江苏科技大学：船舶工业《焊接方法与设备》课程教学课件（讲稿）第二章 焊丝的熔化和熔滴的过渡

熔焊工艺及设备第二章焊丝的熔化和熔滴过渡第二章焊丝的熔化和熔滴的过渡电弧焊时，焊丝（或焊条）的末端在电弧的高温作用下加热熔化，熔化的液体金属达到一定程度便以一定的方式脱离焊丝末端，过渡到熔池中去。这个过程称为熔滴过渡。焊接过程中，焊丝的加热、熔化及熔滴过渡会直接影响到焊缝质量和焊接生产率。本章将讲述焊丝的加热与熔化、熔滴上的作用力、熔滴过渡的主要形式以及熔滴过渡过程中产生的飞溅，SchoolofMaterialScience&Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 电弧焊时，焊丝（或焊条）的末端在电弧的高温作用下 加热熔化，熔化的液体金属达到一定程度便以一定的方式脱 离焊丝末端，过渡到熔池中去。这个过程称为熔滴过渡。 焊接过程中，焊丝的加热、熔化及熔滴过渡会直接影响 到焊缝质量和焊接生产率。 本章将讲述焊丝的加热与熔化、熔滴上的作用力、熔滴 过渡的主要形式以及熔滴过渡过程中产生的飞溅。 第二章 焊丝的熔化和熔滴 的过渡

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过凌焊丝的加热与熔化2.1 2.1.1焊丝的熔化热源熔化极电弧焊时，焊丝具有两方面的作用·即一方面作为电弧的一极导电并传输能量：，另一方面作为填充材料向熔池提供熔化金属并和熔化的母材一起冷却结晶而形成焊缝。焊丝的加热熔化主要靠单位时间内阴极区（直流正接时)或阳极区（直流反接时)所产生的热量及焊丝自身的电阻热，弧柱的辐射热则是次要的。非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧焊）填充焊丝时，主要靠弧柱热来熔化焊丝Schoolof Material Science& Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 2.1 焊丝的加热与熔化 熔化极电弧焊时，焊丝具有两方面的作用 • 即一方面作为电弧的一极导电并传输能量； • 另一方面作为填充材料向熔池提供熔化金属并和 熔化的母材一起冷却结晶而形成焊缝。 焊丝的加热熔化主要靠单位时间内阴极区(直流正接 时)或阳极区(直流反接时)所产生的热量及焊丝自 身的电阻热，弧柱的辐射热则是次要的。 非熔化极电弧焊（如钨极氩弧焊或等离子弧 焊）填充焊丝时，主要靠弧柱热来熔化焊丝。 2.1.1焊丝的熔化热源

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡根据第1章中的式（1-11）和式（1-12）可知，单位时间内阴极区和阳极区的产热量如果分别用电功率PK和PA表示，计算公式如下：(2-1)PK=I(Uk-Uw—Ur)(2-2)PA=I (UA+Uw+U))在通常电弧焊的情况下，弧柱的平均温度为6000K左右，UT<1V；当焊接电流密度较大时，UA近似为零，故上两式可简化为(2-3)PK-I（UK-UW)(2-4)PA= IUW这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源School ofMaterial Science&Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 根据第1章中的式（1-11）和式（1-12）可知， 单位时间内阴极区和阳极区的产热量如果分别用 电功率PK和PA表示，计算公式如下： PK＝I（UK－UW－UT） （2-1） PA＝I（UA＋UW＋UT） （2-2） 在通常电弧焊的情况下，弧柱的平均温度为 6000K左右，UT<1V；当焊接电流密度较大时，UA 近似为零，故上两式可简化为： PK＝I（UK一UW） （2-3） PA＝ IUW （2-4） 这是熔化极电弧焊熔化焊丝的主要热源

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过凌2．电阻热从焊丝与导电嘴的接触点到电弧端头的一段焊丝上（即焊丝的伸出长度，用LS表示)有焊接电流流过时，将产生电阻热，这也是焊丝加热熔化的一部分热源焊丝伸出长度的电阻为Rs= QLs/S (2-5)则电阻热为Pr=PRs室温式中，Rs是焊丝Ls段的电阻值，β是焊丝的电阻率，Ls是焊丝的S电源伸出长度，S是焊丝B的横截面积。CTT预T熔SchoolofMaterialScience&Engineering图2-1焊丝伸出长度的电阻热示意图

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 焊丝伸出长度的电阻为 Rs＝ρLs/S (2-5) 则电阻热为 PR＝ I 2Rs 式中， Rs是焊丝Ls段的 电阻值，ρ是焊丝的 电阻率，Ls是焊丝的 伸出长度，S是焊丝 的横截面积。 2．电阻热 图2-1 焊丝伸出长度的电阻热示意图 从焊丝与导电嘴的接触点到电弧端头的一段焊丝上(即焊丝的伸出长 度，用Ls表示)有焊接电流流过时，将产生电阻热，这也是焊丝加热 熔化的一部分热源

熔焊工艺及设备第二章焊丝的熔化和熔滴过渡一般Ls=10～30mm。·对于导电性能良好的铝和铜等金属焊丝，P,与P或P相比是很小的，可忽略不计。，对于不锈钢、钢和钛等材料，电阻率较高，特别在细丝大电流时，焊丝伸出长度越大，P越大，这时PR与P或P相比才有重要的作用。熔化极电弧焊时，综合电弧热和电阻热，用于加热和熔化焊丝的总能量Pm可表示(2-7)Pm=I(Um十IRs)式中，U是电弧热的等效电压，焊丝为阳极时，Um三UW焊丝为阴极时，Um三UK一UW。这就是单位时间内由电弧热和电阻热提供的用于加热和熔化焊丝的主要能量。SchoolofMaterial Science&Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 一般Ls=10～30mm。 • 对于导电性能良好的铝和铜等金属焊丝，PR与PK或PA相比 是很小的，可忽略不计。 • 对于不锈钢、钢和钛等材料，电阻率较高，特别在细丝大 电流时，焊丝伸出长度越大，PR越大，这时PR与PK或PA相 比才有重要的作用。 熔化极电弧焊时，综合电弧热和电阻热，用于加热和 熔化焊丝的总能量Pm可表示 Pm＝I（Um十IRs） （2-7） 式中，Um是电弧热的等效电压，焊丝为阳极时，Um＝UW； 焊丝为阴极时，Um＝UK－UW。这就是单位时间内由电弧热 和电阻热提供的用于加热和熔化焊丝的主要能量

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡2.1.2影响焊丝熔化速度的因素焊丝熔化速度v通常以单位时间内焊丝的熔化长度（m／h或m／min)或熔化质量(kg／h)表示：熔化系数或称比熔化速度αm，则是指每安培焊接电流在单位时间内所熔化的焊丝质量（g／A·h）。焊丝的熔化速度主要取决于式（2-7）所表示的单位时间内用于加热和熔化焊丝的总能量Pm。Schoolof Material Science& Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 2.1.2影响焊丝熔化速度的因素 焊丝熔化速度vm通常以单位时间内焊丝的熔 化长度(m／h或m／min)或熔化质量(kg／h)表示； 熔化系数或称比熔化速度αm,则是指每安培焊接 电流在单位时间内所熔化的焊丝质量(g／A〃h)。 焊丝的熔化速度主要取决于式(2-7)所表示的单位 时间内用于加热和熔化焊丝的总能量Pm

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡1．焊接电流的影响由式（2-7）可知，电弧热与电流成正比，电阻热与电流平方成正比。电流增大，熔化焊丝的电阻热和电弧热增加，焊丝熔化速度加快。1215不锈钢1.2mm丝伸出长度20mm铝丝，直流反接，A1直流反接T1015mm焊丝Ar+02%10mm直径108熔化-uw.w/ua-u.w/ua焊丝直径1.2mm5mm越小，速度焊丝直径1.6mm熔化6与电omm系数流呈焊丝直径2.4mm4越大曲线关系20100200300400I/A050100150200250300图2-2铝焊丝熔化速度与电流的关系1/ASchool of Material Science & Eng图2-3不锈钢焊丝（电阻热不能忽略）熔化速度与电流的关系

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 由式（2-7）可知，电弧热与电流成正比，电 阻热与电流平方成正比。电流增大，熔化焊丝的 电阻热和电弧热增加，焊丝熔化速度加快。 图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系 1．焊接电流的影响 图2-3 不锈钢焊丝(电阻热不能忽略)熔化速度与电流的关系 焊丝 直径 越小， 熔化 系数 越大 熔化 速度 与电 流呈 曲线 关系

熔焊工艺及设备第二章焊丝的熔化和熔滴过凌2．电弧电压的影响等速送丝熔化极气体保炉焊时，焊丝熔化速度与电弧电压和电流的关系，见图2-4。305cm/min40502191.6mm铝合金26280120直流反接滴状！40 Ar7921002cm/min306401480366//=10mm3020=2mm8mm20=2mm101010040050025030050100150200300350200600700电流/A电流/Aa)b)图2-4熔化极气体保护焊时电弧的固有调节作用a）铝焊丝（Φ1.6mmb）钢焊（Φ2.4mm）SchoolofMaterial Science&Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 2．电弧电压的影响 等速送丝熔化极气体保炉焊时，焊丝熔化速度与 电弧电压和电流的关系，见图2-4。 图2-4 熔化极气体保护焊时电弧的固有调节作用 a) 铝焊丝（Φ1.6ｍｍ b) 钢焊（Φ2.4ｍｍ）

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡当电弧较长时（电弧电压较高）501.6mm铝合金曲线垂直于横轴，即电弧电压直流反接滴状！Ar7921002cm/min40F对焊丝熔化速度影响很小。此6401480A366时送丝速度与熔化速度平衡，30熔化速度主要决定于电流的大B-1=8mm20小（AB段）。1=2mm当电弧弧长为8mm到2mm区间10(BC段)时，曲线向左倾斜，这350010015020025050300说明随着电弧电压降低（弧长电流/A缩短），熔化一定数量焊丝所a)稳定的焊接条件下的铝焊丝的电弧自要的电流减小，亦即等量的焊身调节系统静特性曲线（即等熔化曲接电流所熔化的焊丝增加。也线)就是说，电弧较短时熔化系数增加了。弧长缩短时，电弧热量向周围空每一条曲线都代表一个送丝速度，间散失减少，提高了电弧的热效其上的每一点都满足送丝速度与熔率，使焊丝的熔化系数增加所致化速度相等School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 • 当电弧较长时(电弧电压较高)， 曲线垂直于横轴，即电弧电压 对焊丝熔化速度影响很小。此 时送丝速度与熔化速度平衡， 熔化速度主要决定于电流的大 小(AB段)。 • 当电弧弧长为8mm到2mm区间 (BC段)时，曲线向左倾斜，这 说明随着电弧电压降低(弧长 缩短)，熔化一定数量焊丝所 要的电流减小，亦即等量的焊 接电流所熔化的焊丝增加。也 就是说，电弧较短时熔化系数 增加了。 –弧长缩短时，电弧热量向周围空 间散失减少，提高了电弧的热效 率，使焊丝的熔化系数增加所致 稳定的焊接条件下的铝焊丝的电弧自 身调节系统静特性曲线（即等熔化曲 线） 每一条曲线都代表一个送丝速度， 其上的每一点都满足送丝速度与熔 化速度相等

熔焊工艺及设备第二章 焊丝的熔化和熔滴过凌BC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意义。例如，电流及送丝速度不变时，在弧长较短的范围内，当弧长因受外界干扰发生变化时，使弧长缩短或增长，则因此时的熔化系数要增大或减小，导致熔化速度增大或减小，使弧长得以恢复。这种弧长受外界干扰发生变化时电弧本身具有自动恢复到原来弧长的能力，称为“电弧的固有调节作用（Intrinsic Self RegulationCharacters)一铝焊丝电弧的固有调节作用很强，钢焊丝则较弱（见图2-4b），故铝焊丝采用这段弧长（亚射流过渡）进行焊接时，可以使用恒流电源实行等速送丝熔化极气体保护焊School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院

熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第二章 焊丝的熔化和熔滴过渡 BC段的这种熔化特性在电弧焊中具有重要意 义。例如，电流及送丝速度不变时，在弧长较短 的范围内，当弧长因受外界干扰发生变化时，使 弧长缩短或增长，则因此时的熔化系数要增大或 减小，导致熔化速度增大或减小，使弧长得以恢 复。这种弧长受外界干扰发生变化时电弧本身具 有自动恢复到原来弧长的能力，称为“电弧的固 有调节作用(Intrinsic Self Regulation Characters)” 。 –铝焊丝电弧的固有调节作用很强，钢焊丝则较弱(见图 2-4b)，故铝焊丝采用这段弧长(亚射流过渡)进行焊接 时,可以使用恒流电源实行等速送丝熔化极气体保护焊