焊接电弧的构造及静特性
焊接电弧的构造及静特性
§6—2焊接电弧的构造及静特性一焊接电弧的构造及温度焊接电弧的构造可划分三个区域：阴极区，阳极区，弧株。
电弧焊是利电弧的热能来达到连接金属的目的，电弧的热能是由上述各个区域的电过程作用下产生的，由于各个区域的电过程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的分布也是不相同的。
1阴极区电弧紧靠负电极的区域称为阴极区。
阴极区很窄，约为10～10cm。
在阴极区的阴极表面有一个明显的光的斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射的微小区域，称为阴极斑点。
阴极区的温度一般达到2130～3230℃，放出的热量占36%左右》阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材料而且阴极的温度一般都低于阴极金属材料的沸点。
（见图表）此外，如果增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也可相应提高。
阴极区和阳极去的温度电极材料材料沸腾℃阴极区温度℃阳极区温度℃碳4367 3227 3827铁2998 2130 2330铜2307 1927 21772900 2097 2177钨5927 2727 3927注（1）电弧中气体介质为空气。
（2）阴极和阳极为同种材料2阳极区电弧紧靠正极的区域称为阳极区。
阳极区较阴极区宽，越为10～10cm在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中的接收电子的位区域，称为阳极斑点。
阳极不发射电子，消耗能量少，因此在阴极材料相同时，阳极去的温度略高于阴极。
阳极区的温度一般达2330～3930℃放出热量占43%左右，一般手工电弧焊时，阳极的温度比阴极的温度高些。
3弧柱电弧阴极区和阳极区的部分称为弧柱。
由于阴极区和阳极区都很窄，因此弧柱的长度基本上等于电弧长度。
弧柱中所进行的电过程较复杂，而且它的温度不受材料沸点的限制，因此弧柱中心温度可达到5730～7730℃放出的热量占21%左右（手工电弧焊）。
弧柱的温度与弧柱中气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。
电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
2021/1/26
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
金属连接成形设备及自动化
所谓“电源一电弧”系统的稳定性应包含两方面的含义： 1) 系统在无外界因素干扰时，能在给定电弧电压和电流下维持长时间的连 续电弧放电，保持静态平衡。此时应有如下关系：
Uf＝Uy；If＝Iy 式中， Uf 和 If 各为电弧电压和电弧电流的稳定值。
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
金属连接成形设备及自动化
图4-1 焊接电弧的静特性曲程
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
金属连接成形设备及自动化
焊接电弧是非线性负载，静特性近似呈U形曲线，可以 可以分为三个区段：
Ⅰ段，电弧电压随电流的增加而下降，是一下降特性段，电弧呈 负阻特性；
曲线3为恒流的外特性（亦称 垂直陡降外特性），当弧长由 L1变为L2时，恒流外特性的电 流偏差△I3最小，即焊接电流 稳定。
图4－6 弧长变化时引起的电流偏移 1,2－缓降特性的电源 3－恒流特性的电源 l1,l2—电弧静特性
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
第四章
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用来产生焊接电弧并维持电弧燃烧的供电器件，主要有以下几种： • 弧焊变压器 • 矩形波交流弧焊电源 • 直流弧焊发电机 • 弧焊整流器 • 弧焊逆变器 • 脉冲弧焊电源
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4.2.1 电弧静特性和弧焊电源基本特性简介
一、焊接电弧的静特性
第四章
金属连接成形设备及自动化
焊工初级第六章84
国家职业资格培训教材
焊工(初级) 初级)
国家职业资格培训教材编审委员会 编 刘云龙 主编
技能型人才培训用书
国家职业资格培训教材
第六章 焊条电弧焊
依据劳动和社会保障部 制定的《国家职业标准》 制定的《国家职业标准》要求编写
第六章 焊条电弧焊
培训学习目标
熟悉焊条电弧焊工艺特点，会选择焊接工艺， 掌握焊条电弧焊的基本操作技能。
第六章 焊条电弧焊
第一节 焊接电弧
2、影响因素
（1）弧焊电源 （2）焊条药皮 （3）气流 （4）焊件接头处清洁程度 （5）磁偏吹 造成焊接电弧磁偏吹的因素： 1）焊接电缆线位置不正确引起的电弧磁偏吹。 2）铁磁物质引起的电弧磁偏吹。 3）焊条与焊件的位置不对称引起的电弧磁偏吹。
第六章 焊条电弧焊
第一节 焊接电弧
坡口的主要作用是：确保焊接电弧能深入到坡口根部 间隙处，使焊缝根部焊透；便于操作者清除焊渣，获得较 好的焊缝成形；调节熔敷金属比例，提高焊接接头综合性 能。
3.坡口的尺寸
坡口角度：用以调节熔敷金属比例，提高焊接接头 综合性能。 钝边：坡口钝边尺寸，在焊接过程中调节坡口根部 热量，以保证焊缝焊透和防止烧穿。 间隙：坡口的根部间隙用以保证根部能焊透。
第六章 焊条电弧焊
第二节 焊接参数
4.坡口的选择
选择的原则是： 1）坡口形状容易加工。 2）能够使焊条伸入根部间隙，便于焊接操作，保 证焊件焊透（焊条电弧焊熔深一般为2～4mm）。 3）坡口焊后变形小。 4）坡口焊接时，能节省焊条和提高焊接生产力。
第六章 焊条电弧焊
第三节 焊条电弧焊操作技术
一、基本操作技术
平焊位置焊接时，选择偏大些的焊接电流；非平焊位 置焊接时，应比平焊时的焊接电流小，立焊、横焊的焊接电 流比平焊焊接电流小10%～15%；仰焊焊接电流比平焊焊接 电流小15%～20%。角焊缝的焊接电流比平焊焊接电流稍大； 不锈钢焊接时，焊接电流应选择允许值的下限。
电弧特性
滑擦引弧
Electrode
（+）
Rubbing direction
接触引弧 电弧引燃 非接触引弧
短路引弧 Workpiece （-）
现 代 焊 接电 源 及 其 计 算 机 控 制
短路引燃电弧: 短路——空载——燃弧 接触——拉开——燃弧
弧焊电源 电能 接触 电阻热 金属熔化、蒸发
电能
电弧燃烧
弧长的影响：
弧长增加，弧柱长度增加，电弧电压提高；即电弧静特性曲线形状不变，但曲 线整体上移；这表明电弧电流一定时，电弧电压随弧长的增加而增加。
电极直径的影响：
主要影响阴极斑点面积 SK 和弧柱截 面SC；电极直径减小， SK、 SC减小，则 曲线整体左移；同理，电极直径增大，电 弧静特性曲线则将向电流增加的方向移动 （向右移动）。
A 段：电弧电压随电流的增加而下降，是下降特性段（负阻区）。 B 段：呈等压特性，即电弧电压 不随电流的变化而变化，是平特 性段（零阻区） C 段：电弧电压随电流的增加 而上升，是上升特性段（正阻 区）
电弧静特性曲线 U/V
A
B
C
Uf
I/A
现代焊接电源及其计算机控制
焊接电弧静特性曲线的构成
U U U U f A C K
高压脉冲引弧波形
电能
电弧燃烧
电能
不接触、高电压 工件与钨极 距离2-4mm 左右
碰撞电离、发射
场致发射
电弧引燃
应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。
现代焊接电源及其计算机控制
2.2 焊接电弧的结构以及伏安特性
一、焊接电弧的结构以及压降分布
三个区域：阳极区、阴极区、弧柱区
总的电弧电压：
焊接电弧特性
焊接电弧特性焊接电弧的电特性包括焊接电弧的静态伏安特性（静特性）和动态伏安特性（动特性）。
一、电弧静特性曲线图1-1普通电阻静特性与电弧静特性曲线1—普通电阻静特性曲线2—电弧静特性曲线一定长度的电弧在稳定燃烧状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性，也称为U曲线。
1）电弧静特性曲线。
焊接电弧是焊接回路中的负载，它与普通电路中的普通电阻不同，普通电阻的电阻值是常数，电阻两端的电压与通过的电流成正比（U=IR），遵循欧姆定律，这种特性称为电阻静特性，为一条直线，如图1-1中的曲线1所示。
焊接电弧也相当于一个电阻性负载，但其电阻值不是常数。
电弧两端的电压与通过的焊接电流不成正比关系，而呈U形曲线关系，如图1-1中的曲线2所示。
电弧静特性曲线分为三个不同的区域，当电流较小时（图1-1中的ab区），电弧静特性属下降特性区，即随着电流增加电压减小;当电流稍大时（图1-1中的bc区），电弧静特性属平特性区，即电流变化时，而电压几乎不变;当电流较大时（图1-1中的cd区），电弧静特性属上升特性区，电压随电流的增加而升高。
2）电弧静特性曲线的应用。
由于不同的焊接方法，其焊接中所取的电流范围有限，因此对于特定焊接方法，根据其电流适用范围，其电弧静特性曲线只是整个U曲线的某一部分。
焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在静特性的平特性区，即电弧电压只随弧长而变化，与焊接电流关系很小。
◆焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
◆一般的钨极氩弧焊、等离子弧焊的焊接电弧也工作在水平段，◆当电流很小时，如微束等离子弧焊、微束TIG焊工作在下降段◆细丝熔化极气体保护焊基本上工作在上升段。
二、焊接电弧的动特性在一定的弧长下，当电弧电流以很快速度连续变化时，电弧电压与电流瞬时值之间的关系称为电弧动态伏安特性，简称为电弧动特性。
直角坐标系中的电弧动特性曲线是一闭合曲线，称为电弧动特性闭合曲线。
电弧的动特性：“热惯性”现象1）电流快速减小时，由于电弧电离度较高，电弧电压低于静态值，V-A 特性曲线低于静特性曲线。
焊接技术作业及部分答案
第二章1、简述焊接电弧的引燃方法。
（一）接触引弧应用场合：焊条电弧焊熔化极气体保护焊（二）非接触引弧应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。
2、说明焊接电弧的结构，说明焊接电弧的静特性及影响电弧静特性的因素并举例说明焊接电弧静特性的应用。
结构:三个区域：阳极区阴极区弧柱区焊接电弧静特性: 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系，又称伏安特性。
影响电弧静特性的因素：主要有：电弧长度、周围气体种类焊接电弧静特性的应用对于不同的焊接方法，应用的电弧静特性曲线段、有所不同。
静特性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流很大时才工作在上升段。
熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段。
3、简述交流电弧连续燃烧的条件。
二、交流电弧连续燃烧的条件纯电阻电路电感性电路4、简述影响交流电弧稳定燃烧的因素和提高电弧稳定性的措施。
（一）影响交流电弧稳定燃烧的因素1．空载电压愈高，电弧就愈稳定。
2．引燃电压所需的愈高，电弧愈不稳定，引燃愈困难。
3．电路参数增大电感L或减小电阻R可使电弧趋向稳定地连续燃烧。
4．电弧电流电弧电流愈大，电离程度愈高，电弧的稳定性愈高。
5．电源频率f提高有利于提高电弧的稳定性。
6．电极的热物理性能和尺寸发射电子的能力，尖端形状等；如钨极。
（二）提高交流电弧稳定性的措施1．提高弧焊电源频率2．提高电源的空载电压3．改善电弧电流的波形4．叠加高压电5、简述空载电压的选用原则，常用的弧焊电源空载电压规定。
空载电压含义：当弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，弧焊电源输出端电压选择原则：为保证引弧容易，则需要较高的空载电压。
为保证焊工人身安全，空载电压低些为好。
降低制造成本，空载电压不宜高。
空载电压要适当，一般不大于100V.6、焊接时，对弧焊电源的基本要求是什么？对弧焊电源的具体要求是：①引弧容易。
焊接电弧特性
§1.2 焊接电弧特性电弧特性是指电弧在导电行为方面表现出的一些特征，其中的电弧电特性与电弧热平衡、电弧稳定性等有很深的联系，是很重要的事项。
焊接电弧静特性焊接电弧动特性阴极斑点和阳极斑点电弧的阴极清理作用最小电压原理电弧的挺直性与磁偏吹1. 焊接电弧静特性1）电弧静特性曲线变化特征（与金属电阻对应理解）电弧的电流·电压特性左图概念性示出稳定状态下焊接电弧的电流·电压特性，称作电弧静特性曲线。
静特性曲线是在①某一电弧长度数值下，在②稳定的保护气流量和③电极条件下（还应包括其他稳定条件），改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线。
呈现3个区段的变化特点下降特性区（负阻特性区）平特性区上升特性区3个特性区域的特点是由于电弧自身性质所确定的，主要和电弧自身形态、所处环境、电弧产热与散热平衡等有关在小电流区：电弧电压随电流的增大而减小，呈现负阻特性。
原因如下：电流小时，电弧热量低，导电性差，需要较高的电场推导电荷运动；电弧极区（特别是阴极区），温度低，提供电子能力差，会形成较强的极区电场；电流增大：电弧中产生和运动等量的电荷不再需要更高的电场；电弧自身性质具有保持热量动态平衡的能力当电流稍大时：焊条金属将产生金属蒸气的发射和粒子流。
消耗能量，故E不用降低当电流进一步增大时，金属蒸气的发射和等离子流的冷却作用进一步增强，同时由于电磁收缩力的作用，电弧断面不能随电流的增加而成比例的增加，电弧电压降升高，电弧静特性呈正特性。
埋弧焊电弧静特性曲线埋弧焊电弧的散热损失小，且电弧中基本没有GTA、GMA那样的等离子流存在，采用粗焊丝大电流，电弧特性呈下降趋势。
电弧特性反应了电弧的导电性能和变化特征，电弧种发生的许多现象都与静特性有关，也可以用于对比解释各种电弧焊方法的差别③电极条件非熔化电极情况下，电极成分对电弧电压会有一定程度的影响④母材情况母材热导率影响所形成的熔池大小以及母材热输入量中散失热量的快慢，对电流产生间接的冷却作用。
焊接电弧的静特性和熔滴过渡的形式
平特性
在B区：电流稍大，电极温度提高，阴极热发射能力增强， 阴极电压降低；阳极蒸发加剧，阳极电压降低。也就是说电弧 中产生和运动等量的电荷不需要更强的电场。 对于弧柱区，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加造成的 热损失外，等离子气流的流动对电弧产生附加的冷却作用，因 此在一定的电弧区间内，电弧电压自动的维持一定的数值，保 证产热和散热的平衡。成平特性。 一般埋弧焊、手工焊、大电流TIG焊等都工作在平特性段。
下降特性
在A区：电流较小，电弧热量较低，电离度低，电弧的导电性 较差，需要有较高的电场推动电荷运动； 电弧阴极区，由于电极温度低，电子提供能力较差，不能实现 大量的电子发射，会形成比较强的阴极电压降。所以电流越小 电压越高。 弧柱区在小电流范围内电流密度基本不变，弧柱截面随电流的 增加按比例增加，但弧柱周长增加的少，产热多，散热少，电 弧温度提高，电离程度提高，电弧电场强度降低，弧压降低， 所以电弧成负阻特性。
上升特性
在C区：电流更大时， 金属蒸汽的发射及等离子流的冷却作用进一步加强，同时由于电 磁力的作用，电弧截面不能成比例增加，电弧的电导率减小，要 保证较大的电流通过相对比较小的截面，需要更高的电场。 MIG焊的电弧一般工作在上升段。
电弧电压决定于电弧长 度和焊接电流值
不同电弧长度的电弧静特性曲线
仰焊 横焊
重力
表面张力 气体吹力
电磁力 斑点压力
有利于熔滴过渡的打√，阻碍熔滴过渡的打×
斑点压力
斑点压力：斑点受到带电粒子的撞击，或金属蒸汽的反作用而对 斑点产生的压力，称为斑点力，或斑点压力。 阴极斑点力大于阳极斑点力
不论是阴极斑点力还是阳极 斑点力，其方向总是与熔滴 过渡方向相反，如图所示。 但由于阴极斑点力大于阳极 斑点力，所以熔化极气体保 护焊可通过采用直流反接减 小对熔滴过渡的阻碍作用， 减少飞溅。
焊接基础知识
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
变，从而岁电流增加，电弧电压
增加，呈现上升特性。 If
影响电弧静特性的因素：
电弧长度
Ua
L2 >L1 L2 L1 电弧长度对电弧静特性的影响
影响电弧静特性的因素：
电弧长度 当弧长变化时， 静特性曲线平行 移动，即当电弧 长度增加时，电 弧电压也增加。 • 在焊条电弧焊应用的电流范围内，可以近似认为电 弧电压仅与电弧长度成正比的变化，而与电流大小 无关，其值一般为16～25V。
(2) 阴极电子发射
• 阴极表面在外加能量作用下连续向外发射出电子 的现象称阴极电子发射。 • 在一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发 射的。要使其逸出金属电极表面而产生电子发射， 必须加给电子一定能量。 • 使一个电子由金属表面飞出所需要的最低外加能 量称为逸出功。物质的逸出功一般为电离能的 1/2～1/4。 • 逸出功不仅与元素种类有关，也与物质表面状态 有很大关系。表面有氧化物或其它杂质时，均可 使逸出功大大降低。
的两个必要条件。
•
正常状态下，气体是由中性分子或原子组成 的，不含带电粒子。它们虽然可以自由移动，但 不会受电场作用而产生定向运动，所以是不导电 的。因此，要使正常状态的气体产生电弧导电， 必须先有一个产生带电粒子的过程，即气体电离； 同时，为了使电弧维持“燃烧”，要求电弧的阴 极不断发射电子，这就必须不断地输送电能给电 弧，以补充所消耗的能量。
力大
力小
• 电磁静压力：电弧轴向推力 在电弧横截面上分布不均匀， 弧柱轴线处最大，向外逐渐 减小，在焊件上表现为对熔 池形成的压力 • 结果： 碗状熔深焊缝形状。
弧焊电源
第一节
弧焊电源
一、焊接电弧的静特性
Uf
平特性段 上升特性段 下降特性段
Ⅰ
图1-5
Ⅱ
Ⅲ
焊接电弧的静特性曲线形状 焊接电弧的静特性曲线
第一节
弧焊电源
一、焊接电弧的静特性
药皮焊条电弧焊
埋弧焊
几种常用弧焊方法的电弧静 特性曲线
熔化极气体保护焊
第一节
弧焊电源
二、对弧焊电源的要求
1、具有陡降的外特性
弧焊电源作用：为焊接电弧稳定燃烧提供所需 要的、合适的电流和电压。
焊条电弧焊设备
第一节
弧焊电源
三、弧焊电源技术参数
1.负载持续率
指弧焊电源负载的时间与整个工作时间周期的百分率
在选定的工作时间周期 内焊机的负载时间 负载持续率 选定的工作时间周期
例1 某焊工使用BX3-300焊机，在规定周期时间5mim内工作3min，试问该焊 机负载持续率为多少？ 例2 一手工电弧焊在5分钟操作过程中，由于更换焊条清渣等工作用了1分钟， 试计算该焊工所用焊机的负载持续率？
定义：在稳定的工作状态下，电弧焊电源输出端电压与输出电流之间的关系 表示：外特性可用曲线表示，称为电弧电源的外特性曲线 种类：电弧焊电源外特性曲线有若干种
电源外特 性曲线
焊条电弧 焊电源外 特性曲线
第一节
弧焊电源
2、具有适当的空载电压 定义：在电弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，电弧焊电源输出端的电压 作用：容易引弧，稳定燃烧 规定：交流55～70V 直流45～85V 3.具有良好的动特性 定义：指弧焊电源对焊接电弧这种的动负载所输出的电流和电压与时间的关系。 作用：表示电弧焊电源对负载瞬变的快速反应能力。 4、具有良好的调节特性 作用：焊接过程中，为适应不同结构、材质、厚度、焊接位置和焊条直径的需 要，电源必须能按要求提供适当的焊接工艺参数。 要求：电源在一定的电压范围内能均匀、连续、方便的调节。
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。
焊接电弧的概念及形成
焊接电源是提供电弧由电能转变为热能的主要设 备。焊机质量差，外特性欠佳，空载电压过低，直 流电源的极性接错等，均会影响电弧稳定燃烧。从 焊接电源的种类和极性接法相比较，直流电源比交 流电源稳定；反接法比正接法稳定。
2、溶渣（焊条涂料）的影响 药皮成分中含有较多电离电位低成分的比含有较 多电离电位高成分的稳定，药皮厚度适度的比过厚 或过薄的稳定。
但铁的沸点（2930℃）远低于钨的沸点（5900℃）， 当温度超过铁的沸点时，铁的发射电子能力也就丧 失，而钨在此温度下，仍能保持高的电子发射能力。
电极发射电子的形式依能量的来源不同而改变， 一般有热发射、强电场发射、光发射、和撞击发射 四种。熔焊过程主要以热发射和强电场发射为主。 例如铁的沸点低，故以强电场发射为主；钨的沸点 高，故以热发射为主。
压与焊接电流的大小无关，随电极材料和弧柱中 的气体成分的改变而变化。焊接电流在此区段内 调节，以满足电极材料需要的熔化温度，但电弧 电压维持不变，所以形成一个水平区段。
（3）、c—d区段 该区段为气体电离饱和区段，由于电极直径没 有改变，电流密度却已达到极限，电极间的电压 也随之提高。所以焊接电流超过c点后，电弧电压 也随之上升。故c—d区段形成一个陡升曲线。
焊接电弧的概念 及形成
焊接电弧，实质上就是在一定 的条件下，两电极间的气体发生 强而有力、持久的放电现象。
一、电弧的引燃条件 引燃电弧的条件最根本的是取决于电极发射电子 能力的强弱和气体被电离的难易程度。 1、电极发射电子的能力 电极中的原子都是以离子的金属键按一定规则排 列，自由电子则在正离子间不断运动，并受原子核 的引力舒服束缚而无发逸出金属之外。当两极加以 一定电压时，阴极表面的自由电子在电场力的激励 下而脱出，自由电子从阴极表面逸出所需的能量叫
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。
焊接电弧的基础知识
各区温度分布情况如下： 1. 弧柱区的温度最高，但热量大部分通过对流的形式流失了 2.阴极区的热量用于对阴极加热，这部分热量可用于加热填
充材料或工件 3. 阳极区的热量主要用于加热工件和焊材，阳极和阴极相比，
（三）带电粒子的消失
二、焊接电弧的导电特性 （一）弧柱区的导电特性 （二）阴极区的特点 （三） 阳极区的特点 （四）焊接电弧的静态伏安特性 三、焊接电弧的工艺特性
（一）电弧的热能特性
⑴ 弧柱、阴极区、阳极区的产热
（2）电弧的温度分布
（二）电弧的力学特性 （三）焊接电弧的稳定性
Ⅰ、焊接电弧的产生
电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体 空间的一种导电过程。 气体导电必须具备两个条件： ① 两电极之间有带电粒子； ② 两电极之间有电场。 带电粒子在电场作用下运动形成电流，从而使两电极之间的 气体空间成为导体，也就形成了电弧。
• 同一种方法，在不同的位置 上的能量密度也是不同的
• 能量密度大的时候，可有效的利用热源熔化金属，并减少热影 响区，获得窄而深的焊缝，有利于提高焊为2600 K， 阴极区温度约为2400 K， 电弧中心区温度最高，可达6000～8000 K。 由于电弧截面的特点，所以电流密度及能量密度在弧柱区较低 。
，焊接电流与电弧电压变化的关系称为焊接电弧的静特性。表示 这两者关系的曲线叫电弧静特性曲线。
电弧电压决定于电弧长度和 焊接电流值
• 不同的电极材料、气体介质或电弧长度，对电弧静特性均有 影响，当其他条件不变情况下弧长增加，电弧电压也升高， 电弧静特性曲线的位置相应升高，当电流—定时，电弧电压 与弧长成正比。
焊接电弧的分类和特性(精)
模块一焊条电弧焊项目1.2 板对接单面平焊双面成形焊接电弧的分类和特性一、焊接电弧的分类焊接电弧的性质与弧焊电源种类、焊接电弧状态、电极材料以及电弧周围的介质等有关。
焊接电弧按弧焊电源种类不同可分为交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(含高频脉冲电弧)；按电弧状态可分为自由电弧和压缩电弧；按电极材料可分为熔化极电弧和非熔化极电弧。
二、焊接电弧的静特性以一定电弧长度稳定燃烧的电弧，其电弧电压U f与电弧电流I f之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性，简称焊接电弧的静特性。
表示它们关系的曲线U f=f(I f)，称为焊接电弧的静特性曲线，见图1所示。
焊接电弧作为焊接回路中的负载是非线性负载，即电弧电压与电弧电流之间不成正比例关系。
当电弧电流从小到大在很大范围内变化时，焊接电弧的静特性近似呈U形曲线，故也称为U形特性。
U形静特性曲线可看成由三段(I、II、III)组成。
在小电流的I段，电弧电压随电流的增加而下降，是下降特性段；在正常焊接的II段，呈等压特性，即电弧电压不随电流而变化，而取决于电弧的长度，电弧的长度愈长则电弧电压愈大，是平特性段；在大电流的Ⅲ段，图1焊接电弧的静特性曲线电弧电压随电流增加而上升，是上升特性段。
对于不同的弧焊方法，由于采用的电极材料、气体介质以及电弧燃烧条件和焊接电流的使用范围不同，因而它们的焊接电弧静特性曲线也有所不同，而且在其正常使用范围内，并不包括电弧静特性曲线的所有段，仅工作在U形特性的某一段。
如焊条电弧焊多半工作在静特性的水平段，即电弧电压只随弧长而变化，与焊接电流关系很小。
静特性的下降段由于电弧燃烧不稳定而很少采用。
三、焊接电弧的稳定性如前所述，焊接电弧的稳定性就是电弧不产生断弧、飘移、偏吹而保持稳定燃烧的程度，电弧燃烧稳定与否，对焊接的质量影响很大，从而也影响产品质量。
影响电弧稳定性的因素有以下几方面：1.焊接电源焊接电源种类和极性都会影响电弧的稳定性。
直流电焊接的电弧要比交流电的电弧稳定；空载电压较高的焊接电源其电弧燃烧比空载电压低的稳定；有良好动特性的焊机容易保证电弧稳定燃烧。
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
焊接电弧的构造及静特性
焊接电弧的构造及静特性
1、焊接电弧的构造
焊接电弧组成
(1)阴极区：电弧紧靠负电极的区域，很窄，约10-5～10-6cm 。
阴极斑点：电弧放电时，负电极表面集中发射电子的微小区域——阴极斑点。
T 阴=2130～3230o C ，放出的热量占36％
(2)阳极区：电弧紧靠正电极的区域，比阴极区宽，约10-3～10-4cm 。
阳极斑点：电弧放电时，正电极表面集中接收电子的微小区域—阳极斑点。
T 阳 =2330～3930o C 占总热量的43%左右。
(3)弧柱区：介于阳极区与阴极区之间的区域。
T 弧柱=5730～7730o C.占总热量的21%。
阳极区 阴极区
弧柱区
(4)电弧电压：即电弧两端(或电极)之间的电压降。
U弧=U阴+U阳+U柱
2、焊接电弧的静特性
含义：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，也称为伏——安特性。
表示它们之间关系的曲线称为电弧的静特性曲线。
(1)电弧静特性曲线：呈“U”形；
ab段—下降特性区
bc段—平特性区
cd段—上升特性区
(2) 电弧静特性曲线应用：
不同的焊接方法在一定的条件下其电弧静特性只是曲线中的某一区域；下降特性区电弧燃烧不稳定，一般不采用。
①焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在平特性区，电弧电压只随弧长变化，与焊接电流关系很小。
②钨极氩弧焊、等离子弧焊一般也工作在平特性区。
当电流较大时才工作在上升特性区。
③熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊和熔化极活性气体保护焊基本上工作在上升特性区。
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焊接电弧的构造及静特性
1、焊接电弧的构造
焊接电弧组成
(1)阴极区：电弧紧靠负电极的区域，很窄，约10-5～10-6cm 。
阴极斑点：电弧放电时，负电极表面集中发射电子的微小区域——阴极斑点。
T 阴=2130～3230o C ，放出的热量占36％
(2)阳极区：电弧紧靠正电极的区域，比阴极区宽，约10-3～10-4cm 。
阳极斑点：电弧放电时，正电极表面集中接收电子的微小区域—阳极斑点。
T 阳 =2330～3930o C 占总热量的43%左右。
(3)弧柱区：介于阳极区与阴极区之间的区域。
T 弧柱=5730～7730o C.占总热量的21%。
阳极区 阴极区
弧柱区
(4)电弧电压：即电弧两端(或电极)之间的电压降。
U弧=U阴+U阳+U柱
2、焊接电弧的静特性
含义：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，也称为伏——安特性。
表示它们之间关系的曲线称为电弧的静特性曲线。
(1)电弧静特性曲线：呈“U”形；
ab段—下降特性区
bc段—平特性区
cd段—上升特性区
(2) 电弧静特性曲线应用：
不同的焊接方法在一定的条件下其电弧静特性只是曲线中的某一区域；下降特性区电弧燃烧不稳定，一般不采用。
①焊条电弧焊、埋弧焊一般工作在平特性区，电弧电压只随弧长变化，与焊接电流关系很小。
②钨极氩弧焊、等离子弧焊一般也工作在平特性区。
当电流较大时才工作在上升特性区。
③熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊和熔化极活性气体保护焊基本上工作在上升特性区。