4.2.1-4.2.5-金屬連接成形new幻燈片

第4章金屬連接成形1本課程“金屬連接成形”部分(限于課時要求)在概要闡述焊接技術(shù)特點(diǎn)和范疇的基礎(chǔ)上，主要介紹工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的金屬連接方法——電弧焊接。關(guān)于“電弧焊接”電弧焊是應(yīng)用最為廣泛的金屬焊接方法

熔化極電弧焊和非熔化極電弧焊交流電弧焊、直流電弧焊、脈沖電弧焊直流正接和直流反接234焊接電弧的物理

本質(zhì)和特性焊接電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。在一定條件下電荷（帶電粒子）通過兩電極之間氣體空間的導(dǎo)電過程。為維持電弧燃燒，必須不斷輸送電能給電弧。在焊接電弧燃燒過程中，呈現(xiàn)出電壓低、電流大、溫度高、發(fā)光強(qiáng)的特點(diǎn)。57氣體導(dǎo)電時的電流電壓關(guān)系電弧放電過程電壓低、電流大、溫度高、發(fā)光強(qiáng)借助這個過程，電能被轉(zhuǎn)換成為熱能、機(jī)械能和光能問題

焊接電弧中的帶電粒

子是怎樣產(chǎn)生的？8帶電粒子的產(chǎn)生途徑正常狀態(tài)下的氣體是由中性分子或原子所組成，不含有帶電粒子。電弧空間的中性氣體分子或原子的電離電極的電子發(fā)射

同時還伴隨著一些其它過程：解離、激發(fā)、擴(kuò)散、復(fù)合、負(fù)離子產(chǎn)生等9氣體粒子的電離在一定條件下中性氣體分子或原子分離成正離子和電子的現(xiàn)象稱為電離。焊接電弧中氣體粒子的電離方式包括：熱電離、電場作用下的電離、光電離。電離能、電離電壓10電極的電子發(fā)射電弧放電過程中，電極表面接受一定外加能量作用時，其電子可能沖破金屬電極表面的約束而飛到電弧空間。電子發(fā)射的主要方式包括：熱發(fā)射和電場發(fā)射等。金屬及其氧化物的逸出功1112焊接電弧空間區(qū)域組成陰極區(qū)弧柱區(qū)陽極區(qū)陰極斑點(diǎn)陽極斑點(diǎn)關(guān)于“陰極斑點(diǎn)”當(dāng)陰極材料熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低、導(dǎo)熱性很強(qiáng)時，即使陰極溫度達(dá)到材料的沸點(diǎn)，此溫度也不足以通過熱發(fā)射產(chǎn)生足夠數(shù)量的電子，陰極將進(jìn)一步自動縮小其導(dǎo)電面積，直至陰極導(dǎo)電面積前面形成密度很大的正離子空間電荷和很大的陰極壓降，足以產(chǎn)生較強(qiáng)的電場發(fā)射，補(bǔ)充熱發(fā)射的不足，向弧柱提供足夠的電子流。此時陰極將形成面積更小、電流密度更大（達(dá)5×105—107A/cm2）的斑點(diǎn)來導(dǎo)通電流，這種導(dǎo)電斑點(diǎn)稱陰極斑點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)上述現(xiàn)象。13關(guān)于“陰極斑點(diǎn)”用高熔點(diǎn)材料（C、W等）作陰極時，只有在電流很小、陰極溫度很低的情況下，才可能產(chǎn)生這種陰極斑點(diǎn)。而當(dāng)用低熔點(diǎn)材料（Al、Cu、Fe等）作陰極時，大小電流時均屬會產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)。陰極表面將由許多分離的斑點(diǎn)組成陰極斑點(diǎn)區(qū)。這些斑點(diǎn)在陰極斑點(diǎn)區(qū)以很高的速度跳動，自動選擇有利于場發(fā)射和熱發(fā)射條件的點(diǎn)。電弧通過這些點(diǎn)提供電子時，陰極消耗的能量最低。14關(guān)于“陰極斑點(diǎn)”由于陰極斑點(diǎn)電流密度很高，又受到大量正離子的撞擊，斑點(diǎn)上將積聚大量的熱能，溫度很高甚至達(dá)到材料的沸點(diǎn)，從陰極班點(diǎn)產(chǎn)生大量的金屬蒸氣以一定速度射出。這種金屬蒸氣流的反作用力及正離子對陰極的撞擊力，對斑點(diǎn)產(chǎn)生一定的壓力，稱為陰極斑點(diǎn)壓力。在“直流正接（DCSP）型”熔化極焊接時，工件為陽極，焊絲或焊條為陰極，這種斑點(diǎn)壓力對熔滴過渡將起阻礙作用。15關(guān)于“陰極斑點(diǎn)”陰極表面上熱發(fā)射性能較強(qiáng)的物質(zhì)有吸引電弧的作用，陰極斑點(diǎn)有自動跳向溫度高、熱發(fā)射性強(qiáng)物質(zhì)上的性能。如果金屬表面有低逸出功的氧化膜存在時，陰極斑點(diǎn)有自動尋找氧化膜的傾向。鋁合金焊接時去除氧化膜作用，就是由陰極斑點(diǎn)的這種特性決定的。16關(guān)于“陽極斑點(diǎn)”當(dāng)采用低熔點(diǎn)材料（Fe、Cu、Al等）作為陽極，一旦陽極表面某處有熔化和蒸發(fā)現(xiàn)象產(chǎn)生時，由于金屬蒸氣的電離能大大低于一般氣體的電離能，在有金屬蒸氣存在的地方，更容易產(chǎn)生熱電離而提供正離子流，電子流更容易從這里進(jìn)入陽極，陽極上的導(dǎo)電區(qū)將在這里集中而形成陽極斑點(diǎn)。陽極斑點(diǎn)電流密度的數(shù)量級一般102～103A/cm2。17關(guān)于“陽極斑點(diǎn)”低熔點(diǎn)陽極材料形成陽極斑點(diǎn)的條件，首先是該點(diǎn)有金屬的蒸發(fā)，其次是電弧通過該點(diǎn)時弧柱消耗能量較低。當(dāng)金屬表面覆蓋氧化膜時，與陰極斑點(diǎn)的情況相反，陽極斑點(diǎn)有自動尋找純金屬表面而避開氧化膜的傾向。因?yàn)榇蠖鄶?shù)金屬氧化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)皆高于純金屬，且金屬氧化物的電離電壓較高。18關(guān)于“陽極斑點(diǎn)”由于陽極斑點(diǎn)往往伴隨著金屬的蒸發(fā)，蒸氣的反作用力對陽極表現(xiàn)為壓力，因此一旦形成陽極斑點(diǎn)。也就產(chǎn)生斑點(diǎn)壓力。但由于陽極斑點(diǎn)的電流密度比陰極小，所以通常陽極斑點(diǎn)壓力比陰極斑點(diǎn)壓力小。熔化極焊接時，工件為陰極，焊絲為陽極，阻止熔滴過渡的作用力較小，這是MIG焊接多采用直流反接的原因之一。19焊接電弧最小電壓原理在給定電流和周圍條件的一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時，其導(dǎo)電區(qū)的半徑（或溫度），應(yīng)使電弧電場強(qiáng)度具有最小的數(shù)值。就是說電弧具有保持最小能量消耗的特性。這已為理論推導(dǎo)及許多實(shí)際現(xiàn)象所證明。最小電壓原理也決定著電弧其它區(qū)域（陰極區(qū)、陽極區(qū)）的E、溫度及導(dǎo)電端面的自行調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到在一定條件下向外界散失熱量最小。20焊接電弧最小電壓原理利用最小電壓原理可以解釋電弧過程中的許多現(xiàn)象。例如當(dāng)電弧被周圍介質(zhì)強(qiáng)迫冷卻時，因周圍環(huán)境從電弧取走更多熱量，要求電弧產(chǎn)生更多熱量來補(bǔ)償。按最小電壓原理，電弧要自動縮小斷面，減少散熱，使之與外界散熱相平衡。但斷面又不能收縮得過小，否則電流密度大而使E增加太多，電弧自動調(diào)整可使E增加到最小數(shù)值。2122問題如何“引燃”焊接電弧？23接觸引弧可能是現(xiàn)有方法中最簡單的：將鎢電極與被焊工件接觸然后快速回抽。鎢電極在與工件接觸過程中，電源正負(fù)兩極間被短路并產(chǎn)生短路電流，鎢電極通過接觸電阻被加熱，被加熱的電極快速回抽過程中建立了初始電弧。在電極：與工件脫離的瞬間，電極與工件間的間隙內(nèi)會存在金屬蒸汽，形成了很短的電弧。這一非常短的電弧幫助接觸引弧過程得以完成。接觸引弧的有效性很大程度上取決于操作者的技能。但不論操作者技能如何，接觸引弧都會對鎢電極產(chǎn)生污染，而這不可避免地會影響電極的使用性能及焊接哈氏合金管質(zhì)量。24用高電壓擊穿間隙使電弧引燃交流焊接電弧的特點(diǎn)251、電弧周期性的熄滅和引燃；2、電弧電壓和電流發(fā)生畸變；3、熱慣性作用明顯。264.焊接電弧的靜特性焊接電弧靜態(tài)伏安特性是指在一定弧長的穩(wěn)定狀態(tài)下電弧電壓與電流的關(guān)系。焊接電弧靜特性曲線當(dāng)電流較小時（A區(qū)），電壓隨著電流的增加而減小；當(dāng)電流較大時（B區(qū)），電壓幾乎不變，電弧呈平特性；當(dāng)電流更大時（C區(qū)），電壓隨電流的增加而增高，電弧呈上升特性。27弧長對焊接電弧靜特性的影響28不銹鋼TIG焊時弧壓與弧長的關(guān)系（I=100A）29焊接電弧的動特性30焊接電弧動態(tài)伏安特性是指對于一定長度的電弧，當(dāng)電流快速連續(xù)變化時，電弧電壓和電流瞬態(tài)值之間的關(guān)系。31焊接電弧動特性曲線問題何謂“弧焊電源”？為何需要弧焊電源？3233

將電網(wǎng)電能進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換并提供給焊接電弧的系統(tǒng)裝置稱為弧焊電源。

1)弧焊電源外特性在穩(wěn)定狀態(tài)下，其輸出電壓與輸出電流的關(guān)系曲線稱為弧焊電源外特性。常見的有（恒壓）平特性和下降特性兩大類，下降外特性又分為緩降、陡降、垂直陡降（恒流）特性。4.2.2弧焊電源基礎(chǔ)知識燃弧過程對弧焊電源的要求“焊接電弧——弧焊電源”系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件：tgαa?tgαp>0即：在電弧靜特性與電源外特性曲線交點(diǎn)處，前者斜率大于后者。這是“電弧——電源”系統(tǒng)穩(wěn)定工作的條件，也是確定弧焊電源外特性形狀的依據(jù)。34“焊接電弧——弧焊電源”系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件燃弧過程對弧焊電源的要求弧焊電源的空載電壓弧焊電源的短路電流弧焊電源的靜態(tài)特性弧焊電源的動態(tài)品質(zhì)3536整流二極管、功率三極管、普通相控型可控硅快速晶閘管、GTO、GTR、MOSFET、IGBT、IPM、MCT、高壓IC……等現(xiàn)代電力電子技術(shù)（PowerElectronics）發(fā)展推動了焊接設(shè)備特別是弧焊電源的進(jìn)步直流弧焊電源發(fā)展歷程旋轉(zhuǎn)式直流弧焊發(fā)電機(jī)硅整流、可控硅整流弧焊電源晶體管模擬式、開關(guān)式弧焊電源晶閘管、MOSFET、IGBT逆變式弧焊電源37384.2.3焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理

焊接電源輸出的電能通過電弧轉(zhuǎn)換為熱能具有不同導(dǎo)電機(jī)理的電弧弧柱、陰極區(qū)、陽極區(qū)，其產(chǎn)熱機(jī)理也不相同1）弧柱產(chǎn)熱機(jī)理弧柱空間的電子在電場作用下定向運(yùn)動，不斷地與正離子或中性粒子碰撞，其散亂運(yùn)動的動能就是電子的熱能。39

在弧柱中，外加電場能量大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋挝换≈L度的電能為IE，其值就代表了弧柱產(chǎn)熱能量的大小?；≈a(chǎn)熱能量與熱損失相平衡?；≈臒崮軐α髡?0%以上，傳導(dǎo)和輻射約為10%左右。一般電弧焊接過程中，弧柱的熱量中只能有很少一部分通過輻射傳給焊條（絲）和工件。當(dāng)電流較大而有等離子流產(chǎn)生時，等離子流將把弧柱的一部分熱量帶到工件。402）陰極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理在陰極區(qū)，電子在陰極壓降的作用下逸出陰極并受到加速作用，獲得的總能量為IUK。電子從陰極表面逸出時，克服陰極表面的束縛而消耗能量為IUω。電子流離開陰極區(qū)進(jìn)入弧柱區(qū)時，它具有與弧柱溫度相應(yīng)的熱能，電子流離開陰極區(qū)帶走的這部分能量為IUT。根據(jù)上述分析，電子流離開陰極區(qū)時能量平衡為：

PK=I（UK

–Uω

–UT）陰極區(qū)產(chǎn)熱主要用于加熱陰極和陰極區(qū)的散熱損失。焊接過程中直接加熱焊條（絲）或工件的熱量主要由此提供。陰極區(qū)的熱量直接影響焊絲熔化或焊縫熔深。413）陽極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理電子到達(dá)陽極時將帶給陽極三部分能量：電子經(jīng)陽極壓降區(qū)被UA加速而獲得的動能IUA，電子發(fā)射時在陰極吸收的逸出功又供給陽極IUω，從弧柱帶來的與弧柱溫度相對應(yīng)的熱能IUT

。因此陽極區(qū)的能量平衡為：

PA=I（UA+Uω+UT）陽極產(chǎn)生的熱量主要用于陽極的加熱、熔化和散熱損失。這也是焊接過程中可以直接利用的能量。425）焊接電弧的溫度分布沿焊接電弧軸向的溫度分布情況為：弧柱的溫度較高，兩個電極上溫度較低。這是因?yàn)殡姌O溫度的升高受到電極材料導(dǎo)熱性能、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)限制的結(jié)果。一般情況下，陽極的溫度高于陰極的溫度，而陰極與陽極的溫度低于電極材料的沸點(diǎn)43鎢和銅電極之間的電弧縱斷面等溫線44

焊接電流大小直接改變弧柱的能量密度，從而影響弧柱溫度的高低。焊接電流增大，弧柱溫度增加。在常壓下，當(dāng)電流由1—1000A變化時，弧柱溫度可在5000—30000K變化。電弧空間的溫度，還受金屬蒸氣成分的影響。焊條藥皮中含有易電離的K、Na等穩(wěn)弧劑，電弧中有K、Na蒸氣，電弧電離度增加，弧柱場強(qiáng)較低，其溫度亦降低。當(dāng)電弧周圍有高速氣體流動時，如等離子弧，由于氣流的冷卻作用，使弧柱電場強(qiáng)度提高，溫度上升。電弧周圍氣氛是多原子氣體時，如CO2、O2、N2、H2、H2O等，由于氣體解離吸熱，也會使電弧溫度升高。454.2.4焊接電弧作用力在焊接過程中，電弧不僅是個熱源，而且也是一個力源。電弧產(chǎn)生的機(jī)械作用力與焊縫熔深、熔池攪拌、熔滴過渡、焊縫成形等都有直接關(guān)系。如果對電弧力控制不當(dāng)，則會破壞焊接過程，使焊絲金屬不能過渡到熔池而形成飛濺，甚至形成焊瘤、咬肉、燒穿等缺陷。461.主要的焊接電弧的作用力當(dāng)電流在一個導(dǎo)體中流過時，整個電流可看成是由許多平行的電流線組成，這些電流線間將產(chǎn)主相互吸引力，斷面有收縮的傾向。如果導(dǎo)體是固態(tài)，此收縮力不能改變導(dǎo)體外形。如果導(dǎo)體是可以自由變形的液態(tài)或氣態(tài)，導(dǎo)體將產(chǎn)生收縮。這種現(xiàn)象稱為電磁收縮效應(yīng)，由此而產(chǎn)生——電磁收縮力。實(shí)際焊接電弧是斷面直徑變化的近似圓錐狀的氣態(tài)導(dǎo)體。因?yàn)楹笚l直徑限制了導(dǎo)電區(qū)的擴(kuò)展，而在工件上電弧可以擴(kuò)展得比較寬，所以接近焊條端電弧斷面直徑小，而接近工件端弧斷面直徑較大。直徑不同引起壓力差，從而產(chǎn)生由焊條指向工件的推力，被稱為電弧的電磁靜壓力。47

焊接電弧呈錐形，使電磁收縮力在電弧各處分布是不均勻的，具有一定的壓力梯度，靠近焊絲處的壓力大，靠近工件處的壓力小，形成沿軸線的推力。電弧中的壓力差將使靠近焊條處的高溫氣體向工件方向流動，高溫氣體流動時要求從焊絲上方補(bǔ)充新的氣體，形成有一定速度的連續(xù)氣流進(jìn)入電弧區(qū)。新加入的氣體被加熱和部分電離后，受推力作用繼續(xù)沖向工件，對熔池形成附加的壓力。在電弧中，由于電弧推力引起高溫氣流的運(yùn)動所形成——等離子流力。熔池受到的這部分附加壓力是由物質(zhì)的高速運(yùn)動（等離子體流動）引起的，所以稱為電弧的電磁動壓力48斑點(diǎn)壓力——當(dāng)電極上形成斑點(diǎn)時，將受到壓力作用，包括：（1）陽極受電子的撞擊，陰極受正離子的撞擊。因正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，同時陰極壓降一般又大于陽極壓降，所以陰極斑點(diǎn)壓力通常較大，陽極斑點(diǎn)壓力較小。（2）當(dāng)電極上形成熔滴并出現(xiàn)斑點(diǎn)時，熔滴和電弧空間的電流線都在斑點(diǎn)處集中，電磁力的合力方向是由小斷面指向大斷面，所以斑點(diǎn)處將受到向上的電磁收縮力，阻礙熔滴下落。通常陰極斑點(diǎn)收縮程度大，受力亦較大。（3）由于斑點(diǎn)上電流密度及局部溫度很高，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的蒸發(fā)，使金屬蒸氣以一定速度由斑點(diǎn)發(fā)射出來，它將施加給斑點(diǎn)一定的反作用力。由于陰極斑點(diǎn)的電流密度比陽極斑點(diǎn)的高，發(fā)射要更強(qiáng)烈，因此受力更大。49

焊接過程中出現(xiàn)熔滴短路，電弧瞬時熄滅。當(dāng)短路電流很大時，短路金屬液柱中電流密度很高，在金屬液柱內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁收縮力，使縮頸變細(xì)。電阻熱使金屬液柱小橋溫度急劇升高，使液柱汽化爆斷，此爆破力可能使液體金屬形成飛濺。液柱爆斷后電弧重新點(diǎn)燃，電弧空間的氣體突然受高溫加熱而膨脹，局部壓力驟然升高，對熔池和焊絲端頭的液態(tài)金屬會形成較大的沖擊力，嚴(yán)重時也會造成飛濺。50

用富氬氣體保護(hù)以射流過渡焊接時，熔化金屬形成連續(xù)細(xì)滴沿焊絲軸向射至熔池。這些熔滴在等離子流力作用下，以很高的加速度（可達(dá)重力加速度的50倍以上）沖向熔池，到達(dá)熔池時其速度可達(dá)每秒幾百米。盡管每個熔滴重量僅幾十毫克，但這些細(xì)滴具有很大的動能，形成細(xì)熔滴對熔池的沖擊力。512.電弧力的影響因素（1）氣體介質(zhì)導(dǎo)熱性強(qiáng)或多原子氣體皆能引起弧柱收縮，導(dǎo)致電弧力的增加。保護(hù)氣體流量或電弧空間氣體壓力增加，也會引起電弧收縮并使電弧壓力增加，同時引起斑點(diǎn)收縮進(jìn)一步加大了斑點(diǎn)壓力。這將阻止熔滴過渡，使熔滴顆粒增大而過渡困難。（2）焊接電流與電弧壓力焊接電流增大時電磁收縮力和等離子流皆增加，故電弧力也增大。而電弧電壓升高亦即電弧長度增加時，使電弧壓力降低。52（3）焊絲直徑焊絲直徑越細(xì)，電流密度越大，電磁力越大，造成電弧錐形越明顯，則等離子流力越大，使電弧的總壓力增大。（4）電極極性鎢極氬弧焊，當(dāng)鎢極接負(fù)時，允許通過的電流大，陰極導(dǎo)電區(qū)收縮的程度大，將形成錐度較大電弧，產(chǎn)生的軸向推力較大，電弧壓力也大。反之鎢極接正，則形成較小的電弧壓力。工頻交流TIG焊時，電弧壓力介于二者之間。53

對于熔化極氣體保護(hù)焊，不僅電極導(dǎo)電面積對電弧力有影響，也要考慮熔滴過渡形式。直流正接，焊絲受到較大的斑點(diǎn)壓力，使熔滴長大不能順利過渡，不能形成很強(qiáng)的電磁力與等離子流力，因此電弧壓力小。直流反接，焊絲端部熔滴受到的斑點(diǎn)壓力小，形成細(xì)小熔滴，有較大的電磁力與等離子流力，電弧壓力較大54

鎢極端頭角度越小（尖），使電極上的導(dǎo)電區(qū)縮小，加大了電磁收縮力，則電弧力越大。另外，焊條端頭有尖角可減少補(bǔ)充氣流的阻力，有利于提高等離子流的流速，從而提高電弧的電磁動壓力。當(dāng)電流以某一規(guī)律變化時，電弧壓力也變化。高頻脈沖鎢極氬弧焊接時，脈沖電流的頻率達(dá)到幾千赫茲以上。在同樣平均電流條件下，由于高頻電磁效應(yīng)，電弧壓力隨電流脈沖頻率的增加而增大。554.2.5熔滴過渡1.焊絲的加熱和熔化熔化極電弧焊時，焊絲（條）熔化作為填充金屬形成焊縫。焊絲的熔化主要靠（正接時的）陰極區(qū)或（反接時的）陽極區(qū)所產(chǎn)生的熱量，弧柱區(qū)產(chǎn)生的熱量對于焊絲熔化居次要地位。據(jù)上文所述，陰極區(qū)和陽極區(qū)產(chǎn)熱量分別為：PK

=I（UK

–Uω–UT）PA

=I（UA+Uω+UT）56

焊絲除了受電弧的加熱外，在自動和半自動焊時，從導(dǎo)電嘴到電弧端頭的一段焊絲有焊接電流流過，所產(chǎn)生電阻熱對焊絲也有預(yù)熱作用，從而影響焊絲的熔化速度。特別是焊絲較細(xì)和焊絲金屬電阻系數(shù)較大時（如不銹鋼），這種影響更為明顯。焊絲伸出長度的電阻熱為：PR=I2Rs=I2ρLs/S

用于加熱和熔化焊絲的總熱量，是由電弧熱和電阻熱提供的能量之和。5758影響焊絲熔化速度的因素隨著焊接電流的增大，電弧熱和焊絲電阻熱都增加，焊絲的熔化速度加快。電弧電壓較高時，弧壓對焊絲熔化速度影響不大。在電弧電壓較低范圍內(nèi)，弧壓變小，反而使焊絲熔化速度增加。特別對鋁合金MIG焊接，這種影響更加明顯。對電阻率較大（不銹鋼）的金屬焊絲，隨著焊接電流或焊絲伸出長度的增大，干伸長電阻熱導(dǎo)致預(yù)熱溫度的升高，從而使焊絲的熔化速度增大。不同氣體介質(zhì)直接影響陰極壓降的大小和焊接電弧產(chǎn)熱多少，因此影響焊絲的熔化速度。59

在電弧熱作用下，焊絲端頭的熔化金屬形成熔滴，并在受到各種力作用的情況下向母材過渡。熔滴過渡將影響焊接過程穩(wěn)定性、焊縫成形、飛濺大小等。602.熔滴上的作用力表面張力。是在焊絲端頭上保持熔滴的主要作用力。Fσ=2πRσ612.熔滴上的作用力

當(dāng)焊絲直徑較大而焊接電流較小時，在平焊位置的情況下，使熔滴脫離焊絲的力主要是重力：Fg=mg=4/3πr3ρg

如果熔滴的重力大于表面張力時，熔滴就要脫離焊絲。

假如熔滴為球形且拉斷熔滴后在焊絲上不保留液體金屬（理想情況），那么Fσ=Fgr/R=[(3σ/2)/(ρgR2)]1/362ρ/σ值越大，則過渡的熔滴越細(xì)63

熔化極電弧焊，電流通過焊絲—熔滴—電極斑點(diǎn)，導(dǎo)體的截面是變化的，電磁力的方向也在變化。同時，斑點(diǎn)處電流密度很高，將使金屬強(qiáng)烈的蒸發(fā)，也會對熔滴金屬表面產(chǎn)生很大的反作用力。電磁力對熔滴過渡的影響決定于電弧形態(tài)。若弧根面積籠罩整個熔滴，此處的電磁力促進(jìn)熔滴過渡。若弧根面積小于熔滴直徑，此處的電磁力和斑點(diǎn)壓力的一部分會阻礙熔滴過渡。64

電流較大時，高速等離子流對熔滴產(chǎn)生很大的推力，使之沿焊絲軸線方向運(yùn)動。這種推力的大小與焊絲直徑和電流大小有密切的關(guān)系。當(dāng)熔滴內(nèi)部含有易揮發(fā)金屬或由于冶金反應(yīng)而生成氣體時，都會使熔滴內(nèi)部在電弧高溫作用下氣體積聚和膨脹而造成較大的內(nèi)力，從而使熔滴爆破。65

熔化極電弧焊時，作用于熔滴的力對熔滴過渡的影響，應(yīng)從焊縫的空間位置、熔滴過渡形式、電弧形態(tài)、工藝條件及規(guī)范參數(shù)等方面進(jìn)行具體的分析。重力在平焊時是促進(jìn)熔滴過渡的力，而當(dāng)立焊和仰焊時，重力則使過渡的金屬偏離電弧的軸線方向而阻礙熔滴過渡。66

在長弧時，表面張力總是阻礙熔滴從焊絲端部脫離。但當(dāng)熔滴與熔池金屬短路并形成液體金屬過橋時，由于熔池界面很大，這時表面張力Fσ凡有助于把液體金屬拉進(jìn)熔池，而促進(jìn)熔滴過渡。電磁力Fc也有同樣的情況，當(dāng)熔滴短路使電流線呈發(fā)散形，也會促進(jìn)液態(tài)小橋金屬向熔池過渡。67熔化極電弧焊熔滴過渡的類型自由過渡，熔滴經(jīng)電弧空間飛行至熔池，焊絲端頭和熔池之間不發(fā)生直接接觸；接觸過渡，焊絲端部的熔滴與熔池表面通過接觸而過渡；渣壁過渡，熔滴沿熔渣的空腔壁流下。68熔滴過渡的具體形式滴狀過渡：大滴滴落過渡