第四章 焊丝的加热与熔化,4-1 焊丝加热,不计,一、热源,阴极、阳极区产热,PA=I（UA+UW+UT） PK=I（UK-UW-UT）,弧柱辐射,次要,电阻热,PS=I2RS,铝 、铜,不锈钢,一般情况下，电流密度大，UA小，6000K时，UT=1V。当UK2UW阴极产热大。在熔化极、碱性药皮或焊剂时，PKPA。,较大,综合：,焊丝熔化热源,start,4-1 焊丝加热,二、焊丝的熔化速度、系数及影响,熔化速度：单位时间熔化焊丝的重量或长度m/h;g/h,熔化系数：单位时间和电流熔化焊丝的重量或长度,影响因素,焊接电流与电压,焊丝表面状态,保护气体介质,熔滴过渡形式,2,m/hA;g/hA,4-2 熔滴过渡与飞溅,熔滴过渡：焊丝（条）端头的金属在电弧热作用下被加热熔化，并在各种力的作用下以滴状形式脱离焊丝（条）。,一、熔滴作用力,熔滴作用力,表面张力,重力,电磁收缩力,斑点压力,等离子流力,爆破力,3,4-2 熔滴过渡与飞溅,（一）表面张力,K1，表面活化，钢中O、S。K2，与材料有关。 表面张力是熔滴的主要维持力。,（二）重力,作用：平焊（推力）、 立、仰焊（阻力）,4,4-2 熔滴过渡与飞溅,（三）电磁力,当dGdD易过渡;dGdD斑点压力,（四）等离子流力:,过渡有利,（五）斑点力,电磁收缩力,蒸气反作用力,粒子撞击力,（六）爆破力,5,4-2 熔滴过渡与飞溅,6,4-2 熔滴过渡与飞溅,自由过渡：是指熔滴脱离焊丝端部后，经过电弧空间自由运动一段距离后而落入熔池的过渡方式。,接触过渡：是焊丝端部的熔滴通过与熔池表面相接触而过渡到熔池中去。,渣壁过渡：熔滴是通过熔渣的空腔壁上或沿药皮套筒过渡到熔池中去。,7,4-2 熔滴过渡与飞溅,（一）、滴状过渡,形态：,形成原因,非轴向,缩颈,轴向,形成条件：小电流，大弧压,推力：重力，等离子流力,阻力：表面张力，斑点力,电弧弧根面积少，斑点力大,8,4-2 熔滴过渡与飞溅,（二）、喷射过渡,主要形式,形成条件：Ar或富Ar,射滴,亚射流,射流,1.射滴过渡,特点：,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,过渡力,推力：电磁力、重力、等离子流力,阻力：表面强力,10,4-2 熔滴过渡与飞溅,射滴过渡临界电流影响因素,应用焊接方法:铝MIG，钢脉冲MIG,材料类型、直径、等有关滴,形态：P57图 2-17,11,4-2 熔滴过渡与飞溅,13,2.射流过渡,特点：,熔滴体积小、过渡频率快，等离子流力大，粒子冲击力大，伴有“咝咝”声,条件：,富Ar，直流反接II临,射流过程分析：,L2,L1,a,b,4-2 熔滴过渡与飞溅,临界电流：,产生跳弧现象的最小电流,影响因素：,焊丝直径、焊丝材料、保护气体等,跳弧条件：,依据最小电压原理,熔滴呈现射流过渡时的电弧燃烧稳定，对保护气流扰动较小，金属飞溅也小，故容易获得良好的保护效果和焊接质量。此外，射流过渡时的电弧功率大，热量集中，对焊件的熔透能力强，生产率高，在生产中多用于平焊位置且3mm。,15,4-2 熔滴过渡与飞溅,3.亚射流过渡,特点：,圆盘状。弧长低。“啪啪”声。,条件：,低弧长（28毫米），铝MIG焊时,亚射流过渡时，电弧具有较强的固有自调节作用，可采用等速送丝、加恒流特性电源进行焊接，容易得到均匀一致的熔深。此外，亚射流过渡形式的焊缝成形美观，焊接过程稳定，广泛应用于铝合金MIG焊接生产中 。,16,4-2 熔滴过渡与飞溅,（三）短路过渡,概念：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。,1.短路过渡过程的特点,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焊接方式 。,电弧：燃烧-熄弧-燃烧-熄弧,熔滴：长大-短路-长大-短路,17,4-2 熔滴过渡与飞溅,1.短路过渡过程的特点,焊接电流与电压波形,uf,i,t,t,2.短路过渡的稳定性,短路过渡焊接过程稳定进行的程度,影响因素,di/dt,Im,du/dt,19,4-2 熔滴过渡与飞溅,3.影响短路过渡的因素,电弧电压,Uf=20V频率最快，熔滴小，焊接过程稳定，焊缝波纹细小。,送丝速度,20,4-2 熔滴过渡与飞溅,3.影响短路过渡的因素,焊接回路电感,21,4-2 熔滴过渡与飞溅,（四）渣壁过渡,形态：,形成条件：,涂料焊条手弧焊，埋弧焊,22,4-2 熔滴过渡与飞溅,三、焊丝的熔敷系数和飞溅率,焊丝金属的行为去向分析：,（一）熔敷效率和熔敷系数,23,4-2 熔滴过渡与飞溅,（二）熔滴过渡时的飞溅与影响因素,飞溅,电弧焊过程中，把飞到短池外而损失掉的那部分焊丝熔化金属称之为飞溅,1.短路过渡时的飞溅,短路小桥破裂时抛出的液体金属 电弧重燃时气动力引起焊丝端头金属和熔池金属飞出其原在位置 焊丝插入熔池，引起成段焊丝爆断,24,4-2 熔滴过渡与飞溅,2.颗粒过渡时的飞溅,非轴向过渡（斑点） 电磁收缩、气化爆破 内部（熔滴、熔池）释放CO气体、爆破 串列电弧，电弧力作用产生飞溅,25,4-2 熔滴过渡与飞溅,3.射流过渡时的飞溅,外界扰动、不稳定、电流太大、横向过渡 。,影响飞溅的因素总结：熔滴过渡形式、焊接工艺参数、焊丝成分、气体介质等。 Eg:CO2 焊接飞溅分析 P66图2-40,26,4-2 熔滴过渡与飞溅,四、熔滴过渡的控制,稳定过渡形式,喷射过渡,短路过渡,射滴,射滴流,亚射流,（一）脉冲电流控制法,概念：这是一种常用的脉冲焊接方法。它是在送丝速度一定条件下，电弧电流以一定的频率变化来控制焊丝的熔化及熔滴过渡，使之有节奏地过渡到熔池中。它可以在年均电流值远远小于临界电流值的条件下，实现稳定的喷射过渡，控制对母材的线能量及焊缝成形，以获得高质量的焊接接头。 特征：IpIc（喷射临界电流值）,27,4-2 熔滴过渡与飞溅,1.一个脉冲过渡多滴,条件,电弧,电极,熔滴,概念,是通过调节脉冲电流宽度和脉冲电流幅值来改变焊接过程各阶段中电弧的能量，以实现对熔滴过渡的控制,大脉冲电流、长脉冲时间,棒形-跳弧-锥形-棒形,（焊丝）-笔尖-球形,长大-过渡射滴-射流-多滴-长大,28,4-2 熔滴过渡与飞溅,2.一个脉冲过渡一滴,条件,电弧,电极,熔滴,各参数减小,棒形-锥形-棒形,跳弧收缩-半球 有形成笔尖趋向,长大-滴状过度-长大（脉冲后期、基值前期）,应用,过程稳定，全位置焊接,29,4-2 熔滴过渡与飞溅,（一）脉冲电流控制法,3.几个脉冲过渡一滴,条件,电弧,电极,熔滴,与上参数进一步减小,与上相似,与上相似,与上相似,应用,因熔滴过渡具有偶然性，可控性差，应用受到限制,30,4-2 熔滴过渡与飞溅,（二）波形控制法,概念,通过特定的焊接设备、输出所需要的焊接电流、电压波形，以实现焊接过程稳定，降低飞溅及改善焊缝成形的目的,思想,控制燃弧热量-焊缝成形 限制短路电流峰值，上升速度，减少小桥爆断能量 控制熔滴尺寸，防止非轴向过渡,应用,CO2焊方法,31,4-2 熔滴过渡与飞溅,常用方法,32,4-2 熔滴过渡与飞溅,（三）脉动送丝控制法,概念,通过特殊的送丝机构，使送丝速度产生周期性变化来对熔滴进行控制,思想,利用送丝速度变化产生的惯性力作用推动熔滴过渡,应用,颗粒、射流过渡MIG 、矩路过渡-CO2,33,本章总结,焊丝熔化热源,主要内容回顾,电弧力及熔滴作用力,典型熔滴过渡,熔滴过渡控制法,The end,短路电弧示意图,SHORT ARC,过渡电弧示意图,TRANSITIONAL ARC,射流电弧示意图,SPRAY ARC,脉冲电弧示意图,PULSED ARC,电弧随电弧电流的分布,ARC RANGE,Rotary arc,Short arc,Pulsed arc,Spray arc,