熔滴过渡

机械工程学术语

熔滴过渡是指在电弧热作用下，焊丝或焊条端部的熔化金属形成熔滴，受到各种力的作用从焊丝端部脱离并过渡到熔池的全过程。它与焊接过程稳定性、焊缝成形、飞溅大小等有直接关系，并最终影响焊接质量和生产效率。

类型

熔滴过渡的主要形式分为三种：自由过渡、接触过渡（短路过渡）和渣壁过渡。

1．自由过渡

自由过渡是指熔滴在电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间不发生直接接触的过渡方式。

(1)滴状过渡其特点是熔滴直径大于焊丝直径。

1)粗滴过渡。条件：电流较小，电弧电压高时，如小电流MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）。过渡频率低，主要是重力与表面张力的平衡。

2)细滴过渡。条件：较大电流时，如大电流气体保护焊。过渡频率高，电弧稳定，焊缝质量高。

(2)喷射过渡在MIG焊时会出现这种形式的过渡，又分为射滴过渡、亚射流过渡、射流过渡等。

1)射滴过渡。熔滴直径接近焊丝直径，尺寸规则呈球形，沿轴向过渡。

形成原因：熔滴被弧柱笼罩，电弧呈钟罩形，从而电磁收缩力形成较强的推力。

出现场合：铝及其合金的氩弧焊及钢的脉冲氩弧焊。

2)射流过渡。电流密度大，熔滴直径小于焊丝直径。

形成原因：电流密度大，焊丝熔化端部形成尖锥状，出现金属蒸发，电弧跳弧（此时电流称为射流过渡的临界电流），形成很强的等离子流力。

出现场合：大电流MIG焊或大电流富氩混合气体保护焊。

3)亚射流过渡。介于接触过渡与射滴过渡之问的熔滴过渡形式。

形成原因：因其电弧较短，在电弧热作用下，形成的熔滴长大，在即将以射滴过渡时与熔池短路，在电磁收缩力的作用下断裂形成过渡。

特点：短路前就已经形成细颈；短路时间短；飞溅小，焊缝成形美观；电弧自调节能力强；主要用于铝及其合金的焊接。

2．接触过渡

接触过渡又称短路过渡，是指当电流较小，电弧电压较低时，弧长较短，熔滴未长成大滴就与熔池接触形成液态金属短路，电弧熄灭，随之金属熔滴在表面张力及电磁收缩力的作用下过渡到熔池中去，熔滴脱落之后电弧重新引燃，如此交替进行的过渡方式。短路过渡是燃弧、熄弧交替进行的。短路过渡时，焊接平均电流较小。

3．渣壁过渡

渣壁过渡是埋弧焊和焊条电弧焊时熔滴过渡形式之一。埋弧焊时，电弧在熔渣形成的空腔内燃烧，熔滴中大部分是通过渣壳的内壁溜向熔池，这种过渡形式称沿渣壁过渡；焊条金属熔滴过渡形态由焊芯和药皮的类型、成分及药皮厚度决定，除了有前述的大熔滴过渡、喷射过渡、爆炸过渡等类型外，也有渣壁过渡。焊条熔滴渣壁过渡的特点是熔滴总是沿着焊条套筒内壁的某一侧滑出套筒，并在没有脱离套筒边缘之前，已脱离焊芯端部而和熔池接触（不构成短路），然后向熔池过渡，故又称沿套筒过渡。渣壁过渡电弧稳定，飞溅小，综合工艺性能优良，是理想的过渡形式。细熔滴和深套筒是焊条熔滴渣壁过渡形式的基本条件，使熔滴和熔渣表面张力减小，或焊条药皮厚度增大，使套筒变长，都有利于渣壁过渡。

影响因素

焊丝端部熔化金属形成的熔滴受到各种力的作用，各种力对熔滴过渡的影响是不同的作用在熔滴上的力主要有重力、表面张力、电磁力、等离子流力、斑点压力等。

1．重力

重力对熔滴过渡的影响取决于焊缝的空间位置。平焊位置，重力方向和熔滴过渡的方向相同，促使熔滴脱离焊丝末端，有利于熔滴过渡；立焊和仰焊位置．重力阻碍熔滴脱离焊丝末端，不利于熔滴过渡。

2．表面张力

表面张力垂直作用于焊丝末端与熔滴相交并且相切的圆周面上，是在焊丝端头上保持熔滴的主要作用力。表面张力可以分解为径向分力和轴向分力。其中，径向分力使熔滴在焊丝末端产生缩颈；轴向分力使熔滴保持在焊丝末端．阻碍熔滴过渡。因此，通常情况下(如平焊位置)，表面张力是阻碍熔滴过渡的。焊丝越细，表面张力越小，越有利于熔滴过渡。但在仰焊、立焊、横焊时，由于熔滴与熔池接触时表面张力有将熔滴拉入熔池的作用，且使熔滴或熔池不易流淌，有利于熔滴过渡。

3．电磁力

导体本身磁场所产生的力称为电磁力。熔化极电弧焊时，电流通过焊丝、熔滴、电极斑点及弧柱的导电截面是变化的，电磁力轴向分力的方向也是变化的，但总是由小截面指向大截面。

4．等离子流力

在电磁力的收缩作用下，电弧等离子体在电弧轴线方向产生的流体静压力称为等离子流力，其大小与弧柱截面积成反比，即从焊丝末端向熔池表面逐渐减小。等离子流力随等离子流从焊丝末端侧面切入，然后流向熔池，有助于熔滴脱离焊丝，促进熔滴过渡。焊丝直径越细，焊接电流越大，产生的等离子流力越大。

5．斑点压力

在电场作用下，弧柱中的电子或正离子以极高的速度向焊丝端部的熔滴撞击时所产生的力称为斑点压力。无论电源极性是正接还是反接，它的方向和熔滴过渡的方向总是相反的，是阻碍熔滴过渡的力。当然，正离子的质量要高于电子的质量，所以正离子撞击熔滴时斑点压力较大。由于直流正接时，焊丝作阴极，熔滴受正离子的撞击，所以斑点压力的阻碍作用大，对熔滴过渡的阻碍作用较强。

熔滴过渡是上述所说的各种力综合作用的结果。当然，焊丝尺寸、电弧电压和焊接电流等也影响熔滴过渡的形式。

控制方法

当焊接材料和焊接方法确定后，对熔滴过渡形式和过渡过程进行控制，是保证获得良好焊接结果的关键环节。最常用的方法是控制焊接参数，例如焊条电弧焊的短路过渡是靠压低电弧和采用较小的电流，同时还要靠人工智能和操作技巧来实现；埋弧焊是靠控制焊接电流、电弧电压、电流种类或极性等焊接参数来控制渣壁过渡状态的；熔化极气体保护焊，除调整气体成分和焊接参数外，尚可采用脉冲电流和脉冲送丝等方法进行控制。

1．脉冲电流控制法

脉冲电流控制法是熔化极气体保护焊常用的一种控制熔滴过渡的方法，使焊接电流以一定的频率变化来控制焊丝的熔化及熔滴过渡。对于纯氩或富氩保护下的脉冲电弧焊，可在小电流的条件下实现稳定的射滴过渡或射流过渡。采用不同的脉冲电流频率和不同的脉冲电流幅值，可实现一个电流脉冲过渡一滴或多滴，或多个脉冲过渡一滴的方式进行焊接。

脉冲电流焊可控制对母材的热输入和焊缝成形，以满足高质量焊接的要求。

2．脉动送丝控制法

脉动送丝控制法是通过特殊的送丝机构，使送丝速度周期性变化以实现对熔滴过渡的控制。脉动送丝速度以正弦规律变化，以此决定了熔滴的形状和过渡的速度。最初熔滴的运动速度缓慢，其上作用着指向焊丝的惯性力，该力使熔滴变扁；当送丝速度达最大值后，送丝速度逐渐降低，而熔滴因受惯性力作用仍继续向前作加速运动，于是熔滴因拉长而形成缩颈，继而从焊丝上拉断，向熔池过渡。由于脉动送丝的惯性力促进熔滴过渡，因此脉动送丝焊接的最小电流将比电控脉冲焊的平均电流小10%～20%左右。

脉动送丝焊接，在电弧电压较高时可实现无短路焊接；在电弧电压较低时也可实现短路过渡，若焊接参数合适，则短路过程十分规则，飞溅小，焊接过程稳定。

这种焊接方法可用氩气或或混合气体进行保护。适用于薄板及全位置焊接。

3．机械振动控制法

机械振动控制法焊接时，焊接参数和送丝速度都保持不变，只是机头（包括送丝机构）以一定的频率振动，使电弧长度按振动频率由零(短路)变化到某一长度，然后再变到零。通过焊丝端头与熔池的接触和拉开(即电弧的熄灭和点燃)，将焊丝的熔化金属过渡到熔池，这实质上与短路过程相同，只是外加的机械振动使短路过渡过程更加稳定，而且可控。机械振动的频率大都采用100Hz，振幅可在0.5～3mm之间调节。机械振动控制法主要用于磨损零件的修复堆焊，如各种轴、杆等。通常用作为保护气体。

4．波形控制法

电流波形控制法是通过控制输出电流波形，在短路过渡时，使金属液桥在低的电流上升速度和低的短路峰值电流下爆断，以便控制熔滴过渡，减少飞溅，改善焊缝成形。

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