2.2熔滴的过渡.doc

第二节殊筒过嵐第二节熔滴过渡焊条'庞热端部熔化-熔滴逆0处卜灶以滴状形式过渡到熔泄熔滴是指电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的向熔 池过渡的液态金属滴。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。熔化极电弧焊（焊条电弧焊、C02焊、MIG、MAG、埋 弧焊）一、熔滴的过渡特性1、熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴比表面积，即熔滴的表面积与其体积或质量之比。在熔滴长大的过程中其比表面积也应当是变化的，熔滴的 比表面积取决于它的形状和尺寸。比表面积（S）:熔滴表面积（A）与其质量（pV）之比， 即 S = AJpVs设熔滴是半径为R的球体，则S = 4tcR2 £p上兀W） = 3IpR熔滴越细其熔滴比表面积越大，凡是能使熔滴变细的因素， 都能加强冶金反应。第二节殊筒过嵐熔滴与周围介质相互作用的时间越长，冶金反应越充分O熔滴平均相互作用时间表示式：熔滴平均相互作用时间Tcp =(mo +|mZr)/(m/r/7)加C”熔滴平均质量，m =叫+叮2 mtri 熔禽脱落后在焊条端部剩余液体量; 单个癬滴质量；1=里；rcp=(m0/mtr) + l/2Tgcp熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化 速度，gcp=rntr/T2、熔滴的温度熔滴的温度是研究熔滴阶段 各种物理化学反应时不可缺少的 重要参数。试验表明，熔滴的平 均温度随焊接电流的增加而升高， 并随焊丝直径的增加而降低。对 焊接低碳钢而言，熔滴的平均温 度波动在21002700K的范围内o第二节殊筒过嵐3、熔滴过渡特性对焊接过程的影响1）熔滴过渡的速度和熔滴的尺寸影响焊接过程的稳 定性、飞溅程度以及焊缝成形的好坏；2 ）熔滴的尺寸大小和长大情况决定了熔滴反应的作用时间和比表面积（指熔滴的表面积与其体积或质量之比）的大小，从而决定了熔滴反应速度和完全程 度；3 ）熔滴过渡的形式与频率直接影响焊接生产率；4 ）熔滴过渡的特性对焊接热输入有一定的影响，改 变熔滴过渡的特性可以在一定程度上调节焊接热输 入，从而改变焊缝的结晶过程和热影响区的尺寸及 性能。2. 2熔滴上的作用力1重力重力7%对熔滴的影响取决于焊 缝的空间位置。平焊时，重力是促 使熔滴脱离焊丝末端的作用力；立 焊和仰焊时，重力则为阻碍熔滴从 焊丝末端脱离的作用力。重力为Fg= mg=47t-z3/ 3式中，P是熔滴密度，r是熔滴半 径，g是重力加速度。2表面张力表面张力FC作用 于焊丝末端、与熔滴相交 笄且相切的圆周面上，是 焊丝端头上保持熔滴的主 要作用力。焊丝与熔滴之 间的表面张力Fd如图2-7b 所示，可以分解为径向 分力以及轴向分力 F6 a,径向分力使熔滴在 焊丝末端产生缩颈，轴向 分力则使熔滴保持在焊丝 末端.阻碍熔滴过渡。第二节殊施过嵐熔滴受重力和表面张力示意图第二节殊施过嵐b)熔滴受重力和表面张力示意图第二节殊筒过嵐如果焊丝半径为R,熔滴半径为r,则焊丝与熔滴之间的表面张力F 6为：咫2兀忆7式中，o是表面张力系数，其数值与材料、温度、气体介质等因素有关。表2-1纯金属的表面张力系数金属MgZnAlCuFeTiMowo x 10-3(N-m1)65077090011501220151022502680只有重力和其它作用力的合力超过尸J时，熔滴才能脱离焊丝过渡到熔池中去。因此.一般 情况下是阻碍熔滴过渡的力。但在仰焊或其它 位置（立焊、横焊）焊接时，却有利于熔滴过渡。 因为一是熔滴与熔池接触时，表面张力有将熔滴 拉入熔池的作用；二是使熔池義熔滴不易流淌。加入表面活性物质或熔滴温度升高，可以降低表 面张力系数，如0, S第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐图2-5作用在熔滴上的电磁力导化有端最线鸟电用中 面使熔则,在渡 表，未属審条售时。过 体窖焊流焊一向接用滴 导线焊的在电沿成而焊作熔 子流对化是箱构行的是 直电力熔别分这又条进渡力 垂于磁对特部。力焊置过磁 向直电而。颈大魯位滴电 方垂；用细最議何熔： 的是小响作的也SB任进时力 磁 罷勢力说减影缩间力匀熔间 电流，2-磁磁的积甚压之磁瑕空有曙 3.电场图电电切面无的滴电不促在都流要为震分著熔，驾。力电主更体部显与大分籐磁大的第二节殊筒过嵐4爆破力若熔滴内部含有易挥发金属或由于冶金反 应而生成气体，则在电弧高温作用下气体积聚和 膨胀而造成较大的内力，从而使熔滴爆炸。在C02 短路过渡焊接时，电磁力及表面张力的作用导致 熔滴形成缩颈，电流密度增加，急剧加热使褒态 小桥爆破形成熔滴过渡，同时也造成了较大飞溅。5电弧气体吹力 焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化 滞后于好芯的熔化，在焊条的端头形成塞减见图2-9。药皮中造气剂分解产生的CO. C02. H2及 02等在高温作用下急剧膨胀，从套儲中出，推动熔滴+向熔池。无论何种位置焊接，这种力都有利于熔滴过渡。第二节殊筒过嵐6.斑点压力电弧中带电质点在电场作用下向两极移动, 撞击在两极的斑点上产生的机械压力斑点压力包括:正离子和电子对熔滴的撞击力、电板材科蒸it时产座的反祚用另以文弧粮面 叔很小打产座岛指昌熔滴药电秋欢綸为。a）在一定条件下，斑点压力将阻碍金属熔滴的过b）通常阳极受到的斑点压力比阴极受到的斑点压 力要小，因而焊丝为阳极时熔滴过渡的阻碍力较 小。这也是许多熔化极电弧焊采用直流反接的主 妾原因之一。上述诸力，除重力和表面张力之外，电弧 力、爆破力等的存匪与方向祈与电弧形态有关。 而对于熔滴过渡的作用则随工艺条件、焊接位置 以及熔滴状态等的变化而异。例如，长弧焊时，表面张力总是阻碍熔滴从焊丝 末端脱离，而成为反过渡力。但短弧焊时.当熔 滴乌嫁瓶金属拄兹并形成後态金属览樁廿，由于 与熔池接触界面很大，使向下的表面张力远大于 埠丝端启上鸟表岛亍长力，结桌祓液桥初i进熔丸 而有利于熔滴过渡。电磁力也有相同的情况。当 熔滴短路时，电流呈发散形，此时电磁力的轴向 分力则有助于熔滴过渡。图2-10形成液态桥时表面张力的作用1-焊丝2-液态金属过桥3-母材第二节殊筒过嵐劉2-11形成液态桥时电磁力的作用1-焊丝2-液态金属桥3-电流4-母材第二节殊筒过嵐2. 3熔滴过渡主要形式及其特点扌良据外观形态、熔滴尺寸以及过渡频率等 特征，熔滴过渡通常可分为三种基本类型，即接 触过渡(Contacting Transfer)、自由过渡(Free Flight)和渣壁过渡(Slag Guiding Transfer) o 接触过渡是通过焊丝末端的熔滴与熔池表面接触 成桥而过渡的。自由过渡是指熔滴脱离焊丝末端 前不与熔池接触，它经电弧空间自由飞行进入熔 池的一种过渡形式。渣壁过渡是丞保护时的一种 过渡形式，埋弧焊时在一定条件下熔滴沿熔渣的 空腔壁形成过渡。第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐熔滴过渡的形式:国际焊接学会(IIW)对熔滴过渡形式分类:'大颗粒过渡颗粒过渡排斥过渡细滴过渡(2)接触过渡短路过渡搭桥过渡射滴过渡自由过渡喷射过渡 < 射流过渡 旋转射流过渡(3)渣壁过渡渣壁过渡 套筒过渡爆炸过渡第二节殊筒过嵐熔滴过渡的形式:第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐接触过渡第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐-O图124熔滴过渡形式及龙孤形状椅征 a）自由过渡b）接触&第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐自由过渣壁过第二节殊筒过嵐2. 3. 1短路过渡第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐CO图2-12短路过渡示意图第二节殊筒过嵐短路过渡（Short Circuiting TTansfer）主要用 6mm以下的细丝C02气体保护焊或使用碱性 釆用低电压、小电流焊接工艺的焊条电弧。由扌电庄低，电弧亵拄，熔滴尚耒良反关滴 时即与熔池接触而形成短路液桥，屋尙熔池方向 的表面张力及电磁收缩力的作用下,熔滴金属过渡 到熔池中去（见图2-6）,这样的过渡形式称为短 路过渡。这种过渡电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频李高 （每秒可达几十次至一百多次），焊缝成型艮好。 广泛用于薄板结构及全位置焊接。第二节殊筒过嵐1短路过渡过程正常的短路过渡过程，一般要经历电 弧燃烧形成熔滴熔滴长大并与熔池短 薙殖弧液；柝缩颈而斷开过渡电弧再引燃等四个阶段。图2-6为短路过渡过程 殆电孤直压粘电流动态波形图。第二节殊筒过嵐图2-6为短路过渡过程的电弧电压和电流动态波形图tl-燃弧时间t2-短路时间t3-拉断熔滴后的电压恢复时间T-M路周期 T=tl+t2+t3Imax-最大电流，也称短路峰值电流Imin-最小电流la-平均焊接电流Ua-平均电弧电压2短路过渡的特点1 ）短路过渡是燃弧、短路交替进行。燃弧时电弧对焊件加热，短路时电弧熄灭，熔池温度降 低。因此，调节燃弧时间或熄弧时间即可调节对 焊件的热输入，控制母材熔深。2）短路过渡时所使用的焊接电流（平均值） 较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍, 既可避免薄件的焊穿又能保证熔滴顺利过渡，有 利于薄板焊接或全位置焊接。3）短路过渡一般采用细丝（或细焊条），焊 接电流密度大，焊接速度快，故对烽件热输入低, 而且虽就短，加城棄中，可减小蟀接换矣尿影站 区宽度和焊件变形。第二节殊筒过嵐3短路过渡的稳定性短路过渡过程实质上可视为“燃弧短 路”周期性的交替过程。因此，短路过程的稳定 性一方禹可以用这种交替过程的柔顺、拎勾一致 程度以及过程中飞溅大小来衡量，同时还可以用 短路过渡频率特性来评定。短路过渡的周期T是由燃弧时间11和熄弧 时间t2所组成。调节燃弧时间和熄弧时间的大小, 即可调节过渡周期，亦即调逍过渡频率。一般认 为，短路过渡频率越高，即毒秒钟熔滴过渡次数 越多，那么在恒定的送丝速度条件下，焊丝端部 形茂的嫁滴尺寸感小，每过渡一滴帝电孤的疣动 也就越小，过渡过程就越稳定，飞溅也越小，并 可提高生产效率。燃弧时间取决于电弧电压和焊接电流或焊丝送进速度。增大电菰电压，减小焊接电流或送 丝速度，都使熔滴要经过较长时间才能和熔池接 触短路，故燃弧时间长，熔滴尺寸较大，短路频 率较低，将降低电弧稳定性和增大飞溅。反之， 则燃弧时间短，短路频率增加。但如果电弧电压过低或送丝速度过快，则会造成 熔滴尚未脱离焊丝时焊丝未熔化部分就可能插入 熔池，造成固体短路，并产生大段爆断，使飞溅 增大。第二节殊筒过嵐b)c)短路过渡的主要形式a）固态短路时b）细丝小电流时c）中等电流小电感时在短路过渡过程中，电源电压的恢复速度对稳定 性具有重要影响。如果缩颈爆断后电源电压不能 及时恢复到再引燃电压，则电弧不能及时再引燃 而造成断弧现象，这就破坏了焊接过渡的连续性 和稳赵座。第二节殊筒过嵐 4短路过渡的频率特性短路过渡时每秒钟熔滴过渡的次数称为短 路过渡频率，以减示。若以表示焊丝的送进速 虞，在施楚埠摟時vtn,那么毒茨熔滴过渡的 消耗焊丝的平均厦Ld=vflf。因此，在送丝速 度恒定时，/越高则Z健小，即熔滴的体积越小， 短路过程越稳定。搭桥过渡与短路过渡相似的还有一种接触过渡。这种过渡出现在非熔化极填丝电弧焊或气焊中。因焊丝一般不通电，因此不称为短路过渡，而称为搭桥过渡。过渡时，焊丝在电弧热作用下熔化形成熔滴与熔池接触，在表面张力.重力和电弧力作用下，熔滴 进入熔池，见图2-18。第二节殊施过嵐第二节殊施过嵐图2-18搭桥过渡示意图第二节殊筒过嵐图2-19粗滴过渡过程示意图2. 3. 2滴状过渡电流较小而电弧电 压较高时，因弧长较长， 熔滴与熔池不发生短路， 焊丝末端便形成较大的熔 滴。当熔滴长大到一定程 度后，重力克月氐面张力 使熔滴脱落粗滴过渡时熔滴存在时间长，尺寸大，飞溅也大, 电弧的稳定性及焊缝质量都较差。第二节殊筒过嵐2细滴过渡电流比较大时，电磁收缩力较大，熔滴表 面张力减小，熔滴细化，这些都促使熔滴过渡， 使熔滴过渡频率增加。这种过渡形式称为细滴过 渡。因飞溅较少，电弧稳定，焊缝成形较好，在 生产中被广泛应用。这种过渡形式在不同气体介质中或材料不同时，其过渡特点也不同。对于C02气体保护电弧 焊及酸性焊条电弧焊，熔滴呈非轴向过渡。而铝 合金熔化极氫弧焊或较大电流活性气体保护焊钢 侔时，熔滴呈轴启览菠（熔痛沿焊丝轴启詮入嫁 池）。因此，前者又称为细颗粒过渡；而后者称 为射滴过渡，见图2-20。相比之下，后者比箭者 飞藏、。第二节殊筒过嵐a)b)c)图2-20细颗粒过渡与射滴过渡a）, b）细颗粒过渡 c）射滴过渡2. 3. 3喷射过渡氫气或富氫气体保护焊接时.在焊接电流很大、电弧 电压较高时，细小的熔滴从焊丝端部连续不断地 以高速度冲向熔池（加速度可达重力加速度的几十 倍），出现喷射过渡。焊件的穿透力强，可得到焊缝中心部位熔深明显增大的指状焊缝。喷射过渡适合焊接厚度较大（热量集中，过渡频率快，飞溅少，电弧稳定，对3mm）的工件，不适宜薄板焊接。这种过渡形式 又分为射滴过渡和射流过渡两种。旋转射流过渡是在焊丝伸出长度较大，焊接电流比通常射流过渡临界电流高出很多时（称为第二临界电流）出现的一种熔滴过渡形式。第二节殊施过嵐图2-21射流过渡形成机理示意图第二节殊施过嵐a)b)c)d)图2-21射流过渡形成机理示意图第二节殊筒过嵐射滴过渡过渡熔滴的 直径接近于焊丝直径， 通常是过渡完一滴后再 览菠另一滴，过菠還愛 很快，好像一滴一滴地 沿焊丝轴向射向熔池一 桂，故愈射如 歯29a所不。主要出现 在铝及其合金的MIG焊及 钢的脉冲MAG焊中。第二节殊筒过嵐续束流，故称射流过渡, 如图2-9b所示。射流过渡焊丝端部熔化的液态金属被电弧力削成铅笔尖状，熔滴 以细小尺寸从该部位一 个接一个地射向熔池， 其直径远小于焊丝直径。 由于熔滴过渡频率很高, 看丄去如像律在一个从 焊丝端部指向熔池的连第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐第二节殊筒过嵐当焊接电流小于临界电流时，电流的增大只是熔 滴尺寸略有减小，熔滴过渡频率变化不大。电流 一旦达到临界电流，熔滴尺寸减小，过渡频率大 大增加。随后再增加电流，熔滴过渡频率变化不 大。图2-22为钢焊丝在富Ar气氛中焊接时熔滴过 渡频率（体积）与电流的关系。第二节殊術过嵐第二节殊術过嵐第二节殊術过嵐第二节殊術过嵐图2-22熔滴过渡频率（体积）与电流的关系钢焊丝（pl. 6mm气体Ar+02 1%弧长6mm直流反接4003002001000低碳铃 Ar+O2 1 苴流反机 弧长6rrJ% 日生im0.51.01.52.0焊丝直径/mm图2-24焊丝直径.伸出长度与临界电流的关系第二节体術直嵐2. 3.4渣壁过渡渣壁过渡是焊条电弧焊和埋弧焊中出现的一种熔滴过渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池, 见图2-27。、ZZZZZ、第二节体術直嵐第二节体術直嵐a)b)图2-2 7渣壁过渡a）焊条电弧焊b）埋弧焊使用焊条焊接时，可能出现的过渡形式有 四种：渣壁过渡、粗滴过渡、细滴过渡和短路过 婆I过渡形式取决于药皮的成分与厚度、焊接工 艺参数、电流种类和极性等。酸性焊条焊接一般 为细滴过涙。、撰焊险 电弧在熔渣形成的空腔内燃烧,熔滴王要是通过渣壁流入熔池的，只肴少量熔滴 是通过空腔内的电弧空间落入熔池。埋弧焊的熔 堕过渡与焊接速度、极性、电弧电压和焊接电流 有关。