电弧焊基础知识

焊接工程基础

第一章 电弧焊基础知识

一、对不同熔滴过渡形式进行比较，包括形成条件、熔滴过渡过程的不同特点、应用等内容。

答：电弧焊的熔滴过渡形式可以分为自由过渡、接触过渡和渣壁过渡。 1、自由过渡

熔滴从焊丝端部脱落后，经电弧空间自由地的飞行二落入熔池，熔滴脱离焊丝末端一、前不与熔池接触。按过渡形态不同分为滴状过渡、喷射过渡和爆炸过渡。

1）滴状过渡 ：（1）大滴过渡 a、滴落过渡：高电压、小电流、MIG焊

b、排斥过渡：高电压、小电流、CO2焊

（2）细颗粒过渡：较大电流的CO2焊

当电流较小时，在电弧作用力下，随着焊丝融化，熔滴逐渐长大，当熔滴的重力能够克服其表面张力的作用时，就以较大的颗粒脱离焊丝，落入熔池实现熔滴过渡。电流较大，电磁收缩力增大，表面张力作用减小，熔滴在脱离焊丝之前就偏离了焊丝轴线，甚至上翘，脱离之后不能沿焊丝轴向过渡时，成为排斥过渡。

这两种过渡的熔滴都较大，一般大于焊丝直径，属于大滴过渡。大滴过渡的熔滴大，行成时间长，影响电弧稳定性，焊缝成型粗糙，飞溅较多，生产中很少采用。

当电流较大时，电磁收缩力大，熔滴的表面张力减小，熔滴细化，其直径一般等于或略小于焊丝直径，熔滴向熔池过渡频率增加，飞溅少，电弧稳定，焊缝成形较好，这种过渡形式称为细颗粒过渡，在生产中广泛应用。

2）喷射过渡：（1）射滴过渡 铝MIG焊及钢焊丝脉冲焊

（2）亚射流过渡 铝、镁及其合金的熔化极气体保护焊 （3）射滴过渡 钢焊丝MIG焊

（4）旋转射流过渡 特大电流MIG焊

电流增加时，熔滴的尺寸变得更小，过渡频率也急剧提高，在电弧力的的强制作用下，熔滴脱离焊丝沿焊丝轴向飞速的射向熔池，这种过渡形式称为喷射过渡。

射滴过渡是介于滴状过渡与连续射流过度之间的一种熔滴过渡形式，熔滴直径与焊丝直径相近，过渡时有明显的熔滴分离。其工艺条件与连续射流过渡有相似之处，主要适用于钢焊丝脉冲焊及铝合金焊丝融化及气体保护焊。 亚射流过渡是介于短路过渡与舍滴过渡之间的一种过渡形式，

形成条件： 大电流，低电压，反极性，CO2气氛和粗焊丝。

形成机理：大电流，电弧静压力大且集中，形成弧坑；低电压，弧长

短，呈潜弧形态，；弧坑中场强低，电弧上爬，形成射滴过渡形式。

特 点：潜弧过渡的熔深大，焊缝深而窄，余高大，成形不理想，

热裂倾向大。

应 用：中、大厚板的水平位置焊接，使用时注意调整到合适的焊

接速度。

射流过渡：出现跳弧后，焊丝末端已经存在的大滴即行脱离，电弧随之变成圆锥形状。由于熔滴细小，连续不断地向熔池过渡，频率高，速度达重力加速

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度的几十倍，故称射流过渡。

形成条件：纯氩或富氩保护气氛；直流反接；高弧压且电流大于临界

电流。

形成机理：电流增加，电弧阳极斑点达到熔滴根部，熔滴细颈上表面

温度达到沸点，发生跳弧，

特 点：熔滴体积小，过渡频率快，等离子流力大，形成冲击力大。 应 用：钢焊丝MIG焊。

旋转射流过渡：焊丝伸出长度较大，焊接电流比射流过渡临界电流高出

很多时，出现的过渡形式。由于熔滴细长，在各种作用力下失稳产生旋转，因此焊缝成形不良，但用于表面堆焊效果较好。

2）爆炸过渡

由于激烈的冶金反应，熔滴内部产生CO气体，使熔滴急剧膨胀而爆裂的金属过渡形式。时常在CO2气体保护焊和焊条电弧焊中出现。 2、接触过渡：a、短路过渡： CO2焊

b、搭桥过渡： 非熔化极填丝焊

1）短路过渡 形成条件：短弧、细焊丝、小电流

形成机理：电弧燃烧形成熔滴、熔滴长大并与熔池短路熄弧，

液桥颈缩断开熔滴过渡，电弧复燃。

特 点：细丝、短弧、燃弧熄弧交替进行，平均电流小，峰

值电流大，适合薄板及全位置焊接；小直径焊丝电流密度大，产热集中，焊接速度快。

应 用：短路过渡平稳，适合于全位置焊接。

2）搭桥过渡：在非熔化极电弧焊或气焊中，填充焊丝的熔滴过渡与上述的短

路过渡过程相似，同属接触过渡，只是填充焊丝不同电，故不称短路过渡，而称搭桥过渡，又称桥接过渡。

3、渣壁过渡：a、渣壳过渡 埋弧焊

b、药皮筒过渡 焊条电弧焊

1)沿渣壳过渡：埋弧焊时，电弧在熔渣形成的空腔内燃烧，熔滴大部分是通过渣壳的内壁流向熔池，这种过渡形式称沿渣壁过渡。

2）沿药皮筒过渡：焊条电弧焊时，焊条金属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。

渣壁过渡电路稳定，飞溅小，综合工艺性能优良，是理想过渡形式，细熔滴和深套筒是焊条熔滴渣壁过渡的基本条件，使熔滴和熔渣表面张力减小或药皮厚度增大，使套筒变长，都有利于渣壁过渡。 二、了解STT，CMT焊接工艺

答：①CMT冷金属过渡焊接技术 由Fronius公司在2004年欧洲板材技术博览会上展示的CMT冷金属过渡焊接技术是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。其中的换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，从而使焊丝的输送过程呈间断的送丝。后送丝机构按照

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恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制着脉冲式的电焊丝输送。

数字式焊接控制系统能够知道电弧生成的开始时间，自动降低焊接电流，直到电弧熄灭，并调节中脉冲式的焊丝输送，这种脉冲式焊丝输送有效改善了焊丝熔滴的过渡。在熔滴从焊丝上滴落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，并进一步将焊丝向前送出。之后，重新生成焊接电弧，开始新一轮的焊接过程。这种“冷-热”之间的交替变化大大降低了焊接热的产生，并减少了焊接热在被焊接件中的传导。除此之外，还可实现多种功能：可正确的设置熔滴的参数，实现更好的焊缝厚度过渡，并具有很高的焊接速度且不产生任何飞溅。据Fronius公司介绍，该设备极大的提高了焊接的生产能力，并可有效保证被焊件的焊接质量。

CMT（冷金属过渡）工艺系统主要特点是通过焊丝附加回抽动作过渡熔滴。焊丝的回抽由交流伺服电机和焊丝缓冲器来实现，焊接中焊丝的送进速度在传统的等速基础上叠加脉冲，焊丝脉动频率可以达到70Hz。其结果是，焊丝的熔化和过渡成为两个相对独立的过程，对于焊接线能量的控制更加灵活。

虽然双机控制可能实现多功能、复杂的控制和网络化监控等管理，但双机结构只是搭建了一个硬件平台，因此还必须有相应的软件来支持，而软件的编制需要在对焊接工艺的深入研究和理解的基础上才能实现。

总之，只有数字控制接管了焊机的功率控制、工艺控制和通讯控制之后，数字化焊机才成为真正意义上的高端数字化焊机，才有可能更好地满足未来焊接生产的需要。

CMT熔滴过渡过程。第一步为燃弧脉冲，形成熔滴，焊丝送进；第二步，发生短路，控制系统进行检测、判断；第三步，焊丝回抽，形成熔滴的液态细颈，直至拉断；第四步，电弧重新引燃，焊丝由回抽变为送进。

虽然双机控制可能实现多功能、复杂的控制和网络化监控等管理，但双机结构只是搭建了一个硬件平台，因此还必须有相应的软件来支持，而软件的编制需要在对焊接工艺的深入研究和理解的基础上才能实现。

总之，只有数字控制接管了焊机的功率控制、工艺控制和通讯控制之后，数字化焊机才成为真正意义上的高端数字化焊机，才有可能更好地满足未来焊接生产的需要。

CMT熔滴过渡过程如下图所示，上部为示意图，下部为CMT高速摄像。第一步为燃弧脉冲，形成熔滴，焊丝送进；第二步，发生短路，控制系统进行

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检测、判断；第三步，焊丝回抽，形成熔滴的液态细颈，直至拉断；第四步，电弧重新引燃，焊丝由回抽变为送进。

②STT（表面张力过渡）工艺是根据CO2焊接短路过渡特点开发出的一种波形控制技术，其主要特点是两高两低，即在短路初期和末期拉低电流，减小（甚至消除）飞溅，在短路中期和燃弧初期施加较大的电流，促进缩颈形成和控制燃弧能量。STT是指熔滴过渡时电流趋近于零，熔滴过渡的驱动力不再是传统控制方式中的电爆炸力，而是表面张力。STT具有飞溅小、搭桥能力强的特点，在中小工艺规范区间内具有优势，该工艺在管道打底焊中应用比较成功。随着汽车轻量化的发展，薄板焊接问题日益突出，为此国外公司利用直流正反接熔深的差异，研究出了AC STT工艺，通过控制正反极性比例来控制熔深，得到了良好的工艺效果STT:气保护半自动根焊。特点：1引弧容易，电弧燃烧稳定；2飞溅小，焊接烟尘少，噪声小；3焊缝成型美观；4精确的热输入控制可以减少焊接变形和烧穿；5成本低；6焊接速度快，效率高；7焊后不需清理；8操作容易。

第二章 电弧焊自动控制基础

分析电弧调节系统静特性，调节原理，调节精度，调节灵敏度，适用范围。

答：电弧调节系统分为两部分：一是熔化极等速送丝电弧自身调节系统，一是电弧电压反馈调节系统，是一种变速送丝调节系统。

1.等速送丝电弧自身调节系统

①静特性：焊丝以设定的速度Vf恒速送入电弧。当弧长稳定燃烧时必有Vf=Vm.Vm为焊丝熔化速度 Vm=Ki*Ia-Ku*Ua 可得Ia=Vf/Ki+(Ku/Ki)*Ua称为等速送丝熔化极电弧等熔化曲线或自身调节系统静特性方程，该方程表示为一直线，线上任何一点，均满足Vm=Vf,且与电源外特性曲线的相交点构成系统的稳定工作点，偏离此线，则会Ia,Ua波动，造成Vm≠Vf。曲线左边Vm＞Vf;曲线左边Vm﹤Vf。静特性曲线特点如下：a长弧细焊丝时，由于Ki很大，而Ku很小，所以Ia≈Vf/Ki，此时静特性曲线几乎垂直于电流坐标轴，称为等电流曲线；b随着弧长缩短，电弧等熔化曲线斜率减小，Vm增大，弧长缩短到一定范围时，等熔化

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曲线左拐，具有固定的自动调节作用；c其它的条件不变时，Vf增大（减小），等熔化曲线平行向右（向左）移动；焊丝伸出长度增加（减少），Ki增加（减少），等熔化曲线向左（向又）移动；焊丝直径增大（减小），Ki增加（减小），等熔化曲线向右（左）移动。而斜率减小（增大）。

②调节原理：依靠电弧自身内反馈具有的自身调节作用来实现的。 ③调节精度：调节精度是指系统调节过程结束后，静态误差的大小。A弧长波动时的自身调节精度。误差大小除与焊丝伸出长度变化量，直径及电阻率有关外，还与电源外特性的形状有关。当电弧静特性为平特性时，陡降特性电源将比缓降特性电源引起更大的电弧电压静态误差；当电弧静特性为上升特性时，由于上升特性电源弧长误差最小，造成的焊丝伸出长度误差也最小，故实际电压误差以上升特性电源为最小。因此，为了减少电弧电压及弧长的静态误差，宜采用缓降（对平特性电弧）或微升（对上升特性电弧）特性电源。B网络电压波动时的系统调节误差，长弧采用缓降外特性电源，短弧采用陡降外特性电源，上述误差都减小。

④调节的灵敏度，是指调节过程中的速度，速度越快，所需调节时间越短，系统的调节效果越好。该系统调节的快慢，即调节灵敏度取决于熔化速度的变化量的大小。ΔVm=Ki*ΔIa。由式中可知，Ki和ΔIa是影响调节灵敏度的主要因素。a Ki，电流不变，焊丝直径变细，Ki增大，ΔVm增大，系统的调节灵敏度提高。b ΔIa，电弧静特性与电源外特性的匹配将影响调节过程中ΔIa的大小。以调节灵敏度而言，一般等速送丝长弧焊接应采用缓降或平特性，甚至上升特性的电源。此外，电场强度E越大，弧长变化时引起的ΔIa和ΔUa也越大，自身调节灵敏度也越高。

⑤适用范围：这种调节应用自动焊接的等速调节中。 电弧电压反馈调节系统，即变速送丝调节系统

静特性：Ua=[K/(K+Ku)]*Uc′+[Ki/(K+Ku)]*Ia 此式为熔化极电弧焊电压反馈调节系统静特性方程。焊接调节一定时，K,Ki,Ku均为常数，为一斜截式直线方程。特性为a 该直线上所有点均满足Vf=Vm,并与电源外特性相交确定系统的稳定工作点。b 当K≥≧Ki,Ku时，tanβ=Ki/(K+Ku) 无限趋近于0，系统静态性为接近于平行电流坐标轴的直线。当系统机电结构改变，即K值改变时，其斜率随之变动。c 其它条件不变时，增加Uc′,系统静特性平行上移，反之，则平行下移；减小

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焊丝直径或增大焊丝伸出长度时，Ki增加 tanβ增加。此外，焊丝材质和保护条件对tanβ也略有影响。

调节原理：电弧电压反馈调节系统是一种典型的闭环调节系统，其调节原理为：以电弧电压Ua为被调量，送丝速度Vf为操作量，Vf=f(Ua);当弧长由于外界干扰增大（缩短）时，Ua增大（减小），Uf增大（减小），从而迫使弧长回到原来长度，保证焊接工艺参数稳定。

调节精度：a 焊枪高度变化使弧长波动时的调节精度。由于这种系统多用粗焊丝和低电流密度的焊接条件，Ki较小，所以焊丝伸出长度变化引起的这种误差可以忽略不计。b 电网电压波动时系统误差，调节器K值越大即调节特性越平，电源外特性越平硬，电流误差就越大。因此，这种系统宜用陡降特性电源。

调节灵敏度：该系统调节灵敏度主要取决于弧长变动时送丝速度变化量ΔVf=K*ΔUa。a K值越大，调节灵敏度越高。但由于系统的机电惯性，K值过大则容易产生振荡，因此，K值不宜过大。同时也应采用惯性较小的印刷电动机为送丝电机。b 弧柱电场强度越大，同样弧长引起的ΔUa越大，调节灵敏度也越高。

应用范围：应用于不等速送丝自动焊的调节中。

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焊丝直径或增大焊丝伸出长度时，Ki增加 tanβ增加。此外，焊丝材质和保护条件对tanβ也略有影响。

调节原理：电弧电压反馈调节系统是一种典型的闭环调节系统，其调节原理为：以电弧电压Ua为被调量，送丝速度Vf为操作量，Vf=f(Ua);当弧长由于外界干扰增大（缩短）时，Ua增大（减小），Uf增大（减小），从而迫使弧长回到原来长度，保证焊接工艺参数稳定。

调节精度：a 焊枪高度变化使弧长波动时的调节精度。由于这种系统多用粗焊丝和低电流密度的焊接条件，Ki较小，所以焊丝伸出长度变化引起的这种误差可以忽略不计。b 电网电压波动时系统误差，调节器K值越大即调节特性越平，电源外特性越平硬，电流误差就越大。因此，这种系统宜用陡降特性电源。

调节灵敏度：该系统调节灵敏度主要取决于弧长变动时送丝速度变化量ΔVf=K*ΔUa。a K值越大，调节灵敏度越高。但由于系统的机电惯性，K值过大则容易产生振荡，因此，K值不宜过大。同时也应采用惯性较小的印刷电动机为送丝电机。b 弧柱电场强度越大，同样弧长引起的ΔUa越大，调节灵敏度也越高。

应用范围：应用于不等速送丝自动焊的调节中。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nt4x.html