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 2177

2900 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。（图1）

以上是直流电弧的热量和温度分布情况，而交流电弧由于电源的极性是周期性地改变的（50HZ）所以两个电极区的温度趋于一致（近似于他们的平均值）。

4电弧电压

电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。当弧长一定时，电弧电压分布如图2所示

电弧电压用下失表示：

U弧=U阴+U阳+U柱=U阴+U阳+BL弧

式中

U弧——电弧电压，V；

U阴——阴极压降，V；

U阳——阳极压降，V；

U柱——弧柱压降，V；

B——单位长度的弧柱压降，一般为20～40V/cm

L弧——电弧长度cm

二电弧的静特性

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，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性。一般也称伏一特性。

表示它们关系的曲线叫做电弧的静特性曲线。图3所示。

1电弧静特性曲线

电弧静特性曲线U形（图3）它有三个不同的区域，当电流较小时（ab区）区，电弧静特性是属下降特性区，即随着电流增加电压减小，当电流稍大时（bc区）电弧静特性属平特性区，即电流大小变化，而电压几乎不变，当电流较大时（cd区）电弧静特性属上升特性区，电压随着电流的增加而升高。

2焊接方法不同时的电弧静特性曲线

不同的电弧焊接方法，在一定的条件下，其静特性只是曲线的某一区域。

（1）手工电弧焊：手弧焊时，由于使用电流受到限制（手弧焊设备的额定电流值不大于500A）故其静特性曲线无上升特性区。

（2）埋弧自动焊—在正常电流密度下焊接时，其静特性为平特性区，采用大电流密度焊接时，其静特性区为上升特性区。

（3）钨极氩弧焊—一般在小电流区间焊接时，其静特性为下降特性区，在大电流区间焊接时，静特性为平特性区。

（4）细死熔化极气体保护焊—由于电流密度较大，所以其静特性曲线为上升特性区。

在一般的情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化，当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随着曲线的位置也随之上升。

图4：不同电弧长度的电弧静特性曲线。