保有热量量的支配。如果焊丝端部达到熔点，在发生熔化的同时熔滴即刻脱离焊丝，这种情况下熔滴保有热量最低，效率也高。本讲稿第三十五页，共七十页 单位时间、单位电流下的焊丝熔化脱落重量，称作焊丝的比熔比熔化量（单位化量（单位 mgA.S），），用MR表示。焊丝前端被加热到该材料熔点以上温度时产生熔化，随后熔化金属短
20、时保持在焊丝前端，然后不断脱落过渡。熔滴脱落时将其所保有的热量从焊丝前端带走，即在电弧长度维持一定时，向连续送进的焊丝提供的热量与熔滴脱落过渡带走的热量应当相等。单位时间脱落熔滴的保有热量 Qm 由下式给出：式中，w为单位时间内熔化焊丝的重量，C为金属比热；Tf为脱落熔滴的平均温度，H为潜热，J为功当量。本讲稿第三十六页，共七十页 在焊丝材料的物理常数 C、H、Tf 数值确定以后，W/I I 只取决于(Um+I.I.Re)。在 MIG 焊的特定场合，焊丝作为阳极时的 Um 与材料的功函数 Uw 大致相等而为一定值，若忽略电极干伸长的电阻产热，则比熔化量与电流值无关，是个定值。本讲稿第三十七页，
21、共七十页本讲稿第三十八页，共七十页焊接电流电弧长度焊丝直径干伸长焊丝极性电弧气体种类熔滴过渡形态3.影响焊丝熔化速度的因素影响焊丝熔化速度的因素 在铝材料 MIG 焊中，熔化速度与熔滴过渡形态的关系以喷射过渡和粗滴过渡临界点处的临界电流为分界线，熔化特性曲线的斜率发生变化。在熔滴呈细小颗粒的喷射过渡区，熔化特性曲线的倾斜率较大，即比熔化量减小，其原因是喷射过渡区中焊丝脱落熔滴的平均温度高于粗滴过渡区的温度，熔化同量的焊丝需要更多的热量。本讲稿第三十九页，共七十页 通常情况下，气体保护熔化极电弧焊焊丝前端的熔滴受到电弧的强烈加热，其温度高于熔点温度，接近于蒸发温度而处于过热状态。如铝焊丝达到14
22、001800，钢焊丝达到18002200。这种情况下，熔滴越细小，受到的加热就越严重，脱落熔熔滴越细小，受到的加热就越严重，脱落熔滴的平均温度也越高，比熔化量就减小。滴的平均温度也越高，比熔化量就减小。本讲稿第四十页，共七十页本讲稿第四十一页，共七十页本讲稿第四十二页，共七十页 焊接电弧的稳定性；焊接电弧的稳定性；熔滴过渡过程的影响 焊缝成形；焊缝成形；飞溅；飞溅；熔滴过渡是在各种力的作用下进行的。二、焊丝熔滴受力与熔滴过渡二、焊丝熔滴受力与熔滴过渡1.熔滴上的作用力熔滴上的作用力熔滴受的作用力有：电弧力电弧力：包括电 磁力、等离子流力（摩擦 力）、斑点压力；重力；重力；表面张力；表面张力；本
23、讲稿第四十三页，共七十页表面张力：在滴状过渡中，起阻碍作用，而在短路过渡中变为促进作用。重力：在平焊工况下，起促进作用（一般在焊条直径大、电流小的情况下作用较为显著），而在立焊、仰焊工况下，起阻碍作用。等离子流力等离子流力（摩擦力）：总是促进熔滴过渡。本讲稿第四十四页，共七十页本讲稿第四十五页，共七十页电磁力：电磁力：焊丝 熔滴 电极斑点 弧柱为电流通道，其截面大小不一，轴向电磁力的方向总是由小截面指向大截面。因此它对熔滴过渡的作用具有双重性。本讲稿第四十六页，共七十页 在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，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形成了不同的熔滴过渡
24、形式重力重力（促进或阻碍熔滴过渡）表面张力表面张力（促进或阻碍熔滴过渡）电磁收缩力电磁收缩力（促进或阻碍熔滴过渡）等离子流力等离子流力（促进熔滴过渡）气体吹送力气体吹送力（促进熔滴过渡）金属蒸气的反作用力金属蒸气的反作用力（阻碍熔滴过渡）斑点压力斑点压力（阻碍熔滴过渡）爆破力爆破力（造成飞溅）总结：熔滴上的作用力及其特点本讲稿第四十七页，共七十页 熔化极电弧焊中都存在熔滴过渡问题。对于MIG/MAG（实心焊丝），当保护气体确定后，通常焊接电流和焊接电压决定着熔滴过渡形态。然而，然而，过渡形态转变时的电流、电压值及其影响因素？保护气成份及焊丝中的合金元素，药芯焊丝的成分等对熔滴过渡的影响？等等不
25、明确的问题目前还有许多。尤其是后一个问题，不仅涉及熔化金属的粘性及表面张力改变问题，而且还涉及电弧等离子体的导电性及热传导率改变问题。这些问题单纯从熔滴过渡角度来进行研究是不能解决的。2.熔滴过渡及其分类熔滴过渡及其分类本讲稿第四十八页，共七十页 总之，熔滴过渡形态因实践中的许多操作因素而变化，如焊接方法、焊接条件（电流、电压）、极性、保护气、焊丝材质、焊丝种类（实心、药芯）、焊丝直径、母材等。然而，就各种因素的影响目前还较多地停留在定性理解水平。IIW（国际焊接学会）从研究与利用角度考虑，基于熔滴形状及大小、过渡状况等外在特征对过渡形态进行分类。本讲稿第四十九页，共七十页本讲稿第五十页，共七
26、十页本讲稿第五十一页，共七十页三、熔滴过渡形式及其特点三、熔滴过渡形式及其特点（1 1）滴状过渡滴状过渡熔滴在重力作用下经电弧空间落入熔池；这类过渡出现在小电流密度、弧长大的情况，熔滴与焊丝之间不能形成缩颈，难以爆断，而且电磁推力小、斑点压力大（弧根直径小于熔滴直径），直到熔滴长大至重力大于其它总的向上力时脱落。熔滴直径一般大于焊丝直径，熔滴摆动、电弧飘荡、焊缝表面粗糙甚至呈断续状。出现场合：在小电流、弧长大的Ar气保护焊；CO2气保焊工 况下出现（正极性接法时更显著）。传统上将熔滴过渡(metal transfer)(metal transfer)分成分成自由过渡、接触过渡、自由过渡、接触过
27、渡、渣壁过渡渣壁过渡 三种主要形式，每一种又可以再分为不同的亚型。目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。1、自由过渡、自由过渡本讲稿第五十二页，共七十页（2）喷射过渡）喷射过渡 在Ar气保护（或富氩气保护）、电流密度较大且弧长也较大的情况下出现。熔深大、熔敷效率高，适用于中、厚板平位置的填充、盖面 焊。可细分为以下几种形态：a）射滴过渡射滴过渡 熔滴脱离焊丝沿轴向射入熔池；熔滴直径接近焊丝直径，加速度大于重力加速度。熔滴大部分或全部被弧根包围，电磁收缩力大、斑点压力小，大大促进熔滴脱离焊丝端部。出现场合：Al合金熔化极氩弧焊（熔点低、导热好、熔 滴呈球状）；钢焊丝熔化极弧焊（脉冲电流时易出现），
28、电流区间窄；本讲稿第五十三页，共七十页射滴过渡的临界电流射滴过渡的临界电流 指从滴状过渡转为射滴过渡的最 小电流。临界电流值与焊丝材质、直径、极性、干伸长，保护气成份等有关。焊丝材质熔点低、导热快、直径小、干伸长大、接正极，气体中 Ar含量高均会使之降低。b）射流过渡射流过渡 细小熔滴从焊丝端部接连不断射向熔池的过渡方式（比射滴过渡的熔滴小、速度快，等离子流力的作用使其加速度达重力加速度的几十倍）。在其它因素相同的条件下，发生射流过渡的电流较射滴过渡的大，从射滴转换为射流的最小电流称为射流过渡的临界电流，其值同样与焊丝材质、直径、极性、干伸长，保护气成份等有关，但变化范围很窄变化范围很窄。本讲
29、稿第五十四页，共七十页 当电流增加到高出临界电流很多时，高速射流的反作用力使较长的金属液柱偏离轴线并使之旋转，就发生了“旋转射流过渡”，此时电弧不稳、飞溅严重、焊缝成形变差，一般应当避免。总之，喷射过渡的电弧稳定（电流、电压波动小），飞溅很小，焊缝成形好，气流保护均匀，电弧热流集中、穿透力强，熔池呈 T 形。比较适合于3mm以上的厚板焊接。本讲稿第五十五页，共七十页C C）亚射流过渡）亚射流过渡 这是一种介于短路过渡与射滴过渡之间的过渡形式，在铝合金焊丝的 MIG 焊中出现。在短弧长情况下，熔滴形成缩颈即将以射滴形式脱离时已与熔池接触短路，较大的电磁收缩力即刻使缩颈断开而完成过渡。它比正常的“
30、短路过渡”短路时间少、短路电流小（电流来不及上升已脱开）。这种过渡方式下的电流、电压变化不剧烈、电弧稳定、焊缝成形美观，在 Al 合金 MIG 焊中广泛采用，弧长在28mm内均可实现这种过渡形式，且电弧具有较强的自调节能力，即使使用“恒流电源”，也能进行等速送丝 MIG焊。本讲稿第五十六页，共七十页 在低电压（短弧长）、小电流下，熔滴未长大（未形成缩颈）即与熔池接触短路，表面张力和电磁收缩力的共同作用使熔滴进入熔池。在电源动特性好的情况下，可使电弧稳定、飞溅小、焊缝成形好。适用于薄板焊、全位置焊。使用细丝（0.81.6），电流密度高、电弧功率大、线能量小、穿透力弱、熔池小、凝固快、变形小。短路
31、过渡的稳定性与电源的外特性（Iwd/If）及动（did/dit、电压恢复速度）关系密切。Iwd/If过小，熔滴不易脱开、烧丝，甚至熄弧；Iwd/If过大，飞溅严重；did/dit过小，过渡频率低；did/dit过大，过渡不平稳，飞溅也大；电压恢复速度越快越好，有利于熔滴脱开电弧重燃。短路过渡的频率越高，过渡熔滴越细，过程越平稳。2、接触（短路）过渡接触（短路）过渡本讲稿第五十七页，共七十页3、渣壁过渡、渣壁过渡（Flux wall guided transfer）熔滴沿渣壳（埋弧焊）或 沿药皮套筒（焊条电弧焊）流入熔池的过渡方式。药皮焊条焊：药皮焊条焊：熔滴过渡形式与药皮成分、厚度、电流电压值
32、、极性、操作位置等有关，可以有短路、渣壁、大颗粒及小颗粒 滴状过渡多种形式。（1 1）碱性焊条）碱性焊条 只能短路过渡或大颗粒过渡。因为液态金属与熔渣壁之 间的界面张力很大不能润湿，不可能形成渣壁过渡；（2 2）酸性焊条）酸性焊条 在药皮厚度1.2mm左右及焊接电流值适当的情况下，出现 部分熔化金属沿着药皮套筒内壁流入熔池，并伴有小颗 粒滴状过渡；埋弧焊：埋弧焊：电弧在焊剂的覆盖下燃烧。熔滴主要通过焊剂的渣壁流 入到熔池中。过渡熔滴的大小与电流电压值、极性等有关。在焊丝接正时，过渡熔滴较小，过渡频率较高；反之，过渡熔滴变大，过渡频率降低；本讲稿第五十八页，共七十页常见焊接方法的熔滴过渡形式焊条
33、手工焊（焊条手工焊（SMAW）：）：酸性焊条：酸性焊条：渣壁过渡细颗粒滴状过渡；碱性焊条：碱性焊条：粗滴过渡（Globular transfer&Drop transfer），短路过渡（Short circuiting transfer）；CO2焊：焊：滴状过渡（粗丝）；短路过渡，表面张力过渡（STT）（细丝）MIG焊：焊：射滴、射流（焊铝）过渡，亚射流过渡；MAG焊：焊：熔滴过渡形式最多、最灵活，可以有 短路过渡、射滴过渡、射流过渡等多种形式；规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。本讲稿第五十九页，共七十页1、熔敷效率、熔敷系数、熔敷效率、熔敷系数 熔敷效率 MIG焊、SAW达
34、90以上；CO2焊、SMAW在80以下；损失的重量是由飞溅、氧化、蒸发造成的。一般情况下，电流越大、弧长越大，损失越多，熔敷效率越低。ay：熔敷系数单位时间、单位电流内熔敷到焊缝上的金属重量；am：熔化系数单位时间、单位电流内熔化焊丝的重量；s：损失系数 x%一般情况下，CO2焊的am最大，但随着电弧电压和焊速的增加，am、ay均减小，而s却增大。三、熔敷系数与飞溅三、熔敷系数与飞溅 过渡到焊缝中的金属重量消耗焊丝（焊条指焊芯）的重量amay am本讲稿第六十页，共七十页2、飞溅及影响因素、飞溅及影响因素 焊丝熔滴飞落在熔池之外称为飞溅。飞溅不仅降低焊接生产率，而且还影响焊缝质量，不便焊工操作
35、。不同的熔滴过渡方式，飞溅的特点也不同。（1）短路过渡飞溅）短路过渡飞溅 熔滴短路时液态金属小桥被加热汽化爆断，总是要产生飞溅。飞溅大小与液体小桥爆断的能量有关，还与小桥的位置有关，小桥出现在熔滴与熔池之间时，飞溅较大。而爆断能量、小桥位置又都与电源的动特性 d did d/di/dit t有关，d did d/di/dit t不能过大。但在电弧电压较低、d did d/di/dit t过小的情况下，会发生固体焊丝短路，产生成段焊丝爆断飞出。在很大电流焊接时（包括潜弧焊），短路电流会更高，可能引起熔池强烈飞溅。本讲稿第六十一页，共七十页（2）滴状颗粒过渡飞溅）滴状颗粒过渡飞溅 在较大电流和较高
36、电压的MAG（如CO2,CO2+O2,Ar+30%以上CO2，N2，Ar+33%以上H2）焊时，熔滴在斑点压力的作用下而上绕，形成大颗粒排斥飞溅。大颗粒自由过渡时，也会产生熔滴爆炸抛出飞溅，其原因有：熔滴在焊丝端部停留时间太长，受热爆炸；熔滴脱落过程中引起串弧，受电弧力作用而抛出；MAG焊在很高电流下，只产生小颗粒飞溅。其原因有：熔滴与焊丝之间的缩颈爆断；焊丝或工件清理不良，高温下产生气体喷发；焊丝含碳量较高，熔化金属内产生大量CO气爆出；小颗粒飞溅的飞溅率较低。本讲稿第六十二页，共七十页（3）喷射过渡飞溅）喷射过渡飞溅 喷射过渡主要是由等离子流力将细长熔滴拉断的结果，通常飞溅率很低，只有1左
37、右。但当焊接工艺参数不合适，如电流过大、电压较高、干伸长过大时，会产生旋转射流过渡，导致飞溅率增大。飞溅率飞溅率 飞溅损失的金属重量 熔化焊丝金属的重量本讲稿第六十三页，共七十页1、脉冲电流控制法脉冲电流控制法 这种方法常用于薄板的全位置焊及热敏感材料的焊接，以较小的平均电流（脉冲电流大于临界电流）实现喷射过渡，减小熔池尺寸及飞溅。脉冲电流的波形、幅值、频率会对喷射过渡产生影响，有以下几种状态：（1）一个脉冲过渡一滴一个脉冲过渡一滴 在脉冲电流幅值和脉宽适当的情况下出现，熔滴呈小球状（直径与焊丝相近）落入熔池。（2）一个脉冲过渡多滴）一个脉冲过渡多滴 在脉冲电流的幅值和宽度均较大的情况下出现，
38、一个脉冲周期内有多颗细熔滴射入熔池。（3）多个脉冲过渡一滴）多个脉冲过渡一滴 在脉冲电流幅值及宽度均较小的情况下出现，此时在单个脉冲周期内焊丝的熔化量不足，并且电弧力太弱难以推脱熔滴，必须在后续脉冲作用下积累熔化量才能发生过渡。过渡熔滴直径较焊丝大。四、熔滴过渡的控制四、熔滴过渡的控制本讲稿第六十四页，共七十页2、喷射、喷射短路交替控制法短路交替控制法 采用脉冲电源，通过电源外特性与送丝速度的同步切换，使系统获得两个工作点。适用于仰焊及立焊位置工况。喷射过渡点：电流大、弧压高，在坡口两侧；短路过渡点：电流小、弧压低，在坡口中间；要求送丝机构的惯性小，能适时变速。3、脉冲送丝控制法、脉冲送丝控制
39、法 送丝速度按一定的脉冲波形变化，可实现熔滴的无短路滴状过渡或强制短路过渡（送丝减速时，熔滴在惯性力的作用下脱离焊丝端部），适用于CO2气保护薄板焊及全位置焊，飞溅小。要求送丝系统的可控性好、灵敏度和精确度高。4、机械振动控制法、机械振动控制法 电源外特性及送丝速度在焊接过程中不变，而送丝机构整体作上下振动（振动频率一般为100Hz左右，振幅0.53mm），引起弧长作周期性地变化，燃弧与短路交替进行，实现平稳的短路过渡。适用于CO2气保护表面堆焊，可获得低稀释率、成形好的堆焊层。本讲稿第六十五页，共七十页关于熔滴过渡技术的最新发展关于熔滴过渡技术的最新发展传统上，熔滴过渡在一个电流周期，形式内
40、比较单一，缺乏灵活性，焊缝成形的好坏在很大程度上仍然依赖于焊工的操作技术水平和心理状态。近年来，随着逆变技术特别是数字技术逆变技术特别是数字技术在焊接设备上的应用逐渐推广，已经可以对熔滴过渡进行快速、精确的实时控制，情况发生了很大的变化，在熔化极气体保护焊中出现了如表面张力过渡（表面张力过渡（STT）、）、冷金属过渡（冷金属过渡（CMT）和双脉冲（）和双脉冲（double pulse、super pulse）过）过渡渡等新的熔滴过渡技术。本讲稿第六十六页，共七十页 下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。本讲稿第六十七页，共七十页 瑞典ESAB公司发展的super pulse技术，在
41、一个电流周期内可以采用不同熔滴过渡形式的组合，即正、负半波可以分别采用不同的熔滴过渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。焊缝成形更多地依靠机器来完成，大大降低了人为因素对焊缝成形的影响、降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本，而且使以往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊）变得简单，焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。本讲稿第六十八页，共七十页第二章复习思考题1、焊缝的形状尺寸有哪些？焊缝成形系数及熔合比会对焊缝产生什么影响？2、焊接熔池形状会受到哪些因素的影响？3、电弧热对焊接工件的作用可用哪些参数来描述？4、焊接熔池受到哪些力的作用？这些
42、力会对熔池产生什么影响？5、影响焊缝尺寸的焊接参数及工艺因素有哪些？是如何影响的？6、焊缝的成形缺陷有哪些？出现的原因是什么？7、熔化焊丝的热源主要是什么？受哪些因素的影响？8、熔滴过渡通常有哪几种方式？它对焊接过程会产生什么影响？9、作用在熔滴上的力有那几种？哪些力有助于熔滴过渡？哪些力有碍于熔滴过渡？10、滴状过渡通常在什么条件下出现？有何特点？促使熔滴过渡主要是哪种力 本讲稿第六十九页，共七十页11、喷射过渡通常在什么条件下出现？有何特点？促使熔滴过渡主要是哪种力？12、何谓射流过渡？射流过渡的临界电流？它受到那些因素的影响？13、发生跳弧现象的原理及条件是什么？它在什么条件下出现？14、亚射流过渡，旋转射流过渡各在什么条件下出现？有何特点？应用价值如何？15、短路过渡在什么条件下出现？促使熔滴过渡主要是哪种力？16、电源动特性参数Iwd、did/dt会对短路过渡过程发生什么影响？17、喷流过渡与短路过渡的熔化极焊接各适应在什么场合下应用？为什么？18、渣壁过渡在什么焊接过程中出现？受哪些因素影响？19、何谓熔敷效率，熔敷系数，熔化系数，损失系数，飞溅率？20、短路过渡的飞溅方式有哪些？各自出现的原因是什么？21、滴状过渡的飞溅方式有哪些？各自出现的原因是什么？22、控制熔滴过渡过程的方式有哪些？本讲稿第七十页，共七十页