1、電弧物理與現(xiàn)代弧焊方法-熔滴過渡第1頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五1.9 電極斑點1.9.1 陰極斑點陰極導(dǎo)電的三種狀態(tài)：陰極整體導(dǎo)電；陰極收束導(dǎo)電；陰極斑點導(dǎo)電；陰極斑點-電弧放電時，負電極表面上集中發(fā)射電子 的光亮極小區(qū)域。第2頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五1.9.2 陽極斑點陽極導(dǎo)電的狀態(tài)： 表面局部有金屬熔化和蒸發(fā)產(chǎn)生電離、陽極收束產(chǎn)生電離、陽極前面的局部區(qū)域電離；陽極斑點-電弧放電時，正電極表面上接收發(fā) 射電子的光亮微小區(qū)域。第3頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡2.1焊絲的熔化焊絲的作

2、用-一是作為電極；二是作為填充金屬。焊接過程中，焊絲不斷地被電弧加熱、熔化，形成熔池并向熔池過渡，和熔化的母材金屬相互融合，冷凝后形成焊縫。2.1.1 焊絲的加熱和熔化 焊絲的熔化速度與焊接條件有著密切的關(guān)系。焊接條件發(fā)生變化，經(jīng)常能引起焊絲熔化速度的變化。同樣的焊絲，當其去面狀態(tài)不同，對焊絲的熔化速度也有著不同的影響。當采用DCEP(焊絲接正極)時，熔化速度變化不大，但當采用DCEN(焊絲按負極)時，對焊絲熔化速度有極大的影響。 第4頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡焊絲的熔化速度不僅取決于焊接電流，而且還與焊接電流的極性、保護介質(zhì)的成分、熔滴過

3、渡形式、焊絲材料及焊絲表面狀態(tài)等有關(guān)。焊絲(電極)的加熱與熔化主要決定于靠近電極的陰極區(qū)(EN)或陽極區(qū)(EP)所產(chǎn)生的熱量。陰極區(qū)和陽極區(qū)的產(chǎn)熱可用下式計算：PA = Ia UwPc = Ia （Uc - Uw）第5頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡第6頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡第7頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡焊絲伸出長度部分的電阻熱的影響也很大；所謂焊絲伸出長度是指從焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點到電弧端頭的這段焊絲的長度；細絲氣體保護焊焊接時，焊絲

4、伸出長度部分通過較大的電流，并產(chǎn)生較大的電阻熱，其值可用下式計算：第8頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡第9頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡第10頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡熔化焊絲的熱量來源Pm，主要是電弧的近電極區(qū)產(chǎn)熱及焊絲伸出長度部分產(chǎn)生的電阻熱；該熱量用來加熱與熔化焊絲，在穩(wěn)定的焊接過程中，當弧長保持一定時，單位時間內(nèi)提供給焊絲的熱量應(yīng)該等于脫離焊絲的熔滴金屬所帶走的熱量Qm，可用下式表示：Qm = vm （CTf +H ）Vm-熔化速度（單

5、位時間內(nèi)熔化焊絲的量）（g/min）C-比熱容；Tf-熔滴金屬脫離焊絲時的平均溫度；H-熔化金屬的潛熱；Pm = Qm J； J-熱功當量4.2J/calIa（Um + IaRs） = vm （CTf +H ） vm = （ Um + IaRs ）/ （CTf +H ）J Ia第11頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡vm = (Um + IaRs)/(CTf +H )J Ia設(shè)am =(Um + IaRs)/(CTf +H )J-熔化系數(shù)，單位時間內(nèi)通過單位電流時熔化焊絲金屬的量；熔化系數(shù)與焊接材料、焊接電流極性及焊接參數(shù)有關(guān)。從大(粗)滴過渡轉(zhuǎn)變

6、為射流過渡時，熔滴的含熱量及熔化系數(shù)都發(fā)生變化，熔滴的溫度隨著熔滴的細化而提高，而熔化系數(shù)卻降低;值得拄意的是當熔滴過渡形式一定時，熔化系數(shù)也不變;對于直徑1.6mm的鋁焊絲，當焊絲伸出長度為1015mm的情況下，大滴過渡時熔滴的溫度較低，而在射流過渡時熔滴的溫度較高，其最高溫度可達2260 0C (其沸點為24500C)。這就是圖3-5中熔化速度階躍變化的原因;第12頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五鋼焊絲卻較為復(fù)雜，從大滴過渡到射流過渡轉(zhuǎn)變時，經(jīng)過一個駝峰，隨著焊接電流的增加，熔滴的溫度也增加，而在射流過渡時，隨著焊接電流的增加，熔滴溫度卻減小，這時熔滴的最高溫度為2

7、1300C，而最低溫度為15700C (鋼的沸點為28480C，熔點為15300C)，可見熔滴慍度的變化是很大的；其主要原因是鋼焊絲的電阻率大和熔滴在焊絲端頭停留的時間所決定的；根據(jù)這一實驗結(jié)果和氣體成分對熔漓過渡形式的影響規(guī)律，也就比較容易認識圖3-4中的曲線關(guān)系了。第13頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡第14頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2. 焊絲熔化和熔滴過渡2.2 熔滴過渡分類-電弧焊時，從焊絲端頭形成的，并向熔池 過 渡的滴狀液態(tài)金屬。自由過渡：粗滴過渡、噴射過渡、爆炸過渡； 粗滴過渡：下垂滴狀過渡、排斥滴狀過

8、渡 噴射過渡：射滴、射流和旋轉(zhuǎn)射流接觸過渡：短路過渡、搭橋過渡；渣壁過渡：渣壁過渡、沿藥皮壁過渡第15頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2.3熔滴過渡短路過渡 當焊接電流較小，電弧電壓較低時，此時弧長很短，熔滴直徑比弧長大，焊接過程中焊絲端部的熔滴周期性地與熔池短路接觸，由于強烈過熱和磁收縮的作用使其爆斷，直接向熔池過渡的形式叫短路過渡。第16頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五短路過渡第17頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五短路過渡過程與飛濺電爆-飛濺理論：短路過程中，液態(tài)金屬橋被電磁力壓縮形成縮頸隨縮頸的變細，電磁力加大，最終

9、液態(tài)縮頸發(fā)生爆炸過渡，由此產(chǎn)生飛濺。-認為飛濺大小與爆斷前100-150us電流的大小和積累的能量有關(guān)。第18頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五波形控制焊機-控制飛濺的大小在爆斷前100-150us降低電流，爆斷后迅速拉升電流，類似于疊加了一個負脈沖。第19頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五改善焊縫成型增加燃弧能量-在燃弧期間，增加一個正電壓脈沖，增加燃弧能量，可增加熔池熱量，加強流動性, 改善成型。第20頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2.3.2 噴射過渡 當焊絲直徑一定，弧長較長，電弧電壓較高時，焊接電流若達到或超過某值后

10、，電弧形態(tài)與熔滴過渡特點將發(fā)生明顯的變化。電弧變得十分穩(wěn)定，焊絲端頭的熔滴小于焊絲直徑,在電磁力的作用下,這一種小熔滴沿焊絲的軸線方向、以噴射方式快速穿過電弧空間，這一種熔滴向熔池過渡的形式叫噴射過渡。第21頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五射滴過渡此時焊接電流剛超過臨界電流,電弧呈束狀或吊鐘狀 ,熔滴呈圓球狀，直徑大致等于或稍小于焊絲直徑，以較高的速度沿焊絲軸線飛入熔池。過渡頻率在幾十至幾百滴每秒間變化。電弧穩(wěn)定，飛濺不大，焊縫成形良好，焊縫底部的熔合線呈弧形。 第22頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五電弧弧根的形態(tài)電弧弧根形態(tài)與保護氣體、電流大小

11、、極性等的關(guān)系。第23頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五射流過渡： 當焊接電流超過臨界電流較大時，熔滴變得特別細，過渡頻率超過200滴s，此時電弧呈倒鐘形，可清楚地看到電弧分成三層，電弧十分穩(wěn)定，焊接時無飛濺，這種過渡形式叫射流過渡。第24頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五跳弧原理與過程跳弧前:U = Ul1 +Uab跳弧后:U = Ul2 l2 l1 ; Ul2 Ul1跳弧條件:Ul1 +Uab Ul2 + UT Uab (Ul2 - Ul1) + UT E Uab / (l2-l1) UtabL1L2 a.調(diào)弧前 b.調(diào)弧后第25頁，共34頁，2

12、022年，5月20日，5點17分，星期五應(yīng)用對鋁、銅-不易跳弧；Uab小對不銹鋼-容易跳弧；Uab大對氬氣-容易跳?。籈小對CO2-不易跳??； E大第26頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五射流過渡圖第27頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五旋轉(zhuǎn)射流過渡 當保護氣體成分和焊絲直徑不變時，若電弧較長，焊絲干伸長較大，且焊接電流進一步增大并超過某一定值時，熔滴呈旋轉(zhuǎn)噴射過渡。開始發(fā)生旋轉(zhuǎn)噴射過渡的電流叫第二臨界電流。第28頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五旋轉(zhuǎn)射流過渡圖第29頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2.4電弧的力 2.4.1 電磁力 F = K(I1I2)/L Pr = KI2(R2 r2)/(3.14R4) 軸向壓力的合力: F = KI2/2 實際錐形電弧: 軸向推力 FP = KL2Ln(Rb/Ra)F1F2L1L2第30頁，共34頁，2022年，5月20日，5點17分，星期五2.4.1 等離子流力 高溫氣體流動時,將從上方吸入電弧周圍的氣體介質(zhì),形成有一定速度的連續(xù)氣流進入電弧區(qū),在電弧區(qū)這些氣體被加熱和電離,在電弧軸向推力的作用下沖向熔池對熔池產(chǎn)生附加壓力第31頁，共34頁，2022年，5月