電弧物理與現(xiàn)代弧焊方法--熔滴過(guò)渡

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1、電弧物理與現(xiàn)代弧焊方法南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系王克鴻13951698524wkh1602@126.com1.9電極斑點(diǎn)1.9.1陰極斑點(diǎn)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(diǎn)導(dǎo)電；陰極斑點(diǎn)---電弧放電時(shí)，負(fù)電極表面上集中發(fā)射電子的光亮極小區(qū)域。1.9.2陽(yáng)極斑點(diǎn)陽(yáng)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(yáng)極收束產(chǎn)生電離、陽(yáng)極前面的局部區(qū)域電離；陽(yáng)極斑點(diǎn)---電弧放電時(shí)，正電極表面上接收發(fā)射電子的光亮微小區(qū)域。2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.1焊絲的熔化焊絲的作用---一是作為電極；二是作為填充金屬。焊接過(guò)程中，焊絲不斷地被電弧加熱、熔化，形成熔

2、池并向熔池過(guò)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(dāng)其去面狀態(tài)不同，對(duì)焊絲的熔化速度也有著不同的影響。當(dāng)采用DCEP(焊絲接正極)時(shí)，熔化速度變化不大，但當(dāng)采用DCEN(焊絲按負(fù)極)時(shí)，對(duì)焊絲熔化速度有極大的影響。2.焊絲熔化和熔滴過(guò)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(hù)介質(zhì)的成分、熔滴過(guò)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(yáng)極區(qū)(EP)所產(chǎn)生的熱量。

3、陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的產(chǎn)熱可用下式計(jì)算：PA=Ia×UwPc=Ia×（Uc-Uw）2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡焊絲伸出長(zhǎng)度部分的電阻熱的影響也很大；所謂焊絲伸出長(zhǎng)度是指從焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點(diǎn)到電弧端頭的這段焊絲的長(zhǎng)度；細(xì)絲氣體保護(hù)焊焊接時(shí)，焊絲伸出長(zhǎng)度部分通過(guò)較大的電流，并產(chǎn)生較大的電阻熱，其值可用下式計(jì)算：2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡熔化焊絲的熱量來(lái)源Pm，主要是電弧的近電極區(qū)產(chǎn)熱及焊絲伸出長(zhǎng)度部分產(chǎn)生的電阻熱；該熱量用來(lái)加熱與熔化焊絲，在穩(wěn)定的焊接過(guò)程中，當(dāng)弧長(zhǎng)保持一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)提供給焊絲的熱

4、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（單位時(shí)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(shí)的平均溫度；H---熔化金屬的潛熱；Pm=Qm×J；J---熱功當(dāng)量4.2J/calIa（Um+IaRs）=vm×（CTf+H）vm=[（Um+IaRs）/（CTf+H）J]×Ia2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡vm=[(Um+IaRs)/(CTf+H)J]×Ia設(shè)am=(Um+IaRs)/(CTf+H)J-----熔化系數(shù)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位電流時(shí)熔化焊絲金屬的量；熔化系數(shù)與焊接材料、焊接電流

5、極性及焊接參數(shù)有關(guān)。從大(粗)滴過(guò)渡轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞鬟^(guò)渡時(shí)，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(xì)化而提高，而熔化系數(shù)卻降低;值得拄意的是當(dāng)熔滴過(guò)渡形式一定時(shí)，熔化系數(shù)也不變;對(duì)于直徑1.6mm的鋁焊絲，當(dāng)焊絲伸出長(zhǎng)度為10—15mm的情況下，大滴過(guò)渡時(shí)熔滴的溫度較低，而在射流過(guò)渡時(shí)熔滴的溫度較高，其最高溫度可達(dá)22600C(其沸點(diǎn)為24500C)。這就是圖3-5中熔化速度階躍變化的原因;★鋼焊絲卻較為復(fù)雜，從大滴過(guò)渡到射流過(guò)渡轉(zhuǎn)變時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)駝峰，隨著焊接電流的增加，熔滴的溫度也增加，而在射流過(guò)渡時(shí)，隨著焊接電流的增加，熔滴溫度卻減小，這時(shí)熔滴的最高溫度為

6、21300C，而最低溫度為15700C(鋼的沸點(diǎn)為28480C，熔點(diǎn)為15300C)，可見(jiàn)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(shí)間所決定的；根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果和氣體成分對(duì)熔漓過(guò)渡形式的影響規(guī)律，也就比較容易認(rèn)識(shí)圖3-4中的曲線關(guān)系了。2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.焊絲熔化和熔滴過(guò)渡2.2熔滴過(guò)渡分類(lèi)----電弧焊時(shí)，從焊絲端頭形成的，并向熔池過(guò)渡的滴狀液態(tài)金屬。自由過(guò)渡：粗滴過(guò)渡、噴射過(guò)渡、爆炸過(guò)渡；粗滴過(guò)渡：下垂滴狀過(guò)渡、排斥滴狀過(guò)渡噴射過(guò)渡：射滴、射流和旋轉(zhuǎn)射流接觸過(guò)渡：短路過(guò)渡、搭橋過(guò)渡；渣壁過(guò)渡：渣壁過(guò)渡、沿藥皮壁過(guò)渡2.3熔滴

7、過(guò)渡2.3.1短路過(guò)渡當(dāng)焊接電流較小，電弧電壓較低時(shí)，此時(shí)弧長(zhǎng)很短，熔滴直徑比弧長(zhǎng)大，焊接過(guò)程中焊絲端部的熔滴周期性地與熔池短路接觸，由于強(qiáng)烈過(guò)熱和磁收縮的作用使其爆斷，直接向熔池過(guò)渡的形式叫短路過(guò)渡。短路過(guò)渡短路過(guò)渡過(guò)程與飛濺電爆-飛濺理論：短路過(guò)程中，液態(tài)金屬橋被電磁力壓縮形成縮頸隨縮頸的變細(xì)，電磁力加大，最終液態(tài)縮頸發(fā)生爆炸過(guò)渡，由此產(chǎn)生飛濺。-----認(rèn)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)。波形控制焊機(jī)---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(lèi)似于疊加了一個(gè)負(fù)脈沖。改善