熔滴的过渡

基础知识

熔滴是电弧焊时在焊条或焊丝端部在电弧热的作用下形成的向熔池过渡的液态金属滴。熔滴脱离焊条或焊丝通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。熔滴过渡在焊接过程中具有重要意义。它直接影响焊接过程的稳定性，飞溅的大小，焊缝成形的优劣和产生焊接缺陷的可能性。

任务实施

一、熔滴过渡的形式和特点

根据熔滴过渡的形式和特点大致可分为短路过渡、滴状过渡和喷射过渡三种，详见表5-3。

表5-3 熔滴过渡形式

二、熔滴过渡的作用力

伴随着熔滴的形成和长大，有多种力作用其上，根据其来源不同，可分为重力、表面张力、电磁压缩力、斑点压力和气体吹力，如图5-1所示。

1.熔滴的重力

任何物体都会因为自身的重力而下垂。熔滴重力如图5-2所示。

图5-1  熔滴过渡作用力

图5-2  熔滴重力和表面张力示意图

2.表面张力

表面张力是焊条或焊丝端头上保持熔滴的作用力，表面张力会使熔化金属聚成球状，如图5-2所示。

焊条或焊丝金属熔化后，其液体金属并不会马上掉下来，只有在其他力超过表面张力时，才能促使熔滴过渡到熔池中去。因此，平焊时，表面张力对熔滴过渡起到阻碍作用。但在仰焊等其他焊接位置时表面张力却有利于熔滴过渡。

3.电磁力

焊接时，我们可以把焊条或焊丝及其末端的熔滴看成许多平行载流的导体组成，如图5-3所示。根据电磁效应原理，两根平行的载流导体通以同向电流时，彼此产生相互吸引的电磁力，方向从外向内，如图5-4所示。电磁力随通过导体的电流增大而增大。

熔滴上受到四周向中心的电磁压缩力。电磁压缩力对焊条或焊丝端部液态金属起到径向压缩的作用，会促使熔滴很快形成。尤其是熔滴的细颈部分电流密度最大，电磁压缩力也最大，会促使熔滴很容易脱离焊条端部向熔池过渡，这样就保证了熔滴在任何位置都能顺利地过渡到熔池。所以，电磁压缩力是在任何空间位置都能促使熔滴过渡的力。

电磁压缩力是焊接过程中促使熔滴过渡的一个主要作用力。在气体保护焊时，我们可以通过调节焊接电流的密度来控制熔滴尺寸。

图5-3  磁力线在熔滴上的压缩作用力示意图

图5-4  通有同方向电流的两根导线的相互作用力

4.斑点压力

焊接电弧中的电子和正离子，在电场的作用下分别向两极运动，撞击两极的斑点而产生的机械压力称为斑点压力，它是阻碍熔滴过渡的力。在直流正接时，阻碍熔滴过渡的力是正离子撞击阴极斑点的压力；反接时，是电子撞击阳极斑点的压力。因为正离子比电子质量大，所以正离子撞击产生的压力比电子大，因此反接时熔滴过渡比正接时容易。

5.气体吹力

焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化稍落后于焊芯熔化，在焊条末端形成一个药皮套筒，套筒内有大量药皮中的造气剂分解产生的气体及焊芯中碳元素生成的CO气体，这些气体被电弧加热到高温时体积急剧膨胀，顺着套筒方向以稳定的气流冲出，把熔滴吹到熔池中。不论焊缝空间位置如何，气体的吹力均有利于熔滴的过渡，详细见表5-4。

表5-4 熔滴过渡作用力在各焊接位置下对熔滴过渡的影响

三、母材的熔化与熔池

熔焊时，在热源的作用下，焊条熔化的同时，被焊金属即母材也发生局部熔化。母材上由熔化的焊条金属与熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液态金属称为熔池。若焊接时不加填充金属，则熔池仅由熔化的母材组成。焊接时，熔池随热源的向前移动而同步运动。液态熔池的形状、尺寸、体积、存在时间以及其中流体的运动状态等，对熔池中的冶金反应、焊缝中夹杂物数量及其分布、焊接缺陷的产生均有及其重要的影响。

1.熔池形状与尺寸

焊接开始后，经过一段过渡，焊件传热进入一个准稳定状态，此时熔池形状、尺寸和质量不再变化。在电弧焊条件下，熔池的外形类似于不标准的半椭球。其主要尺寸有熔池的长度、最大宽度和最大深度。一般情况下，随着电流的增加熔池的最大宽度减小，深度增大；随着电弧电压的增加，最大宽度增大，最大深度减小。熔池长度的大小与电弧能量成正比。

2.熔合比

熔焊时，被熔化的母材在焊缝中所占的百分比称为熔合比，用r表示，如图5-5所示。

图5-5  熔合比

式中 r—熔合比；

Fm—焊缝截面中母材金属所占的面积；

Ft—焊缝截面中焊条或焊丝金属所占的面积。

熔合比主要与焊接方法、焊接参数、接头形式、坡口形式、焊道数目以及母材的热物理性质有关。