第2章電弧特性

1、第第二章二章 電弧焊電弧焊材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院教師：崔麗教師：崔麗20132013年年3 3月月-4-4月月2013-20142013-2014第二學(xué)期第二學(xué)期材料加工自動(dòng)化本科生課程材料加工自動(dòng)化本科生課程辦公室：材料樓辦公室：材料樓318室室本課程的考核及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 平時(shí)成績(jī)：20% 實(shí)驗(yàn)成績(jī)：10% 課程論文：10% 考試成績(jī)：60%課程論文題目 1、概念與內(nèi)涵：熔釬焊，電弧熔釬焊，激光熔釬焊 2、鋼/鋁異種合金熔釬焊母材的種類及厚度研究現(xiàn)狀 3、鋼/鋁異種合金熔釬焊填充材料的研究現(xiàn)狀 4、影響接頭力學(xué)性能的影響因素，如金屬間化合物厚度，焊縫成形等 5、提高熔釬焊接頭力學(xué)性

2、能的方法及措施鋼鋼/ /鋁異種合金熔釬焊接頭力學(xué)性能的研究鋁異種合金熔釬焊接頭力學(xué)性能的研究 1.學(xué)術(shù)論文的撰寫，格式規(guī)范，不低于5000字，小四號(hào)宋體，行間距1.2倍，A4紙打印 2.附主要引用的參考文獻(xiàn)，不少于15篇 3.電子版發(fā)郵箱：，紙質(zhì)版4月15日交考試試卷試題類型：試題類型：一、填空題（每空一、填空題（每空1 1分，共計(jì)分，共計(jì)3030分）分）二、選擇題（每題二、選擇題（每題1 1分，共計(jì)分，共計(jì)1515分）分）三、判斷題（每題三、判斷題（每題1 1分，共計(jì)分，共計(jì) 1515分）分） 四、名詞解釋（每題四、名詞解釋（每題2 2分，共計(jì)分，共計(jì)1010分）分）五、問(wèn)答題五、問(wèn)答題(

3、(每題每題6 6分，共計(jì)分，共計(jì)3030分分) ) 焊接方法的種類很多，按照焊接過(guò)程的物理特點(diǎn)可焊接方法的種類很多，按照焊接過(guò)程的物理特點(diǎn)可分為分為熔焊熔焊、壓焊壓焊和和釬焊釬焊三類。常用焊接方法有三類。常用焊接方法有: 熔焊熔焊 堆焊與噴涂堆焊與噴涂 高能焊高能焊 電渣焊電渣焊 電弧焊電弧焊 氣焊氣焊 激光焊激光焊 電子束焊電子束焊 等離子弧焊等離子弧焊 氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊 埋弧焊埋弧焊 焊條電弧焊焊條電弧焊焊接定義焊接定義 焊接是通過(guò)加熱加熱或加壓加壓，或兩者并用兩者并用，并且用用或不用填充不用填充材料材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法。緒論緒論 壓焊壓焊 摩擦焊摩擦焊 擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊 電阻焊

4、電阻焊 超聲波焊超聲波焊 爆炸焊爆炸焊 對(duì)焊對(duì)焊 點(diǎn)焊點(diǎn)焊 縫焊縫焊 釬焊釬焊 真空釬焊真空釬焊 感應(yīng)釬焊感應(yīng)釬焊 爐中釬焊爐中釬焊 電阻釬焊電阻釬焊 鹽浴釬焊鹽浴釬焊 火焰釬焊火焰釬焊 烙鐵釬焊烙鐵釬焊緒論緒論 電弧焊電弧焊是焊接方法中應(yīng)用是焊接方法中應(yīng)用最為廣泛最為廣泛的一種焊接方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，的一種焊接方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電弧焊在焊接生產(chǎn)總量中所占的比例一般都在電弧焊在焊接生產(chǎn)總量中所占的比例一般都在60%以上。以上。 根據(jù)其工藝特點(diǎn)不同，電弧焊可分為根據(jù)其工藝特點(diǎn)不同，電弧焊可分為焊條電弧焊焊條電弧焊、埋弧焊埋弧焊、氣氣體保護(hù)焊體保護(hù)焊和和等離子弧焊等離子弧焊等多種。等多種。焊條電弧焊焊條電弧

5、焊：需要由對(duì)電弧供電的電源裝置和焊槍組成的手：需要由對(duì)電弧供電的電源裝置和焊槍組成的手弧焊機(jī)；弧焊機(jī)；鍋爐、化工、造船等工業(yè)廣為使用的鍋爐、化工、造船等工業(yè)廣為使用的埋弧焊埋弧焊，需要由電源裝，需要由電源裝置、控制箱和焊車等組成的埋弧焊機(jī)置、控制箱和焊車等組成的埋弧焊機(jī)適用于焊接化學(xué)性活波金屬的適用于焊接化學(xué)性活波金屬的氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊，需要由電源，需要由電源裝置、控制箱、焊車（自動(dòng)焊）或送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、氣路和裝置、控制箱、焊車（自動(dòng)焊）或送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、氣路和水路系統(tǒng)等組成的氣體保護(hù)電弧焊機(jī)；水路系統(tǒng)等組成的氣體保護(hù)電弧焊機(jī)；適用于焊接高熔點(diǎn)金屬的適用于焊接高熔點(diǎn)金屬的等離子弧焊

6、等離子弧焊，則需要由電源裝置、，則需要由電源裝置、控制系統(tǒng)、焊槍或焊車、氣路和水路系統(tǒng)等組成的等離子弧控制系統(tǒng)、焊槍或焊車、氣路和水路系統(tǒng)等組成的等離子弧焊機(jī)。焊機(jī)。緒論緒論u采用采用渣渣來(lái)進(jìn)行保護(hù)，使熔池和焊縫金屬能夠得到一個(gè)優(yōu)來(lái)進(jìn)行保護(hù)，使熔池和焊縫金屬能夠得到一個(gè)優(yōu)良的品質(zhì)。如良的品質(zhì)。如焊條電弧焊焊條電弧焊、埋弧焊埋弧焊。u采用采用氣體氣體來(lái)進(jìn)行保護(hù)，就是來(lái)進(jìn)行保護(hù)，就是電弧焊的保護(hù)方式：電弧焊的保護(hù)方式：氣體保護(hù)焊仍然是電弧的燃燒形成熔池，只是在電極的外面，氣體保護(hù)焊仍然是電弧的燃燒形成熔池，只是在電極的外面，通過(guò)通過(guò)焊嘴輸送氣體焊嘴輸送氣體。惰性氣體：惰性氣體：主要采用主要采用氬氣

7、氬氣，因?yàn)闅鍤夂推渌恍┰囟疾话l(fā)，因?yàn)闅鍤夂推渌恍┰囟疾话l(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，而且氬氣比較重，它能夠比較干凈地排除生任何化學(xué)反應(yīng)，而且氬氣比較重，它能夠比較干凈地排除掉空氣。掉空氣?；钚詺怏w：活性氣體：所謂活性氣體就是叫所謂活性氣體就是叫“ActiveActive”的氣體，就是在氬的氣體，就是在氬氣中間加氣中間加3%3%到到5 5的二氧化碳的二氧化碳。在這種活性氣體作用下，能夠。在這種活性氣體作用下，能夠使黑色金屬在焊接的時(shí)候，焊縫看起來(lái)很漂亮、很舒展。使黑色金屬在焊接的時(shí)候，焊縫看起來(lái)很漂亮、很舒展。第一節(jié)第一節(jié) 焊接電弧焊接電弧弧焊電源的負(fù)載是弧焊電源的負(fù)載是電弧電弧，弧焊電源的電特性影

8、響到電弧燃，弧焊電源的電特性影響到電弧燃燒的穩(wěn)定性，從而直接影響到焊縫的質(zhì)量。燒的穩(wěn)定性，從而直接影響到焊縫的質(zhì)量。焊接電弧是在一定電壓的兩電極間或電極與焊接工件間焊接電弧是在一定電壓的兩電極間或電極與焊接工件間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象，它是帶電，它是帶電粒子通過(guò)兩電極之間氣體空間的一種粒子通過(guò)兩電極之間氣體空間的一種導(dǎo)電過(guò)程導(dǎo)電過(guò)程。一、一、 焊接電弧的概念焊接電弧的概念 電弧電弧是所有電弧焊接方法是所有電弧焊接方法的的能量載體能量載體。 借助這種氣體放電過(guò)程，借助這種氣體放電過(guò)程，電弧將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電弧將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、機(jī)械能。焊接主

9、要利用熱機(jī)械能。焊接主要利用熱能、機(jī)械能達(dá)到熔化并連能、機(jī)械能達(dá)到熔化并連接金屬的目的。接金屬的目的。圖圖2-1 電弧放電示意圖電弧放電示意圖二、焊接電弧的物理本質(zhì)二、焊接電弧的物理本質(zhì)（一）氣體放電的概念（一）氣體放電的概念焊接電弧是一種氣體放電現(xiàn)象焊接電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。u非自持放電：在非自持放電：在氣體放電過(guò)程中，不能夠產(chǎn)生足夠的帶電氣體放電過(guò)程中，不能夠產(chǎn)生足夠的帶電粒子使放電過(guò)程維持下去，而是要一直依靠外加措施（加熱、粒子使放電過(guò)程維持下去，而是要一直依靠外加措施（加熱、光照射等），才能維持氣體放電。光照射等），才能維持氣體放電。u自持放電：自持放電：在在氣體放電過(guò)程中，能夠產(chǎn)生

10、足夠的帶電粒子氣體放電過(guò)程中，能夠產(chǎn)生足夠的帶電粒子使放電過(guò)程維持下去，這種放電只需要開(kāi)始時(shí)通過(guò)外加措施使放電過(guò)程維持下去，這種放電只需要開(kāi)始時(shí)通過(guò)外加措施產(chǎn)生放電所需要的帶電粒子，一旦形成放電，即使取消外加產(chǎn)生放電所需要的帶電粒子，一旦形成放電，即使取消外加措施，放電過(guò)程仍然可以維持下去。措施，放電過(guò)程仍然可以維持下去。圖圖2 2 氣體放電的伏安特性曲線氣體放電的伏安特性曲線低電壓、大電流是焊接電弧的低電壓、大電流是焊接電弧的顯著特點(diǎn)之一。顯著特點(diǎn)之一。（二）、焊接電弧的物理機(jī)制（二）、焊接電弧的物理機(jī)制 要使兩電極之間的氣體導(dǎo)電必須具備兩個(gè)條件：要使兩電極之間的氣體導(dǎo)電必須具備兩個(gè)條件：(

11、1) (1) 兩電極之間有兩電極之間有帶電粒子帶電粒子 (2) (2) 兩電極之間有兩電極之間有電場(chǎng)電場(chǎng) 氣體電離氣體電離和和陰極的電子發(fā)射陰極的電子發(fā)射是電弧中帶電粒子產(chǎn)生的主要來(lái)源。是電弧中帶電粒子產(chǎn)生的主要來(lái)源。（1）氣體電離）氣體電離在一定條件下，中性氣體粒子（分子或原子）分離為正離在一定條件下，中性氣體粒子（分子或原子）分離為正離子和電子的現(xiàn)象稱為電離。子和電子的現(xiàn)象稱為電離。u熱電離熱電離：中性氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生的電離。：中性氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生的電離。u場(chǎng)致電離：場(chǎng)致電離：中性氣體粒子受電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的電離。中性氣體粒子受電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的電離。u光電離光電離：中性氣體粒

12、子吸收了光射線的光子能而產(chǎn)生的電離。：中性氣體粒子吸收了光射線的光子能而產(chǎn)生的電離。u碰撞電離碰撞電離：帶電粒子在定向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，與中性粒子發(fā)生碰撞：帶電粒子在定向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，與中性粒子發(fā)生碰撞而引起的電離。而引起的電離。焊接電弧中，氣體電離的形式：焊接電弧中，氣體電離的形式： 固體金屬中的固體金屬中的自由電子自由電子在外加能量的作用下，由金屬表面逸在外加能量的作用下，由金屬表面逸出的現(xiàn)象稱為出的現(xiàn)象稱為電子發(fā)射電子發(fā)射。熱發(fā)射熱發(fā)射：當(dāng)陰極表面承受熱作用而產(chǎn)生電子發(fā)射現(xiàn)象。：當(dāng)陰極表面承受熱作用而產(chǎn)生電子發(fā)射現(xiàn)象。光電發(fā)射光電發(fā)射：當(dāng)陰極表面接受光輻射時(shí)，也可使金屬內(nèi)的自由：當(dāng)陰極表面接受光

13、輻射時(shí)，也可使金屬內(nèi)的自由電子能量增加，從而沖破金屬表面的束縛而逸出的現(xiàn)象。電子能量增加，從而沖破金屬表面的束縛而逸出的現(xiàn)象。粒子碰撞發(fā)射：粒子碰撞發(fā)射：高速運(yùn)動(dòng)的粒子碰撞電極表面時(shí)，將能量傳高速運(yùn)動(dòng)的粒子碰撞電極表面時(shí)，將能量傳給電極表面的電子，使其能量增加而逸出金屬表面的現(xiàn)象。給電極表面的電子，使其能量增加而逸出金屬表面的現(xiàn)象。電場(chǎng)發(fā)射：電場(chǎng)發(fā)射：當(dāng)陰極表面附近空間存在一定的正電場(chǎng)時(shí)，金屬當(dāng)陰極表面附近空間存在一定的正電場(chǎng)時(shí)，金屬內(nèi)電子受到電場(chǎng)力作用達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電子會(huì)逸出金屬表面內(nèi)電子受到電場(chǎng)力作用達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電子會(huì)逸出金屬表面的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。（2）電子發(fā)射）電子發(fā)射 在焊接電弧系

14、統(tǒng)中，陰極和陽(yáng)極表面都可能發(fā)生電子發(fā)射在焊接電弧系統(tǒng)中，陰極和陽(yáng)極表面都可能發(fā)生電子發(fā)射的現(xiàn)象，但是，的現(xiàn)象，但是，只有從陰極發(fā)射出來(lái)的電子在電場(chǎng)作用下只有從陰極發(fā)射出來(lái)的電子在電場(chǎng)作用下參與導(dǎo)電過(guò)程參與導(dǎo)電過(guò)程。因此，因此，陰極發(fā)射電子陰極發(fā)射電子對(duì)產(chǎn)生和維持電弧穩(wěn)對(duì)產(chǎn)生和維持電弧穩(wěn)定燃燒是非常重要的定燃燒是非常重要的。焊接電弧中陰極發(fā)射電子有：。焊接電弧中陰極發(fā)射電子有：（3 3）其他物理過(guò)程）其他物理過(guò)程 電弧導(dǎo)電是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，除了電弧導(dǎo)電是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，除了氣體電離氣體電離、陰極電子陰極電子發(fā)射發(fā)射等物理過(guò)程外，同時(shí)還存在著等物理過(guò)程外，同時(shí)還存在著擴(kuò)散擴(kuò)散、復(fù)合復(fù)合和和負(fù)離負(fù)離子產(chǎn)

15、生子產(chǎn)生等過(guò)程。等過(guò)程?？偨Y(jié)總結(jié)：u焊接電弧是氣體放電的一種形式。焊接電弧是氣體放電的一種形式。u由于中性氣體是不能導(dǎo)電的，為了使氣體導(dǎo)電并產(chǎn)生電弧，由于中性氣體是不能導(dǎo)電的，為了使氣體導(dǎo)電并產(chǎn)生電弧，就必須使氣體中產(chǎn)生足夠的就必須使氣體中產(chǎn)生足夠的帶電粒子；帶電粒子；而且為了維持電弧穩(wěn)而且為了維持電弧穩(wěn)定燃燒，要求電弧的定燃燒，要求電弧的陰極不斷發(fā)射電子陰極不斷發(fā)射電子，電弧中氣體不斷電，電弧中氣體不斷電離，離，這就必須這就必須不斷地輸送電能給電弧，不斷地輸送電能給電弧，以補(bǔ)充其能量的消耗以補(bǔ)充其能量的消耗。u焊接電弧的形成和維持是在電場(chǎng)、熱、光和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的共焊接電弧的形成和維持是在電場(chǎng)、熱

16、、光和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的共同作用下，氣體分子、原子不斷地被激發(fā)、電離以及陰極電同作用下，氣體分子、原子不斷地被激發(fā)、電離以及陰極電子發(fā)射的結(jié)果，同時(shí)伴隨著一些其他過(guò)程。子發(fā)射的結(jié)果，同時(shí)伴隨著一些其他過(guò)程。三、焊接電弧的引燃三、焊接電弧的引燃（一）接觸引?。ㄒ唬┙佑|引弧 在弧焊電源接通后，電極（焊條或焊絲）與工件直接短在弧焊電源接通后，電極（焊條或焊絲）與工件直接短路接觸，接著迅速拉開(kāi)，即將焊條或焊絲提起路接觸，接著迅速拉開(kāi)，即將焊條或焊絲提起2 24 mm ,4 mm ,從而從而引燃電弧。引燃電弧。應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：焊條電弧焊焊條電弧焊熔化極氣體保護(hù)焊熔化極氣體保護(hù)焊接觸引弧分為接觸引弧分為接觸接

17、觸、空載空載和和燃弧燃弧三個(gè)階段。三個(gè)階段。氣體電離和陰極電子發(fā)射是電弧燃燒和維持的必要條件。把造成兩電極間氣體發(fā)生電離和陰極電子發(fā)射而引起電弧燃燒的過(guò)程，稱為焊接電弧的引弧。（二）非接觸引?。ǘ┓墙佑|引弧 非接觸引弧需非接觸引弧需采用專門的引弧器采用專門的引弧器才能實(shí)現(xiàn)。引弧器有兩種：才能實(shí)現(xiàn)。引弧器有兩種：高頻高壓引弧高頻高壓引弧和和高壓脈沖引弧高壓脈沖引弧。應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合: :鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊和和等離子弧焊等離子弧焊。圖圖2-32-3非接觸引弧的電壓波形非接觸引弧的電壓波形u高頻高壓引弧高頻高壓引?。好棵胝袷帲好棵胝袷?050次，每次振蕩頻率為次，每次振蕩頻率為150Hz260k

18、Hz150Hz260kHz左右左右, ,電壓峰值電壓峰值2500-5000V2500-5000V。u高壓脈沖引?。焊邏好}沖引?。阂‰妷旱念l率一般為引弧電壓的頻率一般為50Hz50Hz或或100Hz100Hz，引，引弧電壓峰值為弧電壓峰值為5000-10000V5000-10000V。 三個(gè)區(qū)域：陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)、弧柱區(qū)三個(gè)區(qū)域：陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)、弧柱區(qū)四、四、 焊接電弧的結(jié)構(gòu)焊接電弧的結(jié)構(gòu)在兩電極間產(chǎn)生電弧放電時(shí)，電弧長(zhǎng)度在兩電極間產(chǎn)生電弧放電時(shí)，電弧長(zhǎng)度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布是方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布是不均勻不均勻的，的，靠近靠近電極部分產(chǎn)生較大的電壓降，而沿著電極部分產(chǎn)生較大的電壓降，而沿著弧弧柱長(zhǎng)度

19、方向的電壓降可以認(rèn)為是均勻分柱長(zhǎng)度方向的電壓降可以認(rèn)為是均勻分布的布的。圖圖2-4 電弧結(jié)構(gòu)及壓降分布電弧結(jié)構(gòu)及壓降分布Ua=UA+Uc+UKUA-陽(yáng)極壓降陽(yáng)極壓降 UC-弧柱壓降弧柱壓降 UK-陰極壓降陰極壓降陰極區(qū)陰極區(qū)：在長(zhǎng)度方向的尺寸很小，在長(zhǎng)度方向的尺寸很小，1010-6-6cmcm。陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極區(qū)：在長(zhǎng)度方向的尺寸很小，在長(zhǎng)度方向的尺寸很小， 10-4cm。弧柱區(qū)弧柱區(qū)：兩極間的距離，也稱電弧的弧長(zhǎng)。兩極間的距離，也稱電弧的弧長(zhǎng)?；≈鶋航祷≈鶋航礐cCfCfCCCcllUI RIJS可見(jiàn)，可見(jiàn)，電弧電壓電弧電壓Ua與弧柱長(zhǎng)度呈正比。與弧柱長(zhǎng)度呈正比。Ua=UA+Uc+UK電弧的溫度較

20、高，可達(dá)電弧的溫度較高，可達(dá)500050000K K，其溫度的高低主，其溫度的高低主要與要與電弧電流的大小電弧電流的大小、電弧及其周圍、電弧及其周圍氣體介質(zhì)的種類氣體介質(zhì)的種類以及以及電弧的形態(tài)電弧的形態(tài)等有關(guān)。等有關(guān)。 最小電壓原理最小電壓原理：在給定的電流和電弧邊界條件下，：在給定的電流和電弧邊界條件下，穩(wěn)定燃燒的電弧將自動(dòng)選擇一適當(dāng)?shù)慕孛?，以保穩(wěn)定燃燒的電弧將自動(dòng)選擇一適當(dāng)?shù)慕孛妫员ＷC弧柱中具有最低的電場(chǎng)強(qiáng)度，即在固定弧長(zhǎng)上證弧柱中具有最低的電場(chǎng)強(qiáng)度，即在固定弧長(zhǎng)上的電壓為最小。也就是說(shuō)，焊接電弧具有保持最的電壓為最小。也就是說(shuō)，焊接電弧具有保持最小能量消耗的特性，當(dāng)電流一定時(shí)，電弧將

21、自動(dòng)小能量消耗的特性，當(dāng)電流一定時(shí)，電弧將自動(dòng)選擇一截面來(lái)保持最小的電弧電壓。選擇一截面來(lái)保持最小的電弧電壓。五、五、 最小電壓原理最小電壓原理n焊接電弧是兩個(gè)電極之間的氣體導(dǎo)電，它可以自由焊接電弧是兩個(gè)電極之間的氣體導(dǎo)電，它可以自由擴(kuò)大和縮小其導(dǎo)電截面。擴(kuò)大和縮小其導(dǎo)電截面。第二節(jié)、第二節(jié)、 焊接電弧的電特性焊接電弧的電特性焊接電弧的電特性包括焊接電弧的靜態(tài)伏安特性（焊接電弧的電特性包括焊接電弧的靜態(tài)伏安特性（靜特性靜特性）和動(dòng)態(tài)伏安特性（和動(dòng)態(tài)伏安特性（動(dòng)特性動(dòng)特性）。）。一、焊接電弧的靜特性一、焊接電弧的靜特性（一）、概念（一）、概念一定長(zhǎng)度的電弧在穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下，一定長(zhǎng)度的電弧在穩(wěn)定燃

22、燒狀態(tài)下，電弧電壓與電弧電流電弧電壓與電弧電流之間的關(guān)系之間的關(guān)系稱為焊接電弧的靜態(tài)伏安特性，簡(jiǎn)稱伏安特性稱為焊接電弧的靜態(tài)伏安特性，簡(jiǎn)稱伏安特性或靜特性，也稱為或靜特性，也稱為U U曲線曲線。u焊接電弧的靜特性可以在直角坐標(biāo)系中以取線的形式來(lái)表焊接電弧的靜特性可以在直角坐標(biāo)系中以取線的形式來(lái)表示。該曲線稱為電弧的示。該曲線稱為電弧的靜特性曲線靜特性曲線。u電弧的靜特性曲線可以直觀地表示電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電弧電弧的靜特性曲線可以直觀地表示電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電弧電流與電壓之間的關(guān)系。電流與電壓之間的關(guān)系。ffUf I電弧的靜特性：電弧的靜特性：段：電弧電壓隨電流的增加而下降，是段：電弧電壓隨電流的增

23、加而下降，是下降特性。下降特性。段：電壓幾乎不變，即電弧電段：電壓幾乎不變，即電弧電壓壓呈平特性呈平特性。段：電弧電壓隨電流的增加而段：電弧電壓隨電流的增加而上升，是上升，是上升特性。上升特性。（二）焊接電弧靜特性曲線形狀（二）焊接電弧靜特性曲線形狀U U曲線曲線金屬電阻是線性負(fù)載，其靜特性是線性曲線。金屬電阻是線性負(fù)載，其靜特性是線性曲線。焊接電弧是一個(gè)非線性負(fù)載焊接電弧是一個(gè)非線性負(fù)載。根據(jù)焊接電弧靜特性曲線的形狀，分為根據(jù)焊接電弧靜特性曲線的形狀，分為I I、II II、IIIIII三段。三段。圖圖2-5 電弧的靜特性曲線電弧的靜特性曲線（三）常用弧焊方法的電弧靜特性（三）常用弧焊方法的

24、電弧靜特性 由于不同的焊接方法，其焊接中所取的電流范圍有限，因此由于不同的焊接方法，其焊接中所取的電流范圍有限，因此對(duì)于特定焊接方法，根據(jù)其電流適用范圍，其電弧靜特性曲線只對(duì)于特定焊接方法，根據(jù)其電流適用范圍，其電弧靜特性曲線只是整個(gè)是整個(gè)U U曲線的某一部分。曲線的某一部分。U Ua aI Ia a焊條電弧焊焊條電弧焊埋弧焊、埋弧焊、TIGTIG、等離子弧等離子弧焊焊細(xì)絲熔細(xì)絲熔化極氣化極氣體保護(hù)體保護(hù)焊焊小電流鎢小電流鎢極氬弧焊、極氬弧焊、微束微束TIGu焊條電弧焊焊條電弧焊、埋弧焊埋弧焊多半工作在靜特性多半工作在靜特性水平段水平段。 一般的鎢極氬弧焊、等離子弧焊的焊接電弧也工作在一般的鎢

25、極氬弧焊、等離子弧焊的焊接電弧也工作在水平段水平段，u當(dāng)電流很小時(shí)，如當(dāng)電流很小時(shí)，如微束等離子弧焊微束等離子弧焊、微束微束TIGTIG焊工作在焊工作在下降段下降段u細(xì)絲熔化極氣體保護(hù)焊細(xì)絲熔化極氣體保護(hù)焊基本上工作在基本上工作在上升段上升段。手工焊手工焊埋弧焊埋弧焊焊接電弧的弧長(zhǎng)、電極直徑等對(duì)電弧靜特性有很大的影響焊接電弧的弧長(zhǎng)、電極直徑等對(duì)電弧靜特性有很大的影響UaL2L1L2 L1電弧長(zhǎng)度對(duì)電弧靜特性的影響電弧長(zhǎng)度對(duì)電弧靜特性的影響電弧長(zhǎng)度的影響電弧長(zhǎng)度的影響當(dāng)弧長(zhǎng)增加時(shí)，電弧電壓增加，電弧靜特性的形狀當(dāng)弧長(zhǎng)增加時(shí)，電弧電壓增加，電弧靜特性的形狀不變，但其位置會(huì)提高。不變，但其位置會(huì)提高

26、。（四）、焊接電弧靜特性的影響因素（四）、焊接電弧靜特性的影響因素周圍氣體種類周圍氣體種類圖圖2-6 不銹鋼鎢極氬弧焊電弧電壓、弧不銹鋼鎢極氬弧焊電弧電壓、弧長(zhǎng)與氣體種類的關(guān)系（電流長(zhǎng)與氣體種類的關(guān)系（電流100A）電極直徑的變化電極直徑的變化u當(dāng)電極直徑改變時(shí)，主要影當(dāng)電極直徑改變時(shí)，主要影響陰極斑點(diǎn)和弧柱截面積的變響陰極斑點(diǎn)和弧柱截面積的變化，進(jìn)而影響電弧靜特性曲線?；M(jìn)而影響電弧靜特性曲線。u電極直徑減小，電弧靜特性電極直徑減小，電弧靜特性曲線形狀基本不變，但將向電曲線形狀基本不變，但將向電流減小的方向流減小的方向( (向左向左) )移動(dòng)。移動(dòng)。在氣體保護(hù)焊中氣體介質(zhì)種類、氣體流量、氣

27、體介質(zhì)壓在氣體保護(hù)焊中氣體介質(zhì)種類、氣體流量、氣體介質(zhì)壓力等對(duì)電弧靜特性都會(huì)產(chǎn)生影響。力等對(duì)電弧靜特性都會(huì)產(chǎn)生影響。（四）、焊接電弧靜特性的影響因素（四）、焊接電弧靜特性的影響因素二、焊接電弧的動(dòng)特性二、焊接電弧的動(dòng)特性（一）、焊接電弧的動(dòng)特性概念（一）、焊接電弧的動(dòng)特性概念在一定的弧長(zhǎng)下，在一定的弧長(zhǎng)下，當(dāng)電弧電流以很快速度連續(xù)變化時(shí)，電弧當(dāng)電弧電流以很快速度連續(xù)變化時(shí)，電弧電壓與電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系電壓與電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系稱為電弧動(dòng)態(tài)伏安特性，簡(jiǎn)稱稱為電弧動(dòng)態(tài)伏安特性，簡(jiǎn)稱為電弧動(dòng)特性。為電弧動(dòng)特性。()ffufi電弧的動(dòng)特性：電弧的動(dòng)特性：三個(gè)含量：電弧電壓、電弧電流和時(shí)間。三個(gè)含量：

28、電弧電壓、電弧電流和時(shí)間。直角坐標(biāo)系中的電弧動(dòng)特性曲線是一直角坐標(biāo)系中的電弧動(dòng)特性曲線是一閉合曲線閉合曲線，稱為電，稱為電弧動(dòng)特性閉合曲線?；?dòng)特性閉合曲線。（二）、焊接電弧的動(dòng)特性曲線形狀（二）、焊接電弧的動(dòng)特性曲線形狀電流快速增加時(shí)，由于電電流快速增加時(shí)，由于電弧電離度較低，電弧電壓弧電離度較低，電弧電壓高于靜態(tài)值，高于靜態(tài)值，V-A特性曲特性曲線高于靜特性曲線。線高于靜特性曲線。 電流快速減小時(shí)，由電流快速減小時(shí)，由于電弧電離度較高，于電弧電離度較高，電弧電壓低于靜態(tài)值，電弧電壓低于靜態(tài)值，V-A特性曲線低于靜特性曲線低于靜特性曲線。特性曲線。u電流增加過(guò)程中，動(dòng)態(tài)曲線上的電弧電壓比靜特

29、性曲線電流增加過(guò)程中，動(dòng)態(tài)曲線上的電弧電壓比靜特性曲線上的電弧電壓值高；電流下降時(shí)，每一瞬間電弧電壓低低上的電弧電壓值高；電流下降時(shí)，每一瞬間電弧電壓低低于靜特性曲線。于靜特性曲線。u 電流變化速度愈小，靜、動(dòng)特性曲線就愈接近。電流變化速度愈小，靜、動(dòng)特性曲線就愈接近?！盁釕T性熱慣性”現(xiàn)象現(xiàn)象三、三、 電弧連續(xù)燃燒和穩(wěn)定的要求電弧連續(xù)燃燒和穩(wěn)定的要求 按電流種類：交流電弧、直流電弧和脈沖電弧按電流種類：交流電弧、直流電弧和脈沖電弧 按電弧狀態(tài)：自由電弧和壓縮電弧按電弧狀態(tài)：自由電弧和壓縮電弧 按電極材料：熔化極電弧和非熔化極電弧按電極材料：熔化極電弧和非熔化極電?。ㄒ唬?、焊接電弧的分類（一）、

30、焊接電弧的分類焊接電弧是一個(gè)特殊的負(fù)載，其主要特點(diǎn)：焊接電弧是一個(gè)特殊的負(fù)載，其主要特點(diǎn)：非線性負(fù)載非線性負(fù)載，其靜特性曲線形狀為，其靜特性曲線形狀為U U形曲線形曲線。低電壓，大電流低電壓，大電流。焊接電弧負(fù)載變化大。焊接電弧負(fù)載的短路、空載、燃焊接電弧負(fù)載變化大。焊接電弧負(fù)載的短路、空載、燃燒等現(xiàn)象是經(jīng)常出現(xiàn)的，而其電壓、電流變化很大。燒等現(xiàn)象是經(jīng)常出現(xiàn)的，而其電壓、電流變化很大。（1 1）按電流種類）按電流種類 直流電?。褐绷麟娀。弘娀∪紵^(guò)程中，（電極）極性不發(fā)生變化的電弧燃燒過(guò)程中，（電極）極性不發(fā)生變化的電流。電流。 直流電弧最大的特點(diǎn)：電弧穩(wěn)定性好。直流電弧最大的特點(diǎn)：電弧穩(wěn)定性

31、好。 交流電弧：交流電?。弘娀∪紵^(guò)程中，（電極）極性隨時(shí)間交替變電弧燃燒過(guò)程中，（電極）極性隨時(shí)間交替變化的電弧?；碾娀　Ｗ畛Ｒ?jiàn)的交流電弧是工頻正弦波交流電弧最常見(jiàn)的交流電弧是工頻正弦波交流電弧。 由于交流電弧電流的周期性變化，使交流電弧放電的物理由于交流電弧電流的周期性變化，使交流電弧放電的物理?xiàng)l件和電、熱物理過(guò)程也隨之改變，這對(duì)電弧的穩(wěn)定燃燒條件和電、熱物理過(guò)程也隨之改變，這對(duì)電弧的穩(wěn)定燃燒和弧焊電源的特性有很大的影響。和弧焊電源的特性有很大的影響。 脈沖電弧脈沖電?。弘娀‰娏鳛槊}沖波形的電弧。：電弧電流為脈沖波形的電弧。 根據(jù)電弧燃燒過(guò)程中，極性變化的情況分為根據(jù)電弧燃燒過(guò)程中，極性

32、變化的情況分為直流脈沖電流直流脈沖電流和和交流脈沖電流交流脈沖電流。1 1）自由電?。┳杂呻娀?u不熔化極焊接電弧：不熔化極焊接電弧：電極本身在焊接過(guò)程中不熔化，沒(méi)有電極本身在焊接過(guò)程中不熔化，沒(méi)有金屬熔滴過(guò)渡，通常采用惰性氣體保護(hù)。金屬熔滴過(guò)渡，通常采用惰性氣體保護(hù)。u熔化極焊接電弧：熔化極焊接電?。涸诤附与娀∪紵^(guò)程中，電極不斷熔化在焊接電弧燃燒過(guò)程中，電極不斷熔化并過(guò)渡到焊接工件上去。根據(jù)電弧是否可見(jiàn)又分為明弧和埋并過(guò)渡到焊接工件上去。根據(jù)電弧是否可見(jiàn)又分為明弧和埋弧兩類。弧兩類。（2 2） 、按電弧狀態(tài)、按電弧狀態(tài)u轉(zhuǎn)移型等離子弧：轉(zhuǎn)移型等離子?。弘姌O接負(fù)極，工件接正極，等離子弧電極接

33、負(fù)極，工件接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極和工件之間。產(chǎn)生于電極和工件之間。u非轉(zhuǎn)移型等離子?。悍寝D(zhuǎn)移型等離子弧：電極接負(fù)極，噴嘴接正極，等離子電極接負(fù)極，噴嘴接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極與噴嘴之間?；‘a(chǎn)生于電極與噴嘴之間。u混合型等離子弧混合型等離子弧2 2）壓縮電?。嚎s電弧把自由電弧的弧柱強(qiáng)迫壓縮，即得到一種比一般電弧溫度更把自由電弧的弧柱強(qiáng)迫壓縮，即得到一種比一般電弧溫度更高、能量更集中的熱源，即壓縮電弧。高、能量更集中的熱源，即壓縮電弧。等離子弧等離子弧即為以一種即為以一種典型的壓縮電弧。典型的壓縮電弧。等離子弧又分為以下三種形式：等離子弧又分為以下三種形式：非轉(zhuǎn)移型等離子弧非轉(zhuǎn)移型等離子弧

34、(a)(a)電極接負(fù)極，噴嘴接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極接負(fù)極，噴嘴接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極與噴嘴之間。電極與噴嘴之間。轉(zhuǎn)移型等離子弧轉(zhuǎn)移型等離子弧(b)(b)電極接負(fù)極，工件接正極，電極接負(fù)極，工件接正極，等離子弧產(chǎn)生于電極和工件之間。等離子弧產(chǎn)生于電極和工件之間。混合型等離子弧混合型等離子弧(c)(c)（二）、交流電弧的特性（二）、交流電弧的特性 電弧周期性地熄滅和引燃電弧周期性地熄滅和引燃 電弧電壓和電流波形發(fā)生畸變電弧電壓和電流波形發(fā)生畸變 熱慣性作用較為明顯熱慣性作用較為明顯最常見(jiàn)的交流電弧是工頻正弦波交流電弧最常見(jiàn)的交流電弧是工頻正弦波交流電弧。該電弧一般是由該電弧一般是由50Hz

35、50Hz按正弦規(guī)律變化的電源供電，每秒按正弦規(guī)律變化的電源供電，每秒鐘內(nèi)電弧電流變換極性鐘內(nèi)電弧電流變換極性5050次，次，100100次經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。次經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。電流經(jīng)過(guò)電流經(jīng)過(guò)零點(diǎn)的瞬間，電弧熄滅，過(guò)零點(diǎn)后電弧重新引燃零點(diǎn)的瞬間，電弧熄滅，過(guò)零點(diǎn)后電弧重新引燃。電弧的熄滅和再引燃現(xiàn)象每秒鐘要出現(xiàn)電弧的熄滅和再引燃現(xiàn)象每秒鐘要出現(xiàn)100100次。次。再引燃電弧的過(guò)程稱為再引燃電弧的過(guò)程稱為再引弧再引弧。再引燃電弧所需電壓稱為再引燃電弧所需電壓稱為再引燃電壓再引燃電壓。（1 1）純電阻電路）純電阻電路（三）、交流電弧連續(xù)燃燒的條件（三）、交流電弧連續(xù)燃燒的條件分析：分析：電源電壓和電源電壓和電流同

36、相位電流同相位，電流，電流過(guò)零后到下一周波過(guò)零后到下一周波電壓等于再引燃電電壓等于再引燃電壓之間，有一段間壓之間，有一段間隔時(shí)間，造成熄弧，隔時(shí)間，造成熄弧，不能滿足電弧穩(wěn)定不能滿足電弧穩(wěn)定燃燒的要求。燃燒的要求。圖圖2- 電阻性電路交流電弧電壓、電流波形圖電阻性電路交流電弧電壓、電流波形圖（2 2）電感性電路）電感性電路分析：分析：要使交流電弧穩(wěn)定燃燒，應(yīng)保證焊接回路中有要使交流電弧穩(wěn)定燃燒，應(yīng)保證焊接回路中有足夠大的電足夠大的電感感，從而使得電流滯后于電壓一個(gè)相位角，從而使得電流滯后于電壓一個(gè)相位角，電流改變極性時(shí)另一，電流改變極性時(shí)另一半波的電壓已經(jīng)大于電弧再引燃電壓，電弧立即反向恢復(fù)燃

37、燒。半波的電壓已經(jīng)大于電弧再引燃電壓，電弧立即反向恢復(fù)燃燒。utu ifiabcdufUfUyh1 1空載電壓空載電壓（四）、提高電弧穩(wěn)定性措施（四）、提高電弧穩(wěn)定性措施（1 1）影響交流電弧穩(wěn)定燃燒的因素）影響交流電弧穩(wěn)定燃燒的因素4212220fyhfUUUU愈高，電弧就愈穩(wěn)定。愈高，電弧就愈穩(wěn)定。2 2引燃電壓引燃電壓 愈高，電弧愈不穩(wěn)定，引燃愈困難。愈高，電弧愈不穩(wěn)定，引燃愈困難。3 3電路參數(shù)電路參數(shù) 增大增大L L或減小或減小R R可使電弧趨向穩(wěn)定地連續(xù)燃燒?？墒闺娀≮呄蚍€(wěn)定地連續(xù)燃燒。4212220fyhfUUUU6 6電極的熱物理性能和尺寸電極的熱物理性能和尺寸4 4電弧電流電

38、弧電流 電弧電流愈大，電弧的穩(wěn)定性愈高。電弧電流愈大，電弧的穩(wěn)定性愈高。5 5電源頻率電源頻率 f f提高有利于提高電弧的穩(wěn)定性。提高有利于提高電弧的穩(wěn)定性。（2 2）提高交流電弧穩(wěn)定性的措施）提高交流電弧穩(wěn)定性的措施1 1、增加交流電弧焊接回路中的感抗增加交流電弧焊接回路中的感抗。使焊接回路中具有一定的。使焊接回路中具有一定的感抗是保證電弧穩(wěn)定燃燒的最有效措施。感抗是保證電弧穩(wěn)定燃燒的最有效措施。2 2提高電源的空載電壓。提高電源的空載電壓。提高電源的空載電壓能提高交流電弧提高電源的空載電壓能提高交流電弧的穩(wěn)定性，但空載電壓過(guò)高會(huì)降低人身的安全性、增加材料的消的穩(wěn)定性，但空載電壓過(guò)高會(huì)降低人

39、身的安全性、增加材料的消耗等，所以提高空載電壓是有限度的。耗等，所以提高空載電壓是有限度的。3 3改善電弧電流的波形。改善電弧電流的波形。如使電弧電流波形為矩形波（或梯形如使電弧電流波形為矩形波（或梯形波），增大電流過(guò)零點(diǎn)的速度，從而可減小電弧熄滅的傾向。波），增大電流過(guò)零點(diǎn)的速度，從而可減小電弧熄滅的傾向。目目前采用該方法比較多。前采用該方法比較多。4 4疊加高壓電。疊加高壓電。在交流在交流TIGTIG焊接鋁合金等材料時(shí)，在負(fù)極性半焊接鋁合金等材料時(shí)，在負(fù)極性半周引弧困難，因此往往在負(fù)極半周再引弧時(shí)，加上一高壓脈沖或周引弧困難，因此往往在負(fù)極半周再引弧時(shí)，加上一高壓脈沖或高頻高壓使電弧穩(wěn)定。

40、高頻高壓使電弧穩(wěn)定。5 5、提高弧焊電源頻率、提高弧焊電源頻率。 交流電弧的頻率越高，電弧電流過(guò)零點(diǎn)交流電弧的頻率越高，電弧電流過(guò)零點(diǎn)后的電流上升速率越大，電弧熱慣性作用越大，再引弧電壓越低，后的電流上升速率越大，電弧熱慣性作用越大，再引弧電壓越低，電弧電流容易連續(xù)，但是提高交流焊接電流的頻率在一般弧焊電電弧電流容易連續(xù)，但是提高交流焊接電流的頻率在一般弧焊電源中很難實(shí)現(xiàn)。源中很難實(shí)現(xiàn)。第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)弧焊電源外特性的基本要求對(duì)弧焊電源外特性的基本要求在規(guī)定范圍內(nèi)，弧焊電源穩(wěn)態(tài)輸出電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，弧焊電源穩(wěn)態(tài)輸出電壓U Uy y與輸出電流與輸出電流I Iy y之間的之間的關(guān)系。即在電源內(nèi)部參

41、數(shù)一定的條件下，改變負(fù)載，穩(wěn)態(tài)輸出關(guān)系。即在電源內(nèi)部參數(shù)一定的條件下，改變負(fù)載，穩(wěn)態(tài)輸出電壓電壓Uy與穩(wěn)態(tài)輸出電流與穩(wěn)態(tài)輸出電流Iy之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。外特性是電源的基本特性之一，選擇合理的弧焊電源外特性外特性是電源的基本特性之一，選擇合理的弧焊電源外特性是保證電弧穩(wěn)定燃燒，焊接質(zhì)量穩(wěn)定的基本要求。是保證電弧穩(wěn)定燃燒，焊接質(zhì)量穩(wěn)定的基本要求。一、電源的外特性（一、電源的外特性（V-A V-A 特性特性) )0I Iy yU Uy y()yyUfI弧焊電源的外特性一般可以采用弧焊電源的外特性一般可以采用 來(lái)表示。來(lái)表示。()yyUfI圖圖2-8 弧焊電源的外特性取線弧焊電源的外特性取線二、二

42、、 弧焊電源外特性形狀的種類弧焊電源外特性形狀的種類常用弧焊電源的外特性主要有：常用弧焊電源的外特性主要有：下降特性下降特性、陡降特性陡降特性以及以及平特性平特性。a)垂直陡降特性垂直陡降特性 b)陡降特性陡降特性 c)緩降特性緩降特性 d)平特性平特性(恒壓特性恒壓特性) e)平特性平特性(稍上升稍上升)圖圖2-10 常用的弧焊電源的外特性曲線常用的弧焊電源的外特性曲線平緩特性平緩特性（1 1）緩降特性緩降特性：當(dāng)電流和電壓變化接近于：當(dāng)電流和電壓變化接近于直線變化直線變化規(guī)律，可規(guī)律，可稱為稱為斜特性；斜特性；當(dāng)電流和電壓變化接近于當(dāng)電流和電壓變化接近于1/41/4橢圓變化規(guī)律時(shí)，橢圓變化

43、規(guī)律時(shí)，可稱為可稱為緩降外特性。緩降外特性。（2 2）垂直下降垂直下降( (恒流恒流) )特性特性 當(dāng)電弧負(fù)載變化時(shí)，焊接電流基本當(dāng)電弧負(fù)載變化時(shí)，焊接電流基本不變，而只有電源輸出端電壓發(fā)生變化，垂直下降特性也叫不變，而只有電源輸出端電壓發(fā)生變化，垂直下降特性也叫恒流特性恒流特性。（3 3）恒流帶外拖特性恒流帶外拖特性根據(jù)外特性曲線斜率的不同：根據(jù)外特性曲線斜率的不同：緩降特性緩降特性和和垂直下降特性垂直下降特性。( (一一) )平特性平特性1. 1.平特性或微降特性：電源輸出端電壓降低平特性或微降特性：電源輸出端電壓降低小于小于7V/100A7V/100A 。2.2.微升特性：電壓增高微升特

44、性：電壓增高小于小于10V/100A10V/100A的外特性。的外特性。( (二二) )下降特性下降特性當(dāng)焊接電流增加時(shí)，電源輸出電壓當(dāng)焊接電流增加時(shí)，電源輸出電壓“急劇急劇”下降。焊接電流增下降。焊接電流增大時(shí)，電源輸出端電壓降低大時(shí)，電源輸出端電壓降低大于大于7V/100A7V/100A的外特性。的外特性。三、三、 “電源電源電弧電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性（1) 1) 系統(tǒng)的靜態(tài)平衡：無(wú)干擾時(shí)，能在給定的電弧電壓和系統(tǒng)的靜態(tài)平衡：無(wú)干擾時(shí)，能在給定的電弧電壓和電流下，保證焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，系統(tǒng)保持平衡狀態(tài)。電流下，保證焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，系統(tǒng)保持平衡狀態(tài)。A A1 1A A0 0U

45、UI I01 12 2I If fU Uf fI Iwdwd此時(shí)：此時(shí)： UfUy ；IyIf電源的外特性：電源的外特性：Uy=f(Iy)與電弧的靜特性：與電弧的靜特性：Uf=f(If)必須必須相交相交。電源的外特性電源的外特性電弧的靜特性電弧的靜特性UfUy“電源電源電弧電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定包括兩方面的含義：系統(tǒng)的穩(wěn)定包括兩方面的含義：系統(tǒng)處于靜態(tài)平衡就是系統(tǒng)處于靜態(tài)平衡就是系統(tǒng)有個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)系統(tǒng)有個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)（2)2)系統(tǒng)對(duì)干擾的反應(yīng)能力：當(dāng)系統(tǒng)一旦受到瞬時(shí)的外界干擾，系統(tǒng)對(duì)干擾的反應(yīng)能力：當(dāng)系統(tǒng)一旦受到瞬時(shí)的外界干擾，破壞了原來(lái)的靜態(tài)平衡，造成了焊接規(guī)范的變化，當(dāng)干擾消失后，破壞了原來(lái)的靜態(tài)

46、平衡，造成了焊接規(guī)范的變化，當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)或者達(dá)到新的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)或者達(dá)到新的平衡狀態(tài)。A A1 1A A0 0U UI I01 12 2I If fU Uf fI IwdwdB B1 1 u電弧靜特性在電弧靜特性在工作點(diǎn)的斜率必須大于電源外特性在該工作工作點(diǎn)的斜率必須大于電源外特性在該工作點(diǎn)處的斜率時(shí)點(diǎn)處的斜率時(shí)，電源，電源- -電弧系統(tǒng)才能穩(wěn)定。電弧系統(tǒng)才能穩(wěn)定。0fyjwfydUdUKdIdI 電弧靜特性和電源外特性曲線相交的穩(wěn)定工作點(diǎn)決定了焊接電弧靜特性和電源外特性曲線相交的穩(wěn)定工作點(diǎn)決定了焊接電流和電壓。對(duì)于一定弧長(zhǎng)的電弧

47、，只有一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)。電流和電壓。對(duì)于一定弧長(zhǎng)的電弧，只有一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)。 弧焊電源外特性的形狀不僅與弧焊電源外特性的形狀不僅與焊接電弧的靜特性焊接電弧的靜特性有關(guān)，還與有關(guān)，還與各種焊接工藝發(fā)方法各種焊接工藝發(fā)方法的特點(diǎn)有關(guān)。的特點(diǎn)有關(guān)。 滿足滿足“電源電源- -電弧電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求是電源外特性選擇的必系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求是電源外特性選擇的必要條件要條件，同時(shí)所選擇的外特性形狀，同時(shí)所選擇的外特性形狀還需要滿足各種焊接工藝還需要滿足各種焊接工藝特點(diǎn)特點(diǎn)對(duì)電源外特性形狀的要求。對(duì)電源外特性形狀的要求。SMAWGTAWPAWSAWGMAW電弧靜特性水平段水平段水平段水平段略上升段電源外特性下降

48、或陡降陡降或橫流陡降或橫流平/陡降平/陡降表表2-1 2-1 常用焊接電弧靜特性與弧焊電源外特性常用焊接電弧靜特性與弧焊電源外特性 弧焊電源是電焊機(jī)的核心部分，是對(duì)焊接電弧提供電能的弧焊電源是電焊機(jī)的核心部分，是對(duì)焊接電弧提供電能的一種專業(yè)設(shè)備。對(duì)其要求：從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕一種專業(yè)設(shè)備。對(duì)其要求：從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，制造容易，消耗材料少，節(jié)省電能，成本低；從使用角度巧，制造容易，消耗材料少，節(jié)省電能，成本低；從使用角度出發(fā)，要求方便、可靠、安性能良好和容易維修。出發(fā)，要求方便、可靠、安性能良好和容易維修。 焊接電源的電氣特性和結(jié)構(gòu)方面，還具有焊接電源的電氣特性和結(jié)構(gòu)方

49、面，還具有不同于一般電力不同于一般電力電源的特點(diǎn)電源的特點(diǎn)。主要原因是弧焊電源的負(fù)載是電弧，電源的電氣。主要原因是弧焊電源的負(fù)載是電弧，電源的電氣性能要求性能要求適應(yīng)電弧負(fù)載的特性適應(yīng)電弧負(fù)載的特性。弧焊工藝對(duì)焊接電源有如下的要求：弧焊工藝對(duì)焊接電源有如下的要求： 保證保證引弧容易引弧容易 保證保證電弧穩(wěn)定電弧穩(wěn)定 保證保證焊接規(guī)范穩(wěn)定焊接規(guī)范穩(wěn)定 具有具有足夠?qū)挼暮附右?guī)范調(diào)節(jié)范圍足夠?qū)挼暮附右?guī)范調(diào)節(jié)范圍四、對(duì)焊條電弧焊設(shè)備的要求四、對(duì)焊條電弧焊設(shè)備的要求 在焊接過(guò)程中，電弧不僅是個(gè)在焊接過(guò)程中，電弧不僅是個(gè)熱源熱源也是一個(gè)也是一個(gè)力源力源。 電弧產(chǎn)生的機(jī)械作用力與焊縫熔深、熔池?cái)嚢?、熔滴過(guò)電

50、弧產(chǎn)生的機(jī)械作用力與焊縫熔深、熔池?cái)嚢?、熔滴過(guò)渡、焊縫成形等有直接關(guān)系。渡、焊縫成形等有直接關(guān)系。 如果對(duì)電弧力控制不當(dāng)，它將破壞焊接過(guò)程，產(chǎn)生飛濺，如果對(duì)電弧力控制不當(dāng)，它將破壞焊接過(guò)程，產(chǎn)生飛濺，甚至形成焊瘤、燒穿等缺陷，因此，對(duì)電弧力的利用和甚至形成焊瘤、燒穿等缺陷，因此，對(duì)電弧力的利用和控制將直接影響焊縫質(zhì)量?？刂茖⒅苯佑绊懞缚p質(zhì)量。 電弧力主要包括電弧力主要包括電磁收縮力電磁收縮力、等離子流力等離子流力、斑點(diǎn)力斑點(diǎn)力等。等。第四節(jié)第四節(jié) 焊接電弧的控制焊接電弧的控制一、電弧力及其作用（自學(xué)）一、電弧力及其作用（自學(xué)）（1 1）電磁收縮力）電磁收縮力當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)

51、，電流可看成是由許多相距很流可看成是由許多相距很近的平行同向電流線組成，近的平行同向電流線組成，這些電流線之間將產(chǎn)生相這些電流線之間將產(chǎn)生相互吸引力，將使導(dǎo)體截面互吸引力，將使導(dǎo)體截面有收縮的傾向，這種現(xiàn)象有收縮的傾向，這種現(xiàn)象稱為電磁收縮效應(yīng)，稱為電磁收縮效應(yīng)，產(chǎn)生產(chǎn)生電磁收縮效應(yīng)的力稱為電電磁收縮效應(yīng)的力稱為電磁收縮力磁收縮力。通常電弧可看成是一圓錐形的氣態(tài)導(dǎo)體。電極端直徑小，焊件通常電弧可看成是一圓錐形的氣態(tài)導(dǎo)體。電極端直徑小，焊件端直徑大。由于不同直徑處電磁收縮力的大小不同，直徑小的端直徑大。由于不同直徑處電磁收縮力的大小不同，直徑小的一端收縮壓力大，直徑大的一端收縮壓力小，因此將在電

52、弧中一端收縮壓力大，直徑大的一端收縮壓力小，因此將在電弧中產(chǎn)生壓力差，形成由小直徑端（電極端）指向大直徑端（工件產(chǎn)生壓力差，形成由小直徑端（電極端）指向大直徑端（工件端）的端）的電弧軸向推力電弧軸向推力。而且電流越大，形成的推力越大。而且電流越大，形成的推力越大。由由電磁力引起的收縮效應(yīng)，不僅使熔池下凹，同時(shí)對(duì)熔池產(chǎn)生電磁力引起的收縮效應(yīng)，不僅使熔池下凹，同時(shí)對(duì)熔池產(chǎn)生攪拌作用，有利于細(xì)化晶粒，排出氣孔和夾渣，使焊縫的質(zhì)量攪拌作用，有利于細(xì)化晶粒，排出氣孔和夾渣，使焊縫的質(zhì)量得到改善。得到改善。（2 2）等離子流力）等離子流力 錐形電弧在電磁收縮效應(yīng)形成的軸向作錐形電弧在電磁收縮效應(yīng)形成的軸向

53、作用下，高溫氣體從電極端的用下，高溫氣體從電極端的A A區(qū)向靠近工區(qū)向靠近工件的件的B B區(qū)流動(dòng)。此時(shí)，電弧周圍的氣體從區(qū)流動(dòng)。此時(shí)，電弧周圍的氣體從電極上方電極上方C C區(qū)補(bǔ)充新的氣體到區(qū)補(bǔ)充新的氣體到A A區(qū)，補(bǔ)充區(qū)，補(bǔ)充的氣體被加熱電離并連續(xù)流向的氣體被加熱電離并連續(xù)流向B B區(qū)，對(duì)熔區(qū)，對(duì)熔池形成動(dòng)壓力，即等離子流力。池形成動(dòng)壓力，即等離子流力。等離子流力的分布于等離子流速度分布相對(duì)應(yīng)，電弧軸線處等等離子流力的分布于等離子流速度分布相對(duì)應(yīng)，電弧軸線處等離子流速度最高，因此，電弧軸線處的等離子流力也最強(qiáng)。離子流速度最高，因此，電弧軸線處的等離子流力也最強(qiáng)。當(dāng)鎢極氬弧焊的鎢極錐角較小、電流

54、較大，或熔化極氬弧焊射當(dāng)鎢極氬弧焊的鎢極錐角較小、電流較大，或熔化極氬弧焊射流過(guò)渡時(shí)，等離子流力都將顯著增大。流過(guò)渡時(shí)，等離子流力都將顯著增大。等離子流力可增大電弧的挺直性，在熔化極電弧焊時(shí)促進(jìn)熔滴等離子流力可增大電弧的挺直性，在熔化極電弧焊時(shí)促進(jìn)熔滴軸向過(guò)渡，增大熔深并對(duì)熔池形成攪拌作用。軸向過(guò)渡，增大熔深并對(duì)熔池形成攪拌作用。（3 3）斑點(diǎn)力）斑點(diǎn)力 電極上形成斑點(diǎn)時(shí)，由于斑點(diǎn)處受到帶電粒子的撞擊或電極上形成斑點(diǎn)時(shí)，由于斑點(diǎn)處受到帶電粒子的撞擊或金屬蒸發(fā)的反作用而對(duì)斑點(diǎn)產(chǎn)生的壓力，稱為斑點(diǎn)壓力金屬蒸發(fā)的反作用而對(duì)斑點(diǎn)產(chǎn)生的壓力，稱為斑點(diǎn)壓力或斑點(diǎn)力?；虬唿c(diǎn)力。 不論是陰極斑點(diǎn)力還是陽(yáng)極斑點(diǎn)

55、力，其方向總是與熔滴不論是陰極斑點(diǎn)力還是陽(yáng)極斑點(diǎn)力，其方向總是與熔滴過(guò)渡方向相反，阻礙熔滴過(guò)渡。過(guò)渡方向相反，阻礙熔滴過(guò)渡。 陰極斑點(diǎn)力比陽(yáng)極斑點(diǎn)力大陰極斑點(diǎn)力比陽(yáng)極斑點(diǎn)力大，主要原因是：陰極斑點(diǎn)，主要原因是：陰極斑點(diǎn)承受正離子的撞擊，陽(yáng)極斑點(diǎn)承受電子的撞擊，而正離承受正離子的撞擊，陽(yáng)極斑點(diǎn)承受電子的撞擊，而正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，且陰極壓降一般大于陽(yáng)極子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，且陰極壓降一般大于陽(yáng)極壓降，所以陰極斑點(diǎn)承受的撞擊遠(yuǎn)大于陽(yáng)極斑點(diǎn)；陰壓降，所以陰極斑點(diǎn)承受的撞擊遠(yuǎn)大于陽(yáng)極斑點(diǎn)；陰極斑點(diǎn)的電流密度比陽(yáng)極斑點(diǎn)的電流密度大，金屬蒸發(fā)極斑點(diǎn)的電流密度比陽(yáng)極斑點(diǎn)的電流密度大，金屬蒸發(fā)產(chǎn)

56、生的反作用力也比陽(yáng)極斑點(diǎn)大。產(chǎn)生的反作用力也比陽(yáng)極斑點(diǎn)大。 由于陰極斑點(diǎn)力大于陽(yáng)極斑點(diǎn)力，所以在直流電弧焊時(shí)由于陰極斑點(diǎn)力大于陽(yáng)極斑點(diǎn)力，所以在直流電弧焊時(shí)可通過(guò)采用可通過(guò)采用反接法反接法來(lái)減小這種影響。熔化極氣體保護(hù)焊來(lái)減小這種影響。熔化極氣體保護(hù)焊采用采用直流反接直流反接，可以減小熔滴過(guò)渡的阻礙作用，鎢極氬，可以減小熔滴過(guò)渡的阻礙作用，鎢極氬弧焊采用直流反接，由于陰極斑點(diǎn)位于焊件上，正離子弧焊采用直流反接，由于陰極斑點(diǎn)位于焊件上，正離子的撞擊使電弧具有陰極清理作用。的撞擊使電弧具有陰極清理作用。二、焊接電弧的穩(wěn)定性二、焊接電弧的穩(wěn)定性 焊接電弧的穩(wěn)定性是焊接電弧的穩(wěn)定性是指電弧保持穩(wěn)定燃燒

57、（不產(chǎn)生斷指電弧保持穩(wěn)定燃燒（不產(chǎn)生斷弧、飄移和偏吹等）的程度弧、飄移和偏吹等）的程度。 電弧焊過(guò)程中，當(dāng)電弧電壓和焊接電流為某一定值時(shí)，電弧焊過(guò)程中，當(dāng)電弧電壓和焊接電流為某一定值時(shí)，電弧放電可電弧放電可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行且且穩(wěn)定燃燒的性能穩(wěn)定燃燒的性能稱稱為為電弧的穩(wěn)定性電弧的穩(wěn)定性。 電弧的穩(wěn)定燃燒是保證焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素，因電弧的穩(wěn)定燃燒是保證焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素，因此維持電弧的穩(wěn)定性是非常重要的。此維持電弧的穩(wěn)定性是非常重要的。 電弧不穩(wěn)定的原因除操作人員技術(shù)熟練程度外，還與電弧不穩(wěn)定的原因除操作人員技術(shù)熟練程度外，還與下列因素有關(guān)。下列因素有關(guān)。 （一）焊接電流（一）焊接電流 焊接電流大，電弧的溫度就增高，則電弧氣氛中的電焊接電流大，電弧的溫度就增高，則電弧氣氛中的電離程度和熱發(fā)射作用就增強(qiáng)，電弧燃燒也就越穩(wěn)定。離程度和熱發(fā)射作用就增強(qiáng)，電弧燃燒也就越穩(wěn)定。 隨著焊接電流的