焊接电弧及其电特性
1-2焊接电弧结构与导电特性
焊接电弧结构
电弧温度和热量分布 阳极区 弧柱区 阴极区
温度
233057303980oC 7730oC
21303230oC
热量分布 43%
21%
36%
焊接电弧结构
特点： 1.弧柱区温度较高，两极温度较低。 由于电极温度与电极材料种类、导热性、熔沸点 有关 2.两极能量密度高于弧柱区能力密度。
轴向能量密度分布于电流密度相对应
焊接电弧静特性 上升特性
在cd段：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。
焊接电弧静特性 不同焊接方法的电弧静特性曲线 -焊条电弧焊：额定电流小于500A，静特性曲线无上升特性区。 -埋弧自动焊：正常电流密度焊接时，静特性为平特性区，大电流时， 为上升特性区。
耗最少。当电弧长度也是定值的时候，电场强度的大小即代表
了电弧产热量的大小，因此，能量消耗最小的时候电场强度最
低，即在固定弧长上的电压降最小，这就是最小电压原理。
焊接电弧导电特性 弧柱区
• 电流和电弧周围条件一定时，如果电弧截面面积大
于或小于其自动确定的截面，就会引起电场强度的
增大，消耗的能量增多，违反最小电压原理。 -面积增大 -面积减小
保证了电弧放电的低电压、大 电流的特点。
阳极不能发射正离子，弧柱所需要的正离子是通过阳极区电离提供的。
焊接电弧导电特性 弧柱区
• 弧柱电场强度（E）：弧柱单位长度上的电压 降 • 意义：E的大小表征电弧弧柱的导电能力。 • 电场强度E和电流I的乘积EI相当于电源供给单 位弧长的电功率，与弧柱的热损失相平衡。
电弧焊-基础知识
27
（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。
9
（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
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。
焊接电弧及其电特性
为交流电弧的有功功率； 、 分别为电弧电压和电弧电流的瞬时值
2
交流电弧的功率
1.3.4.2 交流电弧的功率因数 交流电弧的功率因数是指交流电弧的有功功率与电弧电压和电弧电流有效值乘积之比值，即：
1、交流电弧功率 与K的关系图
焊接电弧的性质与供电电源的种类、电弧的状态、电弧周围的介质以及电极材料有关。按照不同的方法，可作出如下的分类： 按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和
1.1.1 气体原子的激发、电离和电子发射 焊接电弧也是气体放电的一种形式。它与其他气体放电的区别在于它的阴极压降低、电流密度大，而气体的电离和电子发射是电弧中最基本的物理现象。
1.1.1.1. 气体原子的激发与电离
气体原子的激发 如果气体原子得到了外加的能量， 电子就可能从一个较低的能级跳跃到一个较高能级，这时原子处于“激发”状态，使原子跃至“激发”状态所需的能量，称为激发能。 气体原子的电离 使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程为电离。由原子形成正离子所需的能量称为电离能。 电离的形式 在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，有如下三种电离形式： (1) 撞击电离； (2) 热电离； (3) 光电离。
01
在用交流电弧进行焊接时，要求能充分利用电弧功率，以获得较高的效率。此外，还希望在弧长略有变化时功率保持稳定，使焊接过程能顺利进行。因此，研究交流电弧功率及功率因数的影响因素和计算方法，也是有必要的。
02
交流电弧的电压和电流时刻都在变化。所以，交流电弧的功率是指交流电弧在半个周期内的平均功率(又称为有功功率)，即
1.4.1.2 熔化极焊接电弧
1.4.2 压缩电弧
如果把自由电弧的弧柱强迫压缩，就获得一种比一般电弧温度更高，能量更集中的热源，即压缩电弧 。
焊接电弧及其电特性
由原子形成正离子所需要的能量称为电离能 由原子形成正离子所需要的能量称为电离能
2.气体原子的电离 (1)撞击电离:在电场中,被加速的带电质点(电子,离子) 撞击电离: 电场中 被加速的带电质点(电子,离子) 和中性质点(原子)碰撞后发生的电离. 和中性质点(原子)碰撞后发生的电离. (2)热电离:在高温下,具有高动能的气体原子(或分子)互 热电离: 高温下 具有高动能的气体原子(或分子) 相碰撞而引起的电离. 相碰撞而引起的电离. (3)光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产 光电离:气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产 光子能 生的电离. 生的电离. 常见气体及元素的电离能E 常见气体及元素的电离能EL(eV)
第二节
焊接电弧的结构以及伏安特性
弧柱区
一,焊接电弧的结构以及压降分布
三个区域: 三个区域:阳极区 阴极区
阴极区:长度极短10 电压较大, 阴极区:长度极短10-510-6cm ,电压较大,E电场强度极高 阳极区:长度也极短10 电压较大, 阳极区:长度也极短10-210-4cm ,电压较大,E极高 弧柱区:长度基本上等于电弧长度, 弧柱区:长度基本上等于电弧长度,E较小
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Uf
影响电弧静特性的因素: 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
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,电弧静特性曲线有所不同. 对于不同的焊接方法,电弧静特性曲线有所不同.静特性下 降段电弧燃烧不稳定而很少采用. 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. 水平段 熔化极气体保护焊,微束等离子弧焊, 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. 作在水平段,当焊接电流很大时才工作在上升段. 水平段 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. 熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段. 上升段
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。
焊接电弧的能量特性以及电弧力
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焊接电弧的极性
焊接电弧的极性：直流焊接时电弧的两极与 电源的连接方式称为电弧的极性。
直流正接，正极性
直流反接，负极性
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（2） 焊接电弧力的影响因素
影响焊接电弧力大小的主要因素有:
1） 焊接电流和电弧电压
当增大焊接电流时,电弧力显著增加(见 图1-14)，这主要与电磁收缩力和等离子流 力显著增加有关。当电弧电压升高时,意味 着电弧长度增加,由于电弧范围的扩展,使电 弧力降低,如图1-15所示。
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3 焊接电弧力及其影响因素
•电弧静压力作用 •高温气体推向焊件 •电极上方气体补充 •新进入气体电离
图1-11 电弧等离子气流的产生
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3 焊接电弧力及其影响因素
等离子流力与等离子气流的速度、焊接电流 值、电极状态、电弧形态、电弧长度等均有密切关 系。电弧中等离子气流的速度很大，可以达到每秒 数百米,其中电弧中心线上的速度最大,因此电弧中心 线上的动压力大于周边的动压力；焊接电流越大， 中心线上的动压力越大,而分布的区间越小。当钨极 氩弧焊的钨极锥角较小、电流较大时,或熔化极氩弧 焊采用射流过渡工艺时, 等离子流力很显著,容易形 成如图1-12b所示的指状熔深焊缝。
1） 正离子和电子对电极的撞击力 2）电磁收缩力 3） 电极材料蒸发产生的反作用力
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3 焊接电弧力及其影响因素
1） 正离子和电子对电极的撞击力 电弧焊时,阴极受到正离子的撞击,阳极受
到电子的撞击,因正离子的质量远远大于电子
的质量,而阴极压降UK又大于阳极压降UA,因
此撞击力在阴极上较大,而在阳极上较小。
弧焊电源重点..
第一章焊接电弧及其电特性（填空）焊接电弧的特性：电压最低，电流最大,温度最高，发光最强三种电离：撞击电离，热电离，光电离四种电子发射:热发射,光电发射，重粒子撞击发射,强电场作用下的自发射1.弧焊电源可分为哪几类?按什么分类?答:(1）弧焊电源及其控制技术的分类：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源、逆变式弧焊电源（2）弧焊电源的控制技术分类：机械式控制、电磁式控制、数字式控制、电子式控制。
2弧焊电源的压降如何分布？答：电弧沿其长度方向分为三个区：阳极区、阴极区、弧柱区，这三个区的电压降分别称为阳极压降Uy、阴极压降Ui、弧柱压降Uz。
它们组成了总的电弧电压Uf，且Uf=Uy+Ui+Uz。
阳极压降基本不变，而阴极压降在一定条件下基本上也是固定的数值，弧柱压降则在一定气体介质下与弧柱长度成正比。
则，弧长不同，电弧电压也不同。
3。
弧焊电源的静特性、动特性是指什么?答：电弧静特性：电极材料、气体介质、弧长一定的电弧在稳定状态下，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系。
Uf=f(If)电弧动特性：在一定的弧长下,当电弧电流很快变化的时候，电弧电压与电流瞬时值之间的关系为：Uf=f(if）4。
焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊得电弧静特性是怎样的？答：焊条电弧焊：多半工作在静特性的水平段。
埋弧焊：多半工作在静特性的水平段。
CO2气体保护焊：基本上工作在上升段。
(虚线的是二氧化碳的，实线的是Ar弧焊的)5。
交流电弧有什么特点？为保护交流电弧连续燃烧电路参数应当怎样配合？答：特点：a 。
电弧周期性的熄灭引燃b 。
电弧电压和电流波形发生畸变c 。
热惯性作用较为明显（2）a 。
交流电弧连续引燃的条件之一: 即当ωt=π时，使电弧电流if 正好过零点，if=0，从而得到： b 。
连续引燃条件之二：即在ωt=0时，弧焊电源电压Uy 应大于电弧引燃电压Uyh ，即： 综上分析：为保证交流电弧连续燃烧必须保证电路中各项参数：电源空载电压U0、电弧电压Uf 及引燃电压Uyh 之间必须保持一定的关系.即：6。
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。
1.1焊接电弧及其特性
（二）电子的发射
表1-2
金属种类 纯金 属 金属 氧化 物
几种金属及其氧化物的逸出功
W Fe Al Cu K Ca Mg
4.54 4.48
4.25
4.36
2ห้องสมุดไป่ตู้02
2.12
3.78
逸出功 （eV）
3.92
3.9
3.85
0.46
1.8
3.31
16
（二）电子的发射
根据外加能量的不同形式，电子发射有以 下几种： （1）热发射 金属表面承受热作用而产生电子发射 的现象称为热发射。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。
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（二）电子的发射
（2）电场发射
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电场发射。
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。
电子 发射 表面的束缚而飞到电弧空间的现象称为电子发射。
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
只有从阴极发射出的电子，在电场作用下才参加导电过程。
一般情况下，电子是不能自由地离开电极表面向外发射的。 要使电子飞出电极表面，必须给电子施予一定的能量，使它 克服电极内部正电荷对它的静电引力。 使一个电子从电极表面飞出所需要的最低外加能量称为逸出 逸出 功（Ww），单位为电子伏。因电子电量e是一个常数，通常以 功 逸出电压Uw=Ww/e来反映逸出功的大小，单位为伏。 几种金属及其氧化物的逸出电压如表1-2所示。由表中可以 看出，当金属表面附有其氧化物时，逸出电压均会减小。
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。
焊接电弧及其特性
热电离 —— 在高温下，具有高动能的气体原子（或分子）互相碰撞而引起的电离。
01
物质的固体或液体表面受热后电子动能增大，其中某些电子动能大于逸出功时将逸出到表面外的空间中去的现象称为“热发射”。
02
钨极氩弧焊过程中“热发射”作用明显。
物质的固体或液体表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象称为“光电发射”。
K
4.34
0.30
2.22
N
14.53
0.54
Mo
7.10
1.3
4.29
Na
5.14
0.35
2.33
H
13.600
B
8.30
0.3
4.30
O
13.61
2.0
Fe
7.87
0.85
4.40
F
17.42
3.62
/
固态物质表面电子发射所需的能量称为 “逸出功WY ” 。逸出功一般只为电离能的 一半 。
电弧周期性地熄灭和引燃 电流过零 — 电弧熄灭 — 电弧空间温度下降 — 带电质点中和 — 导电能力下降 — 当U0 > Uyh 时，电弧再次引燃。 电流过零时间越长，电弧再引燃越困难。
电弧电压和电流波形发生畸变 由于电弧电阻随弧柱温度发生交变，因此电弧电压及焊接电流都不再按正弦规律变化。
品牌推广规划
BRAND PLANING
商业产品部
第一章 焊接电弧及其特性
第一节 焊接电弧的物理本质和引燃 第二节 焊接电弧的结构和伏安特性 第三节 交流电弧 第四节 焊接电弧的分类及其特点
第一节 焊接电弧的物理本质和引燃
电弧是一段导体
导体？
电弧是一种气体放电现象
第1章 焊接电弧及其电特性
第1章焊接电弧及其电特性1 气体原子的电离使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程为电离。
由原子形成正离子所需的能量称为电离能。
2 电离的形式在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，有如下三种电离形式：(1) 撞击电离； (2) 热电离； (3) 光电离。
2 电子发射在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射。
电子发射是引弧和维持电弧稳定燃烧的一个很重要的因素。
按其能量来源的不同，可分为热发射，光电发射，重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等3 焊接电弧的引燃 1 接触引弧即是在弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃起来。
这2 非接触引弧它是指在电极与工件之间存在一定间隙，施以高电压击穿间隙，使电弧引燃。
4 交流电弧的特点；电弧周期性地熄灭和引燃交流电流每当经过零点并改变极性时，电弧熄灭、电弧空间温度下降。
电弧电压和电流波形发生畸变。
热惯性作用较为明显。
5影响交流电弧稳定燃烧的因素z 空载电压z 引燃电压z 电路参数z 电弧电流--z 电源频率 fz 电极的热物理性能和尺寸6 提高交流电弧稳定性的施z 为了提高交流电弧的稳定性，在焊接电源方面除了焊接回路要有足够大的电感量之外，还可以采用如下措施：（1）提高弧焊电源频率；（2）提高电源的空载电压；但不应该太高（3）改善电弧电流的波形；如改为矩形波（4）叠加高压电。
7交流电弧的分类（1）按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧(包括高频脉冲电弧)。
（2）按电弧状态可分为：自由电弧和压缩电弧。
（3）按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。
第2章对弧焊电源的基本要求1弧焊工艺对弧焊电源的要求（1）保证引弧容易；（2）保证电弧稳定；（3）保证焊接规范稳定；（4）具有足够宽的焊接规范调节范围。
2 “电源一电弧”系统的稳定性（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。
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1.2.1、焊接电弧的结构及压降分布
电弧沿着其长度方向分为三个区域，如图1-2所示。 电弧与弧焊电源正极所接的一端称阳极区，与负极 相接的那端称阴极区。阴极区和阳极区之间的部分 称弧柱区，或称正柱区、电弧等离区。阴极区的宽 度约为10-5~10-6cm， 而阳极区的宽度仅约10-3 ~10-4cm, 因此，电弧长度可以视为近似等于弧柱长 度。弧柱部分的温度高达5000～50000K。
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1.3.1 交流电弧的特点
电弧周期性地熄灭和引燃 交流电流每当经过零点并改变 极性时，电弧熄灭、电弧空间温度下降。
电弧电压和电流波形发生畸变。 热惯性作用较为明显 。
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埋弧焊电弧电压和电流波形图
图1-9 埋弧焊电弧电压和电流波形图 a)不连续燃烧 b)连续燃烧
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图1-3 高频和脉冲引弧示意图 a)引弧器接入方式 b)高频高压引弧电压波形 c)高压脉冲引弧电压波形
u yh — 编引辑弧pp电t 压 t— 时间
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1.2 焊接电弧的结构和伏安特性
前面分析了焊接的物理本质和形成。现在介绍它的结构和 电特性，即伏安特性，包括静特性和动特性。直流电弧和 交流电弧是焊接电弧的两种最基本的形式。
电子发射是引弧和维持电弧稳定燃烧的一个很重要的因素。 按其能量来源的不同，可分为热发射，光电发射，重粒子 碰撞发射和强电场作用下的自发射等。
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1.1.2 焊接电弧的引燃
图1-1 引弧过程电压、电流变化曲线图
a) 接触引弧
b) 非接触引弧
b) U0- 空载电压 Uf- 电弧电压 if- 电弧电流
焊接电弧也是气体放电的一种形式。它与其他气体放电的 区别在于它的阴极压降低、电流密度大，而气体的电离和 电子发射是电弧中最基本的物理现象。
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1.1.1.1. 气体原子的激发与电离
气体原子的激发 如果气体原子得到了外加的能量，
电子就可能从一个较低的能级跳跃到一个较高能级，这时 原子处于“激发”状态，使原子跃至“激发”状态所需的 能量，称为激发能。
气体原子的电离 使电子完全脱离原子核的束缚，形成离 子和自由电子的过程为电离。由原子形成正离子所需的能 量称为电离能。
电离的形式 在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，
有如下三种电离形式：
(1) 撞击电离；
(2) 热电离；
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(3) 光电离。
1.1.1.2 电子发射
在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出自由 电子的现象称为电子发射。
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沿着电弧长度方向的电位分布是不均匀的。在阴极区
和阳极区，电位分布曲线的斜率很大，而在弧柱区电位
分布曲线则较平缓，并可认为是均匀分布的，如图
1-4所示。这三个区的电压降分别称为阴极压降 U i 、阳极压 降 U y 和弧柱压降 U z 。它们组成了总的电弧电压，可用下式 表示：
Uf Ui UyUz
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1.3.2 交流电弧连续燃烧的条件
交流电弧燃烧时若有熄弧时间，则熄弧时间愈长，电弧就 愈不稳定。为了保证焊接质量必须将熄弧时间减小至零， 使交流电弧能连续燃烧．
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1、交流电弧供电原理简图
图1-10 交流电弧供电原理简图
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2、交流电源电压、电弧电压和电流波形 和动特性曲线图
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1.2.2 焊接电弧的电特性
焊接电弧的电特性包括静特性和动特性。
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1.2.2.1 焊接电弧的静特性
一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压与电弧电流之间 的关系，称为焊接电弧的静特性伏安特性，简称伏安特性 或静特性。可用下列函数表示：
Uf f (If )
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焊接电弧的静特性曲线
图1-5焊接电弧的静特性曲线
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电弧各区域压降与电流的关系图
图1-6 电弧各区域压降与电流的关系图
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几种常用焊接方法的电弧静特性曲线图
图1-7几种常用焊接方法的电弧静特性曲线图
a)焊条电弧焊 b)埋弧焊（直流电源，焊丝）2.4mm
c)熔化极气体保护焊（编1辑，ppt2曲线，焊丝 ）1.6mm
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1.2.2.2 焊接电弧的动特性
所谓焊接电弧的动特性，是指在一定的弧长下，当电弧电 流很快变化的时候，电弧电压和电流瞬时值之间的关系：
ui f (if )
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电弧的动特性曲线
图1-8 电弧的动特性曲线
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1.3 交流电弧
交流电弧的引燃和燃烧，就其物理本质而言，与上述的直 流电弧相同。交流电弧也是非线性的。上述的焊接电弧静 特性对于交流电弧也是适用的。这时，U f 和 I f 分别表示电 弧电压和电弧电流的有效值。但是，交流电弧作为弧焊电 源的负载，还有其特殊性。因此，在确定对弧焊电源的要 求之前，还必须研究交流电弧的特点。
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3、交流电弧连续燃烧的范围
图1-12交流电弧连续燃烧的范围
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1.3.3 影响交流电弧稳定燃烧的因素和提 高电弧稳定性的措施
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1.1.2.1 接触引弧
接触引弧即是在弧焊电源接通后，电极（焊条或焊丝）与 工件直接短路接触，随后拉开，从而把电弧引燃起来。这 是一种最常用的引弧方式。
图1-2 接触引弧示意图
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1.1.2.2 非接触引弧
非接触引弧它是指在电极与工件之间存在一定间隙， 施以高电压击穿间隙，使电弧引燃 。
电弧是电弧焊接的热源，而弧焊电源则是电弧能量的供应 者。弧焊电源电特性的好坏，直接影响到电弧燃烧的稳定 性，而电弧是否稳定燃烧又直接影响焊接过程的稳定性和 焊缝的质量，甚至效率。所以，我们首先必须了解焊接电 弧的物理本质和特别是电特性，然后才能研究电弧对弧焊 电源电气性能的要求 。
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1.1.1 气体原子的激发、电离和电子发射
第1章 焊接电弧及其电特性
内容提要 1.1 焊接电弧的物理本质和引燃 1.2 焊接电弧的结构和伏安特性 1.3 交流电弧 1.4 焊接电弧的分类及其特点
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内容提要
本章论述焊接电弧的物理本质、形成、结构和 伏安特性，着重研究焊接电弧的电特性及交流 电弧燃烧的特点 。
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1.1 焊接电弧的物理本质和引燃