焊接电弧的基本知识

当其他条件（如气体的解离性能、热物理性能等） 一定时，电离电压低，表示带电粒子容易产生，有利于
电弧导电；相反，电离电压高表示带电粒子难以产生，
电弧导电困难。
气体粒子 电离电压/v
H O N F He Ar CO2 H2O
13.5 13.5 14.5 17.4 24.5 15.7 13.7 12.6
第二章 焊接电弧的基本知识
教学目标: 1．理解与掌握电弧焊有关的基
础理论，包括焊接电弧、焊丝熔化与 过渡及焊接接头的组织和力学性能；
2 ．重点理解与掌握焊接应力与 变形产生的原因和防止措施。
第一节 概述
•一、焊接的特征 •1.焊接已成为最流行的连接技术
国 家 大 剧 院 钢 结 构
金茂大厦
罐压力容器
1、气体原子的激发与电离
撞击电离 热电离 光电离
2、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
综上，焊接电弧是气体放电的一种形式，焊接电 弧的形成和维持是在电场、热、光和质点动能的 作用下，气体原子不断地被激发、电离以及电子 发射的结果。
气体的电离
第一电离能：中性气体粒子失去第一个电子所需的最小外 加能量；
•2 .焊接已成为关键的制造技术
“中华和平号”17.5万吨散货轮
千吨级热壁加氢反应器
上海卢浦大桥
世界最大的三峡水轮机转轮
•3.焊接已成为现代工业不可分离的组成部分
三峡永久船闸
西气东输工程管道的焊接
神舟飞船返回仓全 焊接的铝合金结构
第二节 焊接电弧的产生和组成
电弧是所有电弧焊方法的能源，能有效而简便地把弧焊 电源的电能转换成焊接过程所需要的热能和机械能。
一、焊接电弧的产生
电弧：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。
图4－1 焊接回路示意图
焊接电弧是由焊接电源提供的、具有一定电压的两极间或 电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。
短路------空载------燃弧
（一）气体原子的电离和电子发射
电离：中性气体粒子（分子或原子）吸收足够的外部能量，使 得分子或原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正 离子的过程。
药皮偏心
接地线位置不当
磁偏吹：电弧在外加磁场的作用下偏离焊丝或焊 条的轴线方向的现象称为磁偏吹。
磁偏吹可以造成电弧熄灭、熔滴过渡不规则、焊 缝成形不良、引起未焊透、夹渣等缺陷。
导线接线位置引起的磁偏吹
平行电弧间的磁偏吹
磁偏吹防止措施
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
2、非接触引弧 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。
二 电弧构造
三部分：阴极区、阳极区、弧柱区
钢焊条焊接钢材时的焊接电弧
电弧构造
1、阴极区：长度极短、电压较大、E（电场强度）极高 2、阳极区：长度也极短、电压较大、E极高 3、弧柱区长度基本上等于电弧长度，E较小。
的电场强度，电子脱离原子核的束缚而从阴极
表面曳出，形成电场发射。
燃弧：因为热发射、电场发射、光发射，
粒子碰撞发射越来越多，电离越来越强。极间
的中性质点变成带电的电子和正离子，分别向
两极运动进行中和，从而产生电弧，称引弧。
（二）焊接电弧的引燃
1、接触引弧 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3-4MM，把电弧 引燃起来，这是一种最常用的引弧方式。 焊条电弧焊和熔化极气体保护焊都采用此方式。
气体粒子
K Na Ca W Al Cu Fe Cr
电离电压 /v 4.3 5.1 6.1 8.0 5.96 7.68 7.9 7.7
电弧产生过程
电弧产生过程：
短路：焊条、焊件接触形成短路，产生电
阻热，使得金属融化、蒸发，变成蒸汽。同时，
阴极表面电子获得能量，形成热发射。
空载：短路拉开后，而电压较高，有很大
-
+
10-510-6cm 阴极区
弧柱
UA UC UK
阳极区 10-210-4cm
第三节 焊接电弧的分类和特性
一、焊接电弧的分类
按电流种类：交流电弧、直流电弧、脉冲 电弧
按电弧状态：自由电弧、压缩电弧 按电极材料：熔化极电弧、非熔化极电弧
二、焊接电弧的静特性
在电极材料，气体介质和电弧长度一定时，电弧两端的 电压与焊接电流之间的关系称为电弧静特性，或称伏安特性。 电弧静特性曲线呈U形。如图4－4曲线2所示。
动特性：弧焊电源适应焊接电弧这种动态负载 所输出电流、电压相对时间变化的特性。
2、焊接药皮：K、Na好，氟差；焊条偏心，局部 剥落。
3、气流
4、焊接处不清洁：铁锈、水分、油污、吸热。
5、电弧磁偏吹
电弧偏离焊条轴线的现象叫电弧偏吹。电弧 偏吹使温度分布不均匀，容易产生咬边、未熔 合、夹渣等缺陷，故必须研究引起偏吹的原因 及预防措施。
在一般情况下，电弧电压Uh与弧长L成正比变化，如图 4－5示，即电弧越长电压越高。
图4－4 普通电阻静特性与电弧静特性曲 图4－5 不同电弧长度的电弧静特性曲 线 1－普通电阻静特性； 2－电弧静特性。
分三个阶段： 下降区（负阻特性区）：电流密度不变,很少采用； 平特性区：E不变,电弧焊一般是平特性段
第二电离能：失去第二个电子所需的能量； 电离能单位：通常以电子伏特（ev）。 电离电压：电子伏特为单位的能量转换为数值上相等的电
离电压表示（因电子电量为常数）。
电子伏特(electron volt)，简称为电子伏，缩写为 eV ，是 能量的单位。代表一个电子（所带电量为-1.6×10^(-19) 库仑）经过1伏特的电场加速后所获得的动能。
四、焊接时的极性 使用直流电源焊接时有正接、反接法两种： 正接法：焊件接电焊机的正极（阳极），焊条接负极（阴
上升特性区：当焊接电流较大时才在上升段。
Ua
小 电 流
TIG SAW
MIG MAG
TI
MM
G
A
三、焊接电弧的稳定性
保持一定电弧电压和电流及弧长，不偏吹，Байду номын сангаас
不摇摆，不熄灭，影响焊接质量。
1、弧焊电源：电源种类、极性
直流好于交流；空载电压高的稳定；有良好动特 性的好；根据焊条性质，焊件厚度选用不同方法。