第2章 焊丝的熔化与熔滴过渡
在熔化极电弧焊时，焊丝是否稳定的熔化并过渡到熔池中去是影响 焊接生产率和焊缝质量的关键因素。
2.1 焊丝的加热与熔化
一
焊丝的作用
１） 作为电弧的一个电极；
２） 提供熔化金属作为焊缝金属的一部分 。
二
焊丝的加热和熔化的热源
电弧焊时，用于加热、熔化焊丝的热源是 电弧热和电阻热。熔 化极电弧焊时，焊丝的熔化主要靠阴极区(正接)或阳极区(反接)所 产生的热量及焊丝伸出长度上的电阻热 ，弧柱区产生的热量对焊丝 的加热熔化作用较小。非熔化极电弧焊(如钨极氩弧焊或等离子弧 焊)的填充焊丝主要靠弧柱区产生的热量熔化。
图2-2 铝焊丝熔化速度与电流的关系
图2-3 不锈钢焊丝熔化速度与电流的关系
图2-4 GMAW电弧的固有自调节作用 a.铝焊丝 (Φ1.6mm) b.钢焊丝(Φ2.4mm)
图2-5 Ar与CO2混合比(体积分数)对焊丝熔化速度的影响
图2-6 铝焊丝氩弧焊不同极性时焊丝熔化速度
2 熔滴过渡和飞溅
4
等离子流力：促进熔反作用力、电磁力。
6
爆破力：促进过渡。
综上所述：
1）除重力、表面张力、爆破力外，其余力都与电弧形态有关。
2） 熔滴上的作用力对熔滴过渡的影响应从焊缝空间位置、熔滴过渡形式、 电弧形态、工艺条件等综合考虑。
二
熔滴过渡的主要形式及其特点
分为三种：自由过渡、接触过渡（短路过渡）和渣壁过渡。
FG＝mg ＝(4 ／3)πR D3ρg
2 表面张力Fσ 此处的表面张力Fσ是指焊丝端头上保持熔滴的作用力。 Fσ＝2πRσ
式中 ： R——焊丝半径；σ——表面张力系数。
Fa
表面张力是促进熔滴过渡还是阻止过渡应针
R
Fσ θ
对不同的焊接方法、不同的熔滴过渡形式来分析，
θ RD
如短路过渡后期，表面张力是促进容滴过渡的，
注：CO2中等电流焊时：短路过渡加大滴状排斥过渡，飞溅大 . 喷射过渡：在MIG焊时会出现这种形式的过渡，又分为：射滴过渡、亚射
流过渡、射流过渡、旋转射流过渡。
1) 射滴过渡:熔滴直径接近焊丝直径，f=100～200，熔滴加速度大于重 力加速度，尺寸规则呈球形，沿轴向过渡。
形成原因：熔滴被弧根笼罩，电弧呈种罩形，从而电磁收缩力形成 较强的推力。
电弧焊时，在电弧热作用下焊丝或焊条端部受热熔化形成熔 滴，由于受到各种大小不同的作用力，具体形状和位置不断变 化，从而熔滴以不同的形式脱离焊丝或焊条，过渡到熔池中去。
一 熔滴上的作用力
熔滴上的作用力可分为重力、表面张力、电弧力、熔滴爆破力 和电弧气体的吹力等。 1 重力
重力对熔滴过渡的影响依焊接位置的不同而不同。平焊时， 熔滴上的重力促使熔滴过渡；而在立焊及仰焊位置则阻碍熔滴 过渡。
1 自由过渡
自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间 不发生直接接触的过渡方式。
①
滴状过渡：特点：熔滴直径大于焊丝直径。
大颗粒过渡：条件：电流较小，电弧电压高时，小电流MIG焊。过渡频率低， 主要是重力与表面张力的平衡。
熔化极气体保护焊熔滴过渡的种类
短路过渡
自由过渡
细颗粒过渡：条件：较大电流时，大电流CO2焊。频率高，电弧稳定，焊 缝质量高, 重力、电磁力促进过渡。
１）熔化速度、熔化系数
熔化速度（ Vm ）：在单位时间内熔化的焊丝质量。 熔化系数аm：在单位时间内，单位电流所熔化的焊丝质量。 ２）焊丝的熔化特性
焊丝的熔化特性则是指焊丝的熔化速度 V m 和焊接电流I之间的关系。 在采用熔化极电弧焊进行焊接时，必须使焊丝的熔化速度等于送
丝速度，才能建立稳定的焊接过程。
2）电阻热
熔化极电弧焊时，焊丝只在通过导电嘴时才和焊接电源接通 （焊 条？）。因此，讨论焊丝的加热和熔化，实际上是分析焊丝伸出部分 （称为焊丝干伸长： l s ）的受热情况，因为焊丝伸出部分有电流流过 时所产生的电阻热对焊丝有预热作用。
CO 2气体保护焊时， ls是焊丝直径的10 ～ 12 倍。 三 焊丝的熔化特性
出现场合：铝及其合金的氩弧焊及钢的脉冲氩弧焊。
２）射流过渡：电流密度大，熔滴直径小于焊丝直径， f=５00左右，熔 滴加速度比重力加速度大几十倍。
形成原因：电流密度大，焊丝熔化端部形成尖锥状，出现金属蒸发， 电弧跳弧（此时电流称为射流过渡的临界电流），形成很强的等离 子流力。
取决于电流。 BC 段：电压降低，电流减小。
U C
A 熔化特性曲线
B
I
原因：电弧短，热量损失少；熔滴加热温度低，带走能量少，从而 溶化系数高。
C以下：短路时间增加，能量输入少，从而溶化系数减小。
固有自调节作用：BC 段，电弧本身有恢复原来弧长的能力。 ４） 极性：一般正接比反接熔化速度大。
５） 气体介质.
FG
特别是对于现在的STT电源，实现无飞溅过渡更是如此。
若熔滴上含有少量活化物质 (如O2、S等)或熔滴温度升高，都会减 小表面张力系数，有利于形成细颗粒熔滴过渡 。
3 电磁力
电流通过熔滴时，导电界面是变化的，在熔焊情况下，焊丝、 熔滴、电极斑点、弧柱之间产生电磁力的轴向分力，其方向总是由 小截面志向大截面。电弧是否笼罩熔滴。
1） 电弧热
阴极区和阳极区两个区域的产热功率可表达为
PK＝IUK—IUW — IUT PA＝IUA + IUw + IUT 电弧焊时，当弧柱温度为6000K左右时，UT小于1V；当电流密度较大时， UA近似为零，故上两式可简化为： PK＝I(UK—UW) PA＝IUW 由此可看出，两电极区的产热量（功率）都与焊接电流成正比。当 电流一定时，阴极区的产热量取决于 UK与UW的差值；阳极区的产热量取 决于UW。 在细丝熔化极气体保护电弧焊、使用含有 CaF2焊剂的埋弧焊和使用 碱性焊条电弧焊等情况下，当采用同样大小的电流焊接同一种材料时， 焊丝作为阴极时的产热量比作为阳极时的产热量多，在散热条件相同时， 焊丝作阴极比作阳极时熔化速度快。
用公式表示为：
Vm ? ? m I
图2-1 焊丝伸出长度的电阻热示意图
四 熔化速度的影响因素
１） 焊接电流：直线关系（低碳钢等）；非直线关系（不锈钢：电阻率大，电 阻热作用明显）。
２） 焊丝材料（电阻率）、干伸长（正比）及直径（反比）。
３） 电弧电压：
AB段：下降的压降主要在弧柱上， 不影响熔化。熔化速度主要