焊接工程學(xué)(第一章)

1、焊接工程學(xué)焊接工程學(xué) Welding Engineering 焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用），用或不用填充材料，使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合而成為一體的連接方法。 早在公元3000年前，我國就有焊接的使用實例：在秦始皇陵中出土的銅車馬上就發(fā)現(xiàn)有煅焊和釬焊的焊縫。 焊接是一門古老而又新興的加工技術(shù)焊接是一門古老而又新興的加工技術(shù) 明代的科學(xué)著作天工開物上關(guān)于煅焊的記載：“凡鐵性逐節(jié)粘合，涂以黃泥于接口之上，入火揮槌，泥滓成枵而去，取其神氣為媒合，膠合之后，非灼紅斧斬永不可斷也”。 21世紀(jì)，焊接技術(shù)是機械制造工業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的一個重要組成部分。每年需進行

2、焊接加工使用的鋼材占鋼材總量的45%左右；在航空航天、核能利用、電子信息、海洋鉆探、現(xiàn)代電力、高層建筑等方面，都利用了現(xiàn)代焊接技術(shù)的先進成果。 奧運“鳥巢”奧運“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)是由無數(shù)根鋼管連接而成，其最大跨度為343米，高度達(dá)68米，相當(dāng)于20層樓高，整個重量達(dá)4.2萬噸，是世界上跨度最大的多面體鋼架結(jié)構(gòu)建筑。 北京奧運“鳥巢”最重要的建造工序就是焊接，其鋼結(jié)構(gòu)的焊接工序共有80余項施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，選用的是110毫米厚的Q460高強度鋼材，其焊縫總長達(dá)30多萬米，其中現(xiàn)場焊接焊縫長達(dá)6萬多米，僅進行可焊性實驗就用了5個月。水下焊接水下焊接焊接機器人焊接機器人課程主要內(nèi)容：電弧焊基礎(chǔ)知識；常見的焊

3、接方法；金屬焊接性基礎(chǔ)及常用工程材料的焊接；焊接結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)性能及斷裂、疲勞等基本理論。課程總成績的確定：期末考試：80%實驗報告：20%第一章 電弧焊基礎(chǔ)知識第一節(jié) 焊接電弧 一、焊接電弧的導(dǎo)電特點 電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，即當(dāng)兩電極之間存在電位差時，電荷通過兩極之間的氣體空間的一種導(dǎo)電現(xiàn)象。圖1 電弧示意圖 正常狀態(tài)下，氣體由中性分子或原子組成，不含帶電離子，在外電場作用下，不產(chǎn)生定向運動。 為使正常狀態(tài)下的氣體導(dǎo)電，必須首先產(chǎn)生帶電離子，氣體中的帶電離子在外電場的作用下，產(chǎn)生定向運動，導(dǎo)致氣體導(dǎo)電。 氣體導(dǎo)電時，電流與電壓的關(guān)系不遵循歐姆定律。 電弧放電區(qū)是氣體放電中電壓最低、電流最大

4、、溫度最高、發(fā)光最強的一個放電區(qū)域。圖2 氣體放電的伏安特性 電弧是由兩個電極和它們之間的氣體放電空間構(gòu)成,電弧的帶電粒子主要由氣體的電離和電極發(fā)射電子產(chǎn)生。 （一）氣體的電離 電離：在一定的條件下，中性氣體分子或原子分離成為電子和正離子的現(xiàn)象。 為了將氣體電離，就必須施加足夠的能量，使氣體分子或原子中的電子脫離原子核的束縛而成為自由電子，同時使原子成為正離子。使中性氣體粒子失去第一個電子所需要的最低外加能量稱為第一電離能，生成的正離子稱為一價正離子，這種電離稱為一次電離。 使中性氣體粒子失去第二個電子需要更大的電離能，稱為第二電離能。生成的正離子稱為二價正離子，這種電離稱為二次電離。等等。

5、普通電弧中當(dāng)焊接電流較小時，僅存在一次電離；在大電流焊接電弧中，電弧溫度很高，可能出現(xiàn)二次或三次電離，但仍以一次電離為主。 電離能的單位為電子伏(eV)，1電子伏就是1個電子通過1V電位差的空間所需要的能量。 通常情況下，分子狀態(tài)時的電離電壓比原子狀態(tài)時的電離電壓值要高。 氣體電離電壓的高低可以說明電子脫離原子或分子時所需要外加能量的大小，即在某種氣氛中產(chǎn)生帶電粒子的難易程度。相同的外加能量條件下，氣體的電離電壓越低，氣體產(chǎn)生帶電粒子就越容易。 當(dāng)電弧空間同時存在電離電壓不同的幾種氣體時，在外加能量的作用下，電離電壓較低的氣體粒子將首先被電離。如果這種低電離電壓氣體供應(yīng)充分，則電弧空間的帶電粒

6、子將主要依靠這種氣體的電離過程來提供，所需的外加能量也主要由這種氣體的電離電壓來決定。通常把這種決定電弧氣氛的電離電壓稱為實效電離電壓。 如：鐵的電離電壓為7.9V，比二氧化碳或氬的電離電壓(13.7V，15.7V)都低得多。因此，在鋼材的氣體保護焊時，如果焊接電流足夠大，電弧空間將充滿鐵的蒸氣，帶電粒子將主要由鐵蒸氣的電離過程來提供，電弧氣氛的電離電壓也將主要由鐵蒸氣的電離電壓來決定。 當(dāng)中性氣體粒子受外來能量作用，但能量不足以使電子完全脫離氣體原子或分子，而可能使電子從較低的能級轉(zhuǎn)移到較高的能級時，中性粒子內(nèi)部的穩(wěn)定狀態(tài)將被破壞，但對外仍呈電中性，這種狀態(tài)稱為激勵。使中性粒子激勵所需的最低

7、外加能量稱為最低激勵能。激勵能小于電離能，也用電壓值來表示，稱為激勵電壓。 粒子的激勵狀態(tài)是一種非穩(wěn)定狀態(tài)，它存在的時間十分短暫，一般為10-210-8S。 在粒子的激勵過程中，當(dāng)較高能級的激勵粒子不斷接受外來能量，達(dá)到或超過電離能時則會使其電離，否則將自己的能量以輻射能的形式釋放出來，而恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)； 低能級的激勵粒子也可能通過碰撞將能量傳遞給其他粒子而恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。 粒子的激勵過程是與電離過程和電弧特性密切相關(guān)的物理現(xiàn)象。 能量的傳遞途徑有兩種：碰撞傳遞和光輻射傳遞。 碰撞傳遞是借助于氣體粒子相互碰撞時進行能量轉(zhuǎn)移和傳遞的方式。彈性碰撞將引起粒子溫度變化，但不能產(chǎn)生電離過程；非彈

8、性碰撞不但能使被碰撞的粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，還會使中性氣體粒子電離并為電弧提供帶電粒子。 電弧空間氣體中被碰撞粒子質(zhì)量越小，撞擊粒子的質(zhì)量越大，被撞粒子獲得的能量就越大。由于電子的質(zhì)量大大小于氣體原子、分子或粒子的質(zhì)量，因而當(dāng)具有足夠動能的電子與中性粒子進行碰撞時，它的動能幾乎可以全部傳遞給中性粒子，轉(zhuǎn)換為中性粒子的內(nèi)能，使其電離。 中性氣體粒子也可以通過光輻射傳遞能量的方法直接接受外界所施加的能量，使其內(nèi)能增加，造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變而電離。 在實際的電弧過程中，通過氣體粒子間的碰撞將能量傳遞給中性粒子并使之電離，是電弧本身產(chǎn)生帶電粒子以維持其導(dǎo)電的主要途徑。而通過光輻射傳遞能量來產(chǎn)生帶電粒子則

9、是次要的。 電弧中氣體粒子的電離因外加能量的種類不同而分為三種：由于氣體粒子的熱運動發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的熱電離；帶電粒子在電場的作用下與中性粒子產(chǎn)生非彈性碰撞而產(chǎn)生的場電離；中性粒子由于光輻射的作用而產(chǎn)生的光電離。 隨著溫度的升高、電場強度的增大、光輻射的加強，氣體的電離度越高。 由于電弧的溫度一般為500030000K之間，電場強度為10V/cm左右，因此在弧柱區(qū)，由于熱電離產(chǎn)生帶電粒子是主要途徑，場電離是次要途徑，光電離作用最弱。 （二）電子發(fā)射 電子發(fā)射是電極表面的電子在外加能量的作用下沖破表面的束縛而飛到電弧空間的現(xiàn)象。從陰極發(fā)射出的電子將參與電弧的導(dǎo)電過程，并向弧柱提供所需要的電子流。

10、電子從金屬表面飛出所需要的最低外加能量稱為逸出功。逸出功（Ww）與逸出電壓（Uw）、電子電量（e(V)）的關(guān)系為：Ww=Uwe(V) 根據(jù)外加能量的不同，電子發(fā)射可分為熱發(fā)射、電場發(fā)射、光發(fā)射和粒子碰撞發(fā)射。 熱發(fā)射：金屬表面由于受熱將使其內(nèi)部的自由電子的熱運動加劇，當(dāng)自由電子的動能大于逸出功時，飛出金屬表面參加電弧的導(dǎo)電現(xiàn)象。 電場發(fā)射：當(dāng)金屬表面存在一定強度的正電場時，金屬內(nèi)部的電子會受到電場力的作用，當(dāng)電場力足夠大時電子飛出金屬表面的現(xiàn)象。 光發(fā)射：當(dāng)金屬表面受光能照射時，內(nèi)部自由電子沖破表面束縛而產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象。 碰撞發(fā)射：當(dāng)正離子撞擊陰極表面時，其動能將傳遞給陰極內(nèi)部的電子，從而

11、使其逸出金屬表面的發(fā)射過程。 在實際焊接電弧中，當(dāng)使用沸點高的材料（如W或C）作電極時，其陰極區(qū)的帶電粒子主要靠熱發(fā)射來提供，通常稱為熱陰極電?。?使用沸點很低的材料（如鋼、Cu、Al、Mg）作電極時，由于其沸點低，電極加熱溫度受沸點限制不可能很高，熱發(fā)射不能提供足夠的帶電粒子，此時電場發(fā)射起主要作用，這種電弧稱為冷陰極電弧。 （三）負(fù)離子的產(chǎn)生 在一定條件下，某些中性原子或分子吸附一個電子就會形成負(fù)離子。負(fù)離子是焊接電弧中除電子和正離子之外的另一種帶電離子。 中性粒子吸附電子形成負(fù)離子時，其內(nèi)部能量不是增加而是減少。減少的這部分能量稱為中性粒子的電子親和能，通常以熱能或光輻射的形式釋放出。

12、元素的電子親和力越大，越容易形成負(fù)離子。 二、焊接電弧的構(gòu)成及其導(dǎo)電特性 焊接電弧由三個不同電場強度的區(qū)域組成：陽極區(qū)、陰極區(qū)和弧柱區(qū)。 圖3 電弧各區(qū)的電壓分布 弧柱區(qū)電壓降Uc較小而長度較大，即電場強度較低； 陽極壓降UA和陰極壓降UK沿長度方向尺寸較小而電壓降較大，即電場強度較高。 （一）弧柱區(qū)的導(dǎo)電特性 由于弧柱氣體的導(dǎo)電是以熱電離為主，熱電離產(chǎn)生的帶電粒子在外加電場的作用下，正離子向陰極方向運動，電子向陽極方向運動而形成電流。這種受電場作用而形成的電子流和正離子流將由陽極區(qū)和陰極區(qū)產(chǎn)生相應(yīng)的正離子流和電子流予以補充，以保證弧柱帶電粒子的動態(tài)平衡。 弧柱整體呈電中性。電弧放電具有大電流

13、（可達(dá)上千安培）、低電壓（可為幾伏）的特點。 （二）陰極區(qū)的導(dǎo)電特性 陰極區(qū)的作用是向弧柱區(qū)提供所需要的電子流，并接受由弧柱區(qū)送來的正離子流。 根據(jù)陰極材料種類、電流大小以及電弧氣體介質(zhì)不同，陰極區(qū)的導(dǎo)電機構(gòu)可分為三種類型： （1）熱發(fā)射型陰極區(qū)導(dǎo)電機構(gòu) 當(dāng)陰極采用W、C等高熔點材料，電流較大時，此時陰極區(qū)可達(dá)到很高的溫度，弧柱所需要的電子流主要由陰極的熱發(fā)射來提供，此種類型的陰極區(qū)即為熱發(fā)射陰極區(qū)。 熱發(fā)射型陰極區(qū)導(dǎo)電機構(gòu)是大電流鎢極氬弧焊的主要導(dǎo)電機構(gòu)。 (2)電場發(fā)射型陰極區(qū)導(dǎo)電機構(gòu) 當(dāng)陰極材料為W、C但電流較小，或者陰極材料采用熔點較低的Fe、Al、Cu時,陰極表面的溫度受電流或材料沸

14、點的限制，不能產(chǎn)生較強的熱發(fā)射以供給所需的電子流。由于電子供應(yīng)不足，使得鄰近陰極區(qū)的弧柱處正負(fù)電荷的平衡首先受到破壞，造成過剩的正離子堆積，形成正電場。熱發(fā)射越弱，則正電場越強。在正電場的作用下，陰極產(chǎn)生電場發(fā)射，同時加速電子運動，在陰極區(qū)產(chǎn)生碰撞電離，共同向弧柱提供所要的電子流。這種形式的導(dǎo)電機構(gòu)稱為冷陰極導(dǎo)電機構(gòu)。 電場發(fā)射型陰極區(qū)導(dǎo)電機構(gòu)是熔化極電弧焊常見的導(dǎo)電機構(gòu)。 通常情況下，熱發(fā)射和電場發(fā)射兩種陰極導(dǎo)電機構(gòu)并存，并且根據(jù)電極材料、電流大小和氣體介質(zhì)不同而自動調(diào)節(jié)。 （3）等離子型陰極區(qū)導(dǎo)電機構(gòu) 當(dāng)陰極熱發(fā)射不足以提供所需要的電子時，在陰極前就會造成正電荷的堆積，并產(chǎn)生陰極壓降UK。

15、當(dāng)UK不能引起強烈的電子發(fā)射，也不足以使中性粒子產(chǎn)生碰撞電離時，此時正離子到達(dá)陰極與陰極發(fā)射的電子中和成為中性粒子，并攜帶中和時所放出的部分能量回彈到陰極區(qū)前聚集成為一個高溫區(qū)。該高溫區(qū)使中性粒子被再次加熱電離，生成的電子流向弧柱提供弧柱所需要的電子流，生成的正離子流向陰極形成正離子流。 (三)陽極區(qū)的導(dǎo)電特性 陽極區(qū)的作用是接受由弧柱流過的電子流和向弧柱提供所需要的正離子流。 由于陽極不能直接發(fā)射正離子，所以正離子只能由陽極區(qū)供給。 根據(jù)電弧電流密度的大小，陽極區(qū)可由兩種方式提供正離子： 當(dāng)電流密度較大時，陽極溫度很高，陽極材料發(fā)生蒸發(fā)，靠近陽極前面的空間有很高的溫度。當(dāng)電流密度增加到一定程

16、度時，聚集于此的金屬蒸氣將發(fā)生熱電離，生成的正離子流向弧柱，電子則流向陽極。如果電流足夠大，弧柱所需要的正離子可全部由熱電離提供。 當(dāng)電流較小時，陽極區(qū)熱電離不足，陽極前面電子數(shù)將大于正離子數(shù)，形成負(fù)的空間電場，產(chǎn)生陽極區(qū)壓降UA。當(dāng)UA達(dá)到一定程度時，會使弧柱來的電子加速運動，碰撞中性粒子而產(chǎn)生碰撞電離，向弧柱提供所需要的正離子。當(dāng)這種電離可以滿足弧柱所需的正離子數(shù)目時， UA不再繼續(xù)升高而保持穩(wěn)定。第二節(jié) 焊接電弧的能量平衡及電弧力 一、焊接電弧中的能量平衡 當(dāng)電弧的弧柱區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)的能量交換達(dá)到平衡時，電弧便處于穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)。 （一）弧柱區(qū)的能量平衡 單位時間內(nèi)弧柱區(qū)所產(chǎn)生的能量

17、，主要為通過弧柱電場而被加速的正離子和自由電子所獲得的動能，并借助于其間的碰撞以及中和作用轉(zhuǎn)變成熱能?；≈鶇^(qū)的產(chǎn)熱和熱損失將保持平衡。在熱損失的對流、傳導(dǎo)和輻射中，對流約占80以上，傳導(dǎo)與輻射占lO左右。 電流一定時，弧柱區(qū)的產(chǎn)熱量將隨熱損失量的大小通過自動改變弧柱電流強度E而自行調(diào)節(jié)。 一般而言，在電弧焊接過程中，弧柱的熱量不能直接作用于加熱焊條(絲)或母材，僅有很少一部分通過輻射傳給焊條和工件。只有在等離子弧焊接鎢極氬弧焊時，才會主要利用弧柱的熱量來加熱工件。 (二)陰極區(qū)的能量平衡 陰極區(qū)是由電子與正離子兩種帶電粒子構(gòu)成。在能量的交換過程中，陰極區(qū)獲得的能量，由被陰極壓降UK加速的正離子

18、動能、正離子到達(dá)陰極表面取出等量的電子并與之中和而放出的電離能和由陰極發(fā)射的電子經(jīng)陰極壓降加速后在陰極區(qū)和弧柱區(qū)交界面上釋放的動能等組成，即IUK。 單位時間內(nèi)陰極區(qū)消耗的能量由陰極發(fā)射電子所需要的能量（IUW）、產(chǎn)生熱電離所需要的能量以及陰極發(fā)射的電子和電離產(chǎn)生的電子進入弧柱區(qū)所帶走的熱量（IUT）組成，即I(UW+UT)。 單位時間內(nèi)陰極區(qū)產(chǎn)熱量PK即為獲得的能量與消耗的能量之差。即： PK = I（UKUWUT ) 陰極區(qū)的產(chǎn)熱量PK 在焊接過程中可直接用來加熱焊絲(條)或工件。 (三)陽極區(qū)的能量平衡 單位時間內(nèi)陽極接受電子時可獲得三部分能量：經(jīng)陽極壓降UA加速獲得的動能IUA、電子從

19、陰極帶出的逸出功IUW、從弧柱帶來的與弧柱溫度相應(yīng)的熱能IUT。 單位時間內(nèi)陽極區(qū)的總能量PA表示為： PA = I（UA+UW+UT ) 在焊接過程中，陽極區(qū)的產(chǎn)熱量可用來直接加熱焊絲(條)或工件。二、電弧的能量密度和溫度分布 單位面積上的熱功率稱為能量密度。氣焊火焰的能量密度為110Wcm2，而電弧的能量密度則可達(dá)到102104W cm2 。 在相同產(chǎn)熱量的情況下，如果材料沸點低，導(dǎo)熱性好。電極的幾何尺寸大，則該極區(qū)溫度低；反之，則該極區(qū)溫度高。 陰極區(qū)和陽極區(qū)的能量密度高于弧柱區(qū)的能量密度。溫度的軸向分布不與能量密度分布相對應(yīng)。弧柱溫度較高，兩電極溫度較低。圖4 電弧各區(qū)的溫度、電流密度

20、、能量密度的軸向分布 三、電弧的主要作用力 1、磁收縮力 在兩根相鄰的導(dǎo)線中若通同向電流時會產(chǎn)生相互引力，從而產(chǎn)生收縮傾向。 實際的焊接電弧在電磁收縮力的作用下，徑向壓力將使電弧產(chǎn)生收縮，其形狀是一個斷面直徑變化的圓錐體?？拷附z(條)的斷面直徑較小，連接工件的導(dǎo)電斷面直徑較大，軸向壓力將因直徑不同而產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生由焊絲(條)指向工件的向下推力，即電弧的電磁靜壓力。圖5 焊接電弧的電磁力作用圖6 電磁靜壓力對熔池形狀的影響 2、等離子流力 電磁收縮力引起的軸向推力使靠近焊條(絲)端部處的高溫氣體向工件方向流動，將引起焊絲(條)上方的氣體以一定的速度連續(xù)進入電弧區(qū)。這些新進入電弧的氣體被加

21、熱電離后受軸向推力的作用不斷沖向工件，對熔池形成附加壓力。這種高溫電離氣體(產(chǎn)生等量的電子和正離子)高速流動時所形成的力稱為等離子流力。等離子流力又稱為電磁動壓力，其流速可達(dá)每秒鐘數(shù)百米。圖7 電磁動壓力對熔池形狀的影響圖8 電弧中等離子流形成示意圖 3、斑點力 斑點是陰極發(fā)射電子或陽極導(dǎo)入電子的導(dǎo)電點，斑點力又稱極點力或極點壓力，是電弧施加在電極上的作用力，即陽極受到電子的撞擊，陰極受到正離子的撞擊。 由于電磁收縮力垂直于電流流線，因此在斑點處將產(chǎn)生向上的電磁收縮力，阻礙熔滴的過渡。圖9 斑點壓力示意圖 四、電弧的極性及其選擇 電弧的兩極與焊接電源的聯(lián)接方式即為電弧的極性。 交流電弧焊接時電

22、源極性交替變化，電弧的兩極可與電源兩接線柱任意聯(lián)接； 直流電弧焊接時，電源兩極固定，電弧兩極可以有兩種方式與電源兩極相連接：若焊件與焊機的正極相連接，焊條或焊絲與負(fù)極相連，稱為正接法或正極性；反之，則為反接法或反極性。圖10 直流電弧焊的極性接法第三節(jié) 磁場對電弧的作用 電弧是一種氣態(tài)導(dǎo)體，正負(fù)電荷向一定的方向運動就會形成電流。電流周圍的磁場會對電流產(chǎn)生一定的作用力。 電弧周圍的磁場有兩種：電流本身所產(chǎn)生的自身磁場；外加磁場。圖11 電弧周圍的磁場 一、電弧的挺度 電弧的挺度是電弧抵抗外界機械干擾，力求保持沿焊絲(條)軸向運動的性能。當(dāng)電流通過電弧空間時，帶電粒子的流動有盡量朝電弧中心方向集中

23、的傾向。圖12 電弧自身磁場的作用 當(dāng)電弧受風(fēng)等某種機械作用欲使電弧偏離焊絲軸向時，自身磁場則有抵抗這種干擾的能力，使電弧盡量保持在焊絲的軸線方向上。由于電弧具有這種剛直性，所以當(dāng)焊絲(條)與工件有一定傾角時，電弧仍將保持軸線方向。一般情況下，電流越大，電弧的挺度也越大。圖13 電弧的挺度表現(xiàn) 二、電弧的磁偏吹 在實際的焊接過程中，由于種種原因，使焊絲(條)軸線周圍的磁力線分布不均勻，造成電弧偏離焊絲(條)軸線方向，這種現(xiàn)象稱為磁偏吹。 電弧磁偏吹使焊接電弧失去剛直性，造成電弧飄擺不穩(wěn)定，甚至?xí)闺娀∠?；容易使熔滴過渡不規(guī)則，引起未焊透、夾渣等缺陷；易破壞電弧周圍的保護氣氛，混入有害氣體，影

24、響焊縫的內(nèi)在質(zhì)量。 、導(dǎo)線位置引起的磁偏吹 如下圖，電弧左側(cè)的磁力線密度較大，使兩側(cè)磁力線分布失去對稱性，從而產(chǎn)生了從磁力線密度較大的一方指向磁力線密度較小一方的橫向推力，造成電弧偏離焊絲(條)軸線。圖14 導(dǎo)線連接產(chǎn)生的磁偏吹 、電弧附近鐵磁體引起的磁偏吹 當(dāng)電弧一側(cè)有鋼板等良導(dǎo)磁體時，較多的磁力線將集中到鋼板上，使該側(cè)空間的磁力線密度顯著降低，破壞了空間磁力線分布的均勻性，使電弧將偏離軸線而趨向鋼板。圖15 鐵磁物質(zhì)導(dǎo)致的磁偏吹 為了實現(xiàn)對電弧的良好控制，減少磁偏吹帶來的不利影響，在實際操作中可以人為地在電弧周圍加上某種磁場。 通常有三種施加磁場的方式：外加橫向磁場、外加縱向同軸磁場、外加

25、尖角形磁場。第四節(jié) 焊絲的熔化及熔滴過渡 一、焊絲的加熱與熔化的能量 焊絲加熱熔化的能量主要由單位時間內(nèi)陰極區(qū)（正接）或陽極區(qū)（反接）所產(chǎn)生的熱量組成。 單位時間內(nèi)陽極區(qū)的產(chǎn)熱量： PA = I（UA+UW+UT ) 單位時間內(nèi)陰極區(qū)的產(chǎn)熱量： PK = I（UKUWUT ) 通常情況下，弧柱的平均溫度為6000K左右，UT1，陽極區(qū)壓降UA一般很小，故可簡化為： PA = IUW PK = I（UKUW ) 在細(xì)絲熔化極電弧焊及埋弧焊等情況下， UK UW，故PKPA 。即在使用同一材料和同一電流的情況下，焊絲為陰極（正極性）時的產(chǎn)熱量將比焊絲為陽極（反極性）時大。 焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點到電

26、弧端頭的一段焊絲上（即焊絲的伸出長度Ls）有電流流過，將產(chǎn)生電阻熱，其電功率為：PR=I2Rs 綜合電弧熱和電阻熱，用于加熱和熔化焊絲的總能量為：Pm=I ( Um+IRs )圖16 焊絲伸出長度的電阻熱示意圖 二、焊絲的熔化速度及熔化系數(shù) 焊絲的熔化速度Vm通常用單位時間內(nèi)焊絲的熔化長度(m/h或m/min)或熔化重量(kg/h)表示；熔化系數(shù)或比熔化速度m是指每安培焊接電流在單位時間內(nèi)所熔化的焊絲重量（g/A-1h-1）。 焊接電流對熔化速度的影響： 由于PmIUm，故焊接電流與熔化速度幾乎呈直線關(guān)系。圖17 鋁焊絲熔化速度與電流的關(guān)系 電流極性對焊絲熔化速度的影響： 當(dāng)冷陰極材料為鋼焊絲時，由于Uk Uw，故PkPA。因此，焊絲為陰極（正接）時的熔化速度大于焊絲為陽極（反接）時的熔化速度。 三、熔滴過渡 在電弧熱的作用下，焊絲末端加熱熔化形成熔滴，并在各種力的作用下脫離焊絲進入熔池的現(xiàn)象，稱為熔滴過渡。 焊絲末端的金屬熔滴通常受到自身重力、表面張力、電磁