1電弧焊基礎知識

本文格式為Word版，下載可任意編輯——1電弧焊基礎知識電?。菏且环N氣體放電現(xiàn)象，是指兩電極存在電位差時，電荷通過兩電極之間的氣體空間的一種導電現(xiàn)象。

電弧極性：直流焊接時電弧的兩極與電源的連接方式稱為電弧的極性。焊接電弧的導電特性:電弧的伏安特性

電弧放電：電流最大、電壓最低、溫度最高、發(fā)光最強

電弧放電區(qū)伏安特性：1、電弧的靜特性曲線2、電弧成負阻特性3、電弧成平特性4、電弧成上升特性

2.帶電粒子的產(chǎn)生：氣體電離、電極發(fā)射電子、形成負離子（1）氣體電離：

電離：中性氣體分子或原子分開成電子和正離子的現(xiàn)象。

電離電壓：電離能用電壓來表示，電離電壓低說明氣體的電離比較簡單，電弧比較穩(wěn)定。氣體電離的形式:

1、熱電離：是弧柱區(qū)產(chǎn)生帶電粒子的主要途徑。

2、電場作用下的電離：陰極區(qū)和陽極區(qū)的電場強度十分高，高達105~107V/cm，氣體電離以電場作用下的電離為主。

3、光電離：次要途徑。4、碰撞電離（2）電子發(fā)射

電子發(fā)射：電極表面受到外加能量的作用，使其內(nèi)部的電子沖破電極表面的束縛飛到電弧空間的現(xiàn)象稱為電子發(fā)射。

逸出功：使一個電子從金屬表面飛出所需的能量稱為逸出功。尋常用逸出電壓表示。有氧化物時逸出功比較低，所以電子簡單從氧化膜出逸出，形成陰極斑點。陰極斑點：陰極表面經(jīng)常可以看到發(fā)出閃爍的區(qū)域，這個區(qū)域稱為陰極斑點。電子發(fā)射最集中的區(qū)域、電流最集中流過的區(qū)域熱陰極：斑點固定WC

冷陰極：斑點不規(guī)則移動CuFeAl

在焊有色金屬及其合金時常用到電弧的陰極清理作用，就是源于陰極斑點的特性。電子發(fā)射機制分類：熱發(fā)射、電場發(fā)射、光發(fā)射、粒子碰撞發(fā)射實際焊接中往往是多種電子發(fā)射機構(gòu)共同完成電子發(fā)射的任務。（3）熱發(fā)射：

金屬表面受熱的作用，內(nèi)部的自由電子的熱運動加劇，當自由電子的動能大于逸出功時，電子飛出金屬表面參與電弧，參與電弧的導電過程。（對電極有冷卻作用）

熱發(fā)射強弱受到陰極材料沸點的影響，沸點高的鎢或碳做陰極時，電極可以被加熱到比較高的溫度，通過熱發(fā)射可以提供足夠多的電子。（4）電場發(fā)射：

當金屬表面存在一定強度的正電場時，金屬內(nèi)部的電子會受到電場力的作用，假使電場力足夠大，電子飛出金屬表面，這種現(xiàn)象稱為電場發(fā)射。冷陰極主要是這種發(fā)射電子的機理

（5）光發(fā)射：金屬表面受光能照射，使內(nèi)部的自由電子沖破表面約束而產(chǎn)生的電子發(fā)射稱為光發(fā)射。（6）粒子碰撞發(fā)射：焊接電弧中正離子撞擊陰極表面，將其動能傳給陰極內(nèi)部的電子，使其逸出金屬表面的發(fā)射過程稱為碰撞發(fā)射。

熱陰極：當使用沸點高的材料W或C作電極時，陰極區(qū)的帶電粒子主要靠熱發(fā)射提供，這種陰極稱為熱陰極。

冷陰極：鋼、銅、鋁、鎂等材料作陰極時，由于它們沸點很低，電極加熱溫度受沸點的限制不可能很高，熱發(fā)射不能提供足夠的帶電粒子，此時電場發(fā)射起主要作用，這種電極稱為冷陰極。

負離子形成主要是由中性氣體粒子（原子或分子）吸附一個電子形成的，負離子所帶電量與電子一致，但是質(zhì)量大，不能有效參與電弧導電過程造成電弧不穩(wěn)。不希望電弧中存在大量的負離子

大多數(shù)粒子親和能比較小，不易形成負離子

F、Cl、O2、OH、NO等離子親和能比較大，易于形成負離子。焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱區(qū)構(gòu)成。Ua=UA+UC+UK

弧柱區(qū)長度為電弧長度。分子、原子將產(chǎn)生熱電離，形成等離子體?；≈鶇^(qū)呈電中性。帶電的粒子在等離子體中定向移動，基本上不受空間電場的作用，所以能夠在低電壓條件下，傳輸大電流。傳輸電流的主要帶電粒子是電子，大約占帶電粒子總數(shù)的99.9%，其余為正離子。

陰極區(qū)電子之源：向弧柱提供99.9%的電子。陰極發(fā)射電子的能力，對電弧穩(wěn)定性影響極大。陽極區(qū)接受電子，提供0.1%的正離子

電弧的靜特性

在A區(qū)：電流較小，電弧熱量較低，電離度低，電弧的導電性較差，需要有較高的電場推動電荷運動；電弧陰極區(qū)，由于電極溫度低，電子提供能力較差，不能實現(xiàn)大量的電子發(fā)射，會形成比較強的陰極電壓降。所以電流越小電壓越高。

弧柱區(qū)在小電流范圍內(nèi)電流密度基本不變，弧柱截面隨電流的增加按比例增加，但弧柱周長增加的少，產(chǎn)熱多，散熱少，電弧溫度提高，電離程度提高，電弧電場強度降低，弧壓降低，所以電弧成負阻特性。TIG焊小電流成負阻特性。平特性

在B區(qū)：電流稍大，電極溫度提高，陰極熱發(fā)射能力加強，陰極電壓降低；陽極蒸發(fā)加劇，陽極電壓降低。也就是說電弧中產(chǎn)生和運動等量的電荷不需要更強的電場。

對于弧柱區(qū)，電弧等離子氣流加強，除電弧表面積增加造成的熱損失外，等離子氣流的滾動對電弧產(chǎn)生附加的冷卻作用，因此在一定的電弧區(qū)間內(nèi)，電弧電壓自動的維持一定的數(shù)值，保證產(chǎn)熱和散熱的平衡。成平特性。

一般埋弧焊、手工焊、大電流TIG焊等都工作在平特性段。上升特性

在C區(qū)：電流更大時，金屬蒸汽的發(fā)射及等離子流的冷卻作用進一步加強，同時由于電磁力的作用，電弧截面不能成比例增加電弧的電導率減小，要保證較大的電流通過相對比較小的截面，需要更高的電場。MIG焊的電弧一般工作在上升段。焊接電弧的能量特性：

弧柱區(qū)的能量特性：一般電弧焊中，弧柱的熱量僅有少部分通過輻射傳給了焊絲或工件，而是通過弧柱散熱損失了；等離子弧焊接中焊絲或工件的加熱熔化主要靠弧柱的熱量?；≈鶇^(qū)能夠產(chǎn)生的能量主要是弧柱中正離子和電子的動能。

陰極區(qū)產(chǎn)生的能量可以直接用來加熱焊絲和工件。陽極區(qū)產(chǎn)生的能量也可以直接用來加熱焊絲和工件。焊接電弧的電磁特性：

磁收縮力：相互吸引力，大小與流過的電流大小成正比，與兩根導線之間的距離成反比，導體斷面有收縮的傾向。

電磁收縮力浮現(xiàn)上大下小的狀態(tài)，軸向?qū)a(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生一個由電極指向工件的推力，這就是電磁靜壓力。

等離子流力（電磁動壓力）電弧靜壓力作用高溫氣體推向焊件電極上方氣體補充新進入氣體電離

斑點力：斑點受到帶電粒子的撞擊，或金屬蒸汽的反作用而對斑點產(chǎn)生的壓力，稱為斑點力，或斑點壓力。

陰極斑點力大于陽極斑點力

電弧與磁場的作用-電弧的剛直性（挺直性、挺度）：電弧抗爭外界干擾，力求保持焊接電流沿電極軸向滾動的性能。

電磁力是產(chǎn)生電弧剛直性的主要原因。

磁偏吹：電弧在外加磁場的作用下偏離焊絲或焊條的軸線方向的現(xiàn)象稱為磁偏吹。

磁偏吹可以造成電弧熄滅、熔滴過渡不規(guī)則、焊縫成形不良、引起未焊透、夾渣等缺陷。磁偏吹產(chǎn)生原因：導線連接位置；電弧附近電磁鐵；磁性回路；焊接位置；

異種金屬焊接時磁特性不同。減少磁偏吹的措施：

可能時采用交流電源代替直流電源；盡量采用短弧進行焊接；

對于長和大的工件采用兩端接地的方法；假使工件有剩磁，焊接前應消除；避免周邊鐵磁性物質(zhì)的影響；用厚藥皮焊條代替薄藥皮焊條。

導線接線位置引起的磁偏吹、

電弧附近的鐵磁性物質(zhì)引起的磁偏吹、剩磁引起的磁偏吹

焊絲的作用有兩個：電極導電、填充金屬（熔化和過渡的特性會對焊縫的質(zhì)量產(chǎn)生影響）

焊絲熔化的熱量來源

熔化極（陰極或陽極）電弧焊：陰極區(qū)產(chǎn)生的電弧熱、焊絲伸出長度上的電阻熱、陽極區(qū)產(chǎn)生的電弧熱、焊絲伸出長度上的電阻熱、

另外弧柱區(qū)的熱量作用比較小非熔化極電弧焊：弧柱區(qū)產(chǎn)熱熔化焊絲電弧熱

陽極區(qū)：PA?I(UA?UW?UT)?IUW陰極區(qū)：PK?I(UA?UW?UT)?I(UK?UW)UK陰極壓降、UA陽極壓降、UW逸出電壓、UT弧柱溫度等效電壓

焊絲接負時：焊絲加熱與熔化取決于(UK?UW)。好多因素影響陰極電子發(fā)射，即影響的UK大小。如電流、溫度、材料等。

焊絲接正時：主要取決于材料逸出功和電流的大小。當電流一定時，由于逸出功為常數(shù)，此時，焊絲熔化系數(shù)為定值。

熔化極氣體保護焊時，UK>>UW，Pk>PA

所以，同種材料，在一致的電流的作用下，焊絲作為陰極的產(chǎn)熱將比焊絲作為陽極時產(chǎn)熱多。由于散熱條件相近，所以焊絲接負時比焊絲接正時熔化快。

影響產(chǎn)熱的因素：焊絲材料、有無氧化膜、焊絲熔點、焊絲直徑、焊絲伸出長度、焊絲電阻率

影響焊絲熔化速度vm（kg/h）的因素熔化系數(shù)?m(g/A`1·h`1)電流：電流↑→熔化速度↑

電壓：較長弧長范圍內(nèi)，電壓變化不影響焊絲的熔化較短弧長范圍內(nèi)，電壓↓→熔化系數(shù)↑自調(diào)理作用更短弧長范圍內(nèi)，電壓↓→熔化系數(shù)↓電流極性：焊絲為陰極時，熔化速度大，

氣體介質(zhì)：反接時介質(zhì)的影響不大，正接時介質(zhì)的影響比較繁雜，無明顯規(guī)律伸出長度：Ls↑→熔化速度↑

焊絲直徑：d↑→熔化速度↓，電流和熔化速度關(guān)系直線的斜率越小熔滴上的作用力1.重力及表面張力2.電弧力3.爆破力

電弧對熔滴和熔池的機械作用力包括：電磁收縮力、等離子流力、斑點力、

電弧力只有在焊接電流較大的時候，才對熔滴過渡起主要作用；電流小時，重力表面張力起主要作用。1、電磁力2、等離子流力3、斑點力熔滴過渡分類：

顆粒過渡：電弧電壓高，電流小。粗滴過渡、細滴過渡、排斥過渡。

粗滴過渡：高弧壓，小電流；重力戰(zhàn)勝表面張力作用；電弧穩(wěn)定性和焊縫質(zhì)量都比較差。高電壓小電流MIG焊。

排斥過渡：弧根小；電流較大，斑點壓力大；直流正接時，斑點壓力很大，CO2、MIG都有明顯的大顆粒排斥過渡

高電壓較大電流CO2氣體保護焊；

細滴過渡：高弧壓，更大電流；電流比較大，電磁收縮力增大，表面張力減小；

熔滴存在的時間短，熔滴細化，過渡頻率增加；電弧穩(wěn)定性比較高，飛濺少，焊縫質(zhì)量高；CO2細絲較大電流噴射過渡

富氬或氬氣保護焊，可分為：射滴過渡、射流過渡、旋轉(zhuǎn)射流過渡、亞射流過渡射滴過渡：斑點力和重力促進熔滴過渡；表面張力阻礙熔滴過渡；

飛濺小，成型好；電流有臨界值，且電流區(qū)間窄，難調(diào)；電弧成鐘罩型。射流過渡：鋼焊絲MIG焊中，電流必需達到一定的臨界值（產(chǎn)生跳弧的最小電流）。

接觸過渡:焊絲（或焊條）端部的熔滴與熔池表面通過接觸而過渡的方式?？煞譃椋憾搪愤^渡、搭橋過渡

短路過渡：焊絲導電，小滴；磁收縮力大于表面張力搭橋過渡：焊絲不導電，大滴；電磁收縮力小于表面張力

熔滴過渡的控制

目的：改善過渡品質(zhì)、提高焊接質(zhì)量。

常用技術(shù)：脈沖電流控制法、脈動送絲控制法、射流－短路過渡控制法、波形控制法、脈動送絲－電流波形控制結(jié)合

脈沖電流控制法：熔化極氬弧焊

①一個脈沖一個熔滴、②一個脈沖多個熔滴、③多脈沖一個熔滴波形控制法：CO2氣體焊

熔池及焊縫的形成：在電弧熱及電阻熱的作用下，焊絲與母材被熔化，在電弧力、重力、表面張力作用

下，在焊件上形成一個具有一定形狀和尺寸的液態(tài)熔池。隨著熔熱源的移動熔