【正文】 單位為 w/cm2 2 功率密度越高 , H/B越大，焊接變形及 HAZ越小。 氣焊 電弧焊 激光 電子束 110 102104 106107 106108 三）、電弧的溫度分布 （一）電弧的軸向溫度分布 影響溫度分布的因素： 功率密度 電極材料 高熔點(diǎn)氧化物 （二）弧柱溫度分布 軸向 1） 二電極尺寸相等時(shí)，軸向溫度分布均勻 2） 二電極尺寸不等，軸向溫度分布不均勻，靠 近尺寸較小的一端，溫度較高。 溫度 電流密度 功率密度 徑向 中心軸附近溫度高，周邊低 （三）影響弧柱溫度的因素 電流， Ia↑ T↑ 氣體介質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù) ↑ ，熱解離 ↑ T↑ 電極材料 拘束度 _ + 弧柱的溫度分布 T T r L 三）、電弧力 電磁收縮力 通過電?。ㄈ鄣危┑碾娏骶€之間的相互吸引力，對電弧或熔滴起著壓縮作用，該力被稱為電磁收縮力。 1）圓柱形電弧 )( 2242 rRRIkP r ?? ?電弧壓力 式中： I電流， R電弧半徑， K系數(shù) 流態(tài)導(dǎo)體中電磁收縮力的影響 柱形導(dǎo)體中的電磁收縮力 ? ? A L F推 焊絲 錐形電弧 母材 等離子流力 F推 引起的高溫氣體流（等離子流）所形成的力叫等離子流力 ?作用： 1）促進(jìn)熔滴過渡 2）導(dǎo)致指狀熔深 ?分布：軸線處大，周邊小 斑點(diǎn)力 由以下三部分組成，陰極斑點(diǎn)力大于陽極斑點(diǎn)力 1）帶電粒子撞擊力 陰： A+撞擊 大 陽： e撞擊：小 2）蒸發(fā)反力 陰： T高，力大 陽： T低力小 3）電磁收縮力 陰：大 陽：小 等離子流力 等離子流力的分布 FP F? F斑 Fmg 斑點(diǎn)力 爆破力 僅產(chǎn)生于短路過渡中，短路小橋汽化爆斷所產(chǎn)生的力 細(xì)熔滴的沖擊力 僅產(chǎn)生于 MIG焊射流過渡，熔滴以很大的加速度沖擊熔池，形成沖擊力 二）、影響因素 氣體介質(zhì) 導(dǎo)熱好，易解離的氣體，電弧力，特別是斑點(diǎn)力較大。 電弧電流及電壓 電流增大，電弧力增大；電壓增大，電弧力 減小。 W極或焊絲直徑 直徑越小，力越大 極性 ： TIG焊時(shí)， DCSP大；而 MIG焊正好相反。 爆破力 四）、電弧的極性及其選擇方法 直流及交流電弧的特點(diǎn) 一）直流電弧 焊接電流基本保持不變，電流不會為零。穩(wěn)定性好。 直流正接（ DCSP）：工件接正極 直流反接（ DCRP）：工件接負(fù)極 二）、交流電弧 正弧波交流電弧： 電流為 50H正弧波的電弧被稱為交流電弧。 方波交流電弧： 電流為方波的電弧被稱為交流電弧 。與直流電弧基本相同 正弧波交流電弧特點(diǎn)： 1）周期性地過 0點(diǎn) 2）再引燃 再引燃電壓 Ur：再引燃所需的電壓。小于引燃燒電壓。 交流電弧的燃燒過程 1）純阻性回路 電弧 —阻性元件，因此 ?a、 ia同相位，有熄弧時(shí)間 te， 當(dāng) te較大時(shí)，難以引燃 2）感性回路 利用電感的續(xù)流，蓄能及移相作用，可將 te降為 0 交流 電源 te U0 Ua Ia 純阻性回路 t 電源電壓 電弧電壓 電弧電流 電源電壓 電弧電壓 電弧電流 交流 電源 電感性回路 交流電弧穩(wěn)定燃燒的條件 在回路中串一合適的電感 交流電弧的加熱及力的特點(diǎn) 1）加熱 Pa不斷變化，對工件的加熱效果用有效熱功率表示。 Wa= ? ? Ua Ia ? 波形修正系數(shù) Ua、 Ia 電壓及電流有效值 2）電弧力的特點(diǎn) 介于 DCSP與 DCRP之間，不易導(dǎo)致指狀熔深 . 3）保護(hù) 在相同的條件下，保護(hù)效果較差。 167。 13 磁場對電弧的作用 一）、剛直性 所謂剛直性是指電弧作為一柔軟的導(dǎo)體抵抗外界干擾，力求保持電流沿焊條 /焊絲軸向流動的能力。 電弧自身磁場：電弧作為載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場。 電弧的剛直性是由電弧的電磁場決定的，即電磁收縮力決定的。各運(yùn)動的帶電質(zhì)點(diǎn)均受到指向焊條中心的力，該力使質(zhì)點(diǎn)保持沿軸線流動。 影響剛直性的因素： 1）電流越大，剛直性越大； 2）拘束度越大，剛直性大 3）熱解離導(dǎo)熱性大 剛直性大 + + + + + + + + + + F F 自身磁場對剛直性的影響 剛直性 二）、磁偏吹 磁偏吹：電弧因周圍磁力線不對稱而偏向一側(cè)的現(xiàn)象 . 偏向：磁力線疏的一側(cè) 引起磁偏吹的原因 1）導(dǎo)線接法不合適 2）鐵磁性物質(zhì) 3）電弧到達(dá)工件邊緣時(shí) 交流電弧的磁偏吹較較小 原因： （ 1）渦流，渦流磁場低消原磁場 （ 2）電弧偏吹運(yùn)動為機(jī)械運(yùn)動，而交流電弧的不均恒磁場以 50Hz的頻率變化。 + + + + + 電流 + F左 F右 磁偏吹 + + + + + 電流 + F左 F右 接線位置引起的磁偏吹 + + + + + + + + + + + 電流 + F左 F右 磁性物質(zhì)引起的磁偏吹 + + 167。 14 焊絲的熔化及熔滴過渡 ? 要求 熟練掌握焊絲熔化速度、熔化系數(shù)、熔敷速度、熔敷效率、 熔敷系數(shù)、熔滴過渡及飛濺等基本概念。 掌握熔滴上受到的各種力及其對過渡的影響； 了解熔滴過渡的基本分類，各類熔滴過渡的基本特征； 掌握各種焊接方法的熔滴過度特點(diǎn)。 了解固有自調(diào)節(jié)作用。 1 焊絲的加熱及熔化 一）、加熱熱源： （一）電弧熱 —極區(qū)產(chǎn)熱 ? 焊絲接陰極時(shí)： Pk=I（ UkUwUT） ≈ I（ UkUw） UT很小，大概只有 1V左右。 ? 焊絲接陽極時(shí)： PA=I（ UA+Uw+UT） ≈ IUw UA很小，可忽略。 討論： TIG焊： PAPk MIG焊： PkPA Pk受多種因素影響，而 PA則不。 LH Ls 電源 送絲輪 導(dǎo)電嘴 la （ 二）、影響熔化速度、熔化系數(shù)的因素 （一）基本概念 熔化速度 ?m：單位時(shí)間內(nèi)焊絲的熔化量。 單位： g/s cm/s 熔化系數(shù) ?m：單位時(shí)間內(nèi)，由單位電流所熔化的焊絲量（長 度，重量） 單位： g/ Cm/ ?m= ?m /I （二）影響因素 電流 電流越大，熔化速度越大。 ?m = K I（ Um+IRs） ?m = ?m /I= K（ Um+IRs） 顯然： 1）電流 1） I增大， ?m增大 2） 對于 Al焊絲， ?m幾乎與 I增大呈直線關(guān)系，對于鋼焊絲， ?m隨著 I的增大而增大呈曲線關(guān)系。 電壓 Ua（ La）大時(shí)， ?m與 Ua無關(guān) Ua（ La）較小時(shí)， Ua下降時(shí) ?m 增大（如 I不變則 ?m ↑ ） ，使電弧具有保持弧長穩(wěn)定的能力。 ? 固有自調(diào)節(jié)作用：弧長較短時(shí)， ?m隨 La下降而增大， 使得電弧具有抵抗外界干擾的保持穩(wěn)定不變的能力，這 種能力被稱為固有自調(diào)節(jié)作用。 Ua Ia ?a 鋁 Ua Ia 鋼 焊絲的極性 焊絲接負(fù)時(shí)， ?m較大 焊絲接正時(shí)， ?m較小 氣體介質(zhì) 焊絲接陽極時(shí)： ?m =K Rm=K I Uw與氣體介質(zhì)無關(guān) 焊絲接陰極時(shí)： ?m =K I（ UkUw） Uk與氣體介質(zhì)有關(guān)， 因此氣體介質(zhì)影響熔化速度，例如在 Ar中加 CO2可使 ?m增大 電阻熱 鋼焊絲： ds越小，電阻熱的影響越大。 鋁焊絲，電阻熱很小，影響不大。 2 熔滴過渡和飛濺 一）、基本概念 熔滴過渡：焊絲端部的熔化金屬以滴狀進(jìn)入熔池的過程。 飛濺：熔化的焊絲金屬飛到熔池之外的現(xiàn)象。 二）、熔滴上的作用力 （一）表面張力 焊絲與熔滴間的表面張力 F?，阻礙過渡，將熔滴保持在焊絲上。 F?=2πR s? 式中： ?為表面張力系數(shù)， Rs為焊絲半徑。 短路過渡時(shí)，熔滴與工件間的表面張力 — 促進(jìn)過渡 F?=2πR P? 影響 ?的因素： 1）材料類型，例如，鐵的表面張力系數(shù)大于鋁 2）溫度，溫度上升，表面張力系數(shù)降低 3）表面活性物質(zhì)，如鋼液中有 S或 O時(shí)，表面張力系數(shù)降低。 （二）重力 熔滴的重力 Fg=mg= gr ?? 334r—熔滴半徑 ， ρ —密度 Fmg F? F? F? 表面張力 重力 作用： 1）平焊時(shí)促進(jìn)過渡； 2）立焊，仰焊時(shí)阻礙過渡。 （三）電磁收縮力 電流線通過熔滴時(shí)的電磁收縮力 1） 當(dāng) Sb（斑點(diǎn)面積） Ss（焊絲截面積）時(shí)，電流線在熔滴中收縮 F推 向上，阻礙過渡。 2）當(dāng) SbSs時(shí) ,電磁線在熔滴中發(fā)散 ,F推向下 ,促進(jìn)過渡。 （四）斑點(diǎn)力 其作用亦與斑點(diǎn)面積有關(guān)： 1） Sb較大時(shí)，促進(jìn)過渡 2） Sb較小時(shí)，阻礙過渡 熔滴中的電磁收縮力 熔滴斑點(diǎn)力 蒸發(fā)反力 及帶電粒子撞擊力 （五）爆破力 熔滴爆破時(shí)，爆破力指向四面八方，即促進(jìn)過渡，又導(dǎo)致飛濺 （六）等離子流力 從焊絲指向工件，總是促進(jìn)過渡 FP 爆破力 二）、熔滴過渡的主要形式及特點(diǎn) （一）自由過渡 熔滴脫離焊絲，由電弧空間進(jìn)入熔池。 滴狀過渡 1）大滴過渡 特點(diǎn)： （ 1） aD=g （ 2）軸向 （ 3） dDds 2）大滴排斥 特點(diǎn)： （ 1） aD=g （ 2）非軸向，有飛濺 （ 3） dD ds 細(xì)顆粒過渡，出現(xiàn)在 CO2焊中 特點(diǎn)： （ 1） aDg （ 2）非軸向 （ 3） DDds 噴射過渡 1）射滴 特點(diǎn)： （ 1） aDg （ 2） dD?ds （ 3）軸向性好 （ 4）一次一滴 2）射流 特點(diǎn)： （ 1） aDg （ 2） dDds （ 3）軸向 （ 4）連續(xù)束流 F? FP Fg F? F斑 Fmg 大滴 射滴 射流 3）爆炸過渡 因氣泡的爆破而過渡，通常伴隨著飛濺。 （二）渣壁過渡 沿熔渣壁過渡埋弧焊 DCSP：熔滴尺寸大，過渡頻率低 DCRP：尺寸小， f大。 I↑ f↑ 沿套筒過渡 產(chǎn)生于 SMAW 條件： 1）厚藥皮 2）酸性藥皮 （三）接觸過渡 短路過渡 條件： CO2細(xì)絲焊，且 Ua小， Ia小 特點(diǎn)：電弧穩(wěn)定，稍有飛濺 搭橋過渡 條件：填絲 TIG焊中 IUtt12341 2 3 4 短路過渡過程及電流、電壓波形 三）、飛濺及熔敷系數(shù) （一）飛濺 飛濺的原因： a）爆破力 b）斑點(diǎn)力不對稱 c）氣體從熔滴或熔池中析出 影響飛濺的因素 a）焊接方法， CO2焊大， MIG小 b）規(guī)范，例如 CO2焊 c）過渡形式 I 飛濺率 A B C （二）熔敷效率，熔敷系數(shù) 基本概念 熔敷效率： 過渡到焊縫中的焊絲金屬重量與熔 化的焊絲重量之比。 熔敷系數(shù)： 單位時(shí)間內(nèi)由單位電流熔敷到焊縫 中焊絲金屬重量 ?m 損失系數(shù)： 影響的因素： 1）焊接方法 SAW、 MIG、 MAG、 CO MMA依次減小。 2）焊接參數(shù) 特別是