焊接电弧
电弧焊-基础知识
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（二）电子的发射
（2）场致发射
当阴极表面空间有强电场存在时，金属 电极内的电子在电场静电库仑力的作用下， 从电极表面飞出的现象称为场致发射。
冷阴极电弧正是主要依靠这种方式获得足 够的电子以维持电弧稳定燃烧的。
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（二）电子的发射
（3）光发射
当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的 自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时 能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。
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（一）气体的电离
（1）电离与激励
电离能通常以电子伏（eV）为单位， 1电子伏就是1个电子通过1V电位差的空间所 获得的能量，其数值为1.6×10-19J。为了便 于计算，常把以电子伏为单位的能量转换为 数值上相等的电压来处理，单位为伏（V）， 此电压称为电离电压。电弧气氛中常见气体 的电离电压如表1-1所示。
（1）热发射 金表面承受热作用而产生电子发射的现象称 为热发射。金属电极内部的自由电子受到热作用 以后，热运动加剧，动能增加，当自由电子的动 能大于该金属的电子逸出功时，就会从金属电极 表面飞出，参加电弧的导电过程。电子发射时从 金属电极表面带走能量，故能对金属产生冷却作 用。当电子被另外的同种金属表面接受时，将释 放能量，使金属表面加热。
二、焊接电弧的导电特性
其中，暗放电和辉光放电的电流较小，电 压较高，发热发光较弱，而电弧放电的电流最 大，电压最低，温度最高、发光最强。正是因 为电弧具有这样的特点，因此在工业中广泛用 来作为热源和光源，在焊接技术中成为一种不 可缺少的能源。 综上所述，从电弧的物理本质来看，它是一种 在具有一定电压的两电极之间的气体介质中所 产生的电流最大、电压最低、温度最高、发光 最强的自持放电现象。
第一章电弧焊基础知识
第一节 焊接电弧
（3）以C、W等高熔点材料作阴极 —— 热阴极，又称 热发射型 阴极温度高而产生热电子发射； 无阴极斑点，几乎无压降； 热发射电子散失热量、正离子进入释放热量，材料电阻产热； 在实际焊接电弧中， 因电极材料、电弧气氛、
阳极斑点： 形成条件 —— 在电场电离型导电机制下， 即低熔点、导 热性好的阳极材料，或很小的焊接电流；
（在阳极材料熔点较高，且电流大的情况下不会产生）
斑点特征： 面积较弧柱截面小、较阴极斑点的大； 温度高 —— 光亮点，可引发热电离； 自动选择性 —— 择取弧柱能量（i.E.l）消耗最小处； “粘着”性 ——阳极移动时，斑点显示“拖拽”现像；
U = Ui + Uy + Uz
图1-4
电弧结构和电位分布
2、电弧各区的导电特点 阴极区导电特点
（1）以 Fe、Cu、Al 等低 熔点材料作阴极—— 冷阴 极， 又称为电场发射型 形成强电场（105～107V/cm）发 射电子，产生阴极斑点；
I = Ie + Ii
高速正离子碰撞阴极产热并 发射电子；
带电粒子通过扩散、复合方式不断消失。 电弧稳定“燃烧”时，带电粒子的产生和消失处 于动平衡状态。 中性粒子可能与电子结合生成负离子，负离子的 存在会对电弧稳定性产生不良影响。
三、电弧导电机构
维持电弧放电的条件：气体空间不断产生带电粒子； 保持阴极、阳极与气体空间电流的连续； 1、电弧的构造及电弧电压
六、直流电弧与交流电弧
1、直流电弧
所谓直流电弧是指电弧(电极)极性 不发生变化的电弧，其最大特点是 稳定性好。根据电流形式的不同， 可以有恒定电流下的直流电弧和变 动电流下的直流电弧。
焊接电弧的动特性名词解释
焊接电弧的动特性名词解释一、引言焊接电弧是一种在焊接过程中产生的强烈光辐射和高温的等离子体现象，其动特性是指电弧在焊接中所表现出的各种物理和化学特性。
理解电弧的动特性对于掌握焊接工艺和提高焊接质量具有重要意义。
二、电弧长度电弧长度是指焊接电弧的摆动范围，通常以电弧焊接过程中两电极之间的距离衡量。
电弧长度的控制对于焊接过程的稳定性和熔深的控制至关重要。
较大的电弧长度可使焊缝充满，提高焊接质量，但同时也会降低焊接速度。
较小的电弧长度可以加快焊接速度，但有时会导致焊缝不充分的问题。
三、电弧功率密度电弧功率密度是指单位面积上电弧所输出的功率。
它的大小决定了焊接热量的分布和焊接效果。
较高的电弧功率密度可产生较高的焊接温度，有助于更好地熔化焊材和基材，但同时也会带来较大的熔散和气孔的形成。
适当控制电弧功率密度是保证焊接质量的关键。
四、电弧稳定性电弧稳定性是指电弧在焊接过程中的稳定性能。
稳定的电弧有利于焊缝的均匀成形和气孔的排除，其输出的热量也会更加均匀。
电弧的稳定性受到多种因素的影响，如电弧长度、电弧电流和焊接材料的性质等。
良好的焊接参数的选择和提高焊工的操作技术都可以提高电弧的稳定性。
五、电弧形态电弧形态是指焊接电弧在形态上的表现。
电弧形态可以通过感知电弧辉光的形状、颜色和闪烁频率等进行判断。
不同的电弧形态对焊接过程有着不同的影响。
一般来说，稳定的直流等离子体电弧形态有利于均匀的熔化焊材和基材，而闪烁频率高、形态不稳定的电弧则可能导致焊接质量问题。
六、电弧电流电弧电流是指焊接电弧传递的电流大小。
电弧电流的选择直接影响着焊接的热量和熔深。
过大的电弧电流会导致焊接过程中热量过大，容易产生焊缝熔穿等问题，而过小的电弧电流则可能导致焊缝不充分的现象。
合理选择电弧电流是协调熔化和焊接速度的关键。
七、电弧温度电弧温度是指焊接电弧的温度高低。
电弧温度的升高会导致更高的焊接温度，有助于焊接金属的熔化，但同时也可能对金属的组织产生不利影响。
焊接电弧
带电粒子的消失
粒子的扩散
• 扩散（浓度梯度） • 定义：电弧空间中如果带电粒子的分布不均匀， 则带电粒子将从浓度高的地方向浓度低的地方迁 移，而使浓度趋于均匀，这种现象称为带电粒子 的扩散。 • 总趋势：从弧柱中心向周围扩散 • 电子轻 速度快 外围浓度上升 阻碍进一步扩散 并 吸引正离子 • 结果：电弧中带电粒子减少 并带走部分热量
电弧处于工件端部时产生的磁偏吹
• 减少磁偏吹的措施 –可能时采用交流电源代替直流电 源 – –尽量采用短弧进行焊接 –对于长和大的工件采用两端接地 的方法 –如果工件有剩磁，焊接前应消除 –避免周围铁磁性物质的影响 –用厚药皮焊条代替薄药皮焊条
•电弧静特性
• 1什么叫电弧静特性？ • 当电极材料气体介质和弧长一定时，焊 • 接电流和电弧电压的关系。
1、焊接电弧的组成
• 沿电弧方向电场强度分 布不均匀 • 分为三个区域： • 弧柱、阴极、阳极 • 阴阳区尺寸很小，约为 10-2-10-6 cm
2、弧柱区的导电特性
• 弧柱温度：5000~50000K • 弧柱呈电中性 • 弧柱是包含大量电子、正离子等带 电粒子和中性粒子聚合在一起的气 体状态，被称为电弧等离子体。 • 弧柱电阻较小
焊接电弧
主讲
张保太
1、焊接电弧 • 电弧定义：电弧 是一种特殊的气 体放电现象，它 是带电粒子通过 两电极之间气体 空间的一种放电 过程。 • 实现了将电能转 化为机械能、热 能和光能。
• 气体是良好的绝缘体 带电粒子密度 <10-8/m3
使气体导电的条 件： ---电场 ---带电粒子
2、电弧导电机制
• 当电弧空间存在电离电压（或激励电压）不 同的多种气体的时候，在外加能量的作用下， 电离电压（或激励电压）低的气体粒子先被 电离（或激励），若这种气体量的足以维持 电弧的稳定燃烧，则整个电弧燃烧所需要的 能量主要取决于这个较低的电压。因而电弧 所要求的外加能量就比较低。
第一章焊接电弧
热发射：当所用的电极是热阴极型且电流较大时， 主要依靠热发射向电弧提供电子； 场致发射而当所用的电极是冷阴极型时，热发射不 能提供足够的电子，此时场致发射起主要作用； 碰撞发射由于焊接电弧的阴极区前面有大量正离子 聚集，形成具有一定强度的电场，能使正离子加速 撞击阴极，因而在一定条件下，粒子碰撞发射能够 成为向电弧提供导电所需电子的主要途径； 光发射：在阴极电子发射中则居于次要地位。
子状态的气体也可以直接被电离。但由于一般情 况下电子脱离气体分子需要克服原子对电子和分 子对电子的两层约束，因此分子状态时的气体电 离电压比原子状态时的电离电压值要高一些。 例如氢原子为13.5V，而氢分子为15.4V。但 是有些气体分子的电离电压反而比原子的电离电 压低，如NO分子的电离电压为9.5V，而N原子 和O氧子的电离电压分别为14.5V和13.5V。
1.1.3 电弧中带电粒子的消失
电弧导电过程中不仅有带电粒子的产生过程，而且 有带电粒子的消失过程，而且，当电弧稳定燃烧时这两 个过程处于动态平衡状态，即在单位时间内产生的带电 粒子数目等于消失的带电粒子的数目。 主要有两种方式： “扩散”：即带电粒子离开它们原来的地方，而逃逸到 电弧的四周，不再参加放电过程； “复合”：即正的带电粒子和负的带电粒子结合成中性 的原子或分子，这里既有电子与正离子的复合，也有负 离子与正离子的复合。在复合的过程中释放出大量的热 和光。包括：空间复合和电极表面复合。
2.电子的发射
电极表面接受一定外加能量作用，使其 内部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧 空间的现象称为电子发射。 电子发射在阴极和阳极皆可能发生，但 是从阳极发射出来的电子因受到电场的排斥， 不能参加导电过程，只有从阴极发射出的电 子，在电场的作用下才能参加导电过程。
电弧焊基础知识
当金属表面受光能照射时，内部自由电子冲破 表面束缚而产生电子发射的现象。
当正离子撞击阴极表面时，其动能将传递给阴 极内部的电子，从而使其逸出金属表面的发射 过程。
第一节 焊接电弧
在实际焊接电弧中，当使用沸点高的材料（如 W或C）作电极时，其阴极区的带电粒子主要靠热 发射来提供，通常称为热阴极电弧。
电弧焊基础知识
第一节 焊接电弧
第一节 焊接电弧
1. 焊接电弧的导电特点
电弧示意图
电弧是一种
气体放电现象， 即当两电极之间 存在电位差时， 电荷通过两极之 间的气体空间的 一种导电现象。
第一节 焊接电弧
正常状态下，气体由中性分子或原子组成，不含 带电离子，在外电场作用下，不产生定向运动。
为使正常状态下的气体导电，必须首先产生带电 离子，气体中的带电离子在外电场的作用下，产 生定向运动，导致气体导电。
第二节
焊接电弧的能量平衡及电弧力
第二节 焊接电弧的能量平衡及电弧力
1. 焊接电弧中的能量平衡
当电弧的弧柱区、阴极区和阳极区的能量交换达到平衡 时，电弧便处于稳定的燃烧状态。
1.1 弧柱区的能量平衡
单位时间内弧柱区所产生的能量，主要为通过弧柱电场而 被加速的正离子和自由电子所获得的动能，并通过碰撞及中和 作用转变成热能，其产热和热损失保持平衡。在热损失的对流、 传导和辐射中，对流约占80％以上，传导与辐射占10％左右。
第一节 焊接电弧
使中性气体粒子失去第二个电子需要更大的电
离能，称为第二电离能。生成的正离子称为二价 正离子，这种电离称为二次电离。等等。
焊接电弧
1 焊接电弧
• 1. 1.1 电弧的导电机理 3，电弧各区域的导电机理 阴极区的导电机理： 电场发射型阴极: 电场发射型阴极 当阴极表面温度较低，单依 靠阴极热发射不能提供足够数量的电子时，则在 靠近阴极的区域，正负电荷的平衡关系被打破， 正离子在阴极表面堆积，形成阴极压降，此压降 达到10V时，阴极区的电场强度可达到106107V/cm, 电子主要由场致发射产生。
Байду номын сангаас
1 焊接电弧
• 1.1.3 焊接电弧的产热情况与温度分布 1，弧柱区的产热机构 弧柱区的 热量主要 来自电子 与正离子 或中性粒 子的碰撞。
1 焊接电弧
• 1.1.3 焊接电弧的产热情况与温度分布 1，弧柱区的产热机构 单位弧柱长度电能IE的大小代表了弧柱的产热能 量，它与弧柱的热损失平衡。热损失包括对流 (80%)、传导和辐射(各10%)。 一般电弧焊时，弧柱的热量只能有很少一部分通 过辐射传给焊条和工件。当电流较大有等离子流 产生时，等离子流将把弧柱的一部分热量带到工 件，增加工件的热量。
1 焊接电弧
• 1.1.2 焊接电弧的负载特性 1，焊接电弧的静特性 电弧静特性曲线的形状 电流较大时，电弧静特性呈平特性。此时电流 密度和电导率随电流的增加速率相近。
1 焊接电弧
• 1.1.2 焊接电弧的负载特性 1，焊接电弧的静特性 电弧静特性曲线的形状 电流很大时，电弧静特性呈上升特性。很大电 流时,电弧温度和电导率σ随电流增加的速度小 于电流密度的增加速度。
1 焊接电弧
• 1.1.2 焊接电弧的负载特性 3，交流电弧的燃烧过程
ua = u0 − iR
i = (u0 − ua ) / R
1 焊接电弧
• 1.1.2 焊接电弧的负载特性 3，交流电弧的燃烧过程
焊接方法与设备-1焊接电弧
3.复合
电弧空间的正负带电粒子（正离子、负离子、电子）， 在一定条件下相遇而互相结合成中性粒子的过程称为 复合，放热反应。
.
§1-1 电弧的导电机理
复合条件
3kT 2
e
40
在电弧中心部分由于温度较高，所有粒
子的热运动能量很高，不可能产生复合。在
电弧周边由于粒子温度较低，动能较小，由
于扩散作用而存在一部分电子和负离子，如
主要问题：激励能、激励与电离关系、激励作用
2.能量传递方式
.
§1-1 电弧的导电机理
碰撞传递
粒子之间以相互碰撞传递能量的形式称为碰撞 传递。 碰撞 弹性 E1+E2=E1’+E2’ (低动能时)
非弹性 E1+E2=E1’+E2’+ΔE (高动能时) ΔE〉W激励 发生激励 ΔE〉W电离 发生电离。
.
§1-1 电弧的导电机 理
电场电离
带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过 程称为电场作用下的电离。
自由行程λ ：两次碰撞之间的路程长度。
Wk Ee
当某一气体中同时存在中性粒子、离子和电子 时，在一定温度和压力下它们的自由行程分别为：
e:i:grg12ng:4r1 g2ng:421rg2ng
光辐射传递
中性气体粒子可以接受外界以光量子形式所施 加的能量，提高其内能并改变其内部结构，使气体 粒子被激励或电离。
比较：在电弧燃烧过程中碰撞.传递是主要形式
§1-1 电弧的导电机 理
3.电离种类
f 热电离
电离
电场电离
T1 T2
光电离
v
热电离
T1〈T2
焊接电弧的分类及特点
焊接电弧的分类及特点焊接电弧可以根据其性质和特点进行分类。
下面将介绍几种常见的焊接电弧分类及其特点。
1. 直流电弧焊（DC ARC welding）直流电弧焊是指电流在焊接过程中只沿一个方向流动。
直流电弧焊具有电弧稳定、温度均匀、焊缝质量高的特点。
由于直流电流可以根据其极性的不同而进行变化，因此直流电弧焊可分为直流正极性（DCEP）和直流负极性（DCEN）两种。
直流正极性焊接时，电流主要通过焊丝流向焊件，适用于焊接大型构件；直流负极性焊接时，电流主要通过焊件流向焊丝，适用于焊接具有良好导电性质的金属。
2. 交流电弧焊（AC ARC welding）交流电弧焊是指电流在焊接过程中反复改变流动方向。
交流电弧焊具有热量可控、焊缝均匀、适用于厚板焊接等特点。
相比直流电弧焊，交流电流的结构更为复杂，焊接效率较低。
交流电弧焊通常使用频率较高且波形更稳定的电源进行。
3. 气体保护电弧焊（Gas Shielded ARC welding）气体保护电弧焊是指在焊接过程中，通过向焊缝区域提供保护气体来防止氧气、氮气等有害气体对焊缝的影响。
常见的气体保护电弧焊包括二氧化碳保护焊（CO2 welding）、氩弧焊（argon welding）以及氩气和氦气混合气体保护焊等。
气体保护电弧焊具有焊缝质量高、焊接速度快、操作方便等特点。
4.特殊气体保护电弧焊特殊气体保护电弧焊是指在保护电弧焊的基础上使用了特殊气体来改变焊接过程中气体环境。
常见的特殊气体包括活性气体（如氢气、氮气）和惰性气体（如氦气、氩气）。
特殊气体保护电弧焊具有焊丝溶敷率高、返修率低、适用于高速焊接等特点。
5. 手工电弧焊（Manual ARC welding）手工电弧焊是指焊工通过手持焊接枪对焊接工件进行焊接的一种电弧焊方法。
手工电弧焊具有操作简单、灵活性高、适用于各种焊接位置等特点。
手工电弧焊常用于焊接小型结构、修补工作以及不易通过自动化方法实现的焊接任务。
焊接电弧
焊接电弧
焊接电弧
电弧的产生及特性 焊接电弧的结构
焊接电弧的温度分布 电弧的分类
1、电弧的产生
焊接电弧是一种气体放电现象
(在一定条件下电荷（带电粒子） 通过两电极之间气体空间的导电 过程。)
电弧的产生与维持需要具 备的两个条件：
气体电离----- 两电极间保持适当的距离 阴极电子发射----- 两电极间存在电压
直流电弧 按电源性质分 交流电弧 脉冲电弧 熔化极电弧 按电极材料分 非熔化极电弧 直接弧 电弧 按对焊件的作用 间接弧 自由电弧 按电弧外周是否受拘束 拘束电弧（压缩电弧） 常压电弧 按电弧燃烧的环境 低压电弧 高压电弧 水下电弧
弧长对曲线的影响
电压
50 40 30 20 10 0
弧长l=5mm 弧长l=2mm
30
60
90
120
电流
150
电弧长度
电弧电压
作业
电能———热、光
电弧
1、电弧的产生
焊接电弧的特性
在焊接电弧燃烧过程中，呈现出 电压低 发光强 电流大 温度高 的特点。
2、焊接电弧ห้องสมุดไป่ตู้结构
阴极斑点
电子发射的发源地，电流密度大，温度高 窄，电场强度很大 长, 电离反应区
阴极区
弧柱
阳极区
阳极斑点
宽，电场强度很小 集中接收电子的区域，温度高
( 以直流电弧为例)
3、焊接电弧的温度分布
温度
阴极斑点
弧柱温度最高
5000℃~8000 ℃
阴极区
阳极斑点高于阴极斑点 阳极：2600 ℃ 阴极：2400 ℃
弧柱
焊接电弧
2. 减少或防止电弧偏吹的方法
（1）对于因气体流动过强引起的电弧偏吹，应首先根据具 ）对于因气体流动过强引起的电弧偏吹， 体情况查明气流来源、方向，再采取相应措施。 体情况查明气流来源、方向，再采取相应措施。 （2）在操作时适当调整焊条角度，使焊条向偏吹的一侧倾 ）在操作时适当调整焊条角度， 斜。 （3）采用短弧焊接及小电流焊接，对减小电弧偏吹也能起 ）采用短弧焊接及小电流焊接， 一定作用。 一定作用。 （4）为防止磁偏吹的影响，在条件许可的情况下应尽量使 ）为防止磁偏吹的影响， 用交流电焊接。 用交流电焊接。
二、焊接电弧的构造及温度分布
1. 焊接电弧的构造
焊接电弧可根据其物理 特征，沿长度方向划分为三 个区域，即阴极区、阳极区 和弧柱区。 阴极区——靠近阴极的 一层很薄的区域，厚度大约 只有10-5～10-6 cm。 阳极区——靠近阳极的 一层很薄的区域，但它的厚 度比阴极区，约10-3～10-4 cm。
由上述可知，电弧作为热源，其特点是温度很高， 由上述可知，电弧作为热源，其特点是温度很高， 热量相当集中。因此，用于焊接时金属熔化非常快。 热量相当集中。因此，用于焊接时金属熔化非常快。 使金属熔化的热量主要集中产生于两极； 使金属熔化的热量主要集中产生于两极；弧柱温度 虽高，但大部分热量被散失于周围气体中， 虽高，但大部分热量被散失于周围气体中，对金属 熔化并不起重要作用。 熔化并不起重要作用。
第三节
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六、焊接电弧的偏吹
电弧轴线偏离焊条轴线方向的现象，称它为电弧的偏吹。 电弧轴线偏离焊条轴线方向的现象，围气流的干扰 图2-9 （2）焊条偏心度过大 磁场的影响（磁偏吹） 图2-10 （3）磁场的影响（磁偏吹） 总之， 总之，引起焊接电弧产生磁偏吹现象的根本原因是由于 电弧周围磁场分布不均匀， 电弧周围磁场分布不均匀，而这种情况只有在使用直流电源 焊接时才明显发生，并且焊接电流越大， 焊接时才明显发生，并且焊接电流越大，电弧磁偏吹现象越 严重。 严重。
焊接电弧名词解释
焊接电弧名词解释
电弧焊接（Arc Welding）是目前主流焊接方式，是将电路通过
焊接材料间的金属丝或焊条，通过电弧的放射和熔融而产生的一种热
焊接方法，是目前居于焊接的高位，应用最为广泛的工艺。
电弧焊接，主要由焊材料、焊带、电源和焊枪等部分组成，它们
之间经电弧放电时产生一定的电磁感应，也产生电磁环流，带入作用
力把熔融焊接金属推向焊接面。
通过电弧输出，使焊接材料处于融合、熔化状态，然后形成残余金属熔渣，最后经冷却时，就形成了一段完
整的焊接件。
电弧焊接有以下几个基本步骤：第一步，爆跳时，电流流经电极
出发火花，改变初始位置的材料，以合金两个被加工体; 第二步，电
弧热量使被加工体，部分材料进入熔化状态，热量进入到焊接材料表面，冷却后形成一块完整的焊缝; 第三步，在焊接过程中持续产生不
同深度夹层层次，使材料表面和内部与焊接件具有完全连接，熔渣从
中形成夹层后，与焊接件具有真空密封后结合完成焊接。
电弧焊接的主要优点是操作简单、有效，是聚焦点易控制，焊缝
密度高，焊接成型灵活；聚焦点可调整范围广，不易脆性，焊缝宽度
可通过控制焊接参数进行调节；还有特点是体积小、不偏差，可以在
非常小的空间中进行焊接，给用户提供更多的灵活性；焊接速度快，
焊接部位自动熔化，大大降低了功耗，提高了环境友好性。
电弧焊接作为目前最发展的焊接方法，应用范围广，技术先进，
无论从加工工艺精度，还是从焊缝性能，有着许多优点，尤其是在车
辆制造等行业的应用最为广泛，给使用者带来了极大的便利和效率。
焊接电弧基本概念及熔焊原理-文档资料
二、埋弧焊的工艺特点、焊接工艺参数
埋弧焊是电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法，分为自动和半自动两种，是目前仅次于手 弧焊的应用最广泛的一种焊接方法。
(一)埋弧焊的工艺特点 1．优点 (1)生产率： (2)质量好： (3)节省材料和电能：
(4)改善劳动条件，降低劳动强度： 2．缺点 (1)只适用于水平(俯位)位置焊接。 (2) 难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属和合金。 (3)设备比较复。 (4) 不适合焊接厚度小于lmm的薄板。 (5) 对气孔敏感性大。 3．应用范围：焊接各种钢板结构。焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合
时熔池中杂质浓度升高使最后凝固部分产生 严重的偏析。宏观偏析易产生焊缝纵向裂纹。
层状偏析是在焊缝的横断面上出现的分 层组织，不同的分层，化学成分的分布是不 均匀
的，因此称为层状偏析。
4)一次结晶组织与性能：具有同样化学成 分的焊缝金属由于结晶组织不同，使其性能 有很大差异。
(一)焊接规范和线能量 电弧焊时的焊接规范如电流、电压和焊 接速度等，对焊接热循环有很大影响。电流 与电压
焊条或焊丝金属被电弧热不断熔化，形成 熔滴过渡到熔池中。手弧焊时过渡的熔滴数 约20～30滴／秒，电流、电压不断地变化， 变化时间约百万分之几秒。非脉冲电弧焊的 熔滴过渡形式有3种：喷射过渡、粗滴过渡和 短路过渡(图3—3)
六、交流或直流电弧
交流电弧的电流每秒钟有100次过零点， 电弧熄灭再反向引燃，所以稳定性差。电弧 熄灭的时间长短，决定了交流电弧的稳定性， 高空载电压电源、方波电源及电弧稳定器都 是根据这个原理来提高交流电弧的稳定性， 能适应低氢焊条，又保留了交流电弧无磁偏、 无极性选择的优点。
4、焊接电流的选择：主要由焊条直径、焊接位置和焊道层 次来决定。
焊接电弧的名词解释
焊接电弧的名词解释焊接电弧是一种通过高电压和电流产生的气体放电现象，通常用于焊接过程中加热和熔化金属。
在焊接中，焊极和焊件之间产生的电弧能量被用于使焊件表面升高到足够的温度以实现材料熔化和连接。
1. 电弧的形成焊接电弧的形成是通过在电极和焊件之间建立电流通路，利用电流经过气体空气中的阻抗，产生高温和高能量的现象。
当电流通过电极，并遇到空气中的阻抗时，电子的能量会从电流中释放出来，形成电弧。
2. 电弧的特性焊接电弧具有多种特性，其中包括：2.1 高温：焊接电弧的温度可以达到数千度，使得金属能够熔化并形成连接。
2.2 高能量密度：焊接电弧能够提供高能量密度，将焊件的表面加热到足够的温度。
2.3 高亮度：焊接电弧本身是明亮且具有强光的。
2.4 强风：焊接电弧产生的气流可以对周围的环境产生干扰，需要注意安全和舒适度。
3. 焊接电弧的应用焊接电弧是现代工业中广泛应用的一种技术。
其主要应用有：3.1 金属焊接：通过焊接电弧，可以将金属件进行连接，如钢铁结构、汽车制造和航空航天部件的制造等领域。
3.2 焊接修复：焊接电弧广泛应用于金属修复领域，能够修复和加固破损的金属件。
3.3 电弧切割：焊接电弧可以用于金属切割，通过在金属表面生成高温电弧，将金属融化并切割。
3.4 表面处理：焊接电弧也可以用于改变金属表面的特性，如表面硬化和改变金属结构等。
4. 焊接电弧的不同类型焊接电弧可以根据其形成的方式和材料使用进行分类。
以下是一些常见的焊接电弧类型：4.1 气体保护焊电弧：在焊接过程中，通过向电弧周围提供气体保护，以避免氧化和污染现象。
4.2 电弧焊接：传统的电弧焊接使用焊条或焊丝作为电极，并通过电弧加热和熔化焊件的表面。
4.3 电弧气体化学焊接：通过在电弧中引入反应性气体，实现金属熔化和连接。
4.4 感应电弧焊接：利用电磁感应的原理，在工件中产生电流并生成电弧。
5. 焊接电弧的安全注意事项在使用焊接电弧过程中，必须注意以下安全事项：5.1 穿戴个人防护设备，如护目镜、手套和耳塞。
焊接电弧
焊接电弧一．焊接电弧的产生焊接电弧是由焊接电源供电的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
1气体电离。
气体分子常态下是由原子核及带负电荷的电子组成的稳定系统，呈中性。
当它受到外来能量(如加热)作用时，分子被电离，产生导电现象，即气体放电。
电弧放电是气体放电现象中电压最低、电流最大、发光最强、温度最高的一种放电现象。
2电子发射。
当阴极或阳极表面接受一定的外加能量作用时，电极内部的电子有可能冲破金属电极表面的约束而飞到电弧空间，这就是电子发射。
电子发射的类型分为热发射、电场发射、撞击发射。
(1)热发射。
焊接时，阴极表面受到热的作用，温度很高，内部的自由电子运动速度加快，飞出金属表面，产生热发射。
(2)电场发射。
在电场作用下，金属表面的电子获得足够的动能，从表面飞出来，形成电场发射。
(3)碰撞发射。
高速运动的粒子碰撞金属表面时，将能量传递给金属表面的电子，使其能量增加飞出金属表面，产生电子的碰撞发射。
二．焊接热过程电弧焊时，焊件及填充金属受热融化形成熔池，随着焊接热源移开后又冷却结晶形成焊缝，这种加热与冷却过程称为焊接热过程。
1特点。
热过程是在焊件的局部进行的。
加热极不均匀。
升温速度快，高温停留时间短，冷却速度快。
加热温度高。
热源不断运动，热传递不均匀。
2焊接热循环。
在焊接热源作用下，温度由低到高，再由高到低的过程叫焊接热循环。
焊接热循环对焊缝及热影响区的组织和性能具有重要影响，调整和控制热循环主要是使焊接变形和焊接残余应力最小，焊缝及热影响区有良好的性能和组织。
比如采用多层多道，后焊的焊缝对前道焊缝有热处理作用，提高焊缝质量。
焊前预热、后热等措施，可以降低脆硬倾向及冷却速度。
也可通过采用合适的焊接参数进行调整。
3一般来说，焊接热过程对接头性能的影响主要体现在焊接热输入、焊接加热速度和冷却速度。
因此必须严格执行焊接工艺。
2011.7。
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Chep.5 焊接电弧
5.1 电弧的物理基础
一、气体放电 二、带电粒子的产生
1、电离和激励 2、外部施加能量途径 3、电离的种类 4、电子发射 5、负离子的产生
三、带电粒子的消失
1、扩散 2、复合
3 一、气体放电
金属导电－－－欧姆定律
IU R
带电粒子的定向移动
电流
4
气体放电
当气体中 存在带电粒 子，在电场 作用下，也 会产生导电 现象，称气
*2. 材料Uw －－热发射 *3. 材料T －－热发射
钨(5950K),碳(4200K) 热阴极
钢(3008K),铜(2868K),铝(2770K), 镁(1375K)
冷阴极
(2) 电场发射
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当金属表面存在一定强度的正电场时， 金属内的电子承受此电场静电库仑力 的作用，当此力达到一定程度时，电 子飞出金属表面，这种现象称电场发 射。
(1) 热发射
电子发射
18 热发射 电场发射 粒子碰撞发射 光发射
金属表面承受热作用而产生电 子发射现象称热发射。
m
e
v
2 e
2
eU w
iA T2exp(eU w/kT)
当一个电子从金属表面飞出，从电极上 带走能量eUw,对金属表面产生冷气作 用。带走总能量为IUw。
*1. 热发射与材料表面状态有关（A）
体放电
雷电 辉光放电 电弧放电
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气体放电规律
在较小的电流区间， 气体导电所需要的带电 粒子不能通过导电过程 本身产生，而需要外加 措施来造成带电粒子。
非自持放电 自持放电
当电流大于一定数值时，在气体放电开 始时需要外加措施制造带电粒子，进行诱发， 一旦放电开始，取消外加诱发措施，放电过 程仍可以继续下去，放电过程自身能够产生 维持放电所需要的带电粒子。
光电离是电弧中产生带电粒子的次要途径。
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电极表面受到外加能量的作用，使其
4、电子发射
内部的电子冲破电极表面的束缚而飞
到电弧空间的现象称为电子发射。
使一个电子从金属表面飞
出所需要的最低外加能量 称为逸出功（Ww）
逸出电压 Uw=Ww/e（V）
➢ 金属表面有氧化膜时，其逸出功降低。 ➢ 钨合金比纯钨逸出功低。
x Me Me
原始气体粒子总数的比值。
（忽略二次电离）
T
Saha公式
x2 P3.161017T2.5exp(eU i)
P
x
1x2
K T
Ui
实效电离度
12
如果某气体中混有其他气体成分时，则电 离后电子密度与电离前中性粒子密度 之比称实效电离度。
混合气体的电离电压称实效电离电压。
理论与实践证明，混合气体的实效电离电压取决于低电离电 压的物质
H 13.5V H2 15.4V
O 13.5V O2 12.2V
➢ 一次电离电压低者， Cs
二次电离电压不一
Ca
定低
➢ 混合气体中，低电 离电压者优先电离
激励
使中性粒子激励所需的最 低外加能量成为最低激励 能。激励能小于电离能， 也用电压值来表示，称为 激励电压。
接受能量－－电离 辐射－－回复稳定 碰撞－－传递
9 当气体中性粒子受外来能量作用
其数量不足以使电子完全脱离 气体原子或分子，而可能使电 子从较低的能级转移到较高的 能级时，中性粒子的内部稳定 状态被破坏，但对外仍呈电中 性，这种状态称为激励。
激励电压低于电离电压
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2、外部施加能量途径
弹性碰撞（非破坏性碰撞）
中性粒子－－中性粒子 只引起能量再分配，不产生电离
使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为
第一电离能。
第二电离能
电离能以电子伏特来计量 1ev1.61019j
第三电离能 。。。
Wi=eUi
电离能
电离电压
常见气体粒子的电离电压
电离电压
8
➢ 金属电离电压低 ➢ 分子状态可直接电
离 ➢ 电离电压的高低－
产生带电粒子的难 易
Cs 3.9V H 13.5V
（1）碰撞传递
非弹性碰撞（破坏性碰撞）
电子－－中性粒子 产生电离
（2）光辐射传递
hWe eUe 激励条件
hWi eUi 电离条件
碰撞是传递能量的主要途径 光辐射是能量传递的次要途径
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3、电离的种类
由于热运动而引起的碰撞，从而产生 电离称为热电离
（1）热电离
电离度：气体中单位体积内被电离的粒子数与
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电弧
能量转换器 电能
图2-2 电弧示意图
电弧是在一定条件下，电荷通过两极之 间气体空间的导电过程。是一种气体 放电现象。
热能 机械能 光能
特点：
低电压（几～几十V） 大电流（几十～千A） 高温（5000～30000K）
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二、带电粒子的产生
外加能量
1、电离和激励
M e M ee
在一定的条件下，中性气体分子或原子分离 成电子和正离子的现象称为电离。
等离子体
由于弧柱温度在5000～3000K,所以热电离是弧柱部分产生带 电粒子的最主要途径。
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(2) 电场电离
当带电粒子的动能在电场的影响下， 增加到足够高的程度，则可能与中 性粒子产生非弹性碰撞而使之电离，
称电场作用下的电离。
中性粒子、离子、电子自由行程之比：
e:i:gr 1 g 2 n g:4r 1 g 2 n g:42 1 r g 2 n g 42 : 2 :1
例1（Fe（7.8V)+K(4.3V)
例2 5000K,1atm
Ca(6.1)+Fe(7.8)+O2(12.2)+ N2(15.5)
xC a:xF e:xo2:xN 2 1:1.74102:3.24108:6.631011
热解离
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✓ 由于弧柱温度高，电弧 中多原子气体，由于热 的作用，将分解为原子， 称热解离。
带电粒子从电场中获得能量：Wk Ee
电子 中性粒子 产生电离
弧柱区 E=10V/cm 热电离为主 两极区 E=105～107V/cm 电场电离为主
(3) 光电离
16 中性粒子接受光辐射的作用而产生电 离的现象称为光电离。
h eU i, c e h U ci 1 2 3 6U 1 • 电弧光波长为170～500nm，部分可引起K、Na等的电离
✓ 产生热解离所需要的最 低能量称解离能。
✓ 热解离不但影响带电粒 子的产生过程，还对电 弧的电性能和热性能产 生影响。
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电弧电离度
➢ 一般维持电弧，电子密度为1014cm-3，即实效电离度为10-4 数量级（万分之一中性粒子电离）。
➢ 常规电弧，电离度 0.1×10-3～0.12×10-2 数量级。 ➢ 强冷电弧或大电流，电离度 10-1～1数量级。